基于下一代互聯(lián)網的無線即拍即傳系統(tǒng)*

李輝遒 ，陳 欽 ，寧曉崢 ，黃 堅 ，李志德 ，張學聃 ，董宇涵

（1.中國電信股份有限公司深圳分公司 深圳 518048；2.清華大學深圳研究生院 深圳 518055）

1 引言

大型體育賽事上，除各國的運動員為奪取金牌將進行激烈的競爭之外，廣大參與賽事報道的攝影記者也進行了另外一場激烈的競賽，即在最短時間內將賽事現(xiàn)場圖片傳出賽場，以便新聞社最先完成賽事報道。通常情況下，攝影記者在拍完新聞照片后，采用人工傳遞的方式將照片存儲介質送到媒體工作間，然后通過電腦把照片傳給文字編輯進行編輯出版。這種方式從圖片拍攝到發(fā)稿成功，花費的時間在15 min以上，對于無法實現(xiàn)固定網絡接入的區(qū)域，還沒有一種快速、高效、實時的新聞和圖片發(fā)布方式。

本文提供的基于下一代互聯(lián)網的無線即拍即傳系統(tǒng)，可以為專業(yè)記者提供無線即拍即傳服務。本系統(tǒng)手持終端為支持IPv6和IEEE 802.11n的無線讀卡器（已申請專利）。當記者拍完照片之后，將SD卡插入無線讀卡器中，立刻就可以將照片通過高速無線局域網發(fā)送到云端服務器，無需購買價格昂貴的帶有無線傳輸模塊的專用相機。新聞社通過網絡，在云端服務器上對新聞圖片進行在線瀏覽、在線編輯，選擇出色的圖片進行下載，快速地配上文字后即可完成發(fā)稿，工作效率比傳統(tǒng)方式提高幾十倍，實現(xiàn)新聞圖片即拍即傳功能。即拍即傳系統(tǒng)將先進的無線技術應用到圖片報道工作中，為新聞媒體的工作方式帶來了革命性的進步。

無線即拍即傳研究主要包括無線讀卡器的研發(fā)、讀卡器軟件的開發(fā)（無線讀卡器驅動及應用軟件）以及圖片云平臺開發(fā)。無線讀卡器是無線即拍即傳系統(tǒng)中最重要的組成部分。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 總體架構

無線即拍即傳系統(tǒng)包括無線接入終端 (讀卡器、電腦等)、無線接入層(Wi-Fi)、數(shù)據(jù)傳輸層、Wi-Fi管理平臺及圖片處理云服務平臺等部分。圖1為無線即拍即傳系統(tǒng)架構。

系統(tǒng)中的無線局域網、WLAN管理平臺(AC、認證等)、圖片處理云平臺（IPv4/IPv6雙棧系統(tǒng)）均接入Admin網。Admin網同時與IPv4網絡和IPv6網絡（CERNET2）相連，各新聞機構通過電信網絡訪問云端服務器，使用各種云端服務；CERNET2用戶，可以通過CERNET2接入Admin網，訪問云端服務，使用各種云端服務。本系統(tǒng)同時為IPv4網絡的用戶和IPv6網絡的用戶提供服務，還為部分天翼用戶提供即拍即傳業(yè)務，這些用戶可以通過天翼手機或上網卡將手機或者相機拍攝的圖片上傳到云端服務器，使用各種云端服務。

圖1 無線即拍即傳系統(tǒng)架構

系統(tǒng)開發(fā)中采用如下技術，解決高密度Wi-Fi接入及簡化數(shù)據(jù)傳輸操作復雜度問題。

（1）密集部署的快速無線IEEE 802.11n網絡能容納大量的圖片數(shù)據(jù)傳送

本系統(tǒng)通過在大型賽事場館記者席和比賽規(guī)定的FOP區(qū)部署IEEE 802.11n的無線網絡，IEEE 802.11n協(xié)議向下兼容IEEE 802.11a/b/g（如相機無線模塊），同時能使單讀卡器上下行速率達到100 Mbit/s或以上，使攝影記者能快速上傳相片。

同時為避免用戶上傳時出現(xiàn)帶寬沖突，系統(tǒng)采用5.15～5.85 GHz的前 4個頻段 （頻點為 5.19 GHz、5.23 GHz、5.27 GHz、5.31 GHz，頻寬為 40 MHz）。單個 AP配置 3.5 dBi低增益偶極子天線，并間隔設置頻段，功率設置為0.1 W，覆蓋范圍約為20 m。當頻率發(fā)生沖突時，后臺AP控制器將自動調整AP功率。通過低功率、高密度的方式覆蓋，在場館內攝影記者區(qū)任何一個位置都能接收到4個頻段的信號，并由讀卡器自動選擇上傳頻段，讓同一場館同時使用4個頻段進行快速傳輸。

網絡保持了對IPv6的完全支持。利用自動隧道技術將IPv4與IPv6之間的通道完全打通，保證兩者有效兼容。分配的IPv6地址遵循聚類原則，一片子網在路由表中能夠僅用一條記錄表示，大大縮短了路由表長度，提高了路由器轉發(fā)數(shù)據(jù)分組的速度。

（2）操作簡便的無線讀卡器減輕記者負擔，簡化記者操作，提升上傳速率

為降低攝影記者的使用門檻，無線即拍即傳系統(tǒng)專門針對攝影記者的穿著和使用習慣，定制了專業(yè)的無線讀卡器，具有以下特點。

讀卡器采用4.3英寸屏幕，大小為117 mm（長）×78 mm（寬）×14.2 mm（高），適合攝影記者裝入攝影馬甲口袋內。操作界面采用雙語模式，攝影記者可采用圖形或文字界面的模式，選擇或刪除相關的圖片，點擊“上傳圖片”，即可完成上傳操作，如全部上傳，操作時間僅為5 s內。

為增強讀卡器的快速讀寫能力，讀卡器采用了高速的ARM處理器(TI OMAP3530)，同時配備支持IEEE 802.11n的高速雙頻無線網卡。根據(jù)讀取的信息不同，最高可讀寫及傳送2 Mbit/s的圖片和視頻信息。同時讀卡器采用1300 mA的電池，可滿足2 h的不停上傳和10 h的待機，電量可支持記者一整天的上傳使用。

同時讀卡器采用了兼容IPv6的嵌入式Linux系統(tǒng)，加載最新版dhclient客戶端，支持IPv4及IPv6雙棧協(xié)議地址的自動獲取，雙棧地址同時工作，增強了系統(tǒng)的抗壓能力，保證了大批記者同時上傳時良好的用戶體驗。在IPv4地址不夠的情況下，終端可以采用單IPv6地址聯(lián)網，滿足更多記者需求。

（3）具有轉發(fā)和圖片編輯功能的云端平臺便于圖片編輯進行在線編輯和轉發(fā)

接收攝影記者圖片的多媒體云平臺采用SaaS云服務的方式為圖片編輯提供在線瀏覽、編輯、整理、檢索、下載服務，有利于圖片編輯在簡單處理后進行圖片轉發(fā)，并由相應人員再次審核。

平臺支持IPv6，用戶可以對網絡層的數(shù)據(jù)進行加密并對IP報文進行校驗，在加密與鑒別選項中提供了分組的保密性和完整性，極大增強了網絡的安全性，保證各家新聞媒體之間的公平有序競爭。

2.2 讀卡器照片傳輸流程

讀卡器網卡啟動，無線傳輸功能被激活，網卡向WLAN控制器中的DHCP服務器發(fā)出請求，申請IPv4及IPv6地址。DHCP服務器根據(jù)讀卡器的MAC地址，按照認證系統(tǒng)策略，為其分配一個IPv4及IPv6地址，并通知讀卡器。讀卡器獲得IP地址后，開始向云端服務器傳送用戶選定的圖片。讀卡器從存儲卡中讀取一張圖片的文件名和拍攝時間，并在“發(fā)送記錄”中尋找是否有相同文件名和拍攝時間的發(fā)送記錄。如果有相同的記錄，則忽略該圖片；如果沒有相同的記錄，則發(fā)送該圖片。讀卡器成功發(fā)送完一張圖片之后，將該圖片的文件名和拍攝時間記錄在“發(fā)送記錄”中。重復以上步驟，直到所有圖片發(fā)送完畢。待機時間達設定時間后，讀卡器進入節(jié)電模式。圖2為讀卡器照片傳輸流程。

2.3 安全認證

安全認證包括Wi-Fi接入安全認證、系統(tǒng)平臺安全認證。

Wi-Fi接入的安全認證，通過MAC地址綁定、IEEE 802.1x認證實現(xiàn)Wi-Fi的安全接入。圖片處理云平臺通過IP地址限定、賬號密碼安全認證、防火墻、權限控制等方式實現(xiàn)平臺的安全使用。圖3為加密認證過程。

圖2 讀卡器照片傳輸流程

圖3 加密認證過程

用戶拿到讀卡器后，需要經過一個加密驗證的過程。開機后顯示用戶登錄窗口，當用戶輸入用戶名和密碼并點擊“確定”按鈕之后，開始調用并執(zhí)行IEEE 802.1x認證程序。認證通過后即可進行相關的圖片數(shù)據(jù)發(fā)送工作。

3 詳細設計

3.1 無線讀卡器設計

無線讀卡器（讀卡器硬件架構如圖4所示）由電源系統(tǒng)、微處理器、SDRAM、flash、無線局域網網卡、觸摸液晶屏、存儲卡插槽等部分組成。電源系統(tǒng)將采用鋰電池供電，液晶屏會顯示目前電池的剩余電量，當電量過低時，無線讀卡器將提醒用戶及時為電池充電。無線局域網網卡將支持IEEE 802.11a/b/g/n無線局域網協(xié)議。用戶可以通過觸摸式液晶屏進行各種設置和應用操作，如輸入用戶名和密碼、查看并選擇上傳圖片、完成上傳操作等。

圖4 讀卡器硬件架構

3.2 軟件設計

軟件系統(tǒng)包括無線讀卡器及圖片處理云平臺（供媒體單位進行圖片處理）的開發(fā)設計。

3.2.1 無線讀卡器

無線讀卡器（讀卡器系統(tǒng)軟件架構如圖5所示）的操作系統(tǒng)選擇Linux系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)包括設備驅動軟件、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議支持軟件及專用的圖片傳輸客戶端應用軟件的適配開發(fā)。

首先需要在硬件設備之上建立板級支持包和設備驅動程序，再移植Linux操作系統(tǒng)。網絡層通信采用IPv4/IPv6雙棧協(xié)議，傳輸層采用TCP，應用層采用FTP。在網絡協(xié)議棧之上，無線讀卡器提供全新的應用程序，主要功能是將圖片文件從存儲卡中讀出，通過網絡協(xié)議棧發(fā)送到指定服務器。硬件驅動程序和軟件系統(tǒng)都經過節(jié)電優(yōu)化，從而達到長時間工作的效果。

圖5 讀卡器系統(tǒng)軟件架構

3.2.2 云平臺

圖片處理云平臺提供給媒體單位使用，主要用于照片的在線查看、預覽、編輯等，或者將記者上傳照片自動上傳到媒體單位指定服務器中。圖片處理云平臺軟件系統(tǒng)的設計如圖6所示。

圖6 圖片云平臺系統(tǒng)

4 業(yè)務流程

4.1 總體業(yè)務流程

圖7為總體業(yè)務流程。

圖7 總體業(yè)務流程

4.2 照片上傳

用戶使用自帶的普通存儲卡進行拍照，相機在存儲卡上存儲照片。當用戶需要上傳相片時，將存儲卡從相機中取出，插入讀卡器。讀卡器會顯示SD卡中存儲的圖片列表。用戶通過讀卡器觸摸液晶屏上顯示的SD卡中的圖片列表，選擇單張或者多張需要上傳的圖片進行上傳（如圖8所示）。上傳完畢后，用戶將存儲卡從讀卡器中取出，插入另外一張存儲卡，繼續(xù)上傳圖片。

在照片上傳過程中，讀卡器會自動記錄上傳圖片的上傳記錄。讀卡器中插入存儲卡后，軟件系統(tǒng)會自動分析其中照片是否已經上傳，避免重復上傳。圖片上傳無需用戶干預，用戶可以在插入存儲卡后繼續(xù)拍照或者進行其他工作。

圖8 無線讀卡器圖片傳輸界面

4.3 圖片云處理平臺

媒體單位可以通過圖片云處理平臺實現(xiàn)在線圖片預覽、編輯處理、賬號權限等服務。此外，媒體單位可以通過后臺配置，實現(xiàn)將記者上傳的圖片自動上傳到媒體單位的指定服務器中，供媒體單位使用。圖片云處理平臺的功能架構如圖9所示。

5 應用情況

圖9 圖片云處理平臺的功能架構

大運會期間，香港衛(wèi)視、深圳特區(qū)報、深圳衛(wèi)視等媒體單位均體驗了無限即拍即傳服務。其中，一張4 MB高清相片傳輸耗時3～4 s，上傳78.3 MB視頻用時43.2 s。賽事期間，云平臺開放3G軟件（支持Android、Windows mobile兩類手機）下載的界面，其中多位3G用戶均通過即拍即傳平臺拍攝并傳輸照片。

本系統(tǒng)也應用于日常生活中，用戶拍攝完照片后，可在云平臺上設置直接將相片推送至指定IP地址的電子相框處，實時共享拍攝的相片。

IPv6的采用，使得每個終端有唯一確定的真實IP地址，便于尋址、定位；IPSec加密傳輸保證了照片在傳送過程中的安全；基于流的管理，區(qū)別不同內容，提供高質量的圖片傳送服務。

6 結束語

本系統(tǒng)大規(guī)模應用了基于下一代互聯(lián)網以及IEEE 802.11n協(xié)議的無線網絡，系統(tǒng)主要解決場館等高密度區(qū)域的無線數(shù)據(jù)傳輸問題，隨著移動互聯(lián)網技術及4G的發(fā)展，無線讀卡器可向同時支持Wi-Fi及3G/4G雙?；较虬l(fā)展，使用戶可以在更廣泛的領域使用。無線讀卡器的操作系統(tǒng)，可采用Android，同時開發(fā)基于Android系統(tǒng)的應用軟件，以便于移植到手機與Pad中。IPv6的采用，在提高傳送效率和安全性的同時，可以與大數(shù)據(jù)分析等技術結合，為基于不同用戶的特征推送差異化服務提供基礎。

1 張其光，凌江，葉明.“即拍即傳”業(yè)務網絡實現(xiàn).廣播與電視技術,2009(1)

2 盧亞輝，盛凌志，姚飛.一種服務北京奧運會的Wi-Fi無線圖片傳輸技術.移動通信,2009(8)