基于4G的多模异构融合终端优化设计与实现

摘要

本学位论文的研究课题来自于国家电网公司科技项目“面向电力移动互联应用的4G多业务承载关键技术研究”(SGRIXTKJ[2015]349号)，针对电力移动互联应用中远程监测传输系统的业务需求，对远程监测系统中的多模异构融合终端进行优化设计与实现。本文给出了多模异构融合终端的总体优化设计方案，并基于Linux平台实现了3G、4G和WiFi网络模式的融合及远程业务数据与视频数据的传输。该多模异构融合终端优化硬件平台为嵌入式Cortex-A9Exynos4412，在该平台上移植定制编译的Linux内核并完成各模块的驱动，实现对3G通信终端、4G通信终端和WiFi无线网卡的支持。软件平台的优化主程序基于socket通信实现数据收发、数据处理和网络资源管理等功能，同时优化视频数据编解码、传输和显示的功能，实现远程视频监测传输。最后，系统联调和测试结果表明，多模异构融合终端可以支持多模网络异构融合来提高链路传输速率，同时实现远程视频传输功能，完成了对多模通信终端的优化，满足了远程监测传输系统的应用需求，适用于电力传输系统及其他类似场景。
　　本文一共包含六章内容，各章节的主要内容如下:
　　第一章阐述了本文的课题背景、研究意义以及国内外发展现状，并简要介绍了文章各章节的内容安排。
　　第二章主要分析了现有远程监测传输系统中多模通信终端已实现的功能与弊端，设计多模异构融合终端的总体优化方案，包括硬件优化、软件优化和功能优化，并且重点介绍了视频传输功能的优化设计方案。
　　第三章根据第二章的总体优化方案，给出了多模异构融合终端硬件平台的优化设计方案，并基于嵌入式开发平台编译移植了Linux系统内核，完成了3G、4G和WiFi无线数据传输终端的驱动开发与移植工作，完成了硬件优化平台的搭建。
　　第四章给出了软件系统优化架构设计方案，分别介绍了管控中心程序、多模异构融合终端程序、数据监测终端程序的优化设计方案。详细阐述了系统数据传输方案和socket通信过程，并根据功能模块重点阐述了数据接收、数据处理、网络资源管理和数据发送功能的实现。
　　第五章重点完成了对多模异构融合终端视频传输优化设计与实现验证。根据对主流编解码方式的分析对比，综合评估选用最适用于本系统的编码标准和编解码器，设计并实现了视频监控中的编码压缩、视频传输和解码环节，完善并优化了多模异构融合终端的系统功能。
　　第六章搭建了多模异构融合终端的硬软件测试环境，根据模块功能，分别验证了3G、4G和WiFi的通信功能，以及数据通信功能、视频数据硬编码功能、视频图像数据传输等功能，验证了多模异构融合终端在网络融合与视频数据传输功能上的优化实现。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 论文主要内容及各章节安排

第二章 多模异构融合终端总体优化方案

2．1 现有多模终端的优点与局限

2．2 总体优化方案

2．3 实时视频传输的设计方案

2．4 本章小结

第三章 多模异构融合终端硬件平台优化的设计与实现

3．1 多模异构融合终端硬件平台优化概述

3．1．1 主控模块

3．1．2 3G通信模块

3．1．3 4G通信模块

3．1．4 WiFi无线网卡

3．2 嵌入式平台开发环境的搭建

3．3 Linux系统的移植

3．3．1 内核编译

3．3．2 制作根文件系统

3．3．3 烧写Linux系统

3．4 通信模块设备驱动的实现

3．4．1 3G无线数据传输终端驱动移植

3．4．2 4G无线数据传输终端驱动移植

3．4．3 WiFi无线数据传输终端驱动移植

3．5 本章小结

第四章 多模异构融合终端软件平台优化设计与实现

4．1 软件平台的总体优化设计

4．2 软件功能模块优化设计

4．2．1 管控中心软件的优化设计

4．2．2 多模终端软件的优化设计与实现

4．2．3 数据采集终端软件的优化设计与实现

4．3 数据通信方案设计

4．3．1 socket通信过程

4．3．2 原始套接字通信

4 ．3．3 UDP套接字通信

4．3．4 通信协议的设计

4．4 数据处理程序设计

4．4．1 数据接收的设计与实现

4．4．2 数据处理的设计与实现

4．4．3 网络资源模块的设计与实现

4．4．4 数据发送的设计与实现

4．5 本章小结

第五章 视频传输功能优化设计与实现

5．1 主流视频编码方式性能的比较与分析

5．1．1 主流编码方式的比较与分析

5．1．2 主流编解码器的测试与比较

5．2 编解码环境的搭建

5．3 视频图像压缩编码

5．3．2 MFC硬件压缩编码

5．3．3 软硬件压缩编码方式对比分析

5．4 视频图像传输功能的优化

5．4．1 视频数据发送

5．4．2 视频数据接收

5．5 视频图像的解码

5．6 本章小结

第六章 系统联调与测试

6．1 多模终端测试环境

6．2 多模异构融合终端优化功能测试

6．2．2 数据通信功能的测试

6．2．3 视频传输功能的测试

6．3 系统联调测试

6．4 本章小结

结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果