嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字傳真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 引言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是 Internet網(wǎng)絡(luò)的普及，為雙網(wǎng)數(shù)字傳真機(jī)奠定了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，也為傳真業(yè)務(wù)的發(fā)展注入了新的活力。而網(wǎng)絡(luò)傳真功能作為雙網(wǎng)數(shù)字傳真機(jī)與普通傳真機(jī)最大的區(qū)別，其實(shí)現(xiàn)方案就顯得尤為重要。本文深入研究行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《IP傳真數(shù)據(jù)非實(shí)時(shí)傳送技術(shù)要求》，在分析 Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)傳真收發(fā)與處理的基礎(chǔ)上，提出了基于 Internet的網(wǎng)絡(luò)傳真實(shí)現(xiàn)方案，描述了 IP網(wǎng)絡(luò)傳真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以及所涉及到的相關(guān)協(xié)議與技術(shù)，并且描述了在 SMARTARM2200開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)該解決方案的細(xì)節(jié)。通過對網(wǎng)絡(luò)傳真終端的實(shí)現(xiàn)，深入分析以 ARM處理器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳真通信系統(tǒng)的可行性、可靠性和穩(wěn)定性。

本文第 2部分簡單介紹了國家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《 IP傳真數(shù)據(jù)非實(shí)時(shí)傳送技術(shù)要求》；第 3部分提出了網(wǎng)絡(luò)傳真的系統(tǒng)架構(gòu)和通信流程，并提出了基于嵌入式操作系統(tǒng) uClinux，以及 ARM處理器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法；第 4部分對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了簡單總結(jié)。

2 協(xié)議簡介

西安郵電學(xué)院聯(lián)合西安亞森通信股份有限公司在國內(nèi)率先制定的國家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《IP傳真數(shù)據(jù)非實(shí)時(shí)傳送技術(shù)要求》（標(biāo)準(zhǔn)號：YD/T1650-2007），以國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門建議 ITU-T T.37《在 Internet上利用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式傳送傳真數(shù)據(jù)的規(guī)程》為基礎(chǔ)，并結(jié)合國內(nèi)多家廠商的 IP非實(shí)時(shí)傳真設(shè)備的實(shí)際情況制定。規(guī)定了 IP傳真數(shù)據(jù)非實(shí)時(shí)傳送的技術(shù)要求，包括 IP非實(shí)時(shí)傳真終端的信令格式、通信協(xié)議、流程和數(shù)據(jù)編碼格式的要求。結(jié)合
實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)非實(shí)時(shí)傳真通信時(shí)的用戶在傳真清晰度、傳輸時(shí)間、彩色化、成本、群發(fā)等的需求，提出了一種通過網(wǎng)絡(luò)非實(shí)時(shí)發(fā)送傳真的信令格式，來解決網(wǎng)絡(luò)傳真的發(fā)送和接收問題。

IP網(wǎng)絡(luò)傳真系統(tǒng)簡介

本課題的網(wǎng)絡(luò)傳真通信系統(tǒng)采用非實(shí)時(shí)通信方式中一種重要的實(shí)現(xiàn)方式，也是目前在 Internet上使用最為廣泛的一種應(yīng)用—電子郵件（ E-Mail）[1]。電子郵件在客戶機(jī)與服務(wù)器之間提供松耦合的、異步的交互，而這種方式確保了傳真郵件安全的應(yīng)用。電子郵件的可靠性高，這是因?yàn)樗腔?TCP基礎(chǔ)上的，而 TCP是可以提供端到端的可靠通信。因此將電子郵件與電話或傳真結(jié)合起來，則可以進(jìn)一步拓展 Internet的應(yīng)用范圍。網(wǎng)絡(luò)傳真通過電子郵件的方式實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳真通信時(shí)，需要將傳真樣張轉(zhuǎn)換為電子郵件即可，其中的技術(shù)關(guān)鍵是文件格式的轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中，文件格式的轉(zhuǎn)換在客戶端設(shè)備處完成。[!--empirenews.page--]

3.1 網(wǎng)絡(luò)傳真終端設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)完整網(wǎng)絡(luò)傳真收發(fā)的功能與步驟，可以分為網(wǎng)絡(luò)傳真發(fā)送處理及網(wǎng)絡(luò)傳真接收處理兩個(gè)部分。其中網(wǎng)絡(luò)傳真接收端的處理可以理解為網(wǎng)絡(luò)傳真發(fā)送處理的逆過程。

在發(fā)送端，對傳真樣張進(jìn)行分解、量化處理、編碼、調(diào)制；而在接收端進(jìn)行解調(diào)、譯碼、記錄（處理）和傳真圖像合成的過程。所謂“分解”，就是將傳真圖像按照一定的密度，在水平和垂直兩個(gè)掃描方向上，順序進(jìn)行分割，分割出來的微小基本單元稱之為像素或像點(diǎn)[1]。此后，再利用光 /電轉(zhuǎn)換技術(shù)，把像素點(diǎn)按一定次序轉(zhuǎn)換成電信號，再將電信號進(jìn)行各種處理，包括二值處理、壓縮編碼等，再將圖像信息按 Tiff協(xié)議格式進(jìn)行封裝，接著再把包含圖像信息的 Tiff格式的文件作為郵件的附件形式發(fā)送到傳輸線路[4]，即 Internet網(wǎng)絡(luò)，通過傳真服務(wù)中心轉(zhuǎn)發(fā)到接收端。

在接收端，接收方首先從傳真服務(wù)中心取回包含傳真信息的郵件，經(jīng)過解析郵件，取出包含圖像信息的郵件附件，接著提取出 Tiff格式文件中的圖像信息，再經(jīng)過譯碼恢復(fù)出與發(fā)送端二值圖像信號相對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)序列。最后送入記錄部件，恢復(fù)出與發(fā)送端圖像一致的傳真圖像，即傳真樣張（文件、圖表、圖形或圖像）。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)主要分為三個(gè)主要（層次）部分：

1. 基于 ARM7的嵌入式硬件開發(fā)平臺(tái)；

2. 嵌入式操作系統(tǒng) uClinux的移植[2]，為嵌入式軟件提供可靠的操作系統(tǒng)支持，主要包括基本的 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)功能支持，ram disk文件系統(tǒng)支持（用于暫存系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)）以及 JFFS2文件系統(tǒng)的支持（主要用于在 Flash中長期保存?zhèn)髡鏀?shù)據(jù)和關(guān)鍵的系統(tǒng)數(shù)據(jù)等）；

3. 網(wǎng)絡(luò)傳真處理程序：主要包括網(wǎng)絡(luò)傳真終端處理程序（圖 1中所列功能）以及與傳真服務(wù)器中心之間的傳真收發(fā)接口（其中傳真的內(nèi)容遵循協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)），以及傳真命令控制的接口（主要實(shí)現(xiàn)傳真的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送、網(wǎng)絡(luò)傳真打印以及傳真機(jī)參數(shù)設(shè)置等功能），并提供傳真的存儲(chǔ)管理等功能[4]。 [!--empirenews.page--]

3.3 系統(tǒng)性能測試

對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行綜合測試分析，以保證系統(tǒng)的軟件、硬件具有兼容性、高可靠性和高可用性。并能在發(fā)生故障時(shí)，迅速準(zhǔn)確定位系統(tǒng)中的問題。本項(xiàng)目采用周立功公司開發(fā) SMARTARM2200[3]開發(fā)板為雙網(wǎng)數(shù)字傳真機(jī)硬件測試平臺(tái)，以保證系統(tǒng)硬件平臺(tái)的可靠性與穩(wěn)定性。本項(xiàng)目對目標(biāo)系統(tǒng)的內(nèi)存使用和功能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面進(jìn)行了測試。
內(nèi)存使用的監(jiān)控，采用 VxSim，它是時(shí)下流行的 Wind River公司的 VxWorks RTOS的模擬系統(tǒng)。VxSim允許設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及用戶開發(fā)的應(yīng)用程序在放置到嵌入式系統(tǒng)前，可以在主機(jī)環(huán)境中測試。通過對網(wǎng)絡(luò)傳真處理終端進(jìn)行郵件收發(fā)的壓力測試：全速啟動(dòng)郵件服務(wù)接收端與發(fā)送端（模擬傳真服務(wù)中心，進(jìn)行閉環(huán)測試），POP3客戶端，SMTP客戶端四個(gè)進(jìn)程，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存情況[3]，最大限度允許 10個(gè)不同的用戶進(jìn)程連接。如果要加大可連接用戶進(jìn)程的數(shù)量，則進(jìn)一步增大目標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)存即可。

功能測試是通過將所開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)傳真應(yīng)用程序移植[2][3]到 SMARTARM2200開發(fā)板上，使網(wǎng)絡(luò)傳真系統(tǒng)作為能夠獨(dú)立運(yùn)行在 Internet網(wǎng)絡(luò)和 PSTN網(wǎng)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳真的實(shí)體終端，并進(jìn)行了如下幾方面的功能測試[4]：
測試網(wǎng)絡(luò)數(shù)字傳真機(jī)的接收傳真功能

結(jié)束語

本文分析了用于數(shù)字雙網(wǎng)傳真機(jī)的網(wǎng)絡(luò)傳真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過對網(wǎng)絡(luò)非實(shí)時(shí)傳真通信協(xié)議的研究，提出一種可行的網(wǎng)絡(luò)傳真通信實(shí)現(xiàn)方案。在具體實(shí)現(xiàn)完整的雙網(wǎng)傳真系統(tǒng)的時(shí)候，從物理層到應(yīng)用層，從軟件開發(fā)到系統(tǒng)移植，其所涉及到的方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于本文所討論的問題，但限于篇幅，僅給出了網(wǎng)絡(luò)傳真設(shè)計(jì)的基本思路以及實(shí)現(xiàn)時(shí)的關(guān)鍵問題。本項(xiàng)目經(jīng)過這兩年多的沉淀與積累，已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展，在去年年初更是通過信息產(chǎn)業(yè)部科技司的鑒定驗(yàn)收。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：通過對非實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳真通信協(xié)議的研究，提出了一種基于 ARM處理器和 uClinux嵌入式操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳真通信的實(shí)現(xiàn)方案，并通過鑒定與驗(yàn)收。