VoIP雙模網(wǎng)關(guān)的研究與系統設計
2008/11/03
近年來(lái)隨著(zhù)寬帶網(wǎng)絡(luò )和IP技術(shù)的日益發(fā)展，VoIP>(Volee over Internet Protoc01)技術(shù)的應用越來(lái)越廣泛。網(wǎng)關(guān)是VoIP網(wǎng)絡(luò )中的重要設備，按照應用領(lǐng)域可分為電信級網(wǎng)關(guān)和用戶(hù)端網(wǎng)關(guān)。用戶(hù)端網(wǎng)關(guān)設備主要應用于小區和企業(yè)，是連接終端電話(huà)和IP網(wǎng)絡(luò )的橋梁，主要功能是進(jìn)行語(yǔ)音編解碼、信令處理、VoIP協(xié)議處理和路由協(xié)議處理等。用戶(hù)端網(wǎng)關(guān)設備在VoIP網(wǎng)絡(luò )中的位置如圖1所示。可以看出，網(wǎng)關(guān)處于用戶(hù)電話(huà)線(xiàn)路部分的末端、IP網(wǎng)絡(luò )部分的起始端。
“雙模”是指VoIP和PSTN兩種模式。雙模網(wǎng)關(guān)是一種同時(shí)連接PSTN網(wǎng)絡(luò )和VoIP網(wǎng)絡(luò )并能在兩者之間自動(dòng)切換的用戶(hù)端網(wǎng)關(guān)設備。雙模網(wǎng)關(guān)可以使用
VoIP網(wǎng)絡(luò )節省大量通話(huà)成本，還可以在VoIP網(wǎng)絡(luò )不可用(斷電或路由不可達)時(shí)使用PSTN網(wǎng)絡(luò )保障電話(huà)線(xiàn)路永遠暢通，而且使用雙模網(wǎng)關(guān)不需要對
PBX交換機做任何改動(dòng)，用戶(hù)還可以自由選擇或由網(wǎng)關(guān)自動(dòng)選擇使用VoIP網(wǎng)絡(luò )還是PSTN網(wǎng)絡(luò )，具有很好的實(shí)用性和靈活性。
1.VoIP雙模網(wǎng)關(guān)的工作原理
網(wǎng)關(guān)在VoIP網(wǎng)絡(luò )中主要起協(xié)議轉換、控制及關(guān)守作用，如呼叫控制和呼叫管理等。雙模網(wǎng)關(guān)在普通VoIP網(wǎng)關(guān)的基礎上增加了VoIP與PSTN之間的切換。雙模網(wǎng)關(guān)系統從功能上可分為雙模切換模塊、FXS接口電路模塊、語(yǔ)音處理模塊和軟件控制模塊，其系統框圖如圖2所示。
外部交換站FXS(Fbreign eXchange Subscdber)接口和外部交換局FXO(Foreign eXchange
Office)接口是VoIP網(wǎng)關(guān)中非常重要的兩個(gè)接口。在傳統的PSTN電話(huà)連接中，電話(huà)中心局端交換機提供饋電和鈴流，電話(huà)本身完成Tip／Ring
電路來(lái)請求服務(wù)或者應答PSTN上的呼叫。在VoIP電話(huà)連接中，FXS電路仿真了電話(huà)中心局端交換機的功能，提供饋電和鈴流并檢測環(huán)路電流。而FXO電路相當于仿真了電話(huà)機的功能，提供環(huán)路閉合和檢測鈴流。
FXS接口電路直接與模擬話(huà)機連接，提供撥號音、饋電、鈴流電壓，并能夠檢測話(huà)機的摘掛機和環(huán)路閉合，完成模擬信號與數字信號之間的相互轉換。FXS接口電路包括編解碼器CODEC和用戶(hù)線(xiàn)接口電路SLIC(Subscriber
Line Interface Circuit)。CODEC包括一個(gè)模數轉換器(ADC)和一個(gè)數模轉換器(DAC)。SLIC電路仿真了PSTN電壓，它必須能夠檢測電話(huà)的摘掛機并能產(chǎn)生最高達120V的鈴流電壓。
雙模切換模塊主要包括FXO接口電路，它由CODEC和數據處理陣列DAA(Data Access Arrangement)組成。其中CODEC與FXS電路中的相同；DAA仿真了一部話(huà)機，通過(guò)提供PSTN的環(huán)路閉合來(lái)去除高壓直流分量，只讓
PSTN線(xiàn)上的模擬交流信號通過(guò)。網(wǎng)關(guān)中使用FXO接口電路可實(shí)現以下功能：
(1)斷電時(shí)線(xiàn)路保持暢通：當網(wǎng)關(guān)斷電不能連接VoIP網(wǎng)絡(luò )時(shí)，將線(xiàn)路切換到PSTN線(xiàn)路上。
(2)呼叫重定向：當VoIP網(wǎng)絡(luò )由于擁塞或者其他原因而不可用時(shí)，能夠將線(xiàn)路切換到PSTN上，而且能記住已撥號碼并進(jìn)行自動(dòng)重撥。
(3)遠端VoIP呼叫：VoIP用戶(hù)可以在其他地方通過(guò)PSTN撥入的方式進(jìn)行VoIP呼叫，FXO接口先把PSTN上的電話(huà)撥號音(模擬信號)接收下來(lái)，然后轉換成數字信號送出，相當于將撥號音從一個(gè)FXO擴展到多個(gè)本地FXS。
網(wǎng)關(guān)的語(yǔ)音處理模塊負責對PCM數字語(yǔ)音信號進(jìn)行壓縮與解壓縮。壓縮算法的標準包括G．711、G．723．1和G．729等，不同的算法壓縮比不一樣，占用的帶寬也不同。壓縮算法可以用硬件DSP實(shí)現，也可以用純軟件實(shí)現。
軟件控制模塊實(shí)現網(wǎng)關(guān)的協(xié)議棧處理和路由處理等功能。協(xié)議棧負責將壓縮后的數據流進(jìn)行封裝，加上IP協(xié)議包頭，形成可在VoIP網(wǎng)絡(luò )中傳輸的IP數據包。目前VoIP的協(xié)議棧主要基于H．323和SIP兩種標準。協(xié)議棧將數據流打成IP數據包后，選擇適當路由經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)接口發(fā)送到VoIF網(wǎng)絡(luò )中。接收端網(wǎng)關(guān)接收到IP數據包后，將數據包解壓縮并將解壓縮后的PCM數字信號解碼，恢復原始語(yǔ)音信號。
2.VoIP雙模網(wǎng)關(guān)系統設計
本節提出了一種基于H．323的雙模網(wǎng)關(guān)的系統設計方案，該方案支持4路話(huà)音，使用一種經(jīng)濟實(shí)用的“假FXO接口”方式實(shí)現雙模切換，能夠在VoIP通話(huà)時(shí)檢測到PSTN線(xiàn)上進(jìn)來(lái)的呼叫并可通過(guò)按話(huà)機的拍簧或者Flash閃斷鍵切換接聽(tīng)。
為了有效利用資源，系統使用三相轉接頭將電話(huà)線(xiàn)路與PSTN線(xiàn)路組合到一個(gè)RJ11接口上，每路話(huà)路使用一個(gè)三相轉接頭。三相轉接頭的連接方式如圖3所示。
三相轉接頭的使用可簡(jiǎn)化雙模切換的實(shí)現，也減少了設備的物理端口數量。
系統設計采用“硬件+ 嵌入式操作系統+應用層軟件”的總體架構。
2.1 硬件設計方案
系統的硬件部分主要包括雙模切換模塊、FXS接口電路、語(yǔ)音處理模塊電路、CPU模塊和以太網(wǎng)模塊，硬件設計原理圖如圖4所示。
雙模切換模塊使用了一種“假FXO接口”的方式。電路中用繼電器控制各話(huà)路本身的VoIP和PSTN通路之間的雙模切換。繼電器在網(wǎng)關(guān)沒(méi)有上電時(shí)默認將網(wǎng)關(guān)置于把話(huà)機線(xiàn)與PSTN線(xiàn)對接的狀態(tài)，上電工作后由1?a
target="_blank" class="keyword">FPGA可編程邏輯芯片來(lái)控制繼電器的切換。FPGA芯片是網(wǎng)關(guān)實(shí)現智能切換的關(guān)鍵部件，其中實(shí)現的控制邏輯包括PSTN線(xiàn)路上的鈴流檢測、話(huà)機拍簧動(dòng)作檢測等邏輯，并據此控制繼電器進(jìn)行切換。FPGA與CPU的接口可實(shí)現在VoIP網(wǎng)絡(luò )路由不可達時(shí)切換到PSTN網(wǎng)絡(luò )的邏輯。雙模切換模塊實(shí)現了FXO接口的部分功能，但不是真正的FXO接口，所以稱(chēng)之為“假FXO接口”。
FXS接口電路模塊主要由SUC芯片和Codee芯片組成，分別選用Legerity公司的Le79R70芯片和Le58Q021芯片。Le58Q021
是4通道的Codec芯片，可以控制SLIC芯片(Le79R70)的工作狀態(tài)，選擇編碼方案(線(xiàn)性、a律、μ律)，還支持軟件可編程SLIC的輸入阻抗、平衡阻抗和頻率響應特性等。系統使用1片Le58Q021和4片Le79R70協(xié)同工作支持4路話(huà)音，向話(huà)機提供饋電，產(chǎn)生振鈴信號、檢測話(huà)機摘掛機等，并負責完成電話(huà)模擬信號與PCM數字信號的相互轉換。
語(yǔ)音處理DSP芯片選用AudioCodes公司的AC483，它能同時(shí)支持4通道語(yǔ)音編解碼器，支持G．729A、G．723．1、G．727、G．726、G．711等壓縮算法標準，可完成實(shí)時(shí)的語(yǔ)音壓縮、DTMF信號的檢測、產(chǎn)生和回音消除等工作。
系統CPU芯片選用Samsung公司ARM7TDMI系列的S3C4510B，其工作頻率為50NHz，片內集成了豐富的通用模塊，含有支持
10M／100M自適應的以太網(wǎng)控制器，可以直接通過(guò)PHY芯片引出以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)PHY芯片選用Intel公司的LXT972A芯片，它具有
1OM／100M自適應收發(fā)功能，支持全雙工操作。此外，系統還使用了2MB Flash、16MB SDRAM和512KB
SRAM作為存儲器。
2.2 軟件設計方案
軟件部分主要由嵌入式操作系統和應用層軟件組成，完成協(xié)議棧處理、路由處理和其他控制功能，軟件方案層次結構如圖5所示。
嵌入式操作系統采用μCLinux。μCLinux是一種針對無(wú)內存管理單元的處理器定制的嵌入式操作系統，具有豐富的網(wǎng)絡(luò )功能、源代碼公開(kāi)、內棱可剪裁和易于移植等特點(diǎn)。根據硬件平臺的特點(diǎn)，還需要開(kāi)發(fā)適應硬件平臺的驅動(dòng)程序，包括Bootloader、串口驅動(dòng)和以太網(wǎng)驅動(dòng)。其中Boofloader
是移植uCLinux操作系統的關(guān)鍵，系統上電時(shí)，Bootloader負責進(jìn)行硬件初始化、中斷的處理和硬件時(shí)鐘管理等工作，并加載操作系統映象到內存。為方便系統網(wǎng)絡(luò )升級，Bootloader可實(shí)現TFTP網(wǎng)絡(luò )功能。串口和以太網(wǎng)口驅動(dòng)程序相對比較簡(jiǎn)單，實(shí)現數據的正確收發(fā)即可。
應用層的軟件主要由H．323協(xié)議棧處理模塊、路由處理模塊和DSP控制模塊組成。H．323協(xié)議棧負責呼叫控制和信令、音頻處理和媒體實(shí)時(shí)傳輸等功能。系統采用比較成熟的開(kāi)放源代碼的OpenH323協(xié)議棧作為參考，應用層上的功能模塊都是基于該協(xié)議棧開(kāi)發(fā)的。路由尋址模塊主要負責路由尋址和路由管理，確定目的網(wǎng)關(guān)的IP地址，并選擇最佳路由將IP數據包經(jīng)過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳送到目的網(wǎng)關(guān)。DSP控制模塊主要是在應用程序中根據通話(huà)流程編寫(xiě)相應的控制程序控制
DSP芯片AC483的行為。網(wǎng)管模塊提供了Web網(wǎng)管和CLI命令行界面，很容易對雙模網(wǎng)關(guān)配置和維護。
3.應用方案
系統作為用戶(hù)端網(wǎng)關(guān)設備，可廣泛應用于小區和企業(yè)。對于用戶(hù)數量比較少的小區，可以將話(huà)機直接與網(wǎng)關(guān)連接，如圖6所示。對于用戶(hù)量相對較多的企業(yè)，可以與PBX交換機連接，如圖7所示。
該系統基于H．323協(xié)議棧設計。目前該系統基本功能已實(shí)現，能與其他網(wǎng)關(guān)設備互通，并能與運營(yíng)商的Gatekeeper互通。在該設計的基礎上，可以通過(guò)選用處理能力更強的芯片來(lái)支持更多話(huà)路，可以增加SIP協(xié)議棧以支持雙協(xié)議棧架構，還可以實(shí)現真的FXO接口電路以支持遠端VoIP呼叫，這些都是系統未來(lái)可以改進(jìn)的地方。
全球IP通信聯(lián)盟
相關(guān)鏈接:
亚洲精品网站在线观看不卡无广告,国产a不卡片精品免费观看,欧美亚洲一区二区三区在线,国产一区二区三区日韩
大兴区|
老河口市|
车险|
富蕴县|
武安市|
台安县|
衢州市|
泰州市|
柏乡县|
神木县|
衡山县|
通河县|
汽车|
水城县|
铜陵市|
肥乡县|
仙游县|
拉孜县|
伽师县|
南昌市|
美姑县|
扎兰屯市|
黎川县|
筠连县|
乃东县|
台南县|
陵水|
科尔|
乡城县|
宜城市|
山东省|
汪清县|
兴文县|
安图县|
富民县|
保德县|
天柱县|
东乌珠穆沁旗|
洛隆县|
黑水县|
壶关县|
http://444
http://444
http://444
http://444
http://444
http://444