試論VoIP系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)（傅瑾鄧娟娟） - 江西交通信息網(wǎng)

1、試論VoIP系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)傅 瑾 鄧娟娟（江西省公路管理局交通通信總站 南昌 330003) 摘 要:VoIP(Voice-Over-Internet Protocol)及H.323協(xié)議是當前國內(nèi)外研究與應(yīng)用的熱點。本文從VoIP與H.323協(xié)議入手，通過對一個小型VoIP系統(tǒng)應(yīng)用需求的分析，提出了系統(tǒng)的初步設(shè)計方案，并分別對這個小型的VoIP系統(tǒng)的軟件和硬件部分提出了具體的設(shè)計和實現(xiàn)，最后一部分是使該系統(tǒng)實用化的后續(xù)開發(fā)要求。關(guān)鍵詞:信息工程；VoIP；H.323協(xié)議；網(wǎng)關(guān)1060 前 言100多年以來，基于電路交換技術(shù)的電話業(yè)務(wù)始終是電信業(yè)的主流。但隨著計算機和寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是

2、Internet的日益普及，使得IP(Internet Protocol)無可爭辯的成為未來信息網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)，基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已開始進入電信領(lǐng)域，其突破口選擇了電話業(yè)務(wù)，它使用計算機網(wǎng)絡(luò)的分組交換技術(shù)來進行話音通信，VoIP(Voice Over IP)就是這樣一種基于IP的、滿足話音通信需求的新型解決方案。20世紀90年代后，隨著Internet在全球范圍內(nèi)的興起和話音編碼技術(shù)的發(fā)展，VoIP獲得了突破性的進展和實際應(yīng)用，而且正在逐步占領(lǐng)傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)的市場，所有這些都是由VoIP所具有的獨特應(yīng)用優(yōu)勢所決定的：價格低廉；可以非常靈活的提供多種增值業(yè)務(wù)；特別適合被企業(yè)用來建立高效的企

3、業(yè)綜合應(yīng)用服務(wù)平臺；有利于運營商開拓新的業(yè)務(wù)市場；能直接推動寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。1 H.323協(xié)議概述1996年，ITU-T通過了H.323協(xié)議，即局域網(wǎng)上支持可視電話通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該協(xié)議的推出，極大的推動了VoIP的發(fā)展，使之有可能而且已經(jīng)進入了公用電話網(wǎng)服務(wù)，H.323協(xié)議已成為VoIP的公共規(guī)范，也成為各廠商設(shè)備互通的技術(shù)依據(jù)。H.323協(xié)議包括一系列的協(xié)議，如呼叫控制協(xié)議、媒體控制協(xié)議和音頻、視頻編碼協(xié)議等，這些協(xié)議規(guī)定了詳細的技術(shù)內(nèi)容和控制過程，它們共同組合起來構(gòu)成了分組網(wǎng)多媒體通信的技術(shù)標準。下三層為分組網(wǎng)絡(luò)的底層協(xié)議，傳輸層包括兩類協(xié)議：不可靠協(xié)議UDP與可靠協(xié)議TCP，前者用

4、于傳送實時的話音和視頻信息以及相關(guān)的協(xié)議信息，后者用于傳送數(shù)據(jù)信號以及呼叫信令和媒體控制協(xié)議信息。H.225.0和H.245是H.323協(xié)議中的核心協(xié)議，前者用于呼叫控制，后者用于媒體信道控制。2 小型的VoIP系統(tǒng)的設(shè)計思路21 小型VoIP系統(tǒng)的應(yīng)用需求雖然VoIP已經(jīng)進入公共電話網(wǎng)服務(wù)，但其作為企業(yè)內(nèi)部綜合服務(wù)平臺支撐技術(shù)的潛力卻日益顯現(xiàn)出來。小型VoIP系統(tǒng)引入企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)后，可以將原有的數(shù)據(jù)網(wǎng)與電話網(wǎng)二網(wǎng)合一，可以很容易的在已有的數(shù)據(jù)網(wǎng)的平臺上加入電話網(wǎng)功能，構(gòu)筑計算機電話集成(CTI)系統(tǒng)，這樣將極大的改善企業(yè)內(nèi)部的工作方式，提高協(xié)同工作的效率。企業(yè)采用小型VoIP系統(tǒng)的另一好處是可

5、以取代傳統(tǒng)的PBX，降低設(shè)備運行維護成本，目前LAN產(chǎn)品的價格遠遠低于PBX的價格，這也是促使企業(yè)用VoIP系統(tǒng)取代PBX的原因之一。大型企業(yè)或擁有內(nèi)部龐大網(wǎng)絡(luò)的群體(如軍隊、鐵路、公安、石油、煤礦)等還可以利用Internet提供的虛擬專網(wǎng)服務(wù)構(gòu)建其分布式的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，在其上開通VoIP電話服務(wù)，從而節(jié)省大量的費用。以上是對小型VoIP系統(tǒng)的應(yīng)用需求分析。22 系統(tǒng)的初步設(shè)計思路我們的這個小型VoIP系統(tǒng)主要按照應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的原則進行設(shè)計。為了滿足與其它廠商設(shè)備之間的互通以及后續(xù)開發(fā)的需要，我們決定實現(xiàn)一個部分符合H.323協(xié)議的系統(tǒng)。根據(jù)H.323協(xié)議所建議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們決定實現(xiàn)終端、網(wǎng)

6、關(guān)(Gateway)和網(wǎng)守(Gatekeeper)這三個H.323實體，其中終端和網(wǎng)關(guān)兩個實體的功能采用一個單一的網(wǎng)關(guān)設(shè)備來完成，這個網(wǎng)關(guān)設(shè)備將完成話音處理、話音信息與信令信息轉(zhuǎn)換以及少量IP話音通信協(xié)議這三部分的工作，網(wǎng)守實體的功能采用單一的網(wǎng)守設(shè)備來完成，這個網(wǎng)守設(shè)備將完成大部分IP話音通信的呼叫管理協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)管理、安全兩方面的工作。23 系統(tǒng)的模塊劃分以及功能特性分析根據(jù)上面的設(shè)計思路和指導(dǎo)原則，我們的這個小型VoIP系統(tǒng)將由網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)守兩部分組成，其中網(wǎng)關(guān)模塊具有下列特性：（1）支持實時話音通信；（2）具有10M/100M的網(wǎng)絡(luò)接口；（3）具有電話網(wǎng)接口(普通用戶線和中繼線)；（4）具

7、有通過網(wǎng)絡(luò)或RS-232的主機系統(tǒng)配置和管理平臺；（5）支持遠程軟件的升級；（5）網(wǎng)守模塊具有下列特性：（6）靈活的編號體制；（7）靈活可擴展的呼叫控制和管理；（8）遠程網(wǎng)管；（9）具有安全模塊。3 VoIP系統(tǒng)硬件部分結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)31 硬件部分功能分析先來分析VoIP系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，話音處理一直是VoIP中的關(guān)鍵技術(shù)，主要是解決兩個問題：一是在保證一定話音質(zhì)量的前提下盡可能降低編碼比特率；二是在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保證一定的通話質(zhì)量。前者主要是話音編碼技術(shù)，后者包括分組丟失補償和回波抵消技術(shù)，目前市場上的VoIP終端和網(wǎng)關(guān)設(shè)備大多采用硬件來實現(xiàn)上述兩項技術(shù)，因此我們的這個小型VoIP系統(tǒng)也決定

8、用硬件來完成這一工作，網(wǎng)關(guān)設(shè)備的硬件模塊除了完成上述工作外，還負責提供電話接口和網(wǎng)絡(luò)接口的功能。網(wǎng)守設(shè)備由于主要擔負呼叫和網(wǎng)絡(luò)管理方面的工作，所以相對于網(wǎng)關(guān)設(shè)備而言，硬件平臺就顯得不是十分重要了，而絕大部分功能由軟件來實現(xiàn)。32 網(wǎng)關(guān)設(shè)備硬件部分模塊劃分根據(jù)上面對網(wǎng)關(guān)設(shè)備功能的分析，將網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)備分為下列模塊：（1）話音處理模塊：完成低比特率話音編碼、靜音檢測、分組丟失補償、回波抑止等工作；（2）處理器模塊：提供處理器功能以及相關(guān)外圍設(shè)備功能；（3）網(wǎng)絡(luò)接口模塊：提供以太網(wǎng)接口功能；（4）電話接口模塊：提供普通用戶線和中繼線接入功能；（5）其它模塊：包括串口、Flash存儲等功能。33 網(wǎng)關(guān)設(shè)

9、備硬件部分實現(xiàn)方案網(wǎng)關(guān)設(shè)備的實現(xiàn)中，最關(guān)鍵的是話音處理模塊的實現(xiàn)，我們考慮采用AudioCodes的AC4810xA-C系列中的48105話音分組(VoPP)單片處理器，可以提供多達5個獨立的話音、傳真和數(shù)據(jù)信道，能夠完成可配置、低比特率話音壓縮和傳真中繼功能，而且可以提供長途電話的質(zhì)量，這樣的話我們的網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以接多達5個的電話接口，包括普通用戶線和中繼線。處理器模塊我們采用motorola的MC68360集成通信控制器，這種處理器由三個模塊組成：一個CPU32+的核、一個系統(tǒng)集成模塊和一個通信處理器模塊，特別適用作為通信設(shè)備的處理器使用。以MC68360為核心加上RAM，F(xiàn)LASH及以太網(wǎng)

10、口構(gòu)成了我們網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)備的處理器模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊。由于電話接口模塊與原有的電路交換設(shè)備類似，我們這里采用PCM濾波編解碼芯片8965以及并行接入電路芯片8920，同時提供三個小插板：用戶電路小插板、環(huán)路中繼小插板和E&M中繼小插板。另外還必須設(shè)計一個大載板用于承載上述的各模塊，同時提供電源轉(zhuǎn)換功能。關(guān)于網(wǎng)守設(shè)備的硬件，我們這里采用具有以太網(wǎng)接口的工控機來實現(xiàn)。4 VoIP系統(tǒng)軟件部分結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)41 軟件部分功能分析考慮到H.323協(xié)議的復(fù)雜性，我們這個小型的VoIP系統(tǒng)將實現(xiàn)部分的H.323協(xié)議功能，按照設(shè)備劃分，分為網(wǎng)關(guān)設(shè)備的軟件部分和網(wǎng)守設(shè)備的軟件部分。其中對于網(wǎng)關(guān)設(shè)備而言，

11、軟件部分將實現(xiàn)：1、話音處理芯片的底層驅(qū)動處理；2、少量的呼叫控制協(xié)議H.225.0和H.245協(xié)議；3、網(wǎng)守設(shè)備的軟件部分相比較而言較復(fù)雜：4、大量呼叫控制、管理協(xié)議H.225.0和H.245協(xié)議；5、網(wǎng)絡(luò)管理；安全。42 網(wǎng)關(guān)設(shè)備軟件部分模塊劃分網(wǎng)關(guān)設(shè)備軟件部分包括：與話音處理有關(guān)的底層驅(qū)動部分（包括話音處理芯片48105的驅(qū)動，PCM濾波編解碼芯片8965的驅(qū)動以及并行接入電路芯片8920的驅(qū)動等）、電話應(yīng)用相關(guān)部分（主要是摘掛機檢測、呼叫處理、定時機制等）、網(wǎng)絡(luò)通信部分（包括TCP/UDP通信模塊）、應(yīng)用層協(xié)議部分（涉及到與網(wǎng)守(gatekeeper)之間以及與配置臺(console)

12、之間）H.225.0 和H.245協(xié)議、串口應(yīng)用部分（68360底層串口處理以及上層協(xié)議交互控制）、Flash存儲部分（Flash底層的驅(qū)動以及上層的簡單協(xié)議）。43 網(wǎng)守設(shè)備軟件部分模塊劃分網(wǎng)守設(shè)備軟件部分包括：網(wǎng)絡(luò)通信模塊（包括TCP/UDP通信模塊）、應(yīng)用層協(xié)議模塊（涉及到與網(wǎng)關(guān)(gateway)之間以及與配置臺(console)之間）H.225.0 和H.245協(xié)議、呼叫控制與管理模塊、網(wǎng)絡(luò)管理模塊、安全模塊等。44 開發(fā)及運行平臺的選擇軟件開發(fā)及運行可采用兩種不同的平臺：一是采用商用的實時操作系統(tǒng)，如VxWorks或PSos；一是采用源碼公開的linux加實時模塊。VxWorks是目

13、前應(yīng)用最為廣泛的一種實時操作系統(tǒng)，它的集成開發(fā)環(huán)境叫Tornado，這個集成開發(fā)環(huán)境提供了高效明晰的圖形化的實時應(yīng)用開發(fā)平臺，包括一套完整的面向嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)測工具。Tornado環(huán)境采用主機目標機交叉開發(fā)模型，應(yīng)用程序在主機的Windows環(huán)境下編譯鏈接生成可執(zhí)行文件，下載到目標機，通過主機上的目標服務(wù)器（Target Server）與目標機上的目標代理（Target Agent）的通信完成對應(yīng)用程序的調(diào)試、分析。由于VxWorks所具有的開發(fā)方便的特點，而且還提供了非常完備的TCP/IP協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)支持以及眾多的可選模塊，所以我們采用VxWorks作為這個小型VoIP系統(tǒng)的開發(fā)和運行平臺。5 結(jié) 語目前的這個小型的VoIP系統(tǒng)還不是很成熟，特別是只能用于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)環(huán)境，如果要應(yīng)用于Internet的話，還需要做很多改進工作，這