基于SIP協(xié)議的IP電話通信系統(tǒng)的組成原理

基于SIP協(xié)議的IP電話通信系統(tǒng)的組成原理基于SIP協(xié)議的IP電話通信系統(tǒng)的組成原理種類：通信網(wǎng)絡(luò)大綱：介紹了一種基于SIP協(xié)議的IP電話通信系統(tǒng)的組成原理，給出了一種獨(dú)立式IP電話設(shè)計(jì)方案。該方案經(jīng)過(guò)在S3C24lO微辦理器上移植μC／0S-II操作系統(tǒng)來(lái)完成多任務(wù)管理，可使用一個(gè)RJ-45以太網(wǎng)接口直接連接Internet來(lái)實(shí)現(xiàn)和其他IP電話的通話。0序言IP電話以其通話費(fèi)率低、方便集成和智能化等優(yōu)勢(shì)而獲取了眾多花銷者的極大認(rèn)可，并所以而對(duì)原有固定電話運(yùn)營(yíng)者的長(zhǎng)途電話和國(guó)際電話業(yè)務(wù)造成了巨大沖擊。所以，隨著以太網(wǎng)接口的直接入戶，開(kāi)發(fā)出一種帶有RJ-45以太網(wǎng)接口并直接連入因特網(wǎng)，從而使使用更加方便的IP電話特別需要。利用這種IP電話，用戶可以直接撥叫遠(yuǎn)端的電話號(hào)碼，并經(jīng)過(guò)關(guān)守(gatekeeper)把所撥的電話號(hào)碼變換成遠(yuǎn)端IP電話的IP地址，從而成立通話連接。事實(shí)上，新式IP電話終端已經(jīng)可以直接把輸入語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化，并依照G．728或G．729等必然的語(yǔ)音壓縮編碼算法來(lái)完成對(duì)輸入語(yǔ)音信號(hào)的實(shí)時(shí)壓縮，使帶寬從64kbps降低到8kbps，從而大大提高了信道的利用率。IP電話終端平時(shí)依照SIP(也許H．323)協(xié)議，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)(gateway)實(shí)現(xiàn)IP電話和一般電話的互通。1IP電話系統(tǒng)組成IP電話通信的基根源理是利用數(shù)字通信技術(shù)來(lái)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字壓縮編碼辦理，爾后按TCP／IP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打包，再經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包發(fā)送到接收地。同時(shí)在接收端將這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)包串起來(lái)。再經(jīng)過(guò)解碼解壓辦理，以使其恢復(fù)成原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，從而達(dá)到由互聯(lián)網(wǎng)傳達(dá)語(yǔ)音的目的。IP電話的基本組成原理如圖1所示。IP電話系一致般有機(jī)(IPPhone)、網(wǎng)關(guān)(Gateway)、多點(diǎn)控制單元MCU(MultipointControlUnit)和網(wǎng)閘(Gatekeeper)等四個(gè)基本組件。其中機(jī)是IP電話的客戶終端，多以硬件形式出現(xiàn)，它可以直接連接在IP網(wǎng)上，以便進(jìn)行實(shí)時(shí)的語(yǔ)音或多媒體通信；網(wǎng)關(guān)是經(jīng)過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)PHONE-TO-PHONE語(yǔ)音通信的要點(diǎn)設(shè)備。是IP網(wǎng)絡(luò)和PSTN／ISDN／PRX網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備；多點(diǎn)控制單位(MCU)的功能在于利用IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信，以使IP電話可以支持諸如網(wǎng)絡(luò)會(huì)議這樣一對(duì)多的通信；至于網(wǎng)閘，有時(shí)也稱為網(wǎng)守或關(guān)守，主要用來(lái)供應(yīng)對(duì)整個(gè)電話系統(tǒng)端點(diǎn)和呼叫的管理。網(wǎng)閘的主要功能包括地址翻譯、呼叫采納控制、呼叫管理以及呼叫權(quán)限等。在H．323建議中，網(wǎng)閘是一個(gè)可選部分，但是對(duì)于實(shí)質(zhì)運(yùn)行的局域網(wǎng)IP電話系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)閘則是一個(gè)重要部件。本系統(tǒng)中，網(wǎng)閘成立在IP地址的一個(gè)終端上。經(jīng)過(guò)網(wǎng)閘可對(duì)所有終端用戶的姓名和IP地址進(jìn)行一致登記和管理，并起初給每個(gè)終端用戶分配一個(gè)近似電話分機(jī)的虛假電話號(hào)碼，以便其他終端用戶進(jìn)行呼叫。主叫用戶無(wú)需知道被叫用戶終端的IP地址，只需要輸入其對(duì)應(yīng)的虛假電話號(hào)碼或真實(shí)姓名即可。2IP電話單機(jī)的硬件設(shè)計(jì)IP電話分為接收方和呼叫方。倡導(dǎo)通話央求的一端稱為呼叫方，另一端為接收方。依照不同樣的應(yīng)用途景，呼叫方和接收方可以調(diào)換角色，也就是說(shuō)，任意一方都可以倡導(dǎo)通話央求，呼叫方倡導(dǎo)通話央求并輸入接收方的IP地址，兩方經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接成功后，利用麥克風(fēng)和聽(tīng)筒就可以進(jìn)行發(fā)言了。IP通話的主要工作在機(jī)單機(jī)部分。隨著現(xiàn)在ARM微辦理器技術(shù)的高度發(fā)達(dá)和日趨成熟，設(shè)計(jì)中選擇了ARM9微辦理器S3C2410和μC／0S-II搭建平臺(tái)來(lái)制作單機(jī)部分。一般單機(jī)的基本工作框圖如圖2所示。在圖2中，CPU內(nèi)核模塊是搭建一個(gè)帶CPU及儲(chǔ)藏器的工作核心。其中的微處理器采用的就是三星公司的S3C2410(ARM920T)，F(xiàn)lash采用的是SST公司的SST39VFl60的NORFlash，SDRAM則采用hynix公司的HY57V641620HG；以太網(wǎng)接口主要幫助CPU完成TCP／IP數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送。本設(shè)計(jì)采用的RTL8019AS是一種全雙工的即插即用型以太網(wǎng)控制器，它兼容RTL8019控制軟件和NE20008bit或16bit的傳輸，并支持UTP、AUI、BNC和PNP自動(dòng)檢測(cè)模式，同時(shí)支持外接閃爍儲(chǔ)藏器讀寫操作以及I／0口地址的完好解碼，此外，它還擁有LED指示功能，其接口吻合Ethernet2和E802．3、10Base5、lOBase2、10BaseT等標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)中的顯示模塊采用一塊一般數(shù)顯LCD，主要用來(lái)完成電話號(hào)碼的顯示及一些本機(jī)工作狀態(tài)的顯示；鍵盤模塊和EEPROM主要供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)電話機(jī)的撥號(hào)鍵盤，以完成撥號(hào)和電話機(jī)的功能設(shè)置。EEPROM主要用于系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和儲(chǔ)藏。語(yǔ)音模塊可采用飛利浦半導(dǎo)體公司的UDAl341TS音頻編解碼器。別的，系統(tǒng)中的上位機(jī)接口主要完成一些參數(shù)的設(shè)定和一些已經(jīng)被記錄的參數(shù)的讀取。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件方面的工作主若是驅(qū)動(dòng)程序的編寫、任務(wù)的劃分和任務(wù)的編寫等三個(gè)方面。由于μC／OS-II基本上不供應(yīng)API接口庫(kù)也許需要額外購(gòu)置，所以，中需要編寫的主要驅(qū)動(dòng)軟件有包括TCP／IP、液晶驅(qū)動(dòng)、EEPROM驅(qū)動(dòng)、鍵盤驅(qū)動(dòng)、IO驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)等程序。這些驅(qū)動(dòng)程序的編寫一般都有固定的模式和套路。一般情況下，IP電話軟件應(yīng)包括完成語(yǔ)音通話所需的所有功能。該軟件按功能可劃分為圖3所示的四部分。3．1呼叫辦理模塊呼叫辦理模塊主要完成呼叫的建立與拆掉功能。呼叫控制可采用SIP協(xié)議成立會(huì)話。呼叫成立過(guò)程平時(shí)是先由一個(gè)SIP終端向當(dāng)?shù)氐拇矸?wù)器發(fā)出呼叫央求，當(dāng)?shù)氐拇矸?wù)器則經(jīng)過(guò)查詢當(dāng)?shù)氐闹囟ㄏ蚍?wù)器來(lái)查找下一個(gè)代理服務(wù)器的地址，并向其轉(zhuǎn)發(fā)呼叫請(qǐng)求。當(dāng)下一個(gè)代理服務(wù)器收到呼叫央求后，第一經(jīng)過(guò)定向服務(wù)器查找被叫所在網(wǎng)絡(luò)的代理服務(wù)器，爾后向該代理服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)呼叫央求。被叫所在網(wǎng)絡(luò)的代理服務(wù)器確定被叫終端后，再向被叫終端轉(zhuǎn)發(fā)呼叫央求。最后由被叫終端應(yīng)答，從而實(shí)現(xiàn)連接。3．2語(yǔ)音編碼／解碼模塊誠(chéng)然語(yǔ)音采集所獲取的PCM編碼數(shù)據(jù)可以供應(yīng)較好的長(zhǎng)途通信語(yǔ)音質(zhì)量，但其速率經(jīng)常過(guò)高，所以占用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源過(guò)高。為此，一般都需要對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)一步壓縮，以降低語(yǔ)音編碼的速率。這樣，相應(yīng)的，在接收端也就需要同樣的解壓算法來(lái)恢復(fù)原始語(yǔ)音數(shù)據(jù)。編制這部分代碼可采用現(xiàn)在比較成熟的語(yǔ)音編解碼算法，并進(jìn)行必然的改進(jìn)，以提高語(yǔ)音通話質(zhì)量。3．3數(shù)據(jù)封包／拆包模塊數(shù)據(jù)封包／拆包軟件模塊主要對(duì)壓縮編碼后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，包括增加包頭、時(shí)標(biāo)和其他信息，以使其形成語(yǔ)音包。在接收時(shí)。則應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的拆包，并提取語(yǔ)音壓縮包。3．4數(shù)據(jù)傳輸模塊該模塊主要完成語(yǔ)音包的發(fā)送和接收。由于把音頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸給對(duì)剛才是保證實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信的要點(diǎn)。所以，在考慮可靠性和實(shí)時(shí)性方面，更應(yīng)側(cè)重速度和實(shí)時(shí)性。故在選擇協(xié)議時(shí)，可采用UDP協(xié)議，并在編程時(shí)使用對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)套接字。4結(jié)束語(yǔ)IP電話通信系統(tǒng)是利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資