基于SIP協(xié)議的IP電話通信系統(tǒng)的組成原理

0 概述

IP電話以其通話費(fèi)率低、方便集成和智能化等優(yōu)勢而得到了眾多消費(fèi)者的極大認(rèn)可，并因此而對原有固定電話運(yùn)營者的長途電話和國際電話業(yè)務(wù)造成了巨大沖擊。因此，隨著以太網(wǎng)接口的直接入戶，開發(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電話非常需要。利用這種IP電話，用戶可以直接撥叫遠(yuǎn)端的電話號(hào)碼，并通過關(guān)守(gate keeper)把所撥的電話號(hào)碼轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)端IP電話的IP地址，從而建立通話連接。事實(shí)上，新型IP電話終端已經(jīng)可以直接把輸入語音信號(hào)數(shù)字化，并按照G．728或G．729等一定的語音壓縮編碼算法來完成對輸入語音信號(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電話終端通常遵循SIP(或者H．323)協(xié)議，并通過網(wǎng)關(guān)(gate way)實(shí)現(xiàn)IP電話和普通電話的互通。

1 IP電話系統(tǒng)組成

IP電話通信的基本原理是利用數(shù)字通信技術(shù)來對語音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字壓縮編碼處理，然后按TCP／IP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打包，再經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包發(fā)送到接收地。同時(shí)在接收端將這些語音數(shù)據(jù)包串起來。再經(jīng)過解碼解壓處理，以使其恢復(fù)成原來的語音信號(hào)，從而達(dá)到由互聯(lián)網(wǎng)傳送語音的目的。IP電話的基本組成原理如圖1所示。



IP電話系統(tǒng)一般有*機(jī)(IPPhone)、網(wǎng)關(guān)(Gateway)、多點(diǎn)控制單元MCU(MultipointControl Unit)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)的語音或多媒體通信；網(wǎng)關(guān)是通過IP網(wǎng)絡(luò)提供PHONE-TO-PHONE語音通信的關(guān)鍵設(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電話能夠支持諸如網(wǎng)絡(luò)會(huì)議這樣一對多的通信；至于網(wǎng)閘，有時(shí)也稱為網(wǎng)守或關(guān)守，主要用來提供對整個(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、呼叫接納控制、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，但是對于實(shí)際運(yùn)行的局域網(wǎng)IP電話系統(tǒng)來說，網(wǎng)閘則是一個(gè)重要部件。本系統(tǒng)中，網(wǎng)閘設(shè)立在IP地址的一個(gè)終端上。通過網(wǎng)閘可對所有終端用戶的姓名和IP地址進(jìn)行統(tǒng)一登記和管理，并預(yù)先給每個(gè)終端用戶分配一個(gè)類似電話分機(jī)的虛擬電話號(hào)碼，以便其他終端用戶進(jìn)行呼叫。主叫用戶無需知道被叫用戶終端的IP地址，只需要輸入其對應(yīng)的虛擬電話號(hào)碼或真實(shí)姓名即可。

2 IP電話單機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

IP電話分為接收方和呼叫方。發(fā)起通話請求的一端稱為呼叫方，另一端為接收方。根據(jù)不同的應(yīng)用場景，呼叫方和接收方可以調(diào)換角色，也就是說，任意一方都可以發(fā)起通話請求，呼叫方發(fā)起通話請求并輸入接收方的IP地址，兩方通過網(wǎng)絡(luò)連接成功后，利用麥克風(fēng)和聽筒就可以進(jìn)行談話了。

IP通話的主要工作在*機(jī)單機(jī)部分。隨著現(xiàn)在ARM微處理器技術(shù)的高度發(fā)達(dá)和日趨成熟，設(shè)計(jì)中選擇了ARM9微處理器S3C2410和μC／0S-II搭建平臺(tái)來制作*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及存儲(chǔ)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NOR Flash，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NE2000 8bit或16bit的傳輸，并支持UTP、

AUI、BNC和PNP自動(dòng)檢測模式，同時(shí)支持外接閃爍存儲(chǔ)器讀寫操作以及I／0口地址的完全解碼，此外，它還具有LED指示功能，其接口符合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普通數(shù)顯LCD，主要用來完成電話號(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主要提供網(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)置和存儲(chǔ)。語音模塊可選用飛利浦半導(dǎo)體公司的UDAl341TS音頻編解碼器。另外，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。