（信息与通信工程专业论文）融合通信中综合接入设备（iad）实现技术的研究.pdf

摘要 摘要 随着i n t e r n e t 技术的发展，市场对通信业务的需求逐渐由单一语音业务变为对数据、图 像和语音的多种综合业务需求，传统的电信网已经不能满足当前多样化的业务需求，逐渐向 下一代网络演迸，实现将电话、传真、语音邮件等通信方式统一接入的融合通信系统成为必 然要求。v o l p 技术为电信网的发展带来新的活力，解决了传统电话资源利用率和可靠性低 的问题，实现了语音与数据的融合，同时降低了通信业务成本。以v o l p 技术为基础的综合 接入设备( i a d ) ，实现语音、数据等业务的综合接入。本文研究了基于s i p 协议的v o l p 技 术，提出了l a d 的系统架构，实现了l a d 的软硬件系统。论文完成的主要工作包括： 首先，介绍了综合接入设备的背景知识，传统电信网向下一代网络演变的趋势，分析了 下一代网络的体系结构、特点以及核心技术，阐述了融合通信的必要性和特征。在此基础上， 讨论了l a d 的功能和接入方式，系统研究了适用于实现l a d 系统的v o l p 技术，包括：基本 原理、系统组成、协议结构以及关键技术。 接着，在上述研究基础上，提出了i a d 的分层设计思想，依次为：l a d 硬件，k e m e l b s p 驱动层、揲作系统层、协议栈层、戍州程序层在内。分别从软件和硬件两个方面提出了设计 和实现方案。在硬件实现方面，本文选用l n f i n e o n 公司a d m5 1 2 0 开发平台，通过对 a d m s l 2 0 p 主控单元、v i n e t l c 2 c p e 语音处理芯片、存储电路，网络接口的分析与设计， 构建l a d 系统的硬件平台，实现对信令控制( s i p ) ，媒体( r t p ，r t c p ) 传输、语音处理等基本 功能的支持。 最后，给出了i a d 的软件实现方案，研究了l i n u x 操作系统、内核及其b s p 模块，实 现了对硬件设备的操作及l a d 系统内核镜像文件的制作讨论了l a d 系统实现中的s i p 协 议、r t p 协议以及u d p 协议，分别从协议的规范、协议栈的选取、开发及应用展开研究 麻_ l i j 程序分为通话模块和用户接口模块分别实现，模块间通过管道通信，模块内采用事件触 发机制处理系统捕获的按键事件、协议栈事件和媒体事件。阐述了配置模块的功能，并给出 具体开发流程及方法。描述了l a d 系统的工作流程，以及接入设备的状态机。并对i a d 系 统分别从语音通话、s i p 协议栈的支持和配置功能三方面进行测试，验证了设计方案的正确 性和可行性。 关键字：融合通信，v o l p ，综合接入设备，s i p 协议 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e ta n dt e l e c o m m u n i c a t i o n , t h em a r k e td e m a n df o r c o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei sg r a d u a l l yt r a n s f o r m i n gf r o mt h es i n g l ev o i c es e r v i c et ot h ec o n v e r g e n c e s e r v i c eo fv o i c e d a t aa n dm u l t i - m e d i a , w h i c hi st o om u c hd i 衔c u l tf o rp s t nt oa c h i e v e an e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) i sap a c k e t - b a s e dn e t w o r kt r a n s p o r t sa l li n f o r m a t i o na n ds e r v i c e s ( v o i c e ，d a t a , a n da l ls o r t so f m e d i as u c ha sv i d e o ) ，b ，re n c a p s u l a t i n gt h e s ei n t op a c k e t s , l i k ei ti so n t h ei n t e m e t n g ni m p l i e st h ec o n v e r g e dc o m m u n i c a t i o na n dt h em i g r a t i o no fv o i c ef r o ma s w i t c h e da r c h i t e c t u r e ( p s t n ) t ov o l ei n t e g r a t e da c c e s sd e v i c e ( i a d ) ，b a s e do nv o l pt e c h n o l o g y , l i e si nt h ea c a ? a g s 5l e v e lo f n g na r c h i t e c t u r e ，a c c e s s i n gd i f f e r e n tk i n d so f n e t w o r kt e r m i n a l s t h i s d i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h er e s e a r c ho f v o l pt e c h n o l o g ya n da i m st od e s i g na l ll a d f i r s to f a l l ，t h eb a c k g r o u n do fi a di sp r e s e n t e d ，e s p e c i a l l ya b o u tt h ec o n c e p to f n g na n di t s c h a r a c t e r i s t i c s c o n v e r g e dc o m m u n i c a t i o ni st h en e e do f t h ee n t e r p r i s ea n dg o v e r n m e n t t h e n ，t h e f u n c t i o n sa n dt h ea c c e s sm o d e so fl a da r ed e l i v e r e d a d d i t i o n a l l y , t h er e s e a r c ho nv o l pi s d e v e l o p e db ya n g l i c i z i n gt h ep r i n c i p l e so fv o l p , t h ec o m p o n e n t so fv o i ps y s t e m t h ep r o t o c o l s a n dk e yt e c h n o l o g i e so fv o i pa r cd i s c u s s e dt og e tad e e pl e n g t h f u r t h e r m o r e t h eo v e r a l l a r c h i t e c t u r ed e s i g no f l a di sp r o p o s e d 时l e v e l ，i n c l u d i n gt h ei a dh a r d w a r e , k e m e l b s pd d v e r t h el i n u xo p e r a t e ds y s t e m ，t h es t a c ko f p r o t o c o l sa n dt h ea p p l i c a t i o n s a d m 5 1 2 0i ss e l e c t e da s t h eh a r d w a r ep l a t f o r mt os u p p o r tt h ei m p l e m e n t a t i o no f s l p m e d i at r a n s m i s s i o n , t h ep r o c e s s i n go f v o i c e d u r i n gt h ed e s i g no f s o f t w a r e ，t h ec o n t r o lo f h a r d w a r ei sr e a l i z e db yt h er e s e a r c ho f t h eo s a n db s et h ep r o t o c o l su s e di nt h el a ds y s t e ma r es t u d i e df r o mt h ea s p e c t so fs p e c i f i c a t i o n , e x p l o r a t i o na n dt h ea p p l i c a t i o n t h ea p p l i c a t i o np r o g r a m m ei sp u t 锄e m p h a s i so nd u d n gt h e i m p l e m e n t a t i o no fs o f t w a r e c o n f i g u r ep r o g r a m m ei sa l s op r o v i d e d a tl a s t ，t h ep r o j c e ti sv e r i f i e d b yt e s t so v e rt h ea s p e c t so f v o i c e , s u p p o r to f s i ps t a c ka n dt h eu s eo f c o n f i g u r e k e y w o r d s ：c o n v e r g e d c o m m u n i c a t i o n s ；v o l p t e c h n o l o g y ；i n t e g r a t e d a c c e s s d e v i c e ；s i p i i i 缩略语 a a a a r p b s p c i d c o s c n g d h c p d n d d n s d 1 1 f d s l d s p 盯p g p i o g p l h r r p h t n 毽 i a d i s d n i n i p l v r l a n m a c m w l m g c p n g n 缩略语 a u t h e n t i c a t i o n ，a u t h o r i z a t i o n , a c c o u n t i n g a d d l e s sr e s o l u t i o np r o t o e o l b o a r ds u p p o r tp a c k a g e c o n n e c t i o ni d e n t i f i e r c l a s so f s e r v i c e s c o m f o r tn o i s eg e n e r a t i o n d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c o l d on o td i s t u r b d o m a i nn a m es y s t e m d u a lt o n em u l t if r e q u e n c y d l 垂t a ls u b s c r i b e rl i n e d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g f i l et r a n s f e rp r o t o c a l g e n e r i a lp u r p o s ei n p u to u t p u t g e n e r a lp u b l i cl i e e n s e h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c o l s e c u r eh y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c o l i n t e g r a t e da c c e s sd e v i c e i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i l a ln e t w o r k i n t e l l i g e n tn e t w o r k i n t e m e tp r o t o e o l i n t e r a c t i v ev o i c er e s p o n s e l o c a la l e an e t w o r k m e d i u ma o c e s sc o n n o l m e s s a g e w a i ti n d i c a t i o n m e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o l n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k 6 1 鉴别，授权，计费 地址解析协议 板支持包 连接标志符 服务等级 舒适噪声发生器 动态获取i p 地址 免打扰 域名服务系统 双音多频信号 数字用户线 数字信号处理 文件传输协议 通用输入输出 共用许可证 超文本传输协议 安全超文本传输协议 综合接入设备 综合业务数字网 智能网 因特网协议 互动式语音应答 局域网 介质访问控制 消息等待指示 媒体网关控制协议 下一代网络 缩略语 o s i p o s s p c m p l m n p o p p o t s p p p o e p s t n q o s r t p r 1 p s d p s l p s l i c s n m p s o c 1 a p i t f r p u a c u a s u d p u i u t d 、，a d v o i p w a n w l a n o p e ns e s s i o ni n i t i a lp r o t o c o l o p e r a t e 跚s t e ms u p p o r t p u l s ec o d em o d u l a t i o n p u b l i cl a n dm o b i l e - c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k p o i n to f p u r e h a s e p l a i no l dt e l e p h o n es e r v i c e p p po v e re t h e m e t p u b l i cs w i t e b e dt e l e p h o n en e t w o r k q u a l i t yo f s e r v i c e r e a l - t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l r t pc o n t o lp r o t o c 0 1 s e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c o l s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o i s u b s c r i b e rl i n ei n t e r f a e ec i r c u i t s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l s y s t e mo nc h i p t e l e p h o n ya p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e t f i v i a lf i l et r a n s f e rp r o t o c o l u s e r a g e n t c l i e n t u s e r a g e n ts e r v e r u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l u s e ti n t e f f a c e u n i v e r s a lt o n ed e t e c t i o nu n i t v o i c ea c t i v i t yd e t e c t i o n v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c o l w i d e a f e a n e t w o r k w i r e l e s sl o c a la t e an e t w o r k 开源s i p 协议 操作系统支撑 脉冲编码调制 公众陆地移动通信网 店头陈设 传统老电话服务 以太网上点对点传输 公共交换电话网络 服务质量 实时传输协议 实时传输控制协议 会话描述协议 会话初始化协议 用户线接口电路 简单网络管理协议 片上系统 电话应埘程序接口 简单文件传输协议 用户代理客户端 用户代理服务器 用户数据报协议 用户界面 声音检测单元 话音活动检测 i p 语音 广域网 无线局域网 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：笙陆日 期：碰- 2 莎 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名：辑日 期：旷扩，j 矿 第一章绪论 第一章绪论 近年来，我国电信网络发展迅速，取得了巨大成绩，综合通信能力明显增强。但是，随 着科学技术的突破以及i n t e r a c t 业务的e 速发展，对通信业务的需求逐渐由单一语音业务变 为对数据、图像和语音的多种综合业务需求，现有网络面临的负荷在不断增大，业务需求也 趋于多样化，运营商必须提供越来越多的多媒体业务才能吸引住用户，而这些新型的多样性 业务，是目前p s t n 、p l m n 网络所难以提供的。与此同时，飞速发展的数据网已经对p s t n 、 p l m n 业务形成分流，并将逐渐成为承载话音业务的基石，运营商已经积累了丰富的v o l p 运营经验，但是仍不能满足当前多样化的需求。因此，需要在现有网络架构基础上构建创 新通信信息化体系，实现将同定电话、手机、电邮、即时通信、s k y p e 、办公电话等通信方 式统一到共同的通信平台。 1 1 下一代网络( n g n ) 随着i p 应用的普及，在2 0 世纪9 0 年代中期，业界提出了电信、计算机、广电三网合 一的设想。2 l 世纪初，电信界基于i p 电话网关功能分解的思想，提出了以软交换为核心的 下一代网络体系架构( n o n ) 。n g n 是电信史上的一块里程碑，是一个建立在i p 技术基础上 的薪型公共屯信网络，即能够容纳各种形式的信息，在统一管理的平台下，实现音频、视频、 数据信号的传输和管理，提供各种宽带应用和传统电信业务，是一个真正实现宽带窄带一体 化、有线无线一体化、有源无源一体化、传输接入一体化的综合业务网络。n g n 革命性的 贡献在于采用了业务、控制、承载与接入分离的分层体系结构，具有如下特点： 开放分布式网络结构：采用软交换技术，将传统交换机的功能模块分离为独立网络部件， 各部件按相应功能进行划分，独立发展。采用业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离技 术，实现开放分布式网络结构，使业务独立于网络。通过开放式协议和接口，可灵活、快速 地提供业务，个人用户可自己定义业务特征，而不必关心承载业务的网络形式和终端类型。 高速分组化核心承载：核心承载网采用高速包交换网络，可实现电信网、计算机网和有 线电视网三网融合，同时支持语音、数据、视频等业务。 独立的网络控制层：网络控制层即软交换，采用独立开放的计算机平台，将呼叫控制从 媒体网关中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制和信令互 通，使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议，提供开放的a p | 接口，从而可使第三 东南人学坝l ：学位论丈 方快速、灵活、有效地实现业务提供。 网络互通和网络设备网关化：通过接入媒体网芙、中继媒体网关平| l 信令网关等网芙，可 实现与p s t n 、p l m n 、i n 、i n t e r a c t 等网络的互通，有效地继承原有网络的业务。 多样化接入方式：普通用户可通过智能分组话音终端、多媒体终端接入，通过接入媒体 网关，综合接入设备( i a d ) 来满足用户的语音、数据和视频业务的共存需求。 通信网络的发展历史说明融合通信是朱米网络发展的必然趋势，而且其覆盖范围非常 广，涉及_ 【l j 户、运营商、网络技术、设备与解决方案等各个方面。网络融合是多方面的融合， 其中，业务融合是重中之重业务的融合从简单的业务网络合并逐步发展剑在融合网络基础 上衍生出更多的新业务。从逻辑上看，诸如语音、数据、视频、移动等都还是单独的业务网 络，但他们都是基丁统一的一个业务承载层面提供的，这个层面就是以i p 为基础的公共承 载平台。现在，如何建设一个高可靠、高可h j 的多业务i p 承载网成为运营商、通信设备商、 服务提供商等众多企业谈论的重点和热点。 一般认为，n g n 在功能上可划分为四个开放的网络层次1 2 1 ：接入和传输层( a c c e s sa n d t r a n s p o r tl a y e r ) ：媒体传送层( m e d i aa n dt r a n s p o r tl a y e r ) ：控g l | , 层( c o r t t r o ll a y e r ) ：网络业 务层( n e t w o r k s e r v i c el a y e r ) 。其网络架构如图1 1 所示： 幽1 in g n c 畸络架构幽 网络业务层处理业务逻辑，其功能包括i n ( 智能网) 业务逻辑、a a a ( 认证、鉴权、 计费) 和地址解析，且通过使用基于标准的协议币i a p i 来发展业务应埘；控制层负责呼叫逻 辑，处理呼叫请求，并指示传输层建立合适的承载连接，控制层的核心设备是软交换，需要 支持众多的协议接口，以实现与不同类型网络的且通；媒体传送层是指n g n 的承载网络， 负责建立和管理承载连接，并对这些连接进行交换和路由，可以是i p 网或a t m 网；接入和传 输层是由各类媒体网关和综合接入设备( 1 a d ) 组成，通过各种接入手段将各类用户连接至 网络，并将信息格式转换成为能够在分组网络上传递的信息格式。l a d 支持n g n 网络现有的 2 嚣三 第一章绪论 及以后的新业务，是将语音、数据集成在一起的综合接入设备，拥有p o t s ( 传统电话服务) 语音接入，无线局域网接入、以太网接入等各种下行接入方式，通过v o l p 实现语音传输，同 时也提供路由器、a d s l 、以太网接口等各种f 行接口，也可作为小容量的综合接入网关， 提供语音、数据等业务的综合接入，为运营商提供理想的分组语音解决方案，有效利用网络 资源，降低建设成本和运营成本。冈此，开发一款高性能低成本的综合接入设备，具有重大 的现实意义，也是本文研究的对象。 n g n 的核心是软交换技术p l ，位于控制层，是n g n 的控制功能实体，为n g n 提供具 有实时性要求的业务呼n q 控制和连接控制功能，提供各种业务的连接控制、路由、网络资源 管理、计费、认证等功能。软交换设备与各种媒体网关、终端、应用服务器及其它软交换设 备间采埘标准协议相互通信。简单地看，软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能 的实体，但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，由于不同的业务所需要的呼叫 控制功能不同，因此要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。 目前软交换主要完成以f 功能 4 1 ：媒体网关接入功能、呼叫控制功能、业务提供功能、 互连互通功能( l 3 2 3 、s i p 、i n ) 、支持开放的业务位用接1 2 1 功能、认证与授权功能、计费功 能、资源控制功能和q o s 管理功能、协议和接口功能等。经过几年的发展，软交换技术的 标准化和产业化的i ：作也取得了艮足进展，一些老协议，如h 2 4 1 1 、m g c p 等不断完善成熟， b i c c 、s i p s i p t 等新协议也不断推出，基于软交换技术的产品已逐步进入实用化阶段， 软交换成为n g n 中最活跃和热j 的话题。 1 2i p 融合通信 现代企业、行业、政府机构一般都采_ h ；j 树型结构编制、垂直管理，由于部门( 分支机构) 林立，工作人员众多，各级部l 】( 分支机构) 之间以及与服务对象之间通信量巨大，每年都会 产生大量的费用。现有沟通都是基于p s t n ( 公众电话网) 的，沟通方式相对单一，经常出现 拨打多个电话才能联系剑对方的情况，而有时又因为对方不便接听电话不得不稍后再拨，并 且众多的电话号码也不便于记忆与查找。这直接导致沟通效率低下，而且有相当一部分的通 信费_ 【l j 都被损耗掉了。另外，在使用传真业务时也遇到一些问题。层次化结构，意味着传真 需要逐级逐个发送，传真发送过去之后，还需要打电话过去确认对方有没有收到，这也是造 成沟通效率低，沟通成本高的原因之一。 为此，政府和l 企业建设了呼叫中心系统、i p 电话系统、即时通信系统、办公自动化系 统、网络传真系统等，这些系统建成后在给政府和企业带来一定的便利的同时，也带来了管 3 东南人学坝i ：学位论史 理、维护、使川等方面的问题。一方面，每种通信系统都需要相应的专业人员进行管理平维 护，另一方面，这些系统不能成为一个辂体，不能协同i ：作，不能统一界面管理同时还 存在与传统通信方式融合的问题。这样一来，政府和企业投入巨资建设箨种数字化通信系统 后，还需要资金去解决信息化系统融合的问题。 针对政府和企业现在的需求和以j 斤发展的需要，必须搭建一体化部署、管理和维护的融 合通信系统，其具备以下特征： 统一的用户界面：统一的埘户界面是各种通信系统的界面程序，工作人员可以通过这一 个界面处理电话，传真，语音邮件，包括软电话、软传真，自动通信录、自动状态等功能。 多媒介接入：能够接入传统电话网、i p 电话网、传统及i p 传真系统，扩展i p 分机或 i p 传真线路时无需增加板母；内置a c d 、v o i c e m a i l 、c a l lc e n t e r 、网络传真、智能话务员 从等功能，提供c r m 、c t i 接口，可按入分机数和可用功能通过软制：授权控制，政府和企业 可以随意组合选购。多台设备可以级连使用。设备满足电信级要求。 融合通信系统通信优势：i p 融合通信系统可在不改变原电话使心习惯的前提下，为政 府、行业、企业解决了诸多通信方面的问题。 提高沟通效率： ：作人员可以通过统一用户界面设定自己的丁作状态，或卉看到对方的 jj ：作状态，如果对方不便接听电话，可以发送消息到对方的话机或平台软件；如果对方可以 接听电话，点击他的名字，摘机就可以接通他的电话。有传真时，系统自动发出消息通知或 语音通知接收人，并可以将来自p s t n 的传真转发到用户的电子邮箱。此外，工作人员还可 以通过这个系统同时向多个内部人员或p s t n 中的客户发送传真，并可以设定传真发送计划。 传真件可以是扫描后的幽片，也可以通过w o r d 、e x c e l 、p h o t o s h o p 等所有应用软件直接发 送。系统还可以直接使朋其他系统中记录的电话或传真信息，如m i c r o s o f tw i n d o w s 通讯录 中的信息，并可以运行于多种操作系统之上。 方便节约的随行电话：系统可以协助： 作人员自己处理自己的米话，例如：外出时将电 话转到手机；忙时将电话转到语音邮箱；出差时，如果是到分支机构，可以很方便地将原来 的分机绑定到分支机构的电话上，从而接听客户打到他原来分机的电话：如果是没有分支机 构的地方，也可以通过统一用户界面中自带的软件电话来接听或拨打电话，无需支彳寸额外的 通信费用。除了系统内通话走i p 外，拨打分支机构所在地的p s t n 电话时，系统会自动先走 i p ，再由当地设备通过市话接通电话。客户来电咨询，也可以很方便地通过v o l p 和异地一r ： 作人员开电话会议，或是转剑远方工作人员解答。客户无需支付长途费h j ，通过个电话号 码就可以得到整个部门或企业全体人员的支持和帮助。 4 第一章绪论 增强的电话系统功能：系统除提供a a ，a c d 、v o i c e m a i l 、电话录音、通话加密功能。 工作人员可以将通话的内容实时录制下来，并可以在方便地进行管理和存储。在某些场合， 需要对通话的内容进行加密，系统还根据可以不同的d i d 号码，时间、节假日执行不同的电 脑话务员脚本，将来话转剑语音邮箱、手机等，以满足政府和企业在这方面的需求。 统一通讯录：企业或政府机构人员众多，尤其涉及对外联系的部门如采购、销售更是面 对庞大的通信号码，如何能够有效管理并应对人员变动、号码更改、资源共享是一个突出的 问题。系统具备统一通i = l 录，分组织架构、公用联系人，个人联系人三大类，采用多级目录 架构、多种权限控制。用户可通过个人助理和或i p 电话终端，轻松实现对通讯录的快速访 问和管理。组织架构、公用联系人、个人联系人与系统同步更新，某一个号码需要更改时， 仅仅需要管理员进行操作就可以更新系统所有用户的电话本； i p 呼叫中心功能：系统提供技能优先座席，座席组、呼叫分配( 平均、抢线、最闲) 等 功能，座席问可以通过统一用户界面查看座席工作状态，并可以发送即时短 = l l 提示其他座席。 1 3 综合接入设备( l 如i ) 作为融合通信的终端，综合接入设备( i a d ) 是专门为运营商、企业、家庭用户设计的 多功能的语音、数据、传真接入网关。i a d 作为下一代软交换用户接入设备，能同时交付传 统的p s t n 语音服务、数据包语音服务以及单个w a n 链路上的数据服务( 通过l a n 端 口) 等，即可以实现对传统的p s t n 信令进行转换后，以i p 包的形式在i n t e r a c t 上传输，对 数据包转发，并具有媒体流传输功能，支持n g n 网络现有的以及以后的功能。 1 3 1 功能概述 从电信网发展的历史和前景，可以看出融合通信是电信网发展的一种必然趋势，下一代 网络将是以分组交换的l p 网为基础，软交换为核心的开放式网络架构。要真正实现三网合 一，关键要在网络接入层提供支持语音、数据和视频的多媒体业务的接入方式和接入设备。 综合接入设备正是针对目前存在的各种终端设备而研发出来的适配产品，主要适用于家庭和 小型企业的用户接入。 i a d 作为下一代软交换用户接入设备，将用户的数据、语音及传真等应硝需求接入到分 组交换网络中，在分组交换网络中完成数据和语音处理功能，用户端口数一般不超过4 8 个。 i a d 位于n g n 网络接入层，由其网络位置可以看出，i a d 能够转发数据包，对模拟语音进 行处理并具有媒体流传送功能，支持n g n 网络现有的及以后的新业务，是将语音、数据集 成在一起的综合接入设备，拥有p o t s ( 传统电话服务) 语音接入、无线局域网接入、以太 5 东南大学颂i + 学位论文 网接入等各种下行接入方式通过v o l p 实现语音传输，同时也提供路由器、a d s l 、以太网 接口等各种f 行接口，也可作为小容龄的综合接入网芙，提供语音、数据等业务的综合接入， 为运营商提供理想的分组语音解决方案，有效利h j 网络资源，降低建醍成本和运营成本。 目前人部分运营商在进行其数据网以及城域网建l 歧时，已经采mi p 技术，在l p 网上向 崩户提供数据与语音业务的l a d 产品也越来越多。针对市场需求，开发一款高性能低价位 的i a d 产品将创造巨人的社会经济效益。 i a d 能同时交付传统的p s t n 语音服务、数据包语音服务以及单个w a n 链路上的数 据服务( 通过l a n 端口) 等。l a d 将跨越单个共享访问链路的多个语音和数据信道集中 到载波或服务供应商p o p 上。其中访问链路可能指t l 线路、d s l 连接，有线电视网络 ( c a t v ) 、宽带无线链路或m e t r o e t h e r n e t 连接。具体包括如f 功能i 目： 语音处理功能：i a d 应具有语音信号的编解码功能，支持( 3 7 1 i 。g 7 2 4 n 7 2 3 1 等语音编 码。由于在l p 网上传送语音的时延较大，为避免同声对通i 舌质鹫的影响i a d 设备必须具有 同声控制机制。为节约带宽利川率，i a d 麻具有静音压缩和舒适噪声的插入功能。由丁- 在 e p 网中存在路由的不对称性以及分组在各个仃点的处理时间的可能不同将会造成分组的时 延抖动。时延抖动是影响通话质量的重要因素，因此为保证一定的通话质越，l a d 必须设有 输入缓冲。以尽可能地消除时延抖动对通话质量的影响。l a d 应该贝有语音编码的动态转换 功能，语音编码的动态转换是指i a d 自动地在较高速率的语音编码和较低述率的语音编码 之间的转换，当网络拥塞时可以由高码速转到低码速，当网络条什较好时可以由低码速转到 高码速以提高语音质量。语音编码的动态转换是i a d 在i p 语音q o s 管理方面一个重要功能。 呼叫处理功能；i a d 应魅根据相关昀信令识别出则户摘机、拨号、挂机等事件，检测出 用户占线、久振无应答等状态；l a d 应能根据软交换的指令产生各种音信号，如拨号音，振 铃音、回铃音等。i a d 应具备d t m f 的检测薷| 生成功能。i a d i 殳备应能自动识别语音信号和 传真m o d e m 信号并进行相关操作。i a d 设备还应能根据软交换的命令，对它所建立的呼叫 进行控制，如接续、中断、动态调整带宽等呼叫处理和控制麻至少支持如卜协议： h 2 4 8 m g c p 协议、t c p u d p i p 协议、r t p r t c p 协议币i s n m p 协议。 资源控制功能：l a d 应能根据软交换的相笑命令向软交换设备报告由于故障、恢复或管 理行为而造成的物理实体的状态改变，这些物理实体是支持载体终结点，媒体资源的实体。 w d 必须能够报告终结点是否处于业务状态或脱离了业务。受控制的l a d 必须能够根据软交 换设备的请求为任何或所有的连接释放当前止住使h j 或预留的所有资源。l a d 应具有资源发 现机制以便允许软交换发现l a d 所具有的资源。l a d 麻及时向软交换垃备报告当前止在动态 6 第一章绪论 使用的资源，以减少软交换设备 i i i a d 之间的不一致性。 维护管理功能：i a d 戍能定期向软交换设备报告其运行情况。它应能检测到由于通信故 障拥塞或l a d 软交换故障而造成的l a d 与软交换之间连接的中断，并应能在故障恢复或拥塞 消除时恢复同步。 a d i i 软交换必须能够为对方提供启动和重启动，l a d 应能在启动后向软 交换报告其配置状况。l a d 在向软交换注册失败后，在有备份软交换的情况下，l a d , 1 荀有序 地向备份软交换进行注册，直到注册成功。 在软交换发生故障的情况一f ，在l a d 设备中处于运行态的媒体流应继续维持。l a d 应 能向软交换报告底层连接的异常故障，l a d 应能报告超出q o s 门限值的媒体流事件。当由 于异常事件而使得l a d 单方面终止某个终结点上的业务时，l a d 应向软交换报告该终结点 已经被终i t 业务并通告原冈。l a d 也应能向软交换请求释放某个终结点并通告原因。 1 3 2 接入方式 面对分组传输网络技术向着a t m ，i p 等多种技术并存的方向发展，i a d 的接入方式也多 种多样。目前主要采川的技术包括：d s l 接入方式 i l l p 接入方式【6 l 。 d s l 接入方式：d s l 技术作为一系列铜线上的数字用户线技术，义被称作x d s l 技术，x 代表多种d s l 技术，它可以是h d s l ( 赢比特d s l ) 、s d s l ( x 称d s l ) 、a d s h 非对称d s l ) 、 s h d s l ( 单线高比特d s l ) i i v d s l ( 极高比特d s l ) 等。在过去的儿年内，d s l 、l i 务发展十分迅 速，其主要应州就是宽带数据接入。如i n t e m e t 接入、宽带多媒体应用等，其速率、价格等 对中小型企业而言是很理想的数据业务接入解决方案。然而，随着宽带接入竞争的加剧，人 们提出了利用d s l 线路同时提供多条分组话音线路的解决方案v o d s l 。 采用v o d s l 技术，需要下一代网络的承载网为a t m 网络网络结构见图1 1 ，在用户端 需要利朋综合接入设备( 1 a d ) 与局端的d s l a m 相连，通过标准接口为用户提供话音业务和 i n t e m e t 接入。通常l a d 提供多个标准的电话接口和一个以太网接口，以太网接口和用户端的 局域网相连，用于用户端的数据业务接入。电话接口可用于连接普通话机、传真机以及p b x 等话音设备。在客户端l a d 将语音和数据一起通过一个d s l 链路传送到d s l a m ，再从 d s l a m 传送至j j a t m 网络。在l a d 内部通过相应的语音模块将普通话音业务分组化并进行封 装，由于分组化的语音的优先级要高丁数据，以确保话音质量，所以将来自语音端口的分组 话音采_ 【 a a l 2 封装后进行a t m 语音传送，为确保服务质量，语音服务通常使用v b r 的服务 质量( q o s ) 发送。l a d 至少建立两条与网络相连的a t mp v c ( 一条是语音的、另一条是数据 的) ，并应该能够支持更多的p v c 。来白以太网端口的数据业务采_ l j i 从l 5 封装后发送到网络 上，通过宽带接入服务器( b r a s ) 的认证后可以接入不同网络业务提供商( i s p ) 。用户之间的 7 东南人学顾i ：学位论文 呼叫建立，是软交换( s o n s w i t c h ) 通过媒体网关控制协议( h 2 4 8 m g c p ) 控$ ；j l a d i i 媒体网关 来完成的。这些信令对d s l a m 都是透明的，冈为在客户端设备l a d ，媒体网关平软交换之 间是通信流在传输。 另外，l a d 设备也可以将分组化的语音进行a a l 5 的封装，然后送至i j a t m 网络上传送， 这样语音业务和数据业务将处于同样的地位。冈此，对于语音的传输质鼙不能像v o d s l - - 样得剑很好的保证。网络带宽的限制会导致语音质鬣不稳定。 幽1 i d s l 接入方式嘲络结构 口接入方式：随着i p 技术的不断发展，i p 技术的标准、灵活与廉价的特点已经越来越被 国内运营商所看好，目前大部分运营商在进行数据网及城域网建设时，已经采用l p 技术。在 这种情况下，基于l p 的i a d 产品颇受青睐。通过这种i a d 产品，可以直接在l p 网上向用户提 供数据与语音业务。i p 接入方案的网络图如图1 2 所示。通常，这种i a d 的_ 【i j 户侧提供一个以 太网接口和若干标准电话接口。以太网接口可以与用户的p c 或局域网相连，标准的电话接 口可以接话机，传真机等设备。i a d 的语音处理模块将模拟话音编码后，打成i p 包送到i p 网 上传送，l a d 还具有静音压缩、回声抑制等语音处理功能。在这种情况下，l a d 应该支持p p p o e 协议，并应该支持静态地址分配和d h c p 等协议。 幽1 2i p 接入方式朗络结构 8 第一章绪论 1 4 本文组织结构 本论文课题来源予江苏省赢技术研究项目“下一代i p 融合通信系统( u c ) 中的主动统 一威胁管理( u t m ) 技术研究”、珠海市产学研合作项目“企业i p 融合通信系统”、苏州：f ：业 园建设项目“苏州独墅湖高教区i p 融合通信示范网络”、企业委托项目“企业l p 融合通信 关键技术研究与产品研发以及国际开源项目“o s i p 协议本文主要开展l p 融合通信系 统架构下的综合接入设备( 1 a d ) 软硬件实现技术与产品研发。研究目标是为中小企业或家 庭提供一种将模拟电话等终端接入i p 网络的设备，实现i p 融合通信的整体解决方案。本文 完成的主要工作包括： 第一章介绍了综合接入设备( 1 a d ) 的背景知识，传统电信网向下一代网络演变的必然 性，分析了下一代网络的体系结构、特点以及核心技术，阐述了融合通信的必要性和特征。 在此基础上，讨论了i a d 的功能和接入方式。 第二章研究了综合接入