（通信与信息系统专业论文）ip无绳电话系统研究.pdf

摘要 i p 电话是利用i n t e r n e t 传送语音的通信方式，具有价格低廉的优势。在 i n t e r n e t 技术的推动下，i p 电话正受到越来越多的关注。数字无绳电话因为方便 灵活、高安全性和抗干扰能力等优点，正在逐步取代传统的模拟无绳电话。本 文提出的i p 无绳电话系统结合了i p 电话和数字无绳电话的功能，为家庭和小 型办公环境提供了一种方便快捷，价格便宜的通信解决方案。 本文首先对i p 无绳电话系统的整体结构和通信原理进行了介绍，同时给出 了无绳子机和座机的结构框图及各模块的功能说明。通过对h 3 2 3 和基于 a r m 7 t d m i 内核的芯片s 3 c 4 5 1 0 b 的介绍，提出了基于$ 3 c 4 5 1 0 b 的硬件 实现方案和基于h 3 2 3 的软件实现方案。 接下来对软硬件的设计方案进行了详细论证，硬件上包括开发平台和 s d r a m 、f l a s h 、l c d 、键盘、以太网口等功能模块的设计，软件上包括 u c l i n u x 在硬件平台上的移植及交叉编译环境的建立，以及基于u c l i n u x 的设 备驱动程序的编写及加载。 关键词：i p 电话，数字无绳电话、h 3 2 3 ，a r m ，$ 3 c 4 5 1 0 b ，u c l i n u x ，n f s a bs t r a c t i pp h o n ei sa p o p u l a rc o m m u n i c a t i o nm e t h o d t h a tr e a l i z e sv o i c ec o m m u n i c a t i o n t h r o u g hi n t e m e t t a k i n ga d v a n t a g eo f l o wc o s t ，a n dw i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e t t e c h n i q u e s ，i th a sb e e ng e a i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n d i g i t a lc o r d l e s st e l e p h o n e h a sb e e nt a k i n gt h ep l a c eo ft h et r a d i t i o n a la n a l o gc o r d l e s st e l e p h o n eg r a d u a l l yf o r i t sf l e x i b l ec o n v e n i e n c e ，h i g hs e c u r i t ya n da n t i i n t e r f e r e n c e t h i sp a p e rp r o p o s e da n i pc o r d l e s s t e l e p h o n es y s t e m w h i c hc o m b i n e st h ef u n c t i o n so fi pa n dd i g i t a l c o r d l e s st e l e p h o n et os u p p o r tt h ec o m m u n i c a t i o ns o l u t i o ns c h e m eo fs o h o ( s m a l l o f f i c ea n dh o m eo f f i c e ) e n v i r o n m e n tt h a te m p l o y st h ea d v a n t a g e so fc o n v e n i e n c e a n dl o w p r i c e i nt h i sa r t i c l e ，w ef i r s t l yg i v et h ei n t e g r a ls t r u c t u r ea n dc o n m m n i c a t i o n p r i n c i p l e o fi pc o r d l e s s t e l e p h o n es y s t e ma n d i n t r o d u c et h eb l o c k d i a g r a mo ft h e h o s t - t e l e p h o n e a n ds u b s e t sa tt h es a m e t i m e b ya n a l y z i n g t h eh 3 2 3p r o t o c o la n d a r m 7 t d m ic o r e c h i p 一$ 3 c 4 5 10 b ，w e d e s i g n ah a r d w a r ea n ds o f t w a r e i m p l e m e n t a t i o ns c h e m eb a s e d o nh 3 2 3a n ds 3 c 4 510 b t h i sa r t i c l ei sm a i n l yw o r k e do nh a r d w a r ea n ds o f t w a r es c h e m ea n de l a b o r a t i n g h o wi tw o r k s i nt h ec a s eo fh a r d w a r e ，w eh a v eg i v e nt h er e s e a r c hp l a t f o r ma n dt h e d e s i g no ff u n c t i o nm o d e l sw h i c hi n c l u d et h es d r a m ，f l a s h ，l c d ，k e y b o a r d a n de h t e r n e ti n t e r f a c e i ns o f t w a r ed e s i g n ，w er e a l i z et r a n s p l a n t a t i o no ft h e u c l i n u xo nt h er e s e a r c hp l a t f o r m ，b u i l d i n gc r o s sc o m p i l ee n v i r o n m e n ta n dw r i t i n g a n da d d i n gd r i v e rc o d et ou c l i n u x k e yw o r d s ：i pp h o n e ，d i g i t a lc o r d l e s st e l e p h o n e ，h3 2 3 ，a r m ，$ 3 c 4 5 10 b u c l i n u x ，n f s 独创性声明 本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成采，除了文中特剐加以标注和致谢之处矫，论文中不包含其他入已经发 表或撰写过的研究成果，也不包宙为获得叁生态鲎或其他教育机构的学位或 谣书雨篌用过的材料。与我一同工作的浏志对本研究所徽的任何贡献筠已在论 文中作了明确的说明芳表示了谢意。 学位论文俸豢签名：狰磷签字疆期：泖每) 胃翻 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁洼叁篷有关保留、使用学位沦文的舰定。 特攫较蚕洼叁熏可以终学位论文的全部或部分肉容缡入有关数据库进行捡 索，并采闲影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校肉国家蠢关部f 1 或投栋送交论文粒复印馋稠磁纛。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：秘盛私 导师签名： 欠导 签字日期：泖缚2 月学翻 签字目期：2 磷年立月i 翰 绪论 1 i p 无绳电话 绪论 i p 无绳电话是一种适用于家庭和小型办公环境的新型通信解决方案。它融 合了i p 电话和数字无绳电话的功能，通话费用低廉，使用方便灵活。i p 无绳 电话包括无绳子机和座机两部分。座机具有以太网口、p s t n 接口及无线接口， 可以和子机、外部电话直接通话，也可以作为交换机为无绳子机和外部电话的 通信提供交换功能。无绳子机仅有无线接口，可以和座机、其它子机直接通 话，无绳子机和外部通话需要经过座机中转。系统与外部通话的方式可以是通 过公众电话交换网( p s t n ，p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 的普通电话， 也可以是通过i n t e r n e t 的i p 电话。 2 i p 电话 i p 电话( i n t e r n e tp r o t o c o lp h o n e ) 是通过i n t e r n e t 传送语音的通信方 式，具有价格便宜的优点。 a i p 电话的诞生 1 9 9 5 年初，v o c a l t e c 公司推出了客户端i p 电话软件一一“i n t e r n e t p h o n e ”，实现了p c 到p c 的语音通信。1 9 9 6 年底，v o c a l t e c 公司和d i a l o g i c 公司合作推出了连接i n t e r n e t 和p s t n 两个网络的i p 电话网关，解决了t p 电 话仅限于在p c 之间使用的问题，使得“p c 到电话”、“电话到p c ”和“电话 到电话”通过i n t e r n e t 进行语音通信成为现实，i p 电话丌始进入商用阶段。 从技术角度来看，i p 电话的发展大致可以划分为以下3 个阶段： ( 1 ) 使用p c 多媒体计算机作为通话终端： ( 2 ) 基于网关，使用普通电话机作为通话终端： ( 3 ) 在不同i p 电话产品之削实现互联互通。 c i p 电话现状 目前的i p 电话设备己从基于p c 的初级产品向大规模、高可靠性、高性能 的电信级设备发展，在技术上综合了现有电话网已有的信令投术以及“语音+ 传真十数据”功能。现在的设备厂商多数是通过多个i p 电话网关来实现p s t n 绪论 和i n t e r n e t 的互通，从而实现“p c 到电话”、“电话到p c ”和“电话到电话” 的簿e q ，荠藏语音通信囊量氇大大改善，麓够满足商溺静需求。 d i p 电话存在的问题及解决方法 语骜蒺垂不稳定。i n t e m e t 是一个公众狺惑阏络，爨户众多，不能像涯有 足够的带宽用来传输语音包。可以通过增加网络带宽。以及在网络中实现q o s 鼹势震实琉鬻霆弱合理剥蠲，簸瑟滚是l p 电话鲎务对予实时往豹要袋。 设备互连互通性差。i t 厂商众多，提供多种类型的设备。然而，各种设 备之淹著不裁完全兼容，采弱靛语蠢蓬缩毒豢准不凌、数据抒包方式不一以及逶 信协议不统一，从而造成不同厂商之间的设备难以甄通。解决互邋问题的方法 是誊定靼关糠准。嚣藏，基予分组薅络提供多媒体逶馈的h 。3 2 3 渗议缛至l 越来 越多的厂商支持，设备互通问题正逐步解决。 e i p 电话发震藩景 i p 电话疆和传统电话竞争，必颁解决以下3 个问题：是语音质量应与传 缝电话相当；二是哆b q 和熊立连接戆方法要茨单、方便：三是要套统一款标 准，使各厂家的产晶实现互通，并且还应建立相应的计赞方法和利益分配机 制。由于l p 电话具餐一定鲍技术优势秘时代特征，一旦上述问题褥到较好地解 决，i p 电话就会对传统电话产生巨大冲击，并在市场上占据一席之地。 3 数字无绳电话 传统的模拟无绳电话采用模拟调制技术，覆盖范围小，抗干扰能力和安全 。睦比鞍差。数字无缀电话采鼹扩频技零，覆菱菠围大，菝予撬能力强，语齑渍 晰保密性好。与传统模拟无绳电话座机一般只支持一部予机不问，数字无绳 电话座规可支持西到六部痊壤。 3 渫蘧锤务 本瀑题豹任务楚设计l p 无绳毫话系统，包摇磺 誓浚计帮软彳串设计。疆佟设 计包括硬件开发乎台的建立，各功能模块的设计调试。软件设计包括u c i i n u x 奁襞件平鸯上熬移棱，建立交叉绫溽环境秘缓写蘩予u c i 。i n u x 熬莰备驱动程 序。最终实现内部能够通话，并能和局域网上的p c 进行语齑通信的系统。 第一章i p 无绳电话系统介绍 第一章i p 无绳电话系统介绍 本章首先介绍i p 电话和数字无绳电话的知识，接下来是i p 无绳电话系统 的整体结构和工作原理。i p 无绳电话系统包括无绳子机和座机两部分，子机和 子机之间、子机和座机之间可以进行内部通话，座机可与外部电话直接通话， 子机和外部电话通话则需要通过座机中转。外部电话既可以是通过p s t n 公网 的普通电话，也可以是通过i n t e r n e t 的i p 电话。 1 1i p 电话的工作原理 i p 电话有四种使用方式： ( 1 ) p c 到p c 这是i p 电话最早采用的方式，要求双方计算机都登录到 网上，而且还要有全双工声卡、话筒、扬声器等设备。 ( 2 ) p c 到电话在这种方式中，主叫端计算机必须上网，被叫端使用普 通电话即可。被叫方需要i p 电话网关支持。 ( 3 ) 电话到p c 这种方式和上一种方式差不多，只是主叫端和被叫端交 换了位置。 ( 4 )电话到电话在这种方式中，双方都是普通电话，需要通过i p 电话 网关才能与对方进行i p 通话。 我们要实现的i p 电话属于第四种类型，只是我们采用嵌入式系统实现语音 信息编解码、压缩解压及组帧发送接收等功能。下面介绍通过i n t e m e t 进行语 音通信的原理。 图1 - 1i n t e m e t 语音通信原理图 第一章l p 无绳电话系统介缁 i n t e m e t 是由许多不同的计算机网络连接在一起组成的，使用标准的t c p 1 p 协议簇进行通信和数据交换的网际网。t c p i p 协议将需要传输的数据组装成一 个个数据分组，然后通过网络设备发送出去，每个分组均包含i p 地址及分组序 号，以确保数据安全及数据包交换正确无误。图1 一l 是在i n t e r n e t 上实现语音通 信的简单原理图。 下面是在p c 之间通过i n t e r n e t 进行语音通信的简要描述：首先，双方用户 都通过计算机向i s p 发出业务请求，i s p 经过身份认证后，与对端计算机建立连 接并为双方提供数据转发。呼叫开始后，发送端通过语音输入设备( 话筒 等) 将语音信号传送到计算机，计算机经过处理( 模数转换、压缩、打包) 形 成i p 包，然后通过i s p 发送到i n t e m e t 上。i p 包内含目的地址信息，供i n t e m e t 选路用。数据到达接收端后，由接收方i s p 转发到被叫终端。然后，被l i t l 端计 算机将i p 数据包经过处理( 拆包、解压、数模转换) 还原出语音信息，经由语 音输出设备( 耳机等) 发出。这样，就完成了一个i n t e m e t 语音通信过程。 与电路交换的语音通信不同，i n t e r a c t 语音通信是面向无连接的，它具有如 下特点： ( 1 ) 通信双方不需要进行链路建立的初始化过程，可以随时发送数据。 ( 2 ) i n t e m e t 内所有路由都是共享的，接入i n t e r n e t 的计算机均不独占路 由。 ( 3 ) 由于数据包需要排队传输，会产生延迟。 ( 4 ) 语音数据包采用u d p 发送，通过i n t e r n e t 后，到达顺序可能与发送顺 序不一致。 ( 5 ) 用户计算机至i s p 的通信如果通过p s t n ，则仍然会独占该段通信路 由。 由于i p 电话是基于i n t e m e t 传输的，所以i p 电话的通信原理与i n t e r n e t 语音 通信原理很相似，区别在于前者要考虑和p s t n 的连接，所以也存在着链路建 立和控制方面的问题。我们介绍的i p 无绳电话系统是通过以太网口直接连到 i n t e m e t 上的，i p 通信的过程基本上就是上面所述的那样。 1 2 数字无绳电话的工作原理 数字无绳电话与模拟无绳电话相比，具有很多优点。它采用数字扩频技 术，覆盖范围大，抗干扰能力强，语音清晰，保密性好。每部数字无绳电话座 机可支持多部子机，而无绳予机也可以在不同座机之阳j 漫游。由于我们准备采 剧l a n w a v e 公司的芯片实现语音信息的编解码和扩频解扩，下面将介绍相关 4 第一章【p 无绳电话系统介纠 的技术和通信原理。 在发送端。语音输入设备采集到语音信号以后，将其传送到编解码芯片， 编码形成3 2 k b s 的a d p c m 信号，然后送到扩频解扩部分进行扩频处理。扩频 解扩是数字无绳通信的关键，l a n w a v e 公司的扩频解扩芯片采用了c d s s 技 术，这是c d m a 是商业简化实现。首先对a d p c m 信号进行分组。每组3 位， 用一个符号表示，共需要2 3 = 8 种符号。接下来用8 个特定的3 2 位伪随机码序 列替代8 种编码符号。这8 个伪随机码序列由用户从全部3 2 位正交伪随机码序 列中选择，具有良好的正交性。接收端只有采用与发送端完全相同的8 个伪随 机码序列，并且这8 个伪随机码序列和编码符号的对应关系也与发送端相同 时，才能正确解码。这种编码方法提高了通信安全性。随后对扩频后的语音信 号进行组帧，这时可以选择加密以进一步提高安全性。携带语音信息的数据帧 由射频部分调制后发射出去。 在接收端，射频部分将接收到的数据帧解调以后送到扩频解扩芯片。扩频 解扩芯片从收到的数据帧中取出伪随机码序列，与代表8 种符号的伪随机码序 列进行比较，找出与接收序列具有最小码距的伪随机码序列，该序列对应的符 号就被认为是接收到的符号。这种解码方式有助于纠f 信道噪声造成的误码， 提高系统的抗干扰能力。解扩后的a d p c m 信号送到编解码芯片进行数模转 换，最后通过语音输出设备播放出来。 1 3i p 无绳电话系统构成 i p 无绳电话系统由座机和子机两部分构成。i p 无绳电话座机包括m c u 、 语音输入输出设备、编解码器、扩频解扩模块、射频模块等部分。无绳二严机的 构成和座机差不多，只是功能相对简单一些。 1 3 1i p 无绳电话座机构成 图1 2 是i p 无绳电话座机的硬件结构框图，下面介绍各部分功能。 编解码器本系统的编解码器采用l 9 3 2 0 芯片。发送时，从麦克风采集来的 语音信号，经过l 9 3 2 0 抽样、量化、编码，生成3 2 k b sa d p c m 信号送入扩频 解扩模块。接收时，编解码器对扩频解扩模块解扩出的a d p c m 信号进行数模 转换，生成语音信息传送到扬声器中。此外，l 9 3 2 0 还提供普通电话接口。 扩频，解扩模块该部分主要对语音信号进行扩频和解扩处理，具体【一作方 式和原理前面已经介绍过。扩频解扩的目的是为r 提高安全性和抗干扰能力。 第一章l p 无绳电话系统介绍 射频模块射频模块一方面将需要发送的扩频信号调制到发射频率，通过天 线发射出去，另一方面对从天线接收到的信号进行解调处理，解调出的扩频信 号送往扩频解扩模块。我国为数字无绳电话分配的频带是2 4 0 0 2 4 8 35 m h z ， 可供设计选择的余地较大。 图l 一2i p 无绳电话座机结构框图 微处理单元座机的m c u 采用s a m s u n g 的$ 3 c 4 5 1 0 b 芯片。微处理肇元负 责整个座机硬件部分的控制工作，具体包括：系统的初始化、保存及设置系统 的工作参数、处理子机的注册注销、驱动l c d 显示、处理按键输入、存储语 音信息和电话号码薄等。另外，为了支持i p 电话，还要在m c u 上运行h 3 2 3 和t c p f i p 曲、议栈。为了确保多任务并发执行，需要在m c u 上嵌八操作系统， 以对任务和进程进行调度。 以太网口i p 无绳电话座机通过以太网接口与i n t e m e t 进行数据通信。 $ 3 c 4 5 1 0 b 支持两个以太网接口，我们将使用其中的一个，通过一块r t l 8 2 0 l 芯片接到r j 4 5 接门上。 p s t n 接口用户可以选择通过p s t n 接口拨打公网普通电话。 e p r o me p r o m 用于存储系统程序及各项参数。 其它外设的功能比较简单，这罩就不一一介绍了。 1 3 2 ip 无绳电话子机构成 i p 无绳电话子机的构成如图1 3 所示，与座机相比尢绳子机没有p s t n 6 第一章l p 无绳电话系统介绍 接口和以太网接口，但多了电源管理部分。无绳子机大部分模块的功能和座机 的对应模块功能相同，下面仅介绍不同的部分。 微处理单元与座机的m c u 相比，子机的微处理单元不需要运行h 3 2 3 和 t c p i p 协议栈，功能比较简单，不需要嵌入操作系统，可以采用4 b w 8 b i t 单片 机实现。 图1 3i p 无绳电话子机结构框图 电源管理由于无绳子机设计成便携式的，采用电池供电，所以对功耗要求 较严。电源管理部分的功能就是监视电池电压和处理电池充电。 1 , 4i p 无绳电话系统功能 本项目设汁的i p 无绳电话系统支持语音和数据业务。数字无绳电话座机 和子机之间，子机和子机之间可以互相通话。每部座机配置一个普通电话捅 口和一个以太网口，系统可以通过p s t n 与外部通话，也可以通过以太网接 口拨打i p 电话。在座机或某一部子机与外部通话的同时，其它子机之间还可 以进行内部通话。在数据业务方面，系统支持简单的短消息服务。系统还支 持来电显示、来电转接及语音信箱服务。此外，如果系统设计成支持无绳了 机在座机上的动态注册和注销，还可支持子机在不同座机间的漫游。 7 第一章i p 无绳电话系统介绍 1 5 本章小结 本章首先介绍了i p 电话和数字无绳电话的工作原理，接下来是本项目设 计的i p 无绳电话系统的构成及功能原理。i p 无绳电话融合了i p 电话和数字无 绳电话功能，适合家庭和小型办公环境使用。 8 第二章h 3 2 3 通信协议介绍 第二章h 3 2 3 通信协议介绍 用于在i n t e r n e t 上进行语音传输的协议主要有两种：t t 3 2 3 和s i p 。h3 2 3 推出 的时间比较早，已经发展得很成熟，得到了大部分厂家的支持。s i p 推出时间相对 晚一些，与h3 2 3 相比，s i p 协议更简单，更易于实现，目前支持s i p 的厂家呈上 升趋势。由于h 3 2 3 使用得比较广，为了保证与其它终端的互通性，在我们的i p 无绳电话系统中采用h 3 2 3 协议。 h 3 2 3 是i t u 的一个标准协议簇，其中h 3 2 3 v l 于1 9 9 6 年由i t u 的第1 5 研究 组批准，称为“不保证服务质量的局域网上的多媒体通信系统”，1 9 9 8 年第1 6 研究 组完成的h 3 2 3 v 2 扩展为“基于分组的多媒体通信系统”，当前的最新版本是 h 3 2 3 v 4 。h 3 2 3 制订了无服务质量保证的分组网络( p b n ，p a c k e tb a s e d n e t w o r k s ) 上的多媒体通信系统标准，为局域网、广域网、i n t r a n e t 和i n t e m e t 上的 多媒体通信应用提供技术基础和保障。 h 3 2 3 是i t u t 多媒体通信系列标准h3 2 x 的一部分，该系列标准使得在现有 通信网络上进行视频会议成为可能。h 3 2 0 为在窄带综合业务数字网( n i s d n ) 上进行多媒体通信的标准；h 3 2 l 为在宽带综合业务数字网( b i s d n ) 上进行多 媒体通信的标准；h 3 2 2 为在有服务质量保证的l a n 上进行多媒体通信的标准； 3 2 4 为在p s t n 和无线网络上进行多媒体通信的标准。 h 3 2 3 应用正逐渐成为市场的主流，原因如下： ( 1 ) h 3 2 3 为现有的p b n ( 如i p 网络) 提供多媒体通信标准，和其他的i p 技 术( 如i e t f ) 的r s v p 相结合可实现i p 网络的多媒体通信。 ( 2 ) 基于i p 的l a n 正变得越来越强大，i po v e rs d h 、i po v e ra t m 技术正快 速发展，l a n 带宽f 在不断提高。 ( 3 ) h3 2 3 能提供设备与设备、应用与应用、供应商与供应商之削的互操作 能力，保证所有h 3 2 3 兼容设备的互操作性。 ( 4 ) 更高速率的处理器、r 益增强的图形器件和强大的多媒体加速芯片使得 p c 成为个越来越强大的多媒体平台。 ( 5 ) h3 2 3 能提供p b n 与其他网络之脚进行多媒体通信的互连互通标准。 ( 6 ) h3 2 3 标准得到了许多计算机公司、网络通信公司的支持，如i n t e l 、 a t m e l ，m i c r o s o f t 等。 9 第二章h 3 2 3 通信协议介绍 2 1h 3 2 3 标准概况 h 3 2 3 标准包括了在无服务质量保证的、分组网络中进行多媒体通信所需 的技术要求，这些p b n 包括局域网、广域网、i n t r a n e t i n t e r n e t e x t e m e t 以及使 用点对点协议( p p p ) 等分组协议通过p s t n 或i s d n 的拨号连接或点对点连 接。图2 1 所示为h 3 2 3 系统及其组件，其中定义的4 个主要组件是终端、网 关、关守和多点控制单元( m c u ) 。 图2 1h 3 2 3 系统及其组件 1 终端 h 3 2 3 终端是分组交换网络中能提供实时、双向通信的端点。图2 2 是它的 组成。所有终端都必须支持语音通信，而视频和数据通信则是可选的。h3 2 3 规定了不同的音频、视频或数据终端协同工作所需的操作模式，它将是f 一代 i p 电话或传真、音频会议和视频会议终端技术的主要标准。 所有的h 3 2 3 终端都必须支持h 2 4 5 。h 2 4 5 标准用于控制信道使用情况和 信道性能。在h 3 2 3 终端中，图像编码器、t1 2 0 数据通信协议以及m c u 功能 是可选组件。 o 第二章h 3 2 3 通信协议介绍 语音编解码器 音频i 0 设备 g7 l l 、g 7 2 31 、 g7 2 9 a 接收路径延迟 ( r t p r t c p ) 图像编解码器 视频i 0 设备卜一 h2 6 1 、h 2 6 3 2 ：1 2 数据设备数据接口t 1 2 0 b 印 接 。 口 系统控制 层 系统控制 用户接口 h h2 4 5 通信控制1 呼叫控制h2 2 5 0 r a s 控制h 2 2 5 0 图2 2 h 3 2 3 终端结构 2 网关 在h 3 2 3 系统中，网关是可选的。网关能提供很多服务，其中包含h 3 2 3 终端设备与其他i t u 标准相兼容的终端之间的转换功能，这种功能包括传输格 式( 如h 2 2 50 到h ，2 2 1 ) 和通信规程( 如h 2 4 5 到h 2 4 2 ) 的转换。另外，在 p b n 端和s c n 端之f b j ，网关还执行语音和图像编解码器转换工作以及呼叫的 建立和拆除工作。 通常，网关的目的是将p b n 终端的特性映射到s c n 终端上，反之办然。 网关的应用在于以下3 个方面： ( 1 ) 通过n i s d n 建立与远程h 3 2 0 兼容终端的连接； ( 2 ) 通过b i s d n 建立与远程h 3 2 l 兼容终端的连接； ( 3 ) 通过p s t n 无线网络建立与远程h 3 2 4 v 7 0 兼容终端的连接。 终端使用h 2 4 5 和q 9 3 l 协议与网关进行通信。如果不与其他网络建立连 接，而且终端可与同一分组网络上的其他终端直接进行通信，则无需使用网 关。采用适当的编解码器，h3 2 3 网关可支持符合h 3 1 0 、h 3 2 1 、h 3 2 2 以及 v 7 0 标准的终端。 阚关的很多具体功能都留给了设计者去考虑，例如，能够通过网关进行通 信的h3 2 3 终端的数量并不受标准的制约。同样，电路交换网络连接数、支持 同时进行独立会议的数量、视频或音频及数据转换功能以及多点功能的内涵都 留给了制造商去考虑。 第二章h3 2 3 通信协议介喜h 3 ，关守 关守也是h 3 2 3 系统中的一个可选组件，其功能是向h 3 2 3 节点提供呼叫 控制服务。h 3 2 3 关守在系统中必须提供4 种服务，即地址翻译、带宽控制、许 可控制与区域管理。带宽管理、呼叫鉴权、呼叫控制信令和呼叫管理等功能， 是关守的可选功能。由单一关守管理的所有终端、网关和多点控制单元的集 合，称为h3 2 3 区，如图2 3 所示。 图2 3 h 3 2 3 区 虽然从逻辑上讲，关守和h 3 2 3 节点设备( e n d p o i n t ) 是分离的，但是制造 商可能将关守的功能融入h 3 2 3 终端、网关或多点控制单元等物理设备中。 在h 3 2 3 系统中，关守虽然并不是必需的，但是，如果存在关守，那么终 端必须使用由关守提供的服务。这些服务在远程接入服务( r a s ，r e m o t e a c c e s ss e r v i c e ) 中有定义，包括地址翻译、许可控制、带宽控制以及区域管 理。 关守也能在多点连接中扮演角色。为支持多点会议，用户可使用关守来接 收点对点会议系统两个终端的h 2 4 5 控制信道。当点对点会议切换到多点会议 时，关守将h 2 4 5 控制信道重定向给多点控制器( m c ，m u l t i p o i n t c o n t r o l l e r ) ，关守无需处理h 2 4 5 信令，它仅仅需要将信令通过两个终端或终 端到多点控制器。 包含网关的分组交换网络也应该包含关守，利用它将输入的e1 6 4 地址翻 译成传输地址。由于区是由关守定义的，内含关守的h 3 2 3 实体需要一种机制 能使关守功能失效，以便当分组网络中存在多个包含关守的h 3 2 3 实体时，这 些实体能够被配罱成同一个区。 4 多点控制单元 多点控制单元( m c u ) 支持3 个以上终端设备的会议。在h 3 2 3 系统巾， 一个m c u 由一个多点控制器( m c ) 和几个多点处理器( m p ) 组成，但也可 以不包含多点处理器。多点控制器处理终端间的h 2 4 5 控制信息，从而决定它 们对视频和音频的通常处理能力。必要时，多点控制器还可以通过判断哪蝤视 频和音频需要进行多点广播来控制会议资源。 多点处理器并不直接处理任何媒体信息流，而将它留给多点控制器束处 理。多点控制器对音频、视频或数据信息进行混合、切换和处理。多点处理器 1 2 第二章h3 2 3 通信拚议介绍 和多点控制器可能并存于一台专用设备中，也可能作为其它h 3 2 3 组件的。部 分。 5 多点会议 在h 3 2 3 标准中，多点会议的实现有集中式、分散式和混合式等不i 司的模 式。 ( 1 ) 集中式多点会议集中式多点会议需要一个多点控制单元来组织，所 有终端以点对点的方式向多点控制单元发送视频流、音频流、数据流和控制 流。 ( 2 ) 分散式多点会议分散式多点会议利用多点广播技术来组织。 ( 3 ) 混合式多点会议混合式多点会议是集中和分散功能的组合。 h 3 2 3 支持混合式多点会议，一些终端参加集中式会议，其他终端参加分 散式会议，并用多点控制单元桥接两种会议。终端不需要知道会议的混合属 性，只需了解它发送和接收信息所处的会议模式。 h 3 2 3 限于每个多点会议只有一个多点处理器的网络结构，理论上会议参 加者的数量可以很多，但实际应用中，当一个会议的参加者的数量超过1 0 ，2 0 人时，效果难以令人满意。 2 2h 3 2 3 协议栈 基于h 3 2 3 协议的通信是视频、音频、数据、控制信息的混合，其协议栈 分层结构如图2 - 4 所示。 音频视频终端控制和管理数据 g 7 1 1 、 h 2 6 1 、h 2 2 5 0 g 7 2 3 、 h 2 6 3网关信令呼叫信令h 2 4 5t 1 2 4 g 7 2 9 等r t c p r a s q 9 3 1 一1 2 5 加密 r 1 pt l s s s l u d pt c p 网络层( 1 p )t 1 2 3 链路层 物理层 1 系统控制 图2 - 4h 3 2 3 协议栈分层结构图 第一二章i - 1 3 2 3 通信协议介蜊 系绞控划功能是鞋3 2 3 终鲻熬孩心，它爨珙了鞋。3 2 3 终蠛攥作熬信令，这 些功能识括碍口q 控制( 建立与拆除) 、能力切敬、命令和指示信令以及髑予开 放和描述逻辑信道内容的报文等。熬个系统的控制由h 2 4 5 多媒体通信控制信 道、h 2 2 5 0 呼q 售令信道以及r a s 信道提供。 2 分组与弱步 h 2 2 5 ，0 标准描述了在无服务质量保证的分组网络上媒体流的打包分组与同 步传输机制，它对传输的视频流、蛮频流、数据流与控制流进行格式化，以便 输毫到黼络接蜀，嗣时麸网络接嗣埝入分组孛 偿接收到黪援频滚、耆骥滚、 数据流与控制流。另外，它还完成逻辑成帧、顺序编号、纠错与检错功能。 3 舒频编解码标准 音频编码器对从麦克风输入的音频信息遂行编码传输，在接收端进行解鸡 以便输爨到扬声器。h 3 2 3 支持的驻缩算法都符合i t u t 称准。为进行语蕾逛 缩，h3 2 3 终端必须支持g 7 1 1 语膏标准，传送和接收a 律和律压缩信号。支 持其他啬频编解码器的标准如g 7 2 2 、g 7 2 3 1 、g 7 2 9 a 等都是可选的。i t u 的 最瑟磅炎缝莱表弱，g 7 2 9 a 绽翳麓器钱壤驽蟪满是分缓交浚瓣终懿要求，蠢对 g 7 2 3 ，i 编解码器则袭示了担心。 编码器使用的音频算法必须猩能力交换期间由h 2 4 5 柬确定。h 3 2 3 终端应 畿对本赛蹶具有的卺频编解玛能力进行菲对称撩佟，例如以( 3 7 1 l 发送、强 g 7 2 8 接收。 3 2 3 瓣定的在电话中采用的各静涤音编码标凇，冠表2 一l 。 表2 1 电话语音编码标准 标准名称缡礴方式编码速率( k b i t s ) l g 7 1 1p c m6 4 g 7 2 3 1 m p m l q a c e l p 5 3 ，63 g 7 2 2a b a d p c m4 8 6 4 g 7 2 6a d p c m 6 4 8 g 7 2 8l d c e l p 1 6 q 7 2 9c s ，a c e l p8 随翁缡码技术的发展，在i p 漱诿上熳会鸯诲多附船的谖鸯编码方式被，。泛 往爆，氛括诲多复杂程度低、带宽要求不高和性能更好的编硒方式。魏暴仔缅 分析下i p 电话，关于语音编码方式有两点足驻而易见的： ( 1 ) 成功的i p 电话产品应支持多种编码方式，以便能和其他产品兼容。 ( 2 ) 睫着技术熬笈震，童场。匕凌会出褒爨多曼驽羲壤磷方式。 因此，i p 电话广+ 品建立在一个翁于扩展的行放的系统之 i 是很有必礤( f 勺， 而h 3 2 3 标准提供了基础很好的协议标准。尽管如此，在标准的框架中，仍有 1 4 第二章h 3 2 3 通信协议介纠 很多地方有待改进，包括定义一个能在终端和终端之间传送双音多频信号 ( d t m f ，d u a lt o n em u l t i f r e q u e n c y ，不容易被编码、打包、拆包和解码) 的 协议。 4 视频编解码标准 视频编解码器在视频源处将视频信息进行编码传输，在接收端进行解码显 示。在我们的i p 无绳电话系统中不提供视频功能，这部分就不作详细介绍了。 5 数据通信标准 数据通信协议t 1 2 0 用于文件传输，是可选的。我f 1 的系统不提供数据通信 支持，这部分也不作介绍。 6 i p 网络多媒体通信 在h 3 2 3 多媒体通信系统中，控制信令和数据流的传送利用了面向连接的 传输机制。在i p 协议栈中i p 与t c p 协作，共同完成面向连接的传输。可靠 的传输保证了数据包传输时的流量控制、连续性以及i f 确性，但这样可能会引 起传输延迟以及占用网络带宽。h 3 2 3 将可靠的t c p 用于h2 4 5 控制信道、 t1 2 0 数据信道和呼叫信令信道。 视频和音频信息采用不可靠的、非面向连接的传输方式，即利用用户数据 报协议( u d p ) ，因而它无法提供很好的服务质量。u d p 只提供最少的控制信 息，因此传输延迟较t c p 小。 h3 2 3 将不可靠的用户数据报协议用于视频、音频和r a s 信道。 在有多个视频流和音频流的多媒体通信系统中，基于u d p 的不可靠传输利 用i p 多点，1 播和由i e t f 的r t p 处理视频和音频信息。【p 多点广播是一种以 u d p 方式进行不可靠多点广播传输的协议。r t p 工作于i p 多点广播的顶层，用 于处理i p 网上的视频和音频流，每个用户数据包均加上一个包含时标和序号的 报头，若接收端配以适当的缓冲，那么它就可以利用时标和序号信息“复原、再 生”数据包、记录失序包、同步语音和图像等。r t c p 用于实时传输协议的控 制。它监视q o s 以及在网上传送的信息，并定期将包含q o s 信息的控制信息包 分发给所有通信节点。 由于h3 2 3 基于r t p 及r t c p ，因此它可在i n t e m e t 多点广播骨干网和具有 多点广播能力的i n t e r a c t 虚拟网上运行，并支持音频、视频和数据多媒体通信。 在i n t e r n e t 、i n t r a n e t 之类大型数据报网络中，为一个多媒体呼叫保留足够的带 宽是很重要的。另一个i e t f 协议r s v p 允许接收端为某一特殊的数据 流申请一定数量的带宽，并得到申请是否被许可的答复。虽然r s v p 不是 l l3 2 3 标准的正式组成部分，但大多数h 3 2 3 ，“品都必须支持它，因为带宽的预 留对l p 网络上多媒体通信的成功至关重要。r s v t ，需要得剑终端、网关、装有 第一章h3 2 3 通信协议介绍 多点处理器的多点控制单元以及中间路由器或交换机等设备的支持。 2 3h 3 2 3 呼叫模式和呼叫建立 h3 2 3 定义了两种基本的呼叫信令模式。第一种模式是直接呼叫，即直接 在终端之阳j 进行信号的传输：第二种模式是关守路由选择呼叫，即关守对所有 终端呼叫进行中继。关守路由选择模式是为了提供特定的多点会议能力而丌发 的，这种类型的终端并不需要m c ，但是关守包含m c 。由于所有的呼叫信弓和 h 2 4 5 控制信道都要经过关守进行路由选择，所以它们也要经过m c 进行路径 选择。按照这种方式，任何两个终端之间的呼叫都可扩展为一个多点呼叫。在 一个或多个终端包含m c 的实现方法中，直接呼叫模式也能提供同样的多点会 议扩展能力。然而，如果这种终端不包含m c 并且采用直接呼叫模式，那么就 不可能实现多点会议扩展能力。 h 3 2 3 的呼叫建立过程分为几个步骤。首先，如果需要关守参与，那么呼 叫终端必须从关守那里申请呼叫的许可权，使用h 2 2 50a r q ( 图2 5 中的信号 1 ) 。如果关守允许该呼叫信号通过，那么它就用a c f 信号( 2 ) 应答；否则， 返回a r j 信号( 2 ) 。如果没有关守参与，或者获得关守的许可权后，呼叫终 端就向被叫终端发送个建立( 3 ) 信号。然后被叫终端对该信号进行识别，并 返回p r o c e e d i n g ( 4 ) 信号，表明正在对该建立信号进行处理。币如上面对 呼叫终端的描述一样，被呼叫终端如果要接收外来n t - 口q ，必须从关守那里获得 认可，分别是a r q ( 5 ) 和c f ( 6 ) 。被呼叫终端在获得接收外来呼叫的许可 之后，才可以向呼叫终端发送a l e r t i n g ( 7 ) 信号，表明已通知用户有呼叫到 达。如果用户应答该呼叫，那么被呼叫终端就向呼叫终端发送连接( 8 ) 信息：这 样，终端之间就建立了h 2 4 5 控制信道，开始能力交换并开通音频、视频和或 数据媒体流信道。 上述过程是呼叫双方都连接着到同一关守的直接呼叫模型。在更加复杂的 关。、) ：路由选择模型和多个关守的情况下，也可使用类似的处理过程。呼叫信令 的处理过程是以由h 2 2 5 0 改编而来的q 9 3 l 为基础的。q 9 3 1 还可用ji s d n 网络上的h 3 2 0 终端。 6 第- _ 二章h 3 2 3 通信协议介耋 终端a关守终端b r a s 消息 一呼叫信令消息 2 4 逻辑信道 图2 - 5 直接呼叫建立信令图 在呼叫建立完成之后，终端之间的一切通信都在使用h2 4 5 建议的逻辑信 道上进行。h 2 4 5 控制逻辑信道只有一条，并且总是o 号逻辑信道。音频、视频 和数据信号分别在各自不同的逻辑信道上进行传输，而h 3 2 3 支持各种媒体类 型的多个信道【司时传输。进行数据通信的逻辑信道 要使用t1 2 0 系列建议柬 定义过程、协议和应用。 音频和视频信息将被打包成h 2 2 5 ，0 所舰定的格式，使崩以i e t fr t p 为基 础的技术传输。i e t fr t p 定义了一个传送具有实时特性( r t p ) 数掘的过程 1 7 第_ _ 二章h3 2 3 通信协议介绍 该协议使用载荷格式来规定经过编码的音频和视频数据怎样按照r t p 进行传 送，载荷格式规范也适用于h 2