（计算机应用技术专业论文）基于局域网的ip电话系统的设计.pdf

摘要 i p 电话是利用现有的计算机网络组成电话通信网络，实现电话用户音频数据 流的高速传输及交换。利用现有的计算机网络资源组建电话通信系统为电话通信 开辟了一条新的途径。它能够节省电话费，节省大量建设电话网络设备费、线路 费、维修费和工程费等费用，缔短安装工程周期，提高计算机网络资源的利用率， 适合我国国情。陔系统在教育系统、科技系统、电业系统、银行系统和公安系统 等行业的电话通信j 二有着广泛的推广及应用前景。 本文根据电话通信利局域网的特点，提出了基 ：局域网的i p 电话软件设汁 的总体方案。开发了u s b 接口，采用了i _ g b l 1 通信协议编写了p c 机与电话终端 的通信软件，利用u s b 灵活、稳定、即插即用、主从结构、速度快( 12 m s ) 、成 本低廉的特点觯决了浯音数据包小、传输速度快的问题；应用u d p i p 协议编写 了p c 与p c 机的网络通信软件；利用s q ls e r v e r 2 0 0 0 编1 j 了基于a d o 技术、c s 模式下的电话用户资源信息库软件，通过以【：技术达到了本系统的目标和要求。 在应用软件的整体丌发过程巾采用了0 0 i 的程序设计思想，增加了软件的扩展 性、可维护性和重用性，同时在软件的整体结构安排小采用了多线程技术，增加 了软件的灵活性和执行效率。随着计算机的普及，计算机网络的普遍应用，i p 电话必将得到广泛的应用和推广。 关键词：网络电话；u s b ：多线程：u d p i p 未经f 稻、导饰隅意 纫全文公布 t e e x t e a b s t r a c t i n t e r n e tp h o n er e i 1i z e st h eh i g h s p e e dl r a n s mi s s i o na n de x c h a n g eo f e p h o n e s u b s c j l ib e r sa u d i 0f r e q u e n c yd a t a f l o wb yn t ii z i n gt h e s t i n gc o m p ul e i n e t w o r kt om a k eu pt h ec o l l m l u n jc a t j o nn e t w o r ko ft h e u t1 i z i n ge x i s t i n gc e m p u t e rn e t w o r kresourcest os elu pt h e c o l n m u n i c a t i o ns y s t e m 。rt h et e i e p h o n eo p e n e du paf l e ww a yf o rt h et e l e p h o n e e o n l n u n i c a t i o n 1 tcans a v et h et e l e p h o n er a t e i ta l s osavesal a r g ea m o u n t j n s t a l l a t i o ncoslo ft h et e l e p h o n en e t w o r k ，c i r c u i tf e e ，m a i n t e n a n c ecosl a n dp r o j e c tf e e ，e t c ftcans h o r t e nt h ep r o j e c tc y c l eo fi n s t a l l i n g ，r a i s e t h eu t i l i z a t j o nr a t i oo fn e t w o r k sr e s o u r c eo ft h ec o m p u t e r s u i t a b l ef o r t h en a t i o n a lc o n d i l l e n so fourc o u n t r y t h i ss y s t e mh a se x t e n s i v e p e p u l a r i z a t i o na n dt h ep r o s p e c ta tt h et e l e p h o n cc o m m u n i c a t i o no ft r a d e j no d u c a t l e n a ! s y s t e m ，s c i e n t i f i ea n dt e c h n o l o g i c a ls y s t e m ，e l e c t r fc i t y i n d u s t r ys y s t e m ，b a n kj n gs y s t e r n ，p u b i i cs e c u r i t ys y s t e r n ，e t c t h ea f t i c l ei n t r o d u c e st h ec o n c e p t u a ls c h e m eo ft h es o i - t w a r ed e s i g n o ft h i si n e r n e tp h o n eb a s e do nl a nb yc o m b in a t i n gw i t ht h et y p i c a lo ft h e t e l e p h o n ec o l l m l u n jc a t i o na n dl a n u s b l 1c o m m u n i c a t i o np r o t o c a li sa d o p t e d b e t w e e nt h et r a n s m i s s i o no f p ca n dt e l e p h o n et e r m i n a l u s bi sf l e x j b l e s t a b i l e ，p n pa n dh j g hs p e e d ( 1 2 m s ) ，s oi tt r u l ys a t i s f i e da n dr e a l i z e dt h e n e e do f t h i ss y s t e me s p e c i a l l ym e tt h ei l u e do f l il t l ea u d i od a t ap a c k e t a n dh j g ht r a n s m _ is s io ns p e e d a sw ea 11k n n w u d p i p p r o t o c a li su s e da s t h ec o 棚u n i c a ll o np r o t o e a l ) e t w e e n1 1 ca n dp c s q i 。sj j i w e i i2 0 0 0i sb a s e do n a d oa n disu s e dt od e v e o pt h ec si n f o z m a t i o nb a s eo fi puse rb e s o u i 。c e ，b y w h i c ht h es y s t e mcana c c o m p l i s ht h en e e do ft h eu s e r d u r i n gt h ed e s i g n t h e jd e ao fo o pp r e d o m i n a t e st h ew h o l ep r o c e s s a n y m o r e m u l ti t h r e a dt e c h n i c w o r k su pt h ep r o g r a ma n da f f o r c e st h er e x i b i l i t y w j t ht h ee x t e n s i o 1or c o m p u t e ra n dn o t w o rk ，1 ) ( 1 nl c r n e tp h o n e ) w i1 1b eu s e di nm o r ea n dm o r e r je l d s k e yw o r d s ：i nl e e r i elp h o n e ju s b ；m u l t i - t h r e a d ，u d p i p 2 独创性卢明 王6 2 7 3 7 3 本人声明所呈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 成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得丞洼王些盍堂或其他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。 学位论文作者签名：勤嗯 签字嘲2 忙z 月湘 j 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼工些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特 授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) l ， 学位论文作者签名： 参1 ) 1 7 、) 签字日期：ja d 笙车上月) 。日 导师签名：了公_ ，丸 签字日期：2 0 i ，垆年2 月2 内日 天津工业大学硕士研究生学位论文第一章前言 i 1 课题来源及性质 第一章前言 该项研究目的是采用计算机技术、电子技术、通信技术和程控交换技术研制 基于计算机网络的电话通信系统。该系统是利用现有的汁算机网络组成电话通信 网，节约电话费，节省大量建设电话网络的设备费、线路费和工程费等费用，并 且节约施 _ 工期，取得履著的经济效益和社会效益。电话通信是目前国内外主要 采用的通信方式，在现代信息社会巾占有十分重要的地位。随着人民生活水平的 不断提高和市场经济的发展，人们对电话的需求量日益增多。但足，各行业利用 共用电话网络通信需支付大量的电话费，占用了各部门的很大一部分开销；建立 电话i p 电话通信需要人量的设备费、线路费、维护费和_ 程费等费用，并且需 要一定的施工工期。当前，随着计算机的普及，计算机网络已经得到普遍应用， 已成为许多行业必不可少的办公1 二具。利用现有的计算机网络资源组建电话通信 系统为电话通信开辟r 一条新的途径。它能够节约电话费，节省大量建设电话网 络设备费、线路费、维修费和 二程费等费用，缩短安装t 程周期，提高引算机网 络资源的利用率，适合我国国情。该系统在教育系统、科技系统、电业系统、银 行系统和公安系统等行、i k 的电话通信上有着广泛的推，1 。及应用前景。 1 2 课题简介 该课题是以计算机网络、通信技术、程控交换技术和电子技术作为理论基础 和技术保证的。目前，各行业使用的电话通信网络主要包括公共电话f i n n 自建内 部电话网。使川公共电话通信网，在安装电话时需要铺没电活线路，并且电话费 用人；白建内部电话通信网，需要大量的电话通信网络的设备费、线路费和工程 费等费用，成本高，施工周期艮。 网络已经得到了应川，但并没有形成电话通信的主流，它的通信终端设备主 要包括声卡或调制解调器，刁i 便于用户使川，更不便于电话用户的扩容和管理， 不能形成独立的电话通信系统，但是它所应用的技术为i i 算机i p 电话通信系统提 供r 可靠的技术保证。陔项目研究一种基于汁算机刚络的电话通信系统。具体的 设计研究内容如下： 第1 页 天津工业大学硕士研究生学位论文 第一章前言 l 、确定总体软件设计研究方案； 2 、制定网络信息传输协议； 3 、开发基于t c p 1 p 协议的通信网络软件和用户管理程序 4 、计算机网络的电话通信系统实验研究； 5 、工业运行试验。 1 3 课题采用技术介绍 计算机i p 电话通信系统的设计思想是利用现有的计算机网络组成电话通信 网络，刚络中的每一个节点( 终端洲算机) 通过u s b 接l l 连接电话终端设备，每 个电话终端设备连接2 个用广l 话机，每个用户话机可拥有独寺的电话号码，并可 通过扩展网络节点或通过u s b 接l i 扩展电话终端设备的两种方法增加电话用户。 电话终端设备所形成的p c m 码流需经u s b 接口进行高速传输至网络巾计算机 节点。u s b 是计算机外设与计算机连接的实现高速传输的通用串行接l _ _ | ，支持即 插即用技术，其本身丌j 形成局域网络，便于电话终端设备的扩展连接。基j ： u s b l 1 传输协议的u s b 接口技术为电话终端设备与汁算机的连接，实现p c m 码 流实时传输提供了技术保让。 该项目是利用计算机网络米实现电话用户音频数据流的岛速传输及其数据交 换。汁算机节点将电话终端设备上的p c m 码流转换成i 叫络上的数据流，通过基于 无连接的u d p i p 通信i 办议来实现数据流的传输，并传输至所呼叫的用户端讨算 机，同时下传到电话终端设各，从而实现电话通信。计算机通信技术为系统的信 息高速传输提供了理论依据和技术支持。 在电话通信系统【_ r l ，用户登录和话务管理以及记费管理是极其繁重的事务， 汁算机数据库管理系统可以解决这个题，使用a d o 编程技术和s q i 实现数据库 的管理和操作，用户可以实现远程登录、远程话务查询及记费系统的管理。 1 4 课题存在的困难及预期结果 重点、难点问题及解决方法： 1 、用户终端机与计算机接u s b 接口； 2 、终端利主机之刊、主l i i , 聋l j 主机之n i 【的传输胁汉 第2 贝 天津工、i p 大学硕士研究生学位沦文 第一章前言 3 、开发基于u d p i p 防议的事实通信网络软件，采用v c + + 6 0 编写程序 4 、数据库的开发，采1 v c + + 6 0 进行程序的编写。 预期结果是建立基于汁算机网络的电话通信系统。研制出电活用户终端设备 开发出基fu d p i ，协议的通信网络软件。最终提供用户终端设备的生，。样机、 生产技术资料和相关图纸及系统的应用软件。 第3 页 天津工业大学硕上研究生学位论文 第二章伊电话软件的总体设计 第二章i p 电话软件的总体设计 2 1i p 电话软件的总体要求 总体设汁的任务是根据刚户需求分析阶段得到的h 标系统的物理模型确定一 个合理的软件系统的体系结构。这个体系结构的确定包括合理地划分组成系统的 模块，模块问的调用关系及模块问的接口关系。软件的体系结构从总的方面决定 了软件系统的可扩充性、可维护性以及系统的性能。总体设计还应该为软件设计 所使用的数据结构或者是数据库的结构。总体设计有时也称为概要设计。 计算机l p 电话通信系统是利用现有的计算机网络组成电话通信网络，网络中 的每一个计算机节点通过u s b 接口连接电话终端，每个电话终端连接2 个用户话 机，每个用户话机可拥有独立的电话号码，并可通过扩展网络节点或通过u s b 接口扩展电话终端两种方法增加电话用户。通过u s b 传送的数据包在局域网巾通 过u d p i p 协议进行数据的传送，而数据的存储是由数据库服务器来完成的。在 客户机和数据库服务器之间来完成数据的交换。该系统组成框图如图2 1 所示。 因此软件的总体设计中应该包括3 人部分，底层通讯部分的软件设计、嘲络问通 讯部分的软件设计和数据库部分的软件设计。 图2 1 系统的总体框图 第4 页 天津工业大学硕十研究生学位论文第二章i i ) 电话软件的总体发计 2 2i p 电话软件所需硬件环境和支撑软件 2 2 1 硬件环境 本系统是通过电话机进行网络间的语音通信，所以在硬件上需要一个硬件的 网关，将电话接收到的人的模拟语音信号转换成数字信号。 电话终端硬件由c p u 及存储器电路、输入输出电路、看门狗电路、用户电路、 p c m 编解码电路、时钟电路、d t m f 接收电路、信号音发生电路、电源电路、铃流 发生电路、u s b 接口电路等组成。单片机控制电路由c p u 及存储电路和输入输m 接口电路组成。c p u 采用w i n b o n d 公司推出的w 7 7 e 5 8 。单片机控制电路是整个训 算机i p 电话通信系统的控制核心，主要完成控制信号音发生电路发送信号音、 控制铃流发生电路发送铃流信号、控制d t m f 接收电路完成号码的接收、控制p c m 编解码电路实现语音信号的编码和解码、控制u s b 接口电路完成信令利语音信号 的发送和接收、读取用户电路中的话机摘、挂机状态、凄取系统设胃参数等多项 任务。，用户电路采f t jm i t e l 公刮推出的m h 8 8 6 1 2 厚膜集成电路。它具备了向用户 线提供恒流馈电( 电流约为2 6 m a ) 、向用户馈送铃流( - 4 8 v + 9 0 v r m s ) 、检测用户 线状态( 摘、挂机) 利拨号脉冲信号、实现2 - 4 线变换等基本的模拟接口功能。 为了满足系统对于传输速率和安装方便的要求，选用u s b 接口将电话终端和计算 机相连。u s b 接【j 电路采朋p h i l i p s 公司的p d i u s b d l 2 芯片，1 2 m 的传输速率很 好的完成语音信号的高速传输。用户状态检测电路用于完成用户摘、挂机状态的 检测。d t m f 接收电路南m t 8 8 7 0 及其外围电路组成，j ：；| 于接收用户拨出的双音多 频( d t r f ) 号码。p c m 编解码电路采用m o t o r o i a 公司推出的m c l 4 5 5 5 7 芯片。它 内含发送滤波器、接收滤波器，p c m 编码器和解码器，基准电压源、输入与输出 电路及定h j 、逻辑控制单元等，实现话音信号的a 律压扩p c m 编解码功能。铃流 发生电路采用m c l 4 1 3 及其外围电路组成。它能够产生一个2 5 h z ，9 0 v 1 5 v 的正 弦波，通过输入输出接口电路的控制为用户提供铃流信号。叫钟电路丰要用于产 生p c m 编解码器所需2 0 4 8 k i i z 的主时钟和8 k h z 的采样脉、串一并和并串转换电 路的移位脉冲、在c 8 0 5 1 f 0 2 0 的l m i 引脚引起个1 2 5 p , 中断的8 e l l z 的窄脉冲。 系统的硬件设计即町以实现在电话终端内部2 部电话之问的通话，又h j 以完成在 局域网问进行用户的通活。l f j 软件环境是基于w i n d o w s 2 0 0 0 ，”发j 具使用的是 v c + + 6 0 。 2 2 2 软件的性能 第5 页 天津丁业大学硕士研究生学位论文第二章i p 电话软件的总体设计 电话的通信方式包括两种，内部通话和外部通话两科r 方式。内部通话是指语 音数字信号的传输不通过网络进行传输，而是电话网关内部进行处理。而外部通 话是指语音信号通过网络进行传输，传输到目的电话。并且要求浯音信号的传输 延时性好，连续性好。 2 3i p 电话软件部分的需求分析 用户的语音数据流通过u s b 发送模块发送到p c 节点上，经过重新打包交给 u d p 发送模块，另一端的用户通过u d p 接收模块在时时监听，如果有数据包发送， 马上就接收，u s b 发送模块重新打包发送给用户终端，通过对这五个主要模块的 操作来实现双方的通话。u s b 发送和接收模块可以通过v c + 十调用w in d o w sa p i 函数来实玑，网络间的数据传输协议使用u d p 协议，u d p 刁i 同于t c r t c p 的特 点是实现了在无连接的i p 层卜提供t 面向连接的t c p 服务，这样t c p 可以提 供高可靠性的服务。而u d p 的特点是它几乎是直接建立在i p 咖泌之上的，与 t c p 复杂性不同，它 h 2 c , j 简单，它提供了无连接的数据的传输服务。高效率是 u d p 的优点，但是传输中的不可靠性是它的个缺点，但是u d p 在高可靠性的 局域网中运行是良好的。而浯音信号传输的时时性要求我们采用高效率的u d p 传输协汉。数据库的设计是基于c s 结构的三层数据库结构。包括服务器端和客 户端，服务器端主要是对数据库中的数据进行管理，包括添力新用户、删除用户、 显示数据库中的信息、盔啕处耻等，服务器端的程序主要运行在服务器上，这样 可以用服务器单独处理各部电话的信息，可以对数据的处理更加集中。而客户端 的程序主要是检测刚户终端的数据的变化和网络间数据传输的变化。下面是服务 器和客户端数据库的设计思路： 翻32 服备嚣螭启动辫断 弟6 员 天津工业大学硕十研究生学何论叟 第：- 章电话软件的总体设汁 该界面是服务器端的程序启动界面，友好和直观的程序开启界面在程序的使 用过程中启到非常重要的作用。服务器端启动界面如图2 2 所示。 0 1 t 2 3 服务器端程序的开始界断 这个界面是服务器端程序的开始界，登陆按钮包括管理员登陆和用户登陆 2 个功能。管理员对数据库的管理具有最高的权限，包括添加新用，删除用户， 查询和显示等功能。而用户的权限比管理员的权限要小的多，只有显示该用户信 息的功能。这样的设汁方法可以保证管理员对数据库的最高防问权限，也保证数 据库的数据的安全性和合理性。服务器端程序的开始界面如图2 3 所示。 n t 2 4 锴理盟髓鼬界丽 第7 页 天津工、j k 大学硕士研究生学何论文 第二章r p 电话软件的总体设计 从管理员登陆界面可以看到，功能项主要包括新用户注册、管理员权限的数 据库信息的显示、清空撮示、查询功能、删除功能和记费功能。从数据显示框中 可以看到包括通话记录、电话终端的位置、电话号码、终端电话绑定的p c 机的 i p 地址、起始通话时间、结束通话时i n $ 1 1 备注功能。管理员登陆界面如图2 4 所示。 图2 s 登陆对话挺 登陆对话框可以使管理员和用户登陆数据库，对数据库中的数据进行操作。 登陆对话框如图25 所示。 圈2 6 辫加新掰户对话 添加新用户对话框主要的功能是为每部电话存数据库巾注册新的信息，主要 包括该部电话的伉- 7 ( h 时l l i d 涌义还是用户名) ，密码( 同时它的涵义还是用户密 码) ，电话号码( 当用户在拔打电话号码的过稃中，i l t n , 电话号码实际上已经在数 据库巾和p c 的l p 地址、陔部电话在p c 。i - 的位置进行了绑定，当程序在数据库 天津工业大学碗十研究生学位论文 第二章1 1 ) 电晤软件的总体设计 中查询电话号码时，电话号码实际上在数据库中已经被映射成该电话所在p c 的 l p 地址和该部电话在该p c 机网关上的位置，这样当获得到对方的电话号码后， 就可以通过查询数据库查到该部电话的位置，就可以将语音信号传输到目的地) 。 i p 地址和备注信息。当选择添加记录按钮日、j ，一个新的电话用户就在数据库中 被注册成功。选择取消按钮，取消该用户的注册。添加新用尸对话框如图2 6 所 可io 图2 7 套询x t t 馁框 鹰询剥话框的l 要功能是用查询条件在数据库中进行所需要数据的查询，这 样可以快速的实现对用户所需数据的查询，这里设置的查询条件包括电话号码和 位置。当选择好查询条件，单击o k 则进入浚条件的查询对话框。查询对话框如 图27 所示。 图2 8 位露磊询对话框 在位置查询对话框叶1 输入所要选择的位置，然后选择o k 就i j _ 以在士界耐的数 据显示框r 看到我们选择位胃的电话在数据库l 中的信息。，位置查询对话框如图 2 8 所示。 第9 页 天津_ 业大学硕士研究生学位沦文第二章巾电话软件的总体设计 n t 2 9 电话弩弼裔询对话橇 在电话号码查询划话框中输入所要选择的电话号码，然后选择o k 就可以在主 界面的数据显示框中看到我们选择电话号码的电话在数据库中的信息。电话号码 查询对话框如图2 9 所示。 潮譬1 0 羯户登l 嘧赛藉 从用户登陆界面可以看到，用户刺数据库的管理权限远远小r 管理员对数据 库的管理权限，管理员刮。以添加新的用话，一j 以查询数据，可以删除数据，叫1 以 对整个数据库中数据进 ? 统的管理。而用户登m 后只能显示本用户的信息，这 样的设计方式便十数据库中数据的统。管理，对数据厍中数据的安全性也有很大 的好处。用户登陆界面如图21 0 所示。 第1 u 页 天津工业大学硕士研究生学停论文 第一章砰电话软件的总体设计 翻2 ，1 1 客户端稷殍扁动孵 该界面是客户端的程序启动界面，友好和直观的程序开启界面在程序的使用 过程中扃到非常重要的作用。客户端程序启动界面如图21 1 所示。 鹫：； 1 2 窖户螭程捧界面 客户端的应用程序从界面的i 殳计上看很简单，不象服务器端界面看上去那样 的直接，前台看上去只是个友好的用户界向，在前台对话框初始化以后，就会 在主程序开启一个新的线程。这个线程用来杳询【j s b 端川，通过这个线科来接 收电话终端发送来的语音信号，然后通过u d p 协议进行网络问的数据传输，而 在主程序中直在开启个u d p 的监听函数，用来接收网络间发送过来的数据， 这样当有l b 话数据包传送到这台p c 以后，就可以通过这个监听函数进行接收， 然后在传送到电话终端。这样就实现了个浯音信号的i 叫络之间的传输。同时把 相应的数据存放到数据库中，便f 数据的统一管理。客户端应用程序界面如图 2 】2 所示。 2 4i p 电话软件中数据通信协议的设计 端儿页 天滓工业大学硕士研究生学位论文第二章i p 电话软件的总体设计 通信协议义称通信规程。它是通信双方如何进行对话的约定与规则，它决定 了网络通信中传输的信息于艮文格式与控制方式，通信m 议功能是数据交换，对 交换后的数据进行分析，判断出交换后是数据帧还是信令帧，根据通信的双方， 可以定义三个通信协议： ( 1 ) p c p c 通信协议：主要的功能是制订两台p c 之间数据交换的一种标准。 ( 2 ) 终端到主机通信协议：主要的功能是实现电话终端数据传送到主机后数据分 析的一种标准。 f 3 ) 主机到终端通信协议：主要的功能是实现主机数据传送到电话终端后数据分 析的一利，标准。 电话的通信规则进行介绍：电话进行通信时首先要将电话的状态传送给对方。 当对方的电话接收到这部电话的：状态时，进行分析和判断，然后回送状态宁，当 双方的状态都符合通话的规则后，才开始进行语音通话，这时双方才开始进行语 音信号的数据交换。所以电话的状态要在协议中体现出来，电话的状态包括：( o o ) 空闲、( 0 1 ) 本机做主叫摘机、( 0 2 ) 本机做主叫m , j 己拨完被叫号码、( 0 3 ) 本机做被叫 摘机、( 0 4 ) 本机做主叫挂机、f 0 5 ) 本机做被叫挂机、( 0 6 ) 听忙音时挂机、( 0 7 ) 内部 电话忙、( 1 1 ) 本机做主叫时被叫闲已经开始振零、( 1 2 ) 本机做主叫时被叫忙、( 1 3 ) 本机做主叫时被叫摘机开始语音传送、( 1 4 ) 有用户呼入、( 1 5 ) 对方挂机本次通信 结束。只有双方电话的信令状态满足电话进行通话的规则后，通话双方才开始语 音信号的传输。在i 办泌的制定过程中，从终端到主机通信协议的制定过程中，电 话信令帧的状态包括：空刚、本机做主叫摘机、本机做主叫时己拨完被叫号码、 本机做被叫摘机、本机做主叫挂机、本机做被叫挂机、听忙音时挂机、内部电话 忙。从主机到终端通信仂议的制定过程中，电话信令帧的状态包括：本机做主叫 时被叫闲已经开始振零、本机做主i ll l 时被叫忙、本机做主叫时被叫摘机开始语音 传送、有用户呼入、对乃挂机本次通信结束。而在p c 到p c 通信胁议的制定过 程中，电话信令帧的状态包括以上的全部状态。通信m 议的正确制定在数据的传 输中起到非常重要的作用，一个制订标准和规范的通信l 办议往往在程序的设计过 程中起到事半功倍的作用。 j 到2 1 3 通信办议 第1 2 砸 天津工业大学硕士研究生学位论文第二章m 电话软件的总体设计 通信协汉的制定格式如图21 3 所示，头2 个字节是u s b 进行数据传输所规 定要保留给u s b ，其中包含u s b 的厂商和i d 号等信息；第3 个字节是帧状态， 它包括0 1 无效帧、0 2 信令帧和0 3 数据帧，如果收到0 1 ，说明这个数据包是无 效帧，不作任何处理，如果收到0 2 ，说明下一个字节中存放的是信令帧；如果 收到0 3 ，说明下个字节中存放的是数据帧。信令帧就是指前面提到的1 3 种信 令帧的状态，而数据帧指的是传送的语音数据。 2 5i p 电话软件设计中的0 0 p 技术 当代系统软件设计中使用0 0 p 技术已经成为主流，以i p 电话系统为例，解释 了面向对象技术中的抽象性、封装性、继承性、多态性等特征的具体应用和实现 的方法，该方法已通过实验验证，方便地实现了i p 电话软件系统的开发。 2 5 10 0 p 的设计思想在软件设计思想中的重要作用 面向对象的方法和技术在计算机各个领域已得到了广泛的成用。面向对象的 程序设计方法强调把问题域的概念直接映射到对象以及对象之间的接口，这种方 式比较符合人们通常的设计思维方式，从而减少了传统开发方法从问题域到分析 阶段再到设计和实现阶段的偏差。面向对象方法使得在客观世界以及作为其映射 的软件系统中，实体的结构相对稳定。 当外部功能发生变化时，这种封装可 以保持结构的相对稳定。同时面向对 象技术具有继承性、封装性和软件重 川，并易于扩充，能较好地适应复杂。 的的系统不断发展和变化的要求。因 此按此方法开发i p 电话的软件系 统，增加了软件的易扩展性、可维护 性和重川性。 2 5 2 基于设汁模式的i p 电话软件 设计 面向对象方法的核心思想是将 ；j x , j 象办法把属性和服务封装在对象中 一一、 鼓据库 数据库 图2 1 1 系统曲用倒图 第1 3 页 天律工业大学硕士研究生学位论文第二章口电话软件的总体设计 切客观实体都看成对象，复杂的对象可由较简单的对象以某种方式组合而成。在 软件的设计中，我们将o o p 模型表达为一个6 元组：对象= 其中n ，f f f l e 为对象类别名称、i d 为刈象实例的唯一标识、s 为对象的状态、i 为 对象的继承关系、c 为对象的包容关系、m 表示组对象的方法。而这就不可避 免的分为对象定义和对象实例两个部分，在c + + 的语言中对象的定义对应于c + + 中的类，而对象实例则对应为类的实例，系统将o o p 模型生成如下的c h 语法： c l a s sn a m e ：p u b l i cl p u b l i c ： s 模式定义 m 声明) ； m ：定义 每一个对象都会有唯一的一个i d 值。通过o o p 建模策略与c + + 语法的转换， 使这种o o p 的设计思想完全融入到v c 程序代码的编写中。i p 电话系统的软件设 计主要实现的功能是电话终端所形成的p c m 码流需要经过u s b 接r 进行高速传输 至网络中各个计算机节点、p c 和p c 之间通过u d p 协议进行数据的交换和电话用 户信息的存储、查询和汜费管理，所以在程序的设计过程中需要三个主要的类， 通过类的实例化，将抽象的类具体到五个主要的对象，通过调用对象的接口函数 来完成需要完成的任务，而对象之间是用消息来建立联系的。系统的总体设计见 图2 1 4 所示。刚户的语音数据流通过u s b 发送模块发送到p c 节点上，经过重新 打包交给u d p 发送模块，另一端的用户通过u d p 接收模块在时时监听，如果有数 据包发送，马上就接收，l 】s b 发送模块重新打包发送给用户终端，通过对这五个 主要对象的操作来实现双方的通话。 2 5 3i p 电话软件设计中的封装性 封装性强调的是数据和代码的一致性，将表达的对象状态的数据结构定义与 数据施加的操作封装在一起，对外仅提供必要的该对象的有关属性，而将该对象 的具体实现细节及内部联系隐藏起来，对对象的访问只能通过公共界面中提供的 属性赋值或操作函数来实现，而且只要保证接口方式不变，内部实现可随意改动 而不会影响使用数据的程序，这便保迁厂程序的安全可靠。当系统不正常时，只 能是对象的操作函数出了问题，使程序维护容易。由于模块剥外接口关系简单明 确，减少了模块间的耦和度，更易实现程序的模块化，提高了模块的可组合性和 可复用性。 第1 4 页 天津工业大学硕士研究生学位论文第二章】i ) 电话软件的总体跬t a d o 实际上是一种基于c o m 中的自动化接口技术，并以o l e d b 为基础，经过 o l e d b 精心包装后的数据访问技术，利用它可以快速地创建数据库应用程序，我 的系统是w i n 2 0 0 0 s ，所以我加载的是m s a d 0 1 5 d 1 1 ，利用包装类t l h 中封装好 的3 个智能指针，这里3 个指针是3 个类指针一c o n n e c t i o n p t r 、r e c o r d s e t p t r 、 一c o m m a n d p t r 。a d o 已经对这3 个类指钊进行了很好的封装。类实际上是一种抽 象机制，他描述了一类问题的共同的属性和行为，在c + + 中类的剥象就是具有该 类类型的某一特定的实体，也就是实例。在自然界中我们无法对抽象的事物进行 进行操作，所以我们必须对抽象的事物进行实例化。 ( i ) 一c o n n e c t i o n p t r 智能指针，先创建，。个实例指针，在用o p e n 成员函数打开 一个库连接，同时将返网一个l n n k n o w n 的自动化接口指针。 ( 2 ) 一r e c o r d s e t t r 智能指针，先创建个实例指针，可以用来打开库内数据表， 并可以对表内的记录、宇段等进行各种操作。而对表的操作都是运用封装在类中 的方法进行直接的操作，就j 以完成在数据库中进行数据的存取，而这种封装性 正是o o p 技术一种极大的体现。 ( 3 ) 一c o n l l l l a n d p t r 智能指针，先创建一个实例指针可以定义输出参数，执行存取 过程或s q l 语句。 通过这3 个类指针的实例化的操作，很容易实现我这个l p 电话系统的数据的 读取、修改、删除、管理员的登陆、新用户的注册和登陆、记费系统的实现，可 见这种面向列象的设计思想是非常符合我们实际生活中人的思维的，而且在使用 的过程中也很简单。 2 5 4 i p 电话软件设 计中的继承性 继承性是面向对 象技术另一个重要的 特点，它是父类和子 类之间共享数据和方 法的机制。类表示的 是具有相同结构、操 作j f 遵守相同约束规 则的对象聚合向成的 组，把组对象的共 c m y r e c u s bc m y 8 e n d u s b p r o t e c t e ds i z e _ ti l e n p r o t e c t e ds i z e ti l e n r r e e a a d d p p 。o r t 2 l ( ( u u n n s s i g n n e e d dc c h h a a r t r * , s s l i z z e e j t ) ) ，；v w 、，r r i i t t e e p p 。o r r t 2 t l ( ( u u n n s s i i g g n n e e d dc c h h a a r r * , s s i i z z e e j _ t ) ) f 图2 1 5 继承特性 同特性加以抽象并存储在。个类中的能力，足面向对象技术的重要特点。类是在 第f 5 更 天津工业大学硕士研究生学位论文第二章i p 电话软件的总体设计 对象之1 ：的抽象，对象则是类的具体化，是类的实例，同一类的各个对象具有相 同的属性项，但属性项的值各不相同。类可以有子类，也可以有父类，父类反映 的是子类的共性，予类描述的是区别于其他子类的个性，从而形成类的层次结构。 利用继承性，在定义和实现一个类的时候，可以在一个已存在的类的基础之上来 进行，把这个已存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入反映自身特征的 新内容。 在高速的语音信号的采集过程中，系统需要p c 和电话之间进行数据的高速和 时时的传输，所以必须在p c 和电话之间拥有高速可靠的数据传输通讯接口，新 一代通用串行接l iu s b 的优良特性给我们提供了一个的解决方案。c u s b 的封装 性和继承性见图2 1 5 所示。将对u s b 函数封装成一个c u b 类在使用的时候提供 了很大的方便，它主要包括2 个成员变量和4 个成员函数，通过继承父类得到2 个派生类，这2 个派生类公有的继承了c u s b 类，通过对4 个成员函数使用完成 对u s b 的读写操作，类的封装性方便了程序的结构和安令性，而继承性则大大的 提高软件的开发效率。而封装性和继承性的结合大大提高了系统的可靠性和软件 的重用性。， 2 5 5i p 电话软件设计中的多态性 面向对象的多态性是指1 i 同的对象收到同一消息时可产生完全不同的结果， 即同一消息可调用不同的方法，而方法实现的细节是由接收消息的对象自行决定 的。所以多态性又被称为“同一接f _ _ l ，解决不同的问题”。这样，即便操作的具 体执行过程互不相同，但仍可以用同样的接口访问。用户无须关心执行过程的具 体实现，只需掌握如何向对象发送消息。 本系统中如图2 1 6 所示，c a s y n c s o c k e t 类中包含一个o n r e c e i v e0 的虚成员 函数，这个函数的作用就是通告套接字缓冲区中有数据，可以调用r e c e iv e 0 成 员函数取出，这个函数在套接字接收到数据之后才被调用，套接字接收到的数据 直保存在缓冲区内，直至应用程序调用r e c e j v e 0 将其读走。在派生类中重 载这个这个函数，在函数o n r e c e i r e0 中添加我的外部函数g e t m s g0 ，在这个函 数中包括我的打包算法、语音信号的传输等函数，任程序的执行过程中当另一台 p c 发送数据包时，o n r e c e i v e0 就会马上就会接收数据包，并执行g e t m s g0 函数。 凶此在面向对象的i p 电话系统中，小同的类及对象之问可能会存在很多的相似 的操作，设计时可以给这些类似的操作赋予同一个函数名，采用相同的消息发送 方式，这就便于系统开发者去专注自己的工作，而无需记忆许多无意义的函数名。 第1 6 顼 天津工业大学硕士研究生学位论殳第二章t i ) 电话软件的总体设计 而多态性和继承性的结合，大大增强了系统的灵活性、通用性和可扩充性。 图2 1 6 多态性 2 5 6i p 电话软件调试巾内联成员函数的使用 我们知道函数的凋用过程要消耗一些内存资源来记录调用时的状态，以便保 证调用完成后能够正确地返同升继续执行。如果有调用次数频繁而且代码较简单 的成员函数，这个函数就可以卢明为内联函数( i n l i n ef u n c t j o n ) ，这样做可以 减少调川的开销，提高执行效率，但是却增加了执行程序的氏度，在本程序设计 中有一段调式写文件的代码，代码的长度不长，但是在本程序中的使用率却非常 高，因此把他定义成了内联函数，在涮试的过程中大大提高我的程序的执行效率， 这也正是o o p 技术在软件设汁过程。 _ ；j 的体现，减少内存的使用提高程序的执行效 率。 分析能力对一一个程序设计者来说是重要的属性，它直接关系到你对事物的理 解能力和组织能力，本文是针对，电i 5 i q - 沦了而向对象技术中的封装性、继承 第i 7 页 垂堡三些查堂堡圭竺塞生兰堡笙苎苎三兰竺墨堕竺生塑璺堕堡生 性和多态性的应用。然而，面向对象中还有很多更有意义的技术可以加入到i p 电话系统中，需要我们更多深入的研究。 第1 8 页 天津工业大学硕士研究生学位沦文 第三章口电活底层通信稳序的设计 第三章i p 电话底层通信程序的设计 3 1u s b 总线简介 3 1 1u s b 的概念 u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) 是一种通用串行总线。随着技术水平的提高和计 算机的广泛应用，人们对串行通信提出了更高的要求。开发了一种兼容低速和高 速的技术，从而为广大用户提供一种可共享的、可扩充的、使用方便的串行总线 成为众多厂商的共同目标。为了实现整个计算机系统中总线的一致性，由 c o m p a q 、i n t e r 、m i c r o s o f r 、n e c 等公司共同开发了一种新的、快速的、双向的、 同步传输的并可以热插拔的数据传输总线，简称u s 8 总线。 3 1 2u s b 总线的特点 随着各种类型的u s b 产品陆续推出，u s b 通信的优点越来越广泛地被人们所 熟知。作为通用串行数据总线，u s b 具有以下优点： ( 1 ) ，t j p 使用方便。设备自动识别，自动安装驱动程序和配置，支持动态接入和 动态配置。 ( 2 ) 应用范围广。传输速率从几k b s 至几m b s ，总线支持同步和异步传输办式。 ( 3 ) 具有同步带宽。保证带宽，音频传输失真小。 ( 4 ) 灵活。支持不同速率的设备。 ( 5 ) 稳定。协议中包含错误检测，支持热插拔。 ( 6 ) 易于与p c 接口。支持即插即用。 ( 7 ) 成本低廉。 ( 8 ) 易于升级。 由于u s b 具有以上优点，使得其在接口方【( 【的使用极其方便。u s b 可以连接 多个不同的设备，个u s b 接口理沦上可以连接1 2 7 个u s b 设备，而过去的串口 利并口只能接一个设备。速度快也是u s b 技术的突出优点之一，u s b 接口的最高 传输率可达1 2 m s ，比一般的串1 5 1 快1 0 0 倍以上，这使得高分辨二棼、真彩色的人 容量图像和声音的实时传送成为可能。所有这些突出的优点使得u