（计算机科学与技术专业论文）高密度中继服务器和mcu的设计与实现.pdf

高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 摘要 论文首先就p s t n 与i p 的互联互通在下一代网络发鼹过程当中 扮演的重要角色入手，并结合现有嘏决方案的缺陷，提出中继服务器 的模型。中继服务器首先可以作为信令网关，完成p s r n 网络的呼叫 信令( s s 7 、p r i 和中圜1 号) 与i p 网终的呼叫协议 6 0 路语音压缩 n m 一4 e 1 提供四e 1 接口1 2 0 路通话1 2 0 路语音压缩 表2 - 7 并发处理能力 北京邮电大学硕士研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 第三章m c u 功能概述 随着人们生活和工作方式的转变，人们对于v o i p 的要求不仅仅局限于通话 和传真，多点会议成了技术发展的又一个刺激增长点。口电话会议作为一项全 新服务，可为企事业用户节省会议经费和人力资源，并提高工作效率，也是现 代人与亲朋好友间高效、及时、经济的情感交流工具。 3 1m c u 简介 1 基本概念 如图3 - 1 所示是基于h 3 2 3 的v o l p 网络，该网络主要有4 种实体：终端 ( t e r m i n a l ) 、网关( g w ，g a t e w a y ) 、网守( g k ，g a t e k e e p e r ) 和多点控制 单元( m c u ，m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t ) 。其中终端是在分组网络上遵循h 3 2 3 标准进行实时通信的端点设备；网关负责不同网络之间的信令和控制信息的转 换以及媒体信息变换和复用；网守处于高层，提供对端点( 终端、网关、m c u 统称为端点) 和呼叫的管理功能；m c u 是开展和维护多点会议时所用到的端点 设备，主要功能是协调及控制多个终端间的多媒体通信。 图3 - 1h 3 2 3 网络架构 m c u 主要分为两个部分，分别是多点控制器( m c ，m u l t i p o i n tc o n t r o l l e r ) 和多点处理器( m p ，m u l t i p o i n tp r o c e s s o r ) 。m c 是一个控制多个终端加入多点 会议的h 3 2 3 实体，主要负责呼叫信令的处理和会议的控制；m p 则是一个提供 了对多点会议中的音频流、视频流和数据流的集中处理功能的h 3 2 3 实体，主 要负责在m c 的控制规则之下完成混频( m i x i n g ) 、交换( s w i t c h i n g ) 及媒体流 的其他处理工作。 2 实现方式 ： 。 1 8 北京邮电大学硕士研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 m c u 的实现方式分为两种：集中式多点会议和分散式多点会议。其中集中 式多点会议是指m c 功能实体和m p 功能实体在同一设备中实现；而分散式多 点会议是指m p 功能实体被分散到各个终端中实现。 c e n t r a l i z e dm u l t i p o i n tc o n f e r e n c ed e c e n t r a l i z e dm u l t i p o i n tc o n f e r e n c e u t l i c a s tm e di as t r e a m sm u l t i c a s tm e d i as t r e a m s 图3 - 2m c u 多点会议解决方案 由图3 2 所示，m c u 的两种实现方式都可以很好的解决多点会议问题，但 两种方式在一些方面也存在着优略差异： ( 1 网络流量 在一个包含n 个用户的多点会议中，采用集中式方案需要在网络上传输 2 * n 个媒体流，而采用分散式方案需要传输2 * c n 2 个媒体流。在n = 3 的情况下， 随着n 的增加，分散式方案所带来的网络流量将远远大于集中式方案。 ( 2 ) 扩展性 集中式方案中多点会议的最大用户数量受m p 处理能力的制约，不利于容 量的扩展；而分散式方案中只受终端设备处理能力的制约，总体容量的扩展可 以通过增加终端设备的方式来实现，但同时必然增加m c 的处理负担。 但不管采用何种方式，传统的m c u 会议服务器都存在应用上的局限性。 假设一台独立的m c u 会议服务器被放置在i p 网络上，它可以在v o l p 用户之 间建立电话会议；但是p s t n 用户想要接入会议必须依靠附加的中继设备或者 更复杂的方式，这样做不仅会影响m c u 的混音质量，而且大大增加了企业构 建多功能v o l p 网络的成本，如何解决这个矛盾就是本章讨论的重点。 3 2中继m c u 服务器 所谓中继m c u 中继服务器，就是指中继服务器的m c u 功能，它通过在中 继服务器的实现模型中加入m c u 功能实体，实现了对多点会议的控制。考虑 ，t 北京邮电大学硕： ：研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的发计与实现 到实际应用中的v o l p 终端设备很少具备混音的功能，而且分散式多点会议随着 加入用户的增多必然带来网络流量的增加，所以中继服务器m c u 功能的实现 采用了集中式多点会议的方式。 3 2 1 软件架构 基于m c u 功能实体可以分为m c 和m p 两部分的结构，中继服务器把m c u 功能的实现工作也分割开来，即m c 功能实体在h 3 2 3 协议栈中实现，m p 功能 实体在驱动模块中实现，具体如图3 3 所示。 图3 - 3m c u 功能软件架构 p s t n n g s m 用户 一国 s i p 用户 由m c u 功能框架可以看出，接入多点会议的用户从m c 接入控制方式上 分为以下两种： ( 1 ) h 3 2 3 用户，通过标准的h 3 2 3 信令直接接入m c 功能的用户。 ( 2 ) 除h 3 2 3 用户外的所有用户，这些用户都是利用中继服务器的s d 信令转 换功能实现接入m c 功能；这种接入方式类似于正常的中继呼叫，不同之处仅 在于被叫用户是一个m c 控制下的多点会议。 而从m p 的混音方式上也可以分为以下两种： ( 1 ) l s p ( l o c a ls i d ep a r t i c i p a n t ) ，又称本地与会者，即通过e 1 中继接入会 议的用户，包括p s t n 用户和g s m 用户；这些用户与m p 之间通过p c m 码流 实现混音。 ( 2 ) r s p ( r e m o t es i d ep a r t i c i p a n t ) ，又称远端与会者，即通过1 p 网接入会 2 0 北京邮电大学硕= j ：j 研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 议的用户，包括h 3 2 3 网络和s i p 网络中的i p 电话用户；这些用户与m p 之间 通过r t p 流实现混音。 3 2 2 处理流程 1 呼叫接入处理流程 h 3 2 3 对于呼叫接入的处理流程跟普通的处理流程并不存在很大区别，因为 多点会议的接入过程跟普通的呼叫接续过程是一样的。与会者只是因为拨叫了 特定的会议号码，而这个号码在m c 功能中已经标识为多点会议，所以在基本 的接续流程之后该用户就被m p 功能接入到会议当中。具体如图3 4 所示。 当然，与会者的加入也存在其他情况。在中继服务器m c u 功能的应用方 式上，采用了与客户端管理软件协同工作的机制，即用户可以利用安装在p c 机上的客户端管理软件控制会议，并通过i p 网络与中继服务器通信。假如用户 通过客户端软件主动呼叫用户加入会议，则多点会议处于主叫位置，而该用户 处于被叫位置，具体加入会议的流程跟图3 4 基本一致。 2 呼叫释放处理流程 呼叫释放的处理流程基本等同于呼叫接入的反向处理，具体如图3 5 所示。 当然，用户也可以通过客户端软件，将指定与会者驱逐出会议，m c 功能则会 接收该命令按类似于图3 5 的流程执行释放过程。 西西 来自h 3 2 3 用户或者由s d 转发来自h 3 2 3 用户或者由s d 转发 图3 - 4 与会者加入流程图 f j 3 - 5 与会者退出流程图 北京邮电大学硕士研究生学位论文 高密度中继服务器和m c u 的设汁与实现 3 3 应用方案 中继服务器的m c u 功能支持多种用户的接入，会议参与者可以包括p s t n 用户和i p 电话用户，甚至g s m 用户也可以由其核心网交换机接入到p s t n 网 络，进而通过与中继服务器相连的交换机进入到中继服务器所控制的多点会议 中来。如图3 6 所示就体现了中继务器m c u 功能的实际应用方案。 g s m 基站 图3 - 6m c u 功能应用方案 北京邮电大学硕士研究生学位论文t 旃密度中继服务器和m c u 的设计与实现 第四章驱动模块的设计与开发 在第二章已经了解到，驱动软件模块作为一个基础位置的模块，主要完成 信令收发和语音处理的工作。作为本论文中最重要的工作内容之一，这一章将 就驱动软件的设计与开发作详尽的描述。 4 1总体结构 结合中继服务器的硬件和软件架构图，驱动软件模块可以被拆分为四个功 能相对独立的子模块：信令收发子模块，语音处理子模块，m m i 配置接口子模 块及状态轮询子模块。这四个子模块分别行使不同的职能，并跟外界的各模块 协同工作，关系图如图4 - 1 所示。 图4 - 1 驱动模块结构图 从上图可以归纳出各个子模块的大体职能： 1 m m i 配置接口子模块 接收来自m m i 配置模块的配置信息，并把配置要求分发给信令收发子模块 和语音处理子模块。 2 信令收发子模块 ( 1 ) 接收来自m m i 配置接口子模块的配置要求，通过信令芯片提供的a p i 2 3 北京邮电大学硕二i = ：_ 研究生学位论文 高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 接口对其进行初始或者变更配置； ( 2 ) 接收来自包括l a p d 、m t p 2 和中国1 号在内的消息，取有效信令内容， 并通过信令芯片提供的a p i 接口发送到e 1 线路的对端设备； ( 3 ) 通过信令芯片提供的a p i 接口接收从e 1 线路对端设备发送来的信令， 构造特定消息格式，分发给包括l a p d 、m t p 2 和中国1 号在内的相应的上层 协议。 3 语音处理子模块 ( 1 ) 接收来自m m i 配置接口子模块的配置要求，通过语音芯片提供的a p i 接口对其进行初始或者变更配置； ( 2 ) 接收来自s d 模块有关通道管理( 包括打开、关闭和变更参数等) 的命 令，通过语音芯片提供的a p i 接口对其进行操作； ( 3 ) 接收来自i s u p 模块的连续音检测请求，并把相关的检测结果反馈给i s u p ； ( 4 ) 接收来自中国1 号模块的m f c 信令发送命令，并通过语音芯片提供的 a p i 接口向e 1 线路对端设备发送m f c 信号； ( 5 ) 通过语音芯片提供的a p i 接口检测到e 1 线路的对端设备发送过来的 m f c 信号，进行简单分解，并反馈给中国1 号模块。 4 状态轮询子模块 一通过设定固定频率的定时器，实现对e 1 线路状态的监控，并在发生变化的 情况及时处理。 由此可以看出，信令收发子模块和语音处理子模块是驱动软件整体模块正 常运行的关键。所以在下面的章节中，本文将对信令收发和语音处理两个子模 块的设计和开发进行详细的论述。 4 2信令收发子模块 4 2 1 硬件设计 4 2 1 1设计原则 该模块用于控制硬件框架中的e 1 传输模块，所以硬件的设计原则主要是满 足标准e 1 接口的性能参数。e 1 接口对接时，双方的e 1 不能有信号丢失、帧失 ：? 2 4 北京| | l i j 电大学颂： 研究生学位论文 高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 步、复帧失步和滑码告警，这要求双方在e 1 接口参数上必须完全致。因为个 别特性参数的不一致，不会在指示灯或者告警台上有任何告警，但是会造成数 据通道的不通、误码、滑码或者失步等情况。这些特性参数主要包括阻抗、帧 结构和c r c 4 校验( 循环冗余校验) 。 ( 1 ) 阻抗 分为非平衡的7 5 0 h m 和平衡的1 2 0 0 h m 两种。 ( 2 ) 帧结构 分为成帧，成复帧与不成帧三种方式。在成帧的e 1 中t s 0 用于传输帧同 步数据，其余t s l 。3 1 可以用于传输有效数据；在成复帧的e 1 中，t s 用于传 输复帧同步数据，t s l 6 是用于传输信令的，t s l 1 7 和t s l 7 3 1 用于传输有效 数据；而在不成帧的e 1 中，所有3 2 个时隙都可用于传输有效数据。 ( 3 ) c r c 4 校验 在一个帧中，t s 0 主要用于传送帧定位信号( f a s ) 、c r c 4 ( 循环冗余校 验) 和对端告警指示；若系统运用了c r c 校验，则t s 0 的s i 比特位置改传c r c 校验码。 以上这些参数的依据都是来自于i t u t 发布的几个通信行业实施建议。首 先g 7 0 2 建议规定了数字接口的比特率分级；g 7 0 3 建议是数字网络接口建议， 为各种速率的分级数字接口分别定义了功能特性和电气特性；g 7 0 4 则定义了 用于基群和二次群的同步帧结构；在相关的g 7 0 6 建议中补充了g 7 0 4 建议中 定义的基本帧结构相关的帧定位和循环冗余校验程序。 4 2 1 2设计方案 针对e 1 接v 1 的各个。l i , 工, q - 白日匕m 参数，在硬件设计中采用了m i n d s p e e d 公司的 b t 8 3 7 0 芯片，同时结合一些外围电路和e 1 接口外围转换电路，最终构成了e 1 传输模块。在e 1 传输模块中，b t 8 3 7 0 可以实现e 1 信号探测，并通过t d m 总 线把数据按时隙传输给语音处理模块。另外，这款芯片可以工作于多种模式下， 从而满足了中继服务器支持多种p s t n 信令的要求，如表4 - 1 所示。 工作模式说明支持信令 p c m 3 0 帧同步方式： t s 0 传送传送帧定位信号和对端告警指示； f a s 共路信令：s s 7 p r i t s l 6 传送信令； t s l 1 5 ，t s l 7 3 1 传送话音或数据。 北京邮电大学硕士研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 p c m 3 0 c 帧同步方式： e 气s + c r c 不同于p c m 3 0 帧同步方式的是t s o 还需要 传送循环冗余校验码。 p c m 3 0 复帧同步方式： t s o 传送传送帧定位信号和对端告警指示： f f 气s + c a st s l 6 传送随路信令或者复帧定位信号和l 复 帧对端告警指示： t s l 1 5 ，t s l 7 3 1 传送话音或数据。随路信令：中国1 号 p c m 3 0 c 复帧同步方式： f f 气s + c a s + c r c 不同于p c m 3 0 复帧同步方式的是t s 0 还需 要传送循环冗余校验码。 表4 - 1b t 8 3 7 0 y - - 作模式 从结构上来讲，b t 8 3 7 0 提供了两个相互独立的数据链路控制器( d a t al i n k c o n t r o l l e r ) ，这些控制器可以在选定的时隙上，以任意b i t 位的组合发送和接 收h d l c 格式化或非格式化的串行数据。每个控制器又操纵着两个6 4 b y t e 的 f i f o ：一个接收f i f o 和一个发送f i f o ，控制器通过读写f i f o 实现了对信令 时隙上信令数据的提取和插入。所以，b t 8 3 7 0 提供了大量的寄存器，以协助完 成信令时隙的数据收发工作，其中比较重要的寄存器如表4 2 所示。 ：二，薯类型。j l ：j j + 警蔫蠢jj ：j 寄存器i - 、：i i、。i ：一秘盼! ：- 一1 。+ 全局控制和状态寄存器组 主要控制寄存器c r 0 控制接口类型( e 1 t 1 ) 和工 g i o b a ic o n t r o ia n ds t a t u s 作模式。 r e g i s t e r s 中断请求寄存器i r r报告中断源的类型。 八个寄存器分别对应到i r r 中断状态寄存器组 i s r 7 - 0 的各个位，每个寄存器又包 i n t e r r u p ts t a t u sr e g i s t e r s 含八种不同的中断源。 i e r 的每一位对应到i s r 的 中断使能寄存器组 i e r 7 o 每一位，即只有将i e r 的某 i n t e r r u p te n a b l er e g i s t e r s 一位置1 ，对应的i s r 在中断 事件发生的时候才会报告。 主要控制和状态寄存器组 环回配置寄存器l o o p配置环回方式以方便调试。 p r i m a r yc o n t r o la n ds t a t u s可编程输入输出寄存器p i o启用禁用h d l c 控制器等。 r e g i s t e r s 时钟输入混合寄存器c m u x选择各个管脚的时钟源。 数据链路寄存器组 d l x 时隙使能寄存器d l xt s设定一个时隙收发数据。 d a t al i n kr e g i s t e r s d l x 位使能寄存器d l xb i t设定特定为作输入输出。 设定d l x 工作模式，并确定 d l x 控制寄存器d l xc t l 是否使能。 2 6 北京邮电大学硕士研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的发计与实现 r d l xf i f of i l l 控制寄存器 设定r d l x 近满中断门限值。 r d l x f f c r d l xf i f o 寄存器r d l x 从r d l x 接收的数据。 r d l x状态寄存器 指示r d l xf i f o 当前状态。 r d l x s t a t t d l xf i f oe m p t y 控制寄存 设定t d l x 近空中断门限值。 器t d l x f e c t d l x 消息结束控制寄存器 指示发送消息已经结束。 t d l x e o m t d l xf i f o 寄存器t d l x 待发送的数据。 t d l x状态寄存器指示t d l xf i f o 的当前状 t d l x s t a t 态。 信令接收堆栈寄存器s t a c k获取线路信令。 系统总线寄存器组 发送通道控制寄存器t p c n发送对应通道线路信令。 s y s t e mb u sr e g i s t e r s 接收通道控制寄存器r p c n设线路信令从s t a c k 接收。 表4 - 2b t 8 3 7 0 寄存器 由各种寄存器的功能介绍可以发现，线路信令的收发并不是从控制器的 f i f o 读写的，而是通过系统总线寄存器来完成的。 4 2 2 软件设计 4 2 2 1设计原则 当b t 8 3 7 0 从e 1 线路上侦测到数据，并提取到相应的寄存器中时，硬件单 元会触发中断来报告这一事件，信令收发子模块需要辨识该中断事件并从寄存 器中读取数据；当信令收发子模块把待发送的数据写入b t 8 3 7 0 相应的寄存器中 时，也会操作中断使能寄存器来报告这一事件，相关的硬件单元就会把插入的 数据发送到e 1 线路上去。所以，信令收发子模块工作的核心就是中断处理过程， 其设计的基本原则也需要依据中断处理程序的设计原则。 ( 1 ) 简单 中继服务器作为个实时系统，中断处理程序应尽可能简单，尽可能缩短 处理中断的时间；否则有可能导致硬件看门狗超时，从而出现致命错误。 ( 2 ) 高效 b t 8 3 7 0 仅提供6 4 b y t e 的f i f o 空间，数据必须尽快得到处理；否则f i f o 2 7 北京邮电大学硕士研究生学位论文 高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 会溢出，导致中断状态的混乱，从而会影响本次和以后的中断处理程序。 ( 3 ) 流程合理 b t 8 3 7 0 采用的是一种分层的中断模式，可使能多种中断触发事件( 也即多 个中断源) ，例如告警中断、接收中断和发送中断等。在中断处理程序中，通 过中断请求寄存器( i r r ) 的相关位判断中断预源，再通过读取对应的i s r 来 判断确定的中断源。但是，由于中断源的优先级有所不同，中断处理程序在工 作的时候需要先判断出优先级相对较高的中断源，再判断优先级相对较低的中 断源，这就要求中断处理程序按照特定的流程进行中断源的判断和处理。 4 2 2 2设计方案 1 一数据结构 为了操作b t 8 3 7 0 的寄存器组，需要在内存上开辟一段空间对应到芯片的所 有寄存器，这样程序可以通过操作特定地址的内存( 寄存器地址= 芯片寄存器 基址+ 地址偏移量) 来达到操作芯片的目的。其次，程序需要建立数据结构来 维护所有的h d l c 控制器，包括控制器的状态、e 1 接口的工作模式和采用的信 令方式等参数。另外，这个结构还需要维护两个接收队列：一个是共路信令接 收队列，一个是线路信令接收队列。在中断服务程序中程序读取寄存器，并把 信令数据插入相应的队列，待空闲时送到链路层。 2 结构划分 从结构上来讲，信令收发子模块可以分为四个部分，具体如图4 2 所示。 厂。磐。 信令收发子模块 。= ：、。j i = ：、 。j 赫面o 配置 ? 蘑誉j l 信息 j 接哦馕 配置芯片 ：。纛 一。 薛 令 1 d 目h g 强鞠嚣目$ t g 口目粼女m 鬻獬w g g 黼镕g 自镕“野女9 5 m 黝嚆蠡j 搪戳m e p 日 状态佥查 垮 、瞄黧撵强摧糖魂g 鞠艘裟镯豁# 艘鞠档# g 剿嘲蜊凳目毯端鞘 舅蠹氟$ 辫婚鹱磐蕊黝诺酗觎嚣e 渊1 信号量 蓬熬鞣戮 l 细哆。卜信令 溉：0 。主二。姻翳 l4信令收发子模块结构划分图 北京邮电大学硕士研究生学位论文高密度中继月 务器和m c u 的没计与实现 ( 1 ) 主线程 主要负责与外界模块进行交互( 包括丛m m i 获取配置信息和丛链路层协议 获取待发送数据) 、维护端口状态和配置信令芯片b t 8 3 7 0 等工作。 ( 2 ) 中断服务程序 在硬件单元触发中断的情况下，定位中断源并进行相应处理，包括e 1 物理 接口状态变化( 同步失步等) 、共路信令收发和线路信令接收等工作。中断服 务程序是通过一些信号量与其它线程进行互控的，即中断服务程序将接受到的 数据放入相应的接收队列后，需要对相应的信号量执行p 操作。 ( 3 ) 共路信令递交线程 该线程是一段死循环执行的程序，在循环内部等待中断服务程序的信号量。 如果该线程获取到信号量，就从共路信令接收队列中取出数据进行封装，并把 封装好的消息递交给上层链路层协议模块；如果没有则一直等待下去。 ( 4 ) 线路信令递交线程 类似于共路信令递交线程，不同的是该线程从线路信令接收队列中提取数 据进行封装，并把封装好的消息递交给中国1 号信令模块。 4 , 2 3 功能实现 本章节将就信令收发子模块主要功能的实现作简单的介绍。 4 2 3 1初始化过程 在信令收发子模块启动之后，先要从主模块驱动获得中继服务器的硬件接 口信息，从而建立相关的数据结构；同时要为b t 8 3 7 0 芯片的各个寄存器写入默 认值，并创建两个递交子线程；做完这些工作之后，模块就运转起来，同时循 环等待处理其他模块发来的消息。 。 北京邮电大学t i ：l ：t f t 究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 医磊高翮 i 。_ j 是 建立数据结构 | v 初始化b t 8 3 7 0 t f 启动递交子线程= - 。 。 厂。、 。- 。结束等待诮息) 、 否 图4 - 3 信令收发子模块初始化流程图 4 2 3 2共路信令接收处理过程 共路信令的接收处理过程分为两个步骤来实现。首先，由中断服务程序的 共路信令接收中断处理子程序实现e 1 线路上信令数据的接收，这主要依靠 h d l c 控制器数据接收的三种中断：f i f o 满中断、f i f o 近满中断以及完整消 息中断。 1 f i f o 满中断标志着f i f o 中数据已经存满，而从线路上提取的新的数据 有可能已经丢失，这是一种错误状态。中断触发的原因是系统未能及时处理中 断，及时的从f i f o 中把数据取走，数据发生溢出。对这种错误状态，中断处 理程序需要清空f i f o ，并计数。这种中断出现会导致信令数据包的丢失。 2 f i f o 近满中断标志着f i f o 中的消息数据总字节数已经达到f i f o 的阈 值，要求微处理器将f i f o 中的数据取走。在信令的消息长度大于3 2 字节( f i f o 阈值) 的情况下，f i f o 近满中断会触发多次，从而组成一条完整的消息。 北京邮电大学硕二f + ：研究生学位论文 高密度中继服务器和m c u 的设汁与实现 3 完整消息中断标志着b t 8 3 7 0 的h d l c 控制器检测到了一条消息的结尾， 从物理线路上就是检测到字符填充0 x 7 e ，中断处理程序需要将现有的f i f o 中 数据取走，并将上几次近满中断缓存的数据组合起来组成一条完整的信令消息。 图4 - 4 共路信令中断接收数据流程图 图4 4 是共路信令中断接收数据流程图，从图中可以清楚的看到一条完整 消息接收的过程：中断服务程序首先读取中断状态寄存器，确定是h d l c 控制 器的中断后，读取h d l c 控制器对应的中断状态寄存器。如果是完整消息中断 或者f i f o 近满中断，进一步读取一组h d l c 控制器的状态寄存器。这组状态 寄存器有一位用来标识f i f o 的状态，f i f o 状态用来表示f i f o 中缓存的时数 据信息还是状态信息。如果是数据信息则清空f i f o ，这是一个错误的状态；如 果是状态信息，则根据状态信息指示的数据b y t e 位数，从f i f o 中读取对应的 数据。这样一个数据包或者一部分已经读出来了，最后要检查一下以前读出的 f 3 1 北京邮电大学硕士研究生学位论文 高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 状态信息，看看该消息是否正确；如果是位g o o d 为高，则这是一个完整的数 据包；如果位c o n t i n u e 为高，则这是一条完整消息的一部份，需进行缓存，与 后续的消息组成完整数据包，这种情况出现在数据包长度大于6 4 位的情况。 然后，由共路信令递交子线程从共路信令接收队列中提取数据，封装并递 交给链路层协议模块，具体实现过程如图4 5 所示。 死循环 _ _ 图4 - 5 共路信令递交流程图 4 2 3 3 共路信令发送处理过程 共路信令的发送处理过程也分为两个步骤来实现。 首先，由主线程接收链路层协议模块的信令发送请求，并将待发送的数据 写入发送f i f o ，具体实现过程如图4 - 6 所示。 北京邮电大学硕_ 上i 研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的敬计与实现 定i 4 2 z e l 接口 崔 i ，一。，j 是 环等待 v 匝垂薹皇 匝至窭 丽嘉面药 ( | = 等待中断处理! ) 、i 、：二，二二。，i 如图4 6 所示，当主线程写f i f o 之前，需要先判断发送f i f o 是否为空； 如果空把数据写入f i f o ，如果待发送的数据长度大于3 2 b y t e 则只写数据的前 3 2 b y t e ；接着等待中断发生，因为h d l c 控制器发送完这块数据或者即将发送 完这块数据，一定会触发f i f o 将空中断。 然后，由中断服务程序的共路信令发送中断处理子程序实现信令数据发送 至e 1 线路上，这主要依靠h d l c 控制器数据发送的两种中断：f i f o 将空中断 和f i f o 发送结束中断。 1 f i f o 将空中断标志着f i f o 中的消息数据总字节数已经低于f i f o 的阈 值，可以写入3 2 b y t e 的数据，通过h d l c 控制器进行发送。 2 消息发送结束中断标志着b t 8 3 7 0 的h d l c 控制器已经成功地对数据进 行了h d l c 封装和校验，并完整的发送了一条消息。这个中断用于标识一条消 一字一 北京邮电大学硕二l 研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的设汁与实现 息发送完毕。 图4 - 7 共路信令中断发送数据流程图 图4 7 为中断发送数据流程图，从图中可以清楚的看到一条完整消息发送 的过程：中断服务程序首先读取中断状态寄存器，确定是h d l c 控制器的中断 后，读取h d l c 控制器对应的中断状态寄存器，判断是否为f i f o 将空中断； 如果不是则是其它中断，转其他分支；f i f o 将空中断发生后，判断该条消息剩 余是否大于一块数据的大小( 3 2 b y t e ) ，如果大于3 2 b y t e 则写入前3 2 b y t e ，否 则写入最后剩余部分等待消息发送结束中断；消息发送结束中断触发后，整条 消息发送完成。 4 2 3 4线路信令接收处理过程 线路信令的接收处理过程类似于共路信令接收处理过程，同样分为两个步 _ ：? 3 4 北京邮电大学硕d s i ) l ：究生学位论义高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 骤来实现。首先，由中断服务程序的线路信令接收中断处理子程序实现e 1 线路 上线路信令数据的接收，这主要依靠b t 8 3 7 0 的r s i g 中断和s t a c k 寄存器。 1 r s i g 中断表明一个或多个信令位发生变化，它只有在s t a c k 寄存器 中的a b c d 信令值( 线路信令) 发生变化的时候被触发。 2 s t a c k 寄存器口 以帮助程序读取变化后的a b c d 信令。但是，程序需 要对寄存器读取多次，第一次读取可以获得c h a n n e ln u m b e r ，接下来才能获得 a b c d 信令，直到s t a c k 读为空为止。 穹 为时隙创建新通道 设置前向信号探测器 ：等待消怠一二 图4 - 1 8 来话记发器处理流程图 4 3 3 5l o o p b a c k 处理过程 刁弋。 该功能关键是把两个时隙从t d m 侧连接起来，具体处理过程如图4 1 9 所 北京邮电大学硕：l 研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 审 定位。s p 和时隙 是 图4 - 19l 0 0 p b a c k 处理流程图 4 3 3 6芯片控制命令收发处理过程 死 图4 - 2 0 芯片控制命令收发处理流程图 4 9 北京邮电大学硕士研究生学位论文 高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 4 4 系统测试 4 4 1 功能测试 该测试主要是对中继服务器具备的各项基本功能进行测试，以确保设备满 足于不同的应用环境。图4 2 1 是一个用于功能测试的测试方案。 图4 - 2 1 中继服务器功能测试方案 依据该测试方案，还需要制定一些具体的测试项目，如表4 7 所示。 测试功能。 测试项目测试结果 测试h 3 2 3 设备( 1 a d 或s o f t p h o n e ) 和 s s 7 设备( 局端交换机或p b x ) 之间双向呼叫 符合要求 测试h 3 2 3 设备和p r i 设备之间双向呼叫 符合要求 信令转换 测试h 3 2 3 设备和中国1 号设备之间双向呼叫符合要求 测试s i p 设备和s s 7 设备之间双向呼叫符合要求 测试s i p 设备和p r i 设备之间双向呼叫符合要求 测试s i p 设备和中国1 号设备之间双向乎叫符合要求 5 0 北京邮电大学硕：k t , t f 究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 地址翻译测试h 3 2 3 设备和s i p 设备之间双向n 乎叫需要改进 测试p c m 流到r t p 流的转换是否正常 符合要求 媒体传输 测试采用不同语音压缩编码时r t p 丢包率 不足0 5 ，符合要求 表4 - 7 功能测试项目表 在这个测试方案中，分别采用了c i s c o 、n o r t e l 、a u d i o c o d e 、华为和中兴等 主要设备生产商的设备，从而保证了设备的兼容性。 4 4 2 性能测试 该测试主要是对中继服务器进行压力测试，以确保设备在呼叫满载的情况 下可以正常工作，并保证语音传输质量。为了获得更真实的数据，设计了如下 两种不同的测试方案。 方案1 ：语音呼叫器 该方案采用语音呼叫器作为呼叫的主被叫方，持续发起多路呼叫，并通过 监测固定频率信号来达到监控语音质量的目的，具体实施如图4 2 2 所示。 中继服务器1中继服务器2 i a d l 语音呼叫器 i a d 2 图4 2 2 语音呼叫器测试方案拓扑图 针对该方案有以下几点需要说明： ( 1 ) 拓扑图中除语音呼叫器外均采用v a n l i n k 公司的设备，这样是为了确保 测试数据不受外来设备的影响； ( 2 ) 语音呼叫器提供了具有兼容性的r j l l 接口，可以通过普通电话线与l a d 设备的f x s 接口相连； ( 3 ) l a d l 与中继服务器1 之间采用标准h 3 2 3 协议进行通信，i a d 2 与中继 服务器2 之间采用标准s i p 协议进行通信，而两台中继服务器之间依次采用 北京邮电大学硕士研究生学位论文菌密度中继服务器和m c u 的设计与实现 s s 7 i s u p 、i s d n 。p r i 和中国1 号信令进行通信。 在实施具体的测试时，还需要考虑以下多种呼叫方式： ( 1 ) 按照“语音呼叫器_ i a d l _ 中继服务器1 _ 中继服务器2 _ l 如2 _ 语音 呼叫器”方向同时启动3 0 路呼叫； ( 2 ) 按照“语音呼叫器_ i a d 2 _ 中继服务器2 _ 中继服务器1 _ i a d l _ 语音 呼叫器”方向同时启动3 0 路呼叫； ( 3 ) 按照上面两个方向分别同时启动1 5 路呼叫。 针对每一种呼叫方式，还可以通过调整语音呼叫器的呼叫间隔时间、呼叫 持续时间等参数来控制呼叫频率。 最后根据测试结果显示，中继服务器的性能测试受以上因素影响很小，而 受网络环境的影响比较突出，具体情况如表4 8 所示。 网络环境 j 呼叫成功率 i i a d l 和中继服务器1 连接于同一台以太网交换机； i a d 2 和中继服务器2 也连接于同一台以太网交换机。 9 8 i a d l 和中继服务器1 连接于不同的以太网交换机； i a d 2 和中继服务器2 连接于同一台以太网交换机。 9 7 i a d l 和中继服务器1 连接于同一台以太网交换机； i a d 2 和中继服务器2 连接于不同的以太网交换机。 9 7 i a d l 和中继服务器1 连接于不同的以太网交换机； i a d 2 和中继服务器2 也连接于不同的以太网交换机。 9 5 表4 - 8 语音呼叫器测试方案测试结果 由上面的测试结果可以看出，i p 网络的不安全因素是中继服务器性能受影 响的主要原因，第二种测试方案则尽可能排除了i p 网络带来的影响。 方案2 ：中继呼叫器 该方案是在中继呼叫器提供的功能之上，结合中继服务器的l o o p b a c k 呼 叫环回功能来实现对中继服务器的性能测试，具体方案如图4 2 3 所示。 呼叫 环回 t ：p 继月& 务暑导 图4 - 23 中继呼叫器测试方案拓扑图 中继呼叫器 北京邮电大学硕二仁研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的i 殳。计与实现 针对该方案有以下几点需要说明： ( 1 ) 除中继呼叫器外，只需要一台中继服务器，从而排除了包括i p 网络不稳 定在内的多种因素； ( 2 ) 中继服务器通过标准e 1 线路与中继呼叫器相连，采用的信令方式受限于 中继呼叫器； ( 3 ) 中继服务器必须启动l o o p b a c k 呼叫环回功能； ( 4 ) 中继服务器需要按照一定规则进行环回，比如t s i - * t s l 7 ，t s 2 - - - ，t s l 8 ， t s 3 _ t s l 9 ，依此类推。 类似于第一种方案，该方案也可以调整一些呼叫参数。 4 5小结 v a n l i n ka s 5 3 0 0 系列中继设备采用中继服务器体系结构，该设备经过长时 间的分析、设计、开发，以及一系列测试和现场调试之后，已经非常好的满足 了用户需求，达到了网络设备实际运行的性能指标，同时也基本达到了中继服 务器的设计要求。 在功能上，该设备不仅可以完全取代中继媒体网关的地位，还可以作为具 备基本功能的m c u 会议服务器来使用；更重要的是，在未来的软交换系统中， 该设备可以作为边缘网络的接入设备。 在结构上，该设备采用模块化结构，并支持不同规格e 1 模块的自由组合， 从而实现从单e 1 到2 4 e 1 不等的处理能力。 另外，该设备能够很好的支持与其他设备生厂商的各种设备，包括l a d 、 软交换系统、局端交换机、p b x 和以太网交换机等之间的互通。 就实际应用而言，v a n l i n ka s 5 3 0 0 系列中继服务器现在主要用于帮助企业 v o i p 网络接入p s t n 网络，或者帮助小型城市运营商构建i p 长途电话业务环 境。当然，中继服务器的功能不仅限于此，具体的应用解决方案将会在下一章 中介绍。 北京邮电大学硕二b 研究生学位论文 高密度中继服务器和m c u 的没计与实现 第五章中继服务器解决方案 5 1应用解决方案 中继服务器在中继网关概念的基础上，集成了m c u 多点会议功能和多协 议转换功能，从而满足了多样化的应用需求。下面就是本文根据不同的应用需 求而设计的解决方案。 5 1 1i p 电话落地方案 i p 电话落地是最普遍的应用方案，也是中继服务器具备的基础功能。随着 网络技术的发展，很多企业都在自身成熟的局域网上构建了v o l p 网络。那么 v o l p 网络的落地功能是必然需求，通常采用的解决办法有两种：模拟中继线路 和数字中继线路。如果企业的内部线路达到2 0 0 路，按照7 ：1 的比例对外呼叫 并发量应该在3 0 路左右，这样的话采用中继服务器作为落地设备不仅节省投 资，而且易于维护。图5 - 1 是一个典型的落地方案网络拓扑图。 应用服务器p c 软电话中继服务器 图5 - 1i p 电话落地方案拓扑图 5 4 北京邮电大学7 顽= l 研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的发计与实现 5 1 2i p 卡类业务方案 i p 长话卡类业务的实现需要多台中继设备的部署，同时需要与认证和计费 服务器来协同完成，图5 2 就是一个典型的卡类业务网络拓扑图。 认证计费服务器媒体服务器认证计费服务器媒体服务器 a 市局端交换机 图5 2i p 卡类业务方案拓- - t b 图 b 市局端交换机 在这个拓扑图中，要实现a 市p s t n 用户和b 市p s t n 用户的i p 卡类业 务，需要在两个城市各部署一台中继服务器，这两个中继服务器分别实现与其 所在城市的p s t n 网络互通，而两台中继服务器由i p 网络连接起来，并依靠 h 3 2 3 或s i p 协议进行通信。另外，每台中继服务器需要一个认证计费服务器 和一个媒体服务器的协助。其中认证计费服务器完成卡类业务帐号和密码的认 证，以及通话的计费；媒体服务器则主要负责提供呼叫过程中的提示音，并由 中继服务器将提示音转换成p c m 流传送到主叫用户话机。 5 1 3 v o l p 与专网融合方案 在一些特殊的政府部门，比如军队、公安等，他们的网络和电话系统都是 独立的。随着这些政府部门的扩容，他们也开始考虑采用低成本易维护的v o l p 技术构建一张全新的电话系统；究其原因，在于专网电话系统相比v o l p 技术有 着既复杂又难于维护的缺点，而且v o l p 电话系统更容易扩充。但是，v o l p 技 术受断电、网络拥塞等突发状况的影响严重。因此，在建立v o l p 电话系统的同 时需要保留已有的电话系统，这不仅有利于资源的继续利用，也保证了突发状 f ： 气气 北京邮电大学硕= 研究生学位论文高密度中继服务器和m c u 的设计与实现 况下的应急解决方案。那么，实现v o l p 电话系统与专网电话系统的融合就要由 中继服务器来完成，图5 3 是一个典型的专网融合方案网络拓扑图。 应用服务器软交换系统 中继m c u 服务器 交换机p b x 图5 - 3v o i p 与专网融合方案拓扑图 1 号 p r l ，在这个方案中，中继服务器不仅实现了网络的融合，而且可以作为m c u 服务器，在i p 电话用户、专网电话用户和固话用户间开展多点会议。 5 2缺陷及解决办法 在中继服务器应用解决方案的实施过程中，一些前期系统设计阶段没有考 虑到的缺陷或问题也暴露出来，下面本文将选取中继服务器的数据流分离问题 作简单的论述。 5 2 1 数据流分离方案 所谓数据流分离方案，是指中继服务器把i p 网络侧的数据流分为信令数据 和媒体数据两种( 信令数据主要包括h 3 2 3 s i p 信令和普通的a r p i c m p 数据包 等，媒体数据主要包括用于承载和控制媒体流的r t p r t c p 数据包) ，并分别 进行独立传