（计算机应用技术专业论文）嵌入式cti智能语音交换机软件的设计与实现.pdf

北京邮电大学硕士研究生论文 嵌入式c t i 智能语音交换机软件的设计与实现 摘要 c t i c o m p u t e rt e l e c o m m u n i c a t i o ni n t e r g r a t i o n 一计算机电信集成 是由传统的计算机电话集成 c o m p u t e rt e l e p h o n ei n t e g r a t i o n 技术演 变而来 其中包含了数据通信和传统的语音通信网络的内容 现广泛 应用于企业和政府等行业之中 传统的交换机都是由固定程序控制的 通信手段单一 媒体资源 短缺 用户维护困难 使得企业电信级多级应用方案难以开展 开放 式的可编程技术的出现带来了新的技术革命 s m a r t w a y l 8 智能语 音交换机综合计算机网络 数据通信 语音处理等多项技术 采用嵌 入式交换平台 吸取了语音板卡多媒体通信的资源优势 为用户提供 一个集编程交换 媒体资源和主控制器于一体的全开放的c t i 应用一 体化的系统解决方案 本文在嵌入式l i n u x 操作系统 u c l i n u x 的研究基础上 开发了基 于u c l i n u x 平台的程控交换软件系统 论文的第一章简要介绍通信领 域相关技术 第二章分析了c t i 系统平台的架构模式 以及为什么选 取智能语音可编程交换机解决方案 第三章阐述了系统的硬件组成和 架构 第四章介绍操作系统平台 u c l i n u x 的有关内容 包括其特点 内核 内存管理以及文件系统等 本文第五章重点讨论了系统的软件设计思想和具体实现细节 着 北京邮电大学硕士研究生论文 重分析了程控交换软件的分层设计思想 并对于程控交换软件的核 心 消息驱动的状态机机制进行了详细说明 第六章对系统进行功能 性测试 第七章对系统的设计进行总结 并对其技术发展前景进行了 展望 关键词 c t if s mi v ru c l i n u x 操作系统 北京邮电火学硕士研究生论文 t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t so f e m b e d e dc t i i n t e l l i g e n tv o i c es w i t c hs o f t w a r e a b s t r a c t c t i1 st h ea b s t r a c to f c o m p u t e rt e l e c o m m u n i c a t i o ni n t e g r a t i o n w h i c hi s d e v e l o p e df r o mt h et e c h n o l o g yo f c o m p u t e rt e l e p h o n e i n t e g r a t i o n i tc o m p r i s e sd a t ac o m m u n i c a t i o na n dt r a d i t i o n a l v o i c e c o m m u n i c a t i o n a n di sw i l d l yu s e di ne n t e r p r i s e sa n dg o v e r n m e n t t r a d i t i o n a ls w i t c hi sc o n t r o l l e db yf i x e dp r o g r a m ea n dc a no n l y o f f e rs i m p l ys e r v i c e u s e r sc a n t m a n a g e i ta n dc a l l t e m p l o yt h e e n t e r p r i s e t e l e c o m m u n i c a t i o nm u l t i l e v e l a p p l i c a y t i o n b u t t h e o p e n p r o g r a m m a b l et e c h n o l o g yb r i n g s t h en e w t e c h n o l o g y i n n o v a t i o n s m a r t w a y l8i n t e l l i g e n tv o i c es w i t c hs y n t h e s i st h ec o m p u t e rn e t w o r k d a t ac o m m u n i c a t i o na n dv o i c em a n a g e m e n t u s et h ee m b e d d e ds w i t c h p l a t f o r m l e a r nt h ea d v a n t a g e so fr e s o u r c ef r o mv o i c e b o a r dt e c h n o l o g y a n do f f e rac t ii n t e g r a t i o ns c h e m ew h i c hc o m p r i s ep r o g r a m es w i t c h m e d i ar e s o u r c ea n dm a i nc o n t r o l l e r b a s e do nt h er e s e a r c ho fe m b e d d e ds y s t e m u c l i n u x c o m b i n e dw i t h m o s ta d v a n t a g ec t it e c h n o l o g y t h i st h e s i sp r e s e n t sad e s i g nm e a n so f s w i t c h s o f t w a r es y s t e mo nu c l i n u xp l a t f o r m p a r t1 g i v e s ab r i e f i n t r o d u c t i o no fb a s i ct e c h n o l o g yo nt e l e c o m m u n i c a t i o nb a c k g r o u n d p a r t 2i l l u s t r a t e sc t is y s t e mp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e a n dw h yis h o o s et h e i n t e l l i g e n ts w i t c hs c h e m e t h ee m p h a s e so fp a r t3i st h ea r c h i t e c t u r eo f h a r d w a r ea b o u ts w i t c h p a r t4i n t r o d u c er e l e v a n tt e c h n o l o g i e so fu c l i n u x o si n c l u d i n gf e a t u r e k e r n e l m e m o r ym a n a g e m e n ta n df i l es y s t e ma n ds o o n i i i 北京邮电大学硕士研究生论文 p a r t5m a i n l yd i s c u s s e st h es o f t w a r ed e s i g ni d e a a n dg i v e sab r i e f d e s c r i p t i o n o ft h e d e s i g n o fs o f t w a r es t a c k a r c h i t e c t u r e e s p e c i a l l y p r e s e n t sas o l u t i o no nt h ee v e n t d r i v e df s mm e c h a n i s mw h i c hi sm o s t i m p o r t a n tf o rs w i t c hs o f t w a r e p a r t6c o n t a i nt h es o f t w a r et e s ta b o u to u r s y s t e m i nt h ef i n a lp a r t s u m m a r i z e s t h ew h o l es y s t e m d e s i g na n d a n a l y z e st h ed e v e l o p m e n tf o r e g r o u n do fp r o g r a m m e a b l es w i t c ha n dc t i t e c h n o l o g y k e yw o r d s c t if s mi v ru c l i n u xo s i v 北京邮电大学硕士研究生论文 独创性 或创新性 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外 论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得北京邮电大学或 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 申请学位论文与资料若有不实之处 本人承担一切相关责任 本人虢彭莎 眺彤夕 f 7 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定 即 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学 学校有权 保留并向巨家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允许学位论文被查阅 和借阅 学校可以公布学位论文的全部或部分内容 可以允许采用影印 缩印 或其它复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后遵守此规定 本学位论文不属于保密范围 适用本授权书 本人签名 磕整蒸 日期 巡生1 2 导师签名 釜聋笙 日期 2 1 1 笸 i 21 北京邮电大学硕士研究生论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 当今我们正处于一个伟大的信息时代 现代通信系统的基点是传输方式的数 字化和控制方式的计算机化 通信 计算机与信息工程融成一体 它推动着人类 社会以历史上不曾有过的高速度向前发展 电话网 计算机网和电视网已经成为 全球最大的三个网络 1 1 1 电路交换技术 1 的发展 自从1 8 7 6 年贝尔发明电话机以来 人类首先建立了以语音通信为主的电话 网 随着社会需求的如意增长和科技水平的提高 电路交换技术大发展历程也经 历了三个阶段 人工交换 机电交换和电子交换 早在1 8 7 8 年出现了人工交换机 它是借助话务员进行电话接续 效率低下 十五年以后步进制交换机问世标志着 交换技术从人工时代迈入了机电时代 这种机电交换式属于 直接控制 方式 即用户可以通过脉冲话机拨号直接控制步进制接线器完成用户连接 但是还存在 着速度慢 效率低 杂音大和机械磨损等缺点 直至u 1 9 3 8 年发明的纵横制交换机 才部分解决了以上问题 它主要在两个方面有所改进 第一利用由机电器控制的 压接触接线阵列替代大幅度动作的步进接线器 减少了磨损和杂音 提高了可靠 性和连接速度 第二又直接控制变成间接控制方式 用户的拨号脉冲不是直接控 制接线器动作 而是由寄发器接收存储 通过标志器驱动接线器 提高了灵活性 和控制效率 加快了速度 随着电子技术和半导体技术的发展 人们打算在交换机中引入电子技术 称 之为电子交换机 最初电子技术还是使用到交换机的控制部分 但是对于落差系 数要求过高的话路部分还不能够使用 这就出现了用机械点作为话路部分 控制 部分采用电子器件的 半电子交换机 电子计算机的发明 大规模集成电路 微处理器和半导体存储器的大量问世 使得交换技术有了突飞猛进的发展 随着数字通信和脉冲编码调制 p c m 技 术的发展 程控交换机也由早期的 空分 到后来变成数字交换机 法国首先在 北京邮电大学硕士研究生论文 1 9 7 0 年成功开通了世界上第一个程控交换系统e 1 0 标志着交换技术进入了数字 交换时代 存储程序控制方式 s c p 是通信网络计算机化的集中表现 s c p 增 强了呼叫处理能力 添加了很多方便用户的业务 而且显著提高了网络运行 管 理和维护的自动化程度 提高了通信稠络持续运行的能力 1 1 2c t i 技术概述 计算机的发明 特别是i n t e r n e t 的出现 使一个以数据为主的计算机通信网 迅速发展 信息时代的到来使人们意识到我们需要的不仅仅是语音通信 更需要 数据通信和图像通信 十几年前 有远见的学者提出了将计算机 c o m p u t e r 和 电话机 t e l e p h o n e 通过某些硬件软件集成为一体 出现了计算机电话集成即 c t i c o m p u t e rt e l e p h o n yi n t e r g r a t i o n 简单的讲就是把电话系统和计算机网络 连接起来的技术 它不仅仅是指着两种技术在物理层上的简单综合 而是指通过 软件 硬件接口以及控制设备把电话通信和计算机信息处理融合在一起 提供增 值业务 并能够在一个终端 计算机或电话 上得以实现h 计算机和电话代表着两个不同的世界 它们由不同的技术构成 并开始于两 个完全不同的领域 但是融合通信技术发展的如下三种趋势使得这两个世界越来 越近 1 电话交换机的设计技术越来越多的采用存储程序控制的方法进行灵活的 路由选择控制和加强用户设备的灵活性 2 电话交换的方法越来越多的采用数据连接的办法 3 世界范围的电话交换系统迅速的转向数据传输 这样可以提供好的话音 质量和数据传输能力 因此 我们可以看出 除了模拟线路接口等外围设备外 计算机和电话系统 所使用的基本技术是非常相似 两者具有一定程度的功能重叠 如下图所示 2 北京邮电火学硕士研究生论文 图1 1 2c s t a 中交换域与计算域的重叠 1 1 2 1c t i 典型业务及其发展 c t i 技术将计算机和电话技术有效的结合起来 能够为用户提供各种各样的 新业务 随着c t i 技术的进一步发展和c t i 应用的广泛采用 c t i 技术已经由最 初的c o m p u t e rt e l e p h o n ei n t e g r a t i o n 演变为c o m p u t e rt e l e c o m m u n i c a t i o n i n t e g r a t i o n 下面将简要介绍一下当前c t i 技术的各种主要应用和发展 j j 基于用户设备的消息系统 包括用户设备端的语音信箱和其它消息存储 及前转技术 这里的消息不仅包括语音 传真和电子邮件 而且包括寻呼 等无线信息和视频信号 同时也应包括i n t e m e t 和i n t r a n e t 中的信息内容 从视频到能够通过电话接听的可闻文本以及基于w e b 的混合媒体消息等 如电子邮件中包含语音信息 交互语音应答是指利用计算机语音合成技术 向用户播放不同的语音菜 单提示内容 根据用户不同的选择情况播报有关的语音信息 为用户提 供服务 如目前的通过电话进行天气预报 电视节目查询等 均采用了 i v r 技术 还可与电子商务结合起来 将带来较大的发展机遇i 呼叫中心是c t i 技术的典型业务之一 传统的呼叫中心 由一个较大的 电话系统和自动呼叫分配 a c d 系统组成 并包括一定数量的用于提 供服务的座席人员 其目标就是要在最短的时间内 处理尽可能多的呼 叫 为用户提供良好的服务 现在呼叫中心又结合了许多新的技术 如 预拨号 自动总机 用户信息显示 一线通 电话 电视会议等 提供 的功能也越来越多 另一方面 呼叫中心又在向着小型化和专业化方向 发展 其中面向s o h o 小型办公和家庭办公 环境的呼叫中心近年来 发展很快 呼叫中心一般提供的系统功能包括 均匀工作负荷 服务质 量监督 灵活的呼叫分配 远端的座席接入和咨询辅导台等内容 增值业务功能 随着电信市场竞争的不断激化 仅仅靠低廉的价格已经 无法保持竞争力了 如果要在激烈的竞争中保持自己的特色 就必须大 力发展增值业务服务 增值业务的领域涵盖很广 其中有些涉及到基于 w e b 的 统一消息 业务 一线通 业务和传真转移等一系列其它的c t i 北京邮电大学硕士研究生论文 应用 1 1 3p b x 相关知识 p b x p f i v a t eb r a n c he x c h a n g e 电信专用交换机 就是指内部的小型交换机 可直接连接电话上就可使用 不需要重新接线 p b x 原来是为一个单位电话通 讯而设置的小交换机 使用计算机程序控制的p b x 不仅可以传送语音信息 而 且可以传送数据 自从上世纪六十年代诞生以来 电话程控交换机 p b x 一直被广泛地使用 小至只有中型的办公室的企业 大至全球性的企业 大型呼叫中心无一不是使用 p b x 作为其办公地点电话语音交换的中介 p b x 是外部电信局网络和内部电信 网络的线路交换设备 是呼叫中心的核心部分 它负责与外部p s t n 的链路以及 其它交换机的连接 与内部的电话 l a n 的相连等 对于呼入的电话 由自动 呼叫分配 a c d 根据电话的业务类型 优先级等信息进行不同的队列排队 并根据业务代表的状态和按照实际需求设定的排队算法 将电话分配到合适的业 务代表 对于呼出的电话 根据不同的需求 设置其权限 选择路由拨出 一个典型的智能交换机 p b x 系统以下几种部分组成 中继接入 完成交换机设备与外面的连接 包括与外线中继 本地p s t n 的 连接 是电话呼入 呼出的基本部件 t m n k g r o u p 作为中继组 对不同的中 继进行了分组 以方便路由设置和管理 v d n v e c t o rd i r e c t o r yn u m b e r v d n 与v e c t o r 是一一对应的 v e c t o r 完成电 话基本流程 对于呼入电话而言 主要完成对电话的基本处理 如语言选择 业务选择 业务排队等 v d n 是每个v e c t o r 对应的号码 其可以用于系统 呼叫 监控和呼叫量的统计等 技能组s p l i t s k i u h u n tg r o u p 也称为s p l i t s k i l l 按照运营的业务类型 对 业务代表人员进行分类 如咨询 电话销售 投诉处理等 c o r c l a s so fr e s t r i c t i o n 根据不同的业务组 对业务代表赋予权限 并根据 权限 对电话外拨进行路由选择和限制 以及对管理人员的监听等权限设 置 坐席a g e n t 每个坐席可以根据技能 属于若干个s p l i f f s k i l l 并且有不同的权 4 北京邮电火学硕 i 研究生论文 限和服务级别 班长席的管理人员可以对普通坐席进行监听等控制 移动通信技术的发展 视频电视的兴起 宽带网络的建立以及l p 电话等新 技术不断的涌现等 正在改变通信行业的前途 传统的p b x 技术有被取代的趋 势 但是p b x 经历几十年的技术积累 有很高的安全性和稳定性 而且近些年 采用了i v r a c d 等新技术 令传统的p b x 技术重新焕发新机 国外很多公司 和个人也在不断地研究p b x 的新功能从而挖掘更多的市场价值 1 2 课题相关通信t 4 j 5 使用计算机电话集成技术的可编程p b x 使用的知识更多的涉及通信领域 只 有在对交换以及相关领域的通信类知识有了全面的了解之后才可以更好的理解 利用c t i 技术为智能语音交换机编写软件 建立呼叫中心应用 以下简单介绍一 下通信基本知识 1 2 1 基本概念 1 电话线 普通电话机通过二根导线和p b x 连接 称为 二线连接 方式 由于其中传 输的信号 信令和语音 使用连续变化的电流表示的 而不是二进制比特流 也 称 二线连接 为做模拟连接 当i 己话上的话简未被提起时 称作话机处在挂机状态 o n h o o k 状态 即话 机的叉簧开关打开 交换机向模拟电话线提供 4 8 伏的电压 从而在交换机和电 话机之间形成环路 l o o p 2 摘机 o f f h o o k 当电话上的话筒提起时 称作话机处在摘机 o f f h o o k 状态 摘机相当于 话机的叉簧开关闭合 这时沿着模拟二线形成完整的回路 称为本地回路 l o c a l l o o p 而流过的电流本地环流 l o o pc u r r e n t 当p b x 检测到环流 会向电话 机送出一个拨号音 d i a lt o n e 表示用户可以拨号了 3 电话呼入 i n c o m i n gc a l l 当话机处在挂机状态 0 n h o o k 状态时 虽然话机的叉簧开关打开 但是仍 有一个电流流过话机的电容器 当有电话呼入时 程控交换机在电容器的两端上 北京邮电大学硕二l 研究生论文 加上大约1 5 0 v 的交流电压 铃流电压 从而产生振铃 当话机摘起时 叉簧开关关闭 电路闭合 c o 停止提供铃流电压 而保持 正常的直流电压 这时环路电流流过话机 电流的变化代表讲话时语音信号的变 化 4 拨号 d i a 目前有两种拨号方式 双音频拨号和脉冲拨号 双音频拨号擦用双音频信号 来代表电话键盘上的数字 0 为 和木 双音频信号 即d t m f d u a lt o n e m u l t i f r e q u e n c y 广泛用于电话拨号上 d t m f 由c c i t t 制订并推荐做为按键式 电话的标准 d t m f 由电话机的按键产生 d t m f 信号实际是由两种音调的声音组 合而成 一个是低频 另一个是高频 低频组 6 9 7 7 7 0 8 5 2 9 4 1 高频组 1 2 0 9 1 3 3 6 1 4 7 7 1 6 3 3 共产生1 6 种信号 一个有效的双音频是由声音和间隔组成 声音又包括频率和幅度两个特征 值 a 是指d t m f 的声音幅度 t 1 是指d t m f 声音的持续时间 t 2 是指两个d t m f 之间的间隔时间 如果声音幅度太小或太大 可能会造成收不到d t m f 如果t 1 或t 2 满足不了一定的条件 也可能收不到d t m f 脉冲拨号使用环流本身来发送数字 当电话极性翻转时 在两线上产生打开 和关闭的变化 从而产生环流信号的通 断变化 表示环流的脉冲 对脉冲记数 即可知道所拨的数字是什么 所以 当一个数字拨完时 要有一个时间上的停顿 脉冲拨号有两点不足 首先 脉冲拨号的速度比音频拨号慢 其次 许多交换机 不传送脉冲 目前 通信领域普遍采用d t m f 拨号方式 5 呼叫接续 c a l l i n g 当用户拨完电话号码后 程控交换机将进行一系列的呼叫接续过程 呼叫接 续中会产生一系列的呼叫进程信号 表明呼叫接续过程的进展 多数呼叫信号是 音频信号 由交换机产生 或通过环流下将产生 主叫方听到回铃音 r i n gb a c k 表示被叫用户已经加上了铃流电压 如果被 叫方电话正在使用中 会产生一个忙音信号 b u s yt o n e 如果拨打一个不存在的电话号码 或者线路未通的号码 用户会听到一个话 务员中断信号 o p e r a t o ri n t e r c e p t 和一个录音通知 很抱歉 您拨打的号码 6 北京邮电大学硕 研究生论文 不存在 另外一种不太常见但是很重要的信号是环流下降信号 d r o p s i nl o o p c u r r e n t 有些程控交换机在通话一方挂机后会向另一方的电话发送环流下降信 号 6 呼叫转接 c a l 1t r a n s f e r p b x 提供的一个重要的服务是电话呼叫转接 通常采用拍叉簧技术来实现呼 叫的转接 拍叉簧动作会使电话处于暂时挂机状态 但它不同于真正意义上的挂 机 实际上 在拍叉簧的动作中 电话机向程控交换机发送了一个脉冲 该脉冲 的长度足以让交换机检测到它 但是又不同于挂机进行接续拆线 语音卡采用模 拟该脉冲来实现呼叫的转移 7 呼叫结束 c a l ld o n e 呼叫结束后 通话双方任意方挂机 大约过2 0 秒的时间 交换机会发出环 流下降信号 有些p b x 此时会送出一个音频信号 挂机音 表示拆线 8 主叫号码识别 a n i 主叫号码识别 a n i 用于模拟电话线上的主叫识别信息传送及显示 目前电 信局提供两种方式 即d t m f 和f s k d t m f 方式是在第一次振铃前用d t m f 音频传递 特点是发送速度慢 无校 验 f s k 方式是在第一次和第二次振铃之间传递 特点是发送速度快 有校验 对于f s k 方式 若在第一次振铃后马上摘机 就会收不到主叫号码 对于d t m f 方式 一般电话局仅发送主叫号码 而f s k 方式 一般发送日期 时问和主叫号码 很多语音卡兼容f s k 和d t m f 这两种传送方式 若想收到主叫信息 要有两 个条件 电话线申请主叫功能 使用具有主叫识别功能的语音卡 1 2 2 通信信令 正如人类社会必须有一个语言系统 任何通信网都必须有一个信令系统 信 令在通信领域具有极其重要的作用 当系统应用涉及通信网的接口控制时 我们 北京邮电火学硕 研究生论文 必须对通信系统的信令有比较深的了解 所谓的 信令 指的是通信线路中除 了声音信号以外的一些控制信号 对于c p i 应用中 我们比较关心的是终端信令 不同性质的通讯终端需要不同的信令集合 我们下面简单介绍一下目前比较统一 的普通电话的信令系统 普通电话的信令是目前各种终端信令中最为简单的一种 话机发出的信令以 直流电流的通断表示 交换机产生的则主要是各种音频信号的正弦信号 1 信令定义 摘机 o f f h o o k 一话机发出的请求通信的命令 挂机 o n h o o k 一话机发出的表示话机结束通信的命令 拨号音 d i a l t o n e 一交换机发出的 促请用户输入被叫的电话号码 忙音 b u s y t o n e 一交换机发出的 通知主叫用户被叫号码目前正忙 拨号 d i a l 一话机发出的被叫电话的号码 振铃 r i n g 一交换机发出的 供被叫话机发出铃声 促请用于应答 回铃音 r i n g b a c k 一交换机发出的 通知主叫方用户被叫话机正处于振铃 状态 2 信令的编码 摘机 o f f h o o k 一用户环线直流电流有开路变为导通 挂机 o n h o o k 一用户环线直流电流有导通变为开路 拨号音 d i a l t o n e 一持续的4 5 0 h z 的正弦波 忙音 b u s y t o n e 一4 5 0 h 的正弦波 每导通0 3 5 s 后间断0 3 5 s 拨号 d i a l 一d t m f 拨号 振铃 r i n g 一2 5 h z 的正弦波 每导通i s 后间断4 s 回铃音 r i n g b a c k 一4 5 0 h z 的正弦波 每导通i s 后间断4 s 3 信令的传输 对信令传输的理解 我们要引入两个概念 共路信令和随路信令 共路信令 是指系统中有一个公用的信道 该信道为若干个语音信道相关的 信令共享 随路信令 是指语音信号和信令信号共同使用一个信道 目前的7 号信令采 用随路信令模式 北京邮电大学硕士研究生论文 1 2 3 呼叫进程 1 2 3 1 概述 呼叫进程 c a llp r o c e s s 指的是电话通信接续过程中所处的状态 是一个 既重要又复杂的问题 呼叫进程分析 c a l lp r o c e s sa n a l y s i s 是拨号完毕后立 即启动的处理过程 其目的是正确识别呼叫进程中出现的各种信号 呼叫分析的 结果返回呼叫者或者呼叫设备 以呼叫进程音的形式表现出来 如振铃音和忙音 多数语音卡能检测这些呼叫进程信号 呼叫进程分析是一个相当复杂的过程 在 有些环境下很难达到高的准确性 所以当采用语音卡进行呼叫进程分析的时候 语音卡在配置时必须能够识别 这些信号 由于信令处理技术等方面的原因 呼叫进程分析对语音处理硬件等设 备而言是一个挑战 比如普通的二线模拟接口 并未提供单独的信令通道 所有 呼叫进程信号只能通过带内信号来表现 另外 许多的交换机不支持环流下降功 能 且不同的p b x 都有各自不同的振铃音 忙音的特性 即使同一厂商生产的不 同型号的机型其各种特性也不同 所以多数情况下语音处理硬件只能通过分析电 话线上接收的音频信号 并与期望的信号音模型进行匹配 来做出判断 这个过 程相当的复杂 要做到可靠性强 适应性强必须进行细致的设计和调整工作 1 2 3 2 呼叫处理算法 为了稳定的实现呼叫进程的分析 一般的语音卡均提供了以下3 种检测手 段 这些手段可以同时使用 即 环流检测 是检测呼叫结果的最简单的方法 使用该方法必须确信程控交换 机支持环流下降 频率检测 呼叫进程音只是单音或多音频组合 通过对频率的检测 可以检 测呼叫的结果 节拍检测 节拍 c a d e n c e 指的是给定音频信号的有音和无音的间隔特性 这种特性有助于呼叫处理算法进行呼叫分析 关于节拍的特征可用图2 3 来 表示 其中 通 和 断 表示线路脉冲通断的时间长度 只有满足一定 要求 才能表示可以检测的信号 9 北京邮电大学硕士研究生论文 幅度 时问 图l 2 3 2 节拍特性 在系统中我们使用自己的呼叫处理算法 通过检测给定音频信号的频率和给定音 频信号的断续比来分析外拨电话过程中的各种状态 从而确定那是个什么信号 1 3 课题研究内容和论文组织结构 1 3 1 课题研究内容 本课题主要研究u c l i n u x 嵌入式环境下采用c t i 应用一体化的系统的实现 系统采用一种既有别于板卡式又有别于交换机方案的 一体化解决方案 核心的 可编程智能语音交换机采用的是实验室自主研发的s m a r t w a y l 8 交换机 主要 由嵌入式处理器 相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成 它是集软硬件于一体的 可独立工作的 器件 这种交换机中的嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器 m c u 组成 而 这些嵌入式c p u 目前多是8 位和1 6 位的 与3 2 位或6 4 位的高性能处理器相比 具有很强的经济性和现实性 我们使用的是m o t o 的c o l d f i r e 5 2 4 9 微处理器 相关支撑硬件包括显示卡 存储介质 r o m 和r a m 等 通讯设备 i c 卡或信 用卡的读取设备等 嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统 它不具备像硬盘 那样大容量的存储介质 而大多使用闪存 f l a s hm e m o r y 作为存储介质 s m a r t w a y l8 内部使用的硬盘也是做录音文件存储之用 里面并没有保存任何 操作系统信息 程控交换软件的运行软件还要得到操作系统的支持 才可以对系统所有软 硬件资源进行管理 在本课题中 采用了精简的l i n u x 内核 嵌入式软件只包括 与硬件相关的底层驱动软件和操作系统 其他图形界面 通讯协议 数据库系统 标准化浏览器和应用软件等都被裁减掉 1 0 北京邮电大学硕士研究生论文 本课题要研究的是嵌入式平台环境下的程控交换软件具体实现 包括呼叫处 理程序 管理和维护程序等等 在此底层软件的基础上 交换机能够独立的运行 并且利用本系统提供的a p i 还可以开发上层的管理控制程序 完成具体的呼叫 中心 c a l lc e n t e r 的应用 将嵌入式技术和c t i 系统相结合 开发嵌入式c t i 一体化系统将会在价格上 系统实现的可靠和稳定性上终将会显示出它的优势 1 3 2 论文组织结构 首先介绍与本课题研究密切相关通信领域的基本知识和c t i 有关内容 然 后简要说明了课题研究的技术背景和研究意义 然后介绍了c t i 的体系结构和 本课题研究的所采取的解决方案 接下来简要介绍系统硬件平台结构 以及各组 成部分的硬件结构 详细说明嵌入式操作系统u c l i n u x 的特点和性能 以及如何 在实验室的硬件平台上搭建自己的u c l i n u x 开发环境 在了解硬件结构和交叉开 发环境的编程之后 详细介绍本课题的软件设计架构 为智能可编程语音交换机 编写控制软件 包括设计框架及具体实现细节 还有相关功能的测试 最后展望 嵌入式c t i 一体化技术和c t i 技术在其它方向的发展前景 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章c t i 技术和呼叫中心的解决方案 2 1 c t i 的体系结构 传统的c t i 技术关注如何将计算机的智能技术运用到电话的收发以及控制 管理中 c t i 的主要应用技术之一便是呼叫控制l o j 所谓呼叫控制就是通过应用 程序接口 a p i 把个人计算机 p c 或局域网服务器和电话或p b x 局设用户 交换机相连 利用计算机或者局域网服务器对电话呼叫进行控制和处理 并把数 据 话音和传真通信等结合在一起 根据控制对象的不同 胡椒控制可以分成两 种 即第一方 主叫 呼叫控制和第三方呼叫控制 主被叫之外的第三方 2 1 1 第一方c t i 体系结构 第一方c t i 系统的组件有应用编程接口 应用程序 交换机 计算机 电 话 终端 附加接口 信令截获 线路信令 体系结构的框图如下所示 图2 1 1 第一方c t i 体系结构图 在第一方的c t i 体系结构中 每 个应用程序仅仅只能处理一条电话线路 因此 它的应用软件相对来说简单 图中的交换机可以是任何的电话系统 由于 第一方c t i 产生并接受的信号和电话产生接受的信号一模一样 交换机通常不 知道连接的是什么设备 在信令截获这个位置点 计算机可以在此处观察电话和 交换机之间传递的消息 插入信号 发送到交换机 从交换机转发信号到电话本 身 信令截获可以采用p c 卡 数据特种电话 独立应用单元等来完成 通过信 北京邮电大学硕 l 研究生论文 令截获 计算机就能够对电话进行一定的控制功能 第一方的c t i 结构 以截获电话线路信令为基础 应用一般较为简单 应用的功能也比较有限 但一般所需要的成本较低 2 1 2 第三方c t i 体系结构 第三方的c t i 体系结构通常由应用程序接口 应用程序 交换机 计算机 电话 c t i 链路组成 下图描述了带有分布式计算机的第三方的c t i 结构 黟 r 一 一一一一 一 j j l 毋 弘 交换机服务器 c t i l i n k 赢一 y 妒 霪 l a n 一 参 i j 一 一一 图2 1 2 第三方c t i 体系结构图 与第一方c t i 相比 第三方c t i 中 至少有两个应用程序 一个应用程序 在交换机中 一个应用程序在计算机中 因此 交换机在一定程度上需要知道计 算机的存在 也知道它所连的链路 图中的交换机可以是常见的p b x 或者a c d 但它们应该有适当的链路或接口使第三方c t i 能够工作 交换机和计算机之间 通过c t i 链路联系 这里的c t i 链路由三个不同的部分组成 物理链路 通信 堆栈和协议 通过c t i 链路 交换机和计算机之间交换足够的与呼叫有关信息 从而帮助完成相关的c t i 应用功能 同第一方的c t i 体系结构相比 第三方的 c t i 一般可以构筑比较复杂的应用 北京邮电大学硕士研究生论文 2 1 2 第三方c t i 协议 从图2 1 2 中可以看出 如果没有c t i 链路 第三方c t i 的各个部分将无法 工作 所谓协议 就是一个规则集 它用来规定通信双方如何进行通信 第三方 c t i 协议建立了规则和消息的集合 使得其可以进行交换机的应用软件程序和计 算机应用软件程序之间的双向通信 在协议设计中 要有足够的范围使程序员实现其要求的应用 这就很有必要 建立一个有意义的 准确的模型 计算机和交换机在模型规定的范围内完成各自 的工作 模型一般包括了一般对象 对象存在的状态以及操作对象的规则 在 c t i 中 存在交换模型和计算模型两类模型 交换模型 在c t i 中 计算域需要知道和呼叫 交换机状态有关信息 交 换模型就规定了从计算域向交换域看 所能看到的这些信息 它不包含交换域如 何实现的具体问题 计算模型 在c t i 中 交换域同样需要和计算域打交道 从计算域中获得 必要的信息 从而完成自己的功能 计算模型实际上就规定了从交换域向计算域 看时 它所看到的东西 在模型的基础上 c t i 协议通过在计算域和交换域之间交换消息来实现 大 多数c t i 协议是基于请求 响应的 在接受系统 任何发送的消息要被确认 在 完成了语法检查后 确认响应要发送出去 请求端可以通过接受进一步的状态信 息以跟踪原始的消息成功与否 在c t i 中 一般有三类信息 功能消息 内务 处理消息 网络消息 2 2p t m l 中心的几种解决方案 c t i 技术发展的十几年之中 出现了各种基于p b x 的管理服务系统 其中的 一个热点便是使用c t i 技术和p b x 交换机硬件构建呼叫中心 c a l lc e n t e r 呼叫中心的作用是把计算机与电话网络结合起来 开展客户呼叫服务以及业务处 理 通过软件 硬件接口以及控制设备实现对话音 数据通信 数据库的相互控 制和综合应用 多数呼叫中心把客户呼叫服务和业务处理集成在同一个平台 采 用客户端 服务器 c s 的网络体系结构 一个完整的呼叫中心解决方案通常由 1 4 北京邮电大学硕十研究生论文 以下六个部分完成 程控交换机 p b x 自动呼叫分配 a c d 交互式语音 应答 i v r 计算机语音集成 c t i 服务器 人工坐席代表 a g e n t 和原有 系统主机 虽然有些公司的集成系统只适合自己的呼叫中心 但是呼叫中心环境 下的基本技术差别不大 程控交换机 p b x 传统意义上的程控交换机负责与p s t n 网交互 接入 电话 传真等 但是智能语音交换机已经把a c d i v r 处理和c t i s e r v e r 集成于 一身 完全实现了构建一个完整的呼叫中心系统的软硬件需求 自动呼叫分配器 a c d 主要负责根据一定的分配算法 将用户打入的电 话合理的分配给后台的坐席处理人员 例如可以采取平均分配算法和基于服务技 能算法等 交互式语音应答 r 在用户接到呼叫中心时 可以提供自动的语音导 航服务 完全由硬件和配置软件来完成对用户输入操作的响应 一方面可以提供 2 4 小时不间断服务另一方面节省了人力成本 计算机语音集成 c t i 服务器 提供交换机的计算机互联的网络接口 使 得计算机可以根据用户提供的主叫号码等信息 将用户的资料在电话接通的同 时 显示于坐席人员的计算机屏幕之上 实现了实时的s c r e e n p o p 功能 人工坐席代表 a g e n t 在呼叫中心内 一般通过坐席人员为用户提供服 务 与简单的自动语音应答 r 相比 可以提供更加亲切和周到的服务 在 电话营销活动中坐席人员的服务水平常常起着决定性的作用 原有主机系统 c a l lc e n t e r 服务器 数据库系统主机等 负责运行管理软件 以及存储相关用户数据和业务资料等 传统意义上 基于c t i 技术实现的呼叫中心主要存在两种典型的解决方案 交换机方案 又称为a c d 方案 语音板卡方案 又称为微机方案 除此之外 随 着c t i 技术的进一步发展 又出现了一体化整合平台的解决方案以及i p p b x 解 决方案 7 8 9 在呼叫中心发展的早期 主要是基于交换机的解决方案 该方案稳定性好 易于扩展容量 适用于大型应用 而且配套系统成熟 开发周期相对较短 存在 的问题是整个系统造价较高 同时缺乏相应的业务灵活性 主要的代表厂商有 a v a y a 北电 爱立信 西门子 阿尔卡特 华为 新太等 北京邮电大学硕 研究生论文 基于语音板卡 c t i 实现呼叫中心有很大的灵活性 而且在众多厂商 开放 通信平台 理念的推动下 得到了一定的发展 随着语音板卡操作系统稳定性的 增强 交换机和板卡系统在稳定性和备份方面的功能差别越来越小 同时由于应 用灵活性强 板卡的解决方案获得越来越多的关注 而且系统的性价比较好 但 仍然存在着a c d 算法较弱的缺陷 其代表厂商有d i a l o g i c n m s m u s i ct e l e c o m 东进等 一体化方案则更适用于5 0 座席以下的中小型系统 由于c t i 是跨越计算机 和通信的产业 很多软件工程师对于通信的众多协议 标准都感到头疼 但在开 发呼叫中心等c t i 应用时 传统的板卡是将a p i 编程接口做到底层 开发应用时 势必涉及到底层的一些通信协议 会影响系统的开发进程 而交换机的封闭结构 更使人望而却步 与此对比 一体化的平台将a p i 挂到交换层之上的应用层 完 全屏蔽掉了底层的众多复杂协议 使得开发大为简单 这也是我们本设计所采用 的设计方法 随着i p 技术的发展 呼叫中心呈现出多媒体化 分布式的发展趋势 对c t i 技术也提出了更多的要求 在这种情况下 c i s c o 3 c o m 等公司基于i p p b x 平 台 开发出i p 呼叫中心解决方案 这是未来呼叫中心发展的重要方向 也己在 用户中得到应用 只是目前应用环境的成熟性稍有欠缺 所以在本文中不对该方 案做更多的介绍 2 2 i c t i 应用语音卡的解决方案 近年来 微机平台上的语音板卡迅速发展起来 由于微机的价格优势和微机 平台软件开发人员的数量优势 很短的时间里面 语音卡发展了语音 传真 信 令 总线等全系列产品 并且形成了成功的应用 对于规模不大 投资建设比较 少的c t i 应用 语音板卡方案可以使实施周期变短 语音板卡方案以近些年以来迅速发展的微机语音处理技术为基础 在微机平 台上面集成各种功能的语音处理卡 完成通信接口 语音处理 传真处理 转坐 席等功能 再结合外部计算机网络实现各种应用需求 这种方案主要特点如下 投资小 1 6 北京邮电大学硕士研究生论文 由于语音卡价格低廉 扩充方便 所以此方案在容量和规模能根据实际要求 进行灵活的配置和平滑扩展 具备较高的性价比 建设周期短 功能扩展性强 语音卡方案的主要要求都由软件编程实现 现在已经积累了语音续接 排队 奋发 拨内外线 电话会议 文本传真转换 文本语音转换功能 通过简单 的组