摘要: 由于IP电话成本和价格优势, 越来越多的电话业务从PSTN转移到Internet。本文提出一种基于AC488C02的FXS语音网关的实现方法, 此方法能够确保电话业务的服务质量, 电话业务接口的技术性能指标满足相关规范要求; 同时阐述了基于AC488C02的语音网关的软硬件设计方法; 电话接口的性能测试结果表明, 所提出的方案在因特网运行良好。 关键词: VoIP ; FXS语音网关; H.323 近几年, Internet在各个领域的应用和迅速发展, 使得各行各业都在关注着具有电信业务的IP网络环境的巨大市场。鉴于在传统电信网络中所花费的高昂业务费用, 特别是大型跨国公司在每年的开销中, 国际长途费用占据很高的份额, 于是人们想到利用低廉的数据网来传送话音, 也就是在IP网上通过TCP/IP协议来实时传送语音信息(VoIP), 即IP电话。在传统电话网与基于Internet 的IP电话联系中起重要作用的有E1数字中继, FXO和FXS, 这就是我们常说的VoIP语音网关。其中E1数字中继提供Internet与PSTN的数字线接口, FXO提供Internet 与PSTN的模拟线接口, , 而FXS提供普通电话机与Internet接口。一般IP侧采用H.323、SIP、MGCP等作为VoIP协议, PSTN侧采用SS7、中国1号、或V5.2 协议作为PSTN接入信令。

根据表中所列的当前主要几种FXS语音网关的硬件设计方案, 选择AC488C02为VoIP的处理器开发周期最短, 性价比最高, 而且AudioCode公司的VoIP处理器的市场占有率达60%以上。本文主要介绍基于AC488C02的使用H.323 协议的VoIP语音网关中的FXS。 1VoI 语音网关技术的应用通常VoIP语音网关重要的有E1数字中继,FXO和FXS三种。如图1所示。其中E1数字中继通过E1线与PSTN的程控交换机相连, E1数字中继包括信令网关(SG), 媒体网关(MG)和媒体网关控制(MGC)三部分组成, 其中的SG和MG完成PSTN侧的中国1号信令、SS7或V 5.2协议与IP侧H.323, SIP或MGCP协议的互通, 实现PCM信号和IP包的相互转化,M GC 主要完成整个工作的各种控制协调工作; FXO完成模拟语音信号的接入,并封装成IP包在Internet 上传送; FXS完成语音IP包的编码和解码工作, 以及语音的A/D 和D/A 转换, 同时也完成摘机挂机检测, 铃流驱动, 活动语音检测(VAD), 自动增益控制(AGC), 舒适噪声生成(CNG)等工作。 2VoIP 的FXS语音网关的基本硬件设计 2. 1硬件原理 该FXS语音网关方案方案基于Micrel公司ARM922T处理器KS8695P, AudioCode公司的VoIP专用DSP处理器AC488C02。KS8695P实现网络协议处理,AC488C02实现2路话音压缩和解压缩处理。KS8695P内嵌1个5口的以太网SWITCH, 用1个以太网端口作WAN口接到城域网或广域网, 另外用2个以太网端口实现LAN 接口,UART通过TTL/RS-232转换芯片接到一个RJ45做串口调试口; KS8695P 与AC488C02 的通讯通过AC488C02的HPI总线挂在KS8695P的存储器总线上实现,AC488C02接两路的CODEC, 实现语音信号的A/D 和D/A 转换, 再通过两个SLIC接两个POTS电话接口RJ 11。2. 2FXS 语音网关硬件结构 本FXS语音网关硬件主要包括几个部分:KS8695P ARM子系统模块,AC488C02 DSP模块,用户电路模块等。 2. 2. 1网络处理器模块网络处理器实现ONT的上层网络协议, 负责数据在各接口之间的转发。本模块包含ARM 的最小系统: KS8695P处理器、BOOTROM、SDRAM、FLA SH。主要完成报文的封装、控制报文的处理功能。本模块的BOOTROM 为512 kbyt, SDRAM为16M byt, FLASH 为8M byt。 ARM处理器采用Micrel公司的KS8695P, 最大工作频率166 MHz。BOOTROM 采用Atmel的AT49LV040。KS8695P的SDRAM内存空间为16M byt, 选择2片64M bit 的SDRAM采用Samsung公司芯片K4S641632F。FLASH选择Fujitsu的芯片MBM29LV320TE。 KS8695P 内嵌1个5口交换引擎, 用其中1个口实现WAN接口, 另外2口实现2个LAN口。通过地址、数据总线与DSP模块的HPI口相连, 同时用KS8695P的通用IO信号对用户接口电路进行配置控制。本模块对外出一个调试串口。 2. 2. 2DSP 模块本模块采用AudioCodes的AC48802CE3-C芯片, 1片处理2路通道, FXS实现2通道的VoIP。DSP与KS8695P的接口为8bit HPI总线,DSP的HPI挂在KS8695P的存储器总线上。DSP 外挂128 Kbyt的SRAM , SRAM选择GSI公司的GS71116TP-8。 2. 2. 3用户电路模块 用户电路模块包括CODEC和SLIC, 采用Infineon公司的DuSLIC套片: PEB3265和PEB3265。1个PEB3265有2路CODEC,ONT需要1片PEB3265, 2 片PEB3265。KS8695P的通用IO信号产生SPI总线, 用于CODEC的配置控制。 3VoIP的FXS语音网关软件设计 FXS的软件工作主要是对VoIP 的处理。目前VoIP的主要有H.323、SIP、MGCP等协议体系。大部分厂家都支持H.323协议, 为了便于互通, 我们选择H.323协议体系。软件的主要工作是编写H.323协议栈。 3. 1软件设计介绍 采用当前流行的实时嵌入式操作系统VxWorks,VxWorks操作系统是美国WindRiver公司设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS), 是嵌入式开发环境的关键组成部分, 开发编译环境是Tornado2.2, 开发语言标准C。 软件采用模块化设计, 模块之间彼此独立, 通过消息机制、共享数据结构方式通信, 其中主控模块协同几个模块之间的通信和调用。可分为如下主要模块: 主控模块: 此模块为系统主控流程模块, 包括系统初始化、系统任务派生、系统模块之间通信的消息管理、协议流程、振铃及摘挂机流程等。 内核模块: 此模块包括VxWorks系统内核、系统板支持包(BSP)、硬件外设驱动等。 协议模块: H.323协议模块, 包括H.225、H.235、H.245协议等, 符合ITU -T标准A SN.1及PER编码规则。 协议支撑模块: 此模块为VxWorks系统与H323协议的接口模块及ASN.1编解码。 用户接口模块: 此模块为用户操作提供控制台、telnet、webserver等接口, 其中用户接口(CL I)采用类cisco风格的命令模式, 操作简单。 DSP控制模块: 此模块主要为AudioCodesDSP控制流程, 包括音频数据的采集、压缩及数据的RTP/RTCP、T.38 编码、发送。 3. 2H.323 协议栈的开发 基于H. 323 的语音网关的软件系统结构如图3,它建立在H.323协议栈的基础上, 增加了数据处理和用户接口处理的功能。DSP的语音压缩编解码处理和MPU对H.323协议栈的处理是软件系统的核心。MPU作为主处理器, 它通过Codec将语音数据交给DSP进行压缩编码, 取回编码按协议进行数据打包, 并发送到以太网接口。同时侦听以太网口, 看是否有数据包到达, 根据协议分发数据, 如是语音编码数据, 则交给DSP 进行语音还原, 取回语音数据送AC97输出; 协议处理包括: RAS网守注册和呼叫协议、H. 225呼叫信令协议、H. 245媒体信道控制协议、RTP/RTCP实时传输/控制协议、ICMP、DHCP、还有TCP/IP和UDP/IP 等; 应用层要通过Telnet 、Http 等完成系统的升级和配置工作, 以及电子邮件收发工作。此外MPU还完成SLIC的铃流驱动和摘机检测等功能。 4结论根据此方案设计的FXS语音网关, 在局域网内试验, 主要测试设备的呼叫建立能力、呼叫长时保持能力以及通话语音质量测试。测得该设备1h最多能建立起600次呼叫; 当建立起一次呼叫后, 测试24h后呼叫仍然保持; 根据ITU的P.800标准, 采用MOS值来判断该设备的语音质量, 请50位听同一语音样本, 根据各自的感受对该设备的语音质量进行打分, 最后该设备的MOS值为4.5, 有很好的语音通话质量。可见, 该设备可直接接入Internet进行商业应用。随着网络的宽带化和因特网向家庭用户的普及, 在以软交换技术为核心的下一代网络(NGN) , 电话通信将向IP电话转移, FXS语音网关做为实现VoIP的用户终端设备的市场前景非常广阔。