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介绍一种VOIP网关的设计

来源:VOIP网关设计  发布时间:2014-10-20 11:41:43

VOIP网关作为计算机网络的一类应用,目前已经成为了一种崭新的电信业务。相对于传统线路交换电话,它具有通信成本低、更多的增值服务、准确的计费功能以及更强的统计管理功能等诸多优势,所以,VOIP技术具有较大的研究价值和广阔的应用前景。

目前VOIP系统一般由IP电话终端(Terminal)、网关(Gateway)、关守(Gatekeeper)、网管系统等fL大部分组成。其中,网关作为IP网络与PSTN/PBXI/SDN之间的接口,它要实现话音编解码、呼叫处理和控制、分组、信令转换甚至QoS管理以及路由寻址(地址映射)等核心功能,是IP电话系统的关键设备。

 

介绍一种VOIP网关的设计

 

VOIP网关的工作模式

目前,VOIP系统有四种实现方式:PC一t。一PC、PC一to-phone、phone一to一PC以及phone一to一phon。,它们间的主要区别是用户所使用的终端不同以及网关所提供的功能不同。由于Phone一t。一Phone方式最符合用户现有的使用习惯,不需终端用户增加新的设备和投资,因此是各级运营商经营IP电话的主要形式,有着更广泛的应用前景,也是VOIP技术研究的重点方向,本文讨论的即是这种实现方式。图1表示出了Phone一ot一Phone实现方式的网络体系结构。

 

VOIP网关的工作过程

在phone一to一phone实现方式下,VOIP的工作过程如下:用户通过普通电话拨打VOIP网关的接入号码;VOIP网关对用户进行身份验证i发送端网关根据用户输入的被叫电话号码,经过地址翻译后向被叫方网关发起连接请求;当两个网关建立连接后.电话终端采集的用户话音通过PSTN传送到本地网关;本地网关对话音进行采样(对模拟信号)、编码、压缩、分组、QoS处理、信令转换、路由寻址;再将IP话音数据包发送到IP网上(如Internet)传送;语音包到达受话方所在地VOIP网关后,lP话音数据包被进行相反处理;最后,用户话音经过PSTN传送到受话方话机从而实现通话,如图2所示。请求用户拨号接受连接自动拨打受方电话处理语音包向受方电话传送语音信号身份验证呼叫受方网关采集语音信号处理、打包发送语音包。

 

介绍一种VOIP网关的设计

 

VOIP网关协议结构

VOIP系统的实现涉及诸多协议,这些协议的标准化是实现各厂家的VOIP系统互通的关键。H.323协议是簇由国际电信联盟(ITU一T)提出的包含语音通信、视频图像处理和数据通信等的协议簇,该标准用于在不保证服务质量的分组交换网上传送实时多媒体信息,目前已被广泛接受。图3所示的是.H323协议簇中关于语音部分的协议结构。

对象模型简化了并行程序设计的难度,屏蔽了不同并行系统间的差异,还提供了队列、集合等工具,用以对并行程序设计提供高级支持。SOC十十系统建立在PVM并行编程环境之上,完全用类库实现。

 

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系统模块划分

从系统的角度分析,Vo1P网关是PSTN与IP分组交换网间的接口,它必须要有相应的接口处理模块:PSTN接口模块与网络传输控制模块;另外,VOIP网关还要实现呼叫过程的呼叫请求、连接建立、呼叫维持、呼叫拆除等,我们用呼叫控制模块来完成这些功能;在VOIP网关中使用专门的语音处理模块可以降低每通话信道的数据流量,也是提高通话质量的关键;最后,网关系统管理模块将完成系统管理、用户接入认证、通信信道分配、呼出限制检查等功能,各模块间的相互关系如图4所示。

 

系统功能实现

接口功能系统提供三类接口:IP网络接口,用于连接符合IEEE8o2.3或IEEEso2.3u的以太网;数字中继接口,通过PcM数字中继线汪l)与PSTN相连,接口信令采用中国一号信令MFC一R2(可以升级为支持中国七号信令),可同时提供30一120路通话能力,满足大中型企业组织的需求;模拟电话接口,直接通过8一32路模拟电话线连接PSTN,可以满足中小组织的需要。

用户接入认证功能系统提供两种认证方法对主叫用户进行身份鉴别:主叫号码认证,根据主叫用户的电话号码来进行身份认证,该方式的主要优点是拨号简便;账号十密码认证,这种认证方式可以使合法用户在市内任何一部程控电话机上拨打IP电话,拓展了使用空间。

主叫用户分级机制将合法用户分为超级用户组和常规用户组,根据用户接入认证的具体方式,在合法主叫号码或者合法用户账号的属性中添加用户分级属性。对于不同级别的用户在信道占用、呼出限制等方面都有不同的权限。

语音处理功能语音信号的编解码;语音分组单元;静音抑制;回声消除;舒适噪音生成;抖动处理;语音信号的采集与播放等。为了提高网关的实时处理能力、减小时延,一般采用专用的DSP芯片来完成上述功能。

网络传输控制功能这部分主要是利用缓冲技术来实现语音数据包的正确发送和接收,并对收到的语音数据包进行乱序处理、丢包补偿处理以及网络时延处理,最大限度地保证本地语音数据的完整性和实时性,提高通话质量。

网关系统管理功能这部分主要包括如下子功能:系统初始化;系统参数设置,设置系统工作参数(如:指定用户接入权限认证的方式、设置缓冲深度等);系统状态维护,状态监控、状态统计、故障报警等;计费服务,按照设定的费率计算每一个通话的费用并记录到相应用户账上。

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