基于嵌入式系統(tǒng)的IPPBX的設(shè)計(jì)

楊悅梅等

摘 要： IPPBX利用包交換原理，在以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PBX的功能，有效地解決了傳統(tǒng)PBX的不足，具有功能更強(qiáng)大、服務(wù)更全面、成本更低廉等優(yōu)勢。在此介紹IPPBX典型組網(wǎng)模式，給出基于MPC8250的IPPBX硬件系統(tǒng)各模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理，并對(duì)主控模塊的協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件做了相關(guān)分析。測試表明，該設(shè)計(jì)能夠達(dá)到200路的并發(fā)使用，語音質(zhì)量優(yōu)秀。

關(guān)鍵詞： IPPBX； MPC8250； 硬件系統(tǒng)； 協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）12?0066?04

0 引 言

PBX（專用交換機(jī)）被廣泛地運(yùn)用在企業(yè)辦公機(jī)構(gòu)中，極大地提高了企業(yè)的辦事效率。但傳統(tǒng)的PBX存在對(duì)新興的CTI和VoIP支持不夠、缺乏開放性和標(biāo)準(zhǔn)性、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。隨著Internet及IP的發(fā)展，IPPBX應(yīng)運(yùn)而生，其有效地解決傳統(tǒng)PBX的不足。IPPBX基于TCP/IP協(xié)議，利用包交換原理，在以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PBX的功能。IPPBX相比較傳統(tǒng)PBX，具有功能更強(qiáng)大、服務(wù)更全面、成本更低廉、增值服務(wù)更加方便、互通性強(qiáng)、擴(kuò)展性、通用性和實(shí)用性更強(qiáng)等優(yōu)勢。

IPPBX其實(shí)就是一個(gè)小型的NGN系統(tǒng)，它集NGN的各種部件功能于一體，如Soft Switch軟交換、TG中繼媒體網(wǎng)關(guān)、SG信令網(wǎng)關(guān)、MRS媒體資源服務(wù)器等。它可以接入普通PSTN用戶，也可以下掛傳統(tǒng)PBX或集團(tuán)電話；可以接入SIP Phone，也可以接入H.323終端。IPPBX可向用戶提供基本呼叫業(yè)務(wù)，國標(biāo)補(bǔ)充業(yè)務(wù)，常用新業(yè)務(wù)以及智能業(yè)務(wù)、IP新業(yè)務(wù)、語音門戶/智能呼叫中心等業(yè)務(wù)。IPPBX系統(tǒng)可以接入話務(wù)臺(tái)，除支持基本呼叫業(yè)務(wù)及補(bǔ)充業(yè)務(wù)外，還可以進(jìn)行用戶維護(hù)和對(duì)用戶計(jì)費(fèi)。系統(tǒng)還能處理較復(fù)雜的呼叫分配和排隊(duì)，提供一定的呼叫中心功能（不提供復(fù)雜的呼叫中心）。IPPBX提供詳細(xì)的通話記錄CDR，并支持向第三方開放話單接口，使之可以設(shè)計(jì)第三方的計(jì)費(fèi)和其他應(yīng)用軟件。

1 IPPBX典型組網(wǎng)模式

在通信網(wǎng)絡(luò)中，IPPBX作為軟交換中心節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的SIP/H.323協(xié)議互連互通。軟交換中心節(jié)點(diǎn)通過MGCP/H.248協(xié)議與下級(jí)設(shè)備（AG/IAD）相連，并通過它與電話終端連接；IPPBX通過環(huán)路中繼和E1接入PSTN，在E1接口上可以提供中國No.1信令或者PRI信令。典型的IPPBX組網(wǎng)圖如圖1所示。

圖1中，局域網(wǎng)A中IPPBX01一方面管理本局域網(wǎng)內(nèi)AG001，另一方面可以通過城域網(wǎng)來連接局域網(wǎng)B，并管理其中的AG002；而局域網(wǎng)C中IPPBX02管理本局域網(wǎng)內(nèi)AG1。IPPBX01通過廣域網(wǎng)與IPPBX02互通，采用SIP或者H.323作為呼叫控制的互通協(xié)議，完成AG001和AG002下用戶以及AG1用戶間的呼叫控制。

2 IPPBX硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

IPPBX硬件采用框架式結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。其硬件系統(tǒng)由主控模塊、資源管理模塊、數(shù)字中繼模塊、模擬中繼模塊和背板以及電源板組成，所有的硬件模塊都有背板連接，背板為高速連接板包含HW，F(xiàn)E和UART總線?？紤]采購材料單一性和軟件平臺(tái)的一致性，主控模塊、資源管理模塊、數(shù)字中繼模塊主芯片均采用了MPC8250。

模擬中繼模塊和數(shù)字中繼模塊分別提供模擬中繼和數(shù)字中繼的接口功能，把各種接口中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成TDM信號(hào)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過TDM接口連接到主控模塊上，主控模塊的交換網(wǎng)片把數(shù)據(jù)都交換到資源管理模塊上，資源管理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼等工作，并在主控模塊的控制下打成RTP包，通過FE送回主控模塊上，主控模塊通過外網(wǎng)口FE送到廣域網(wǎng)或者局域網(wǎng)中的IP?PHOTO終端。

2.1 主控模塊

主控模塊的組成如圖3所示，其主要完成呼叫控制、連接管理、資源管理、用戶管理、話務(wù)臺(tái)管理等業(yè)務(wù)功能；完成跟蹤、統(tǒng)計(jì)、計(jì)費(fèi)、告警、命令行等維護(hù)統(tǒng)計(jì)功能；完成SIP，H.323，AT0，MGCP，PRI，中國No.1信令的Q.931部分等多種協(xié)議的協(xié)議處理功能。內(nèi)嵌的ARP（Address Resolution Protocol）模塊在系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建了一個(gè)ARP代理，用于響應(yīng)資源管理模塊、數(shù)字中繼模塊等的ARP請(qǐng)求。

主控模塊提供Soft Switch功能、GK功能、計(jì)費(fèi)功能，也對(duì)媒體控制協(xié)議進(jìn)行處理，可以處理H.323，SIP，MGCP協(xié)議，同時(shí)可以進(jìn)行協(xié)議間的轉(zhuǎn)換。同時(shí)GK的數(shù)據(jù)庫包括各個(gè)分機(jī)號(hào)和局域網(wǎng)IP地址的對(duì)應(yīng)表。主控模塊還提供二層交換和TDM交換功能。

2.2 資源管理模塊

資源管理模塊的組成如圖4所示，其主要完成語音編解碼、RTP打包、會(huì)議等功能，從背板過來的TDM信號(hào)經(jīng)過網(wǎng)片IDT72V70840分發(fā)給M82510?14，進(jìn)行語音編碼后通過LOCALBUS口送給資源管理模塊主芯片MPC8250，在MPC8250中打成RTP包然后通過BCM5328芯片轉(zhuǎn)發(fā)到背板。

2.3 數(shù)字中繼模塊

數(shù)字中繼模塊的組成如圖5所示，其主要完成E1接入功能，用于連接PSTN網(wǎng)，能夠處理中國No.1信令，PRI信令，處理HDLC。

2.4 模擬中繼模塊

模擬中繼模塊的組成如圖6所示，其主要完成AT0接入功能，用于連接PSTN。

3 IPPBX軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

IPPBX最主要功能就是處理多通道多協(xié)議，其軟件代碼分布在數(shù)字中繼模塊、主控模塊和資源管理模塊上。各模塊之間的業(yè)務(wù)流程和控制流程如圖7所示。

上行的各種TDM數(shù)據(jù)流由接口板通過主控模塊上的網(wǎng)片交換到資源管理模塊上，資源管理模塊上的編解碼芯片M82510將其轉(zhuǎn)換為RTP/RTCP包，再通過主控模塊上的L2（BCM5328）交換芯片交換后進(jìn)入外部IP網(wǎng)絡(luò)。其間還由主控模塊內(nèi)部的FPGA完成IP地址的轉(zhuǎn)換。下行媒體流則正好相反，先根據(jù)IP數(shù)據(jù)包的類型和端口號(hào)進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，語音數(shù)據(jù)包由L2交換芯片交換到相應(yīng)的資源管理模塊上，資源管理模塊將IP語音包轉(zhuǎn)換為TDM數(shù)據(jù)流后，由網(wǎng)片交換到指定接口板的端口上。

上行控制流（如各種呼叫控制信息等）由各接口板通過串口或者FE（Fast Ethernet）接口發(fā)給主控模塊，主控模塊將其轉(zhuǎn)換為MGCP/SIP/H.323協(xié)議，并進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換后發(fā)到IP網(wǎng)絡(luò)。下行控制流由IP網(wǎng)絡(luò)通過主控模塊上的IP接口進(jìn)入主控模塊，主控模塊進(jìn)行協(xié)議解析和處理后，轉(zhuǎn)換為AT0、中國一號(hào)或者PRI信令消息發(fā)到接口板，或者又轉(zhuǎn)換為MGCP協(xié)議，轉(zhuǎn)發(fā)到外部IP網(wǎng)絡(luò)。

3.1 主控模塊系統(tǒng)軟件

主控模塊的操作系統(tǒng)采用Linux，便于移植開源IPPBX。主控模塊的軟件模塊結(jié)構(gòu)如圖8所示。軟件采用分層式結(jié)構(gòu)，最底下為驅(qū)動(dòng)層與硬件相關(guān)，有Linux KERNEL 管理，KERNEL層上為業(yè)務(wù)模塊和控制模塊。其中協(xié)議轉(zhuǎn)換層為業(yè)務(wù)管理層，匯聚各通道來的消息，對(duì)各種不同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用相應(yīng)的處理。

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