（信号与信息处理专业论文）isdn媒体网关的设计和实现.pdf

北京交通大学硕士论文 摘要 摘要 i s d n媒体网关是沟通和融合最重要的两大网络电信网络 和 i p网络的重要设备，是i s d n向n g n 下一代网络)演进的一 个组成部分。 本论文以目前的计算机， 通信和网络技术为基础， 给出一种有 效的i s d n媒体网关的设计方案，并实现了媒体网关的基本功能。 论文中提出了信令、 媒体分割， 接入模块和各种处理模块分离的模 块化设计方案; 并具体应用了c a p i 接口 技术， f i l t e r g r a p h 技术， d l l技术和 s o c k e t 编程技术等实现 i s d n媒体网关。 在整个实现过程中， 本人注重科研课题的继承性， 并创造性地 应用模块化思想进行设计和实现， 不但充分利用了实验室已成熟的 s i p 协议栈， d t m f 检测， 各种语音编解码的处理等科研成果， 还 提炼了 “ i s d n接入模块” ， f i l t e r 基础类模块” ， t r a c e 维护 支持模块” 三个功能独立的成熟模块， 为i s d n媒体网关的系统升 级换代提供了继续开发和完善的良 好平台。 作为i s d n媒体网关的应用， 利用其模块构建的优势， 可以灵 活而多变地设计出 各种具有市场潜力的应用方案， 达到低成本， 功 能弹性设计的目的。 论文中给出了“ 基于i s d n媒体网关呼叫中心” 和 “ i s d n智能语音服务系统”两个应用案例，以 示参考。 【 关键字】 i s d n ，媒体网关，模块化， n g n 北京交通大学硕士论文 abs t r ac t ab s t r a c t i s d n m e d i a g a t e w a y i s a k e y d e v i c e t h a t c o m m u n i c a t e s t h e t w o m o s t im p o rt a n t n e t w o r k s t o d a y 一 c i r c u i t - s w i t c h i n g n e t w o r k a n d p a c k e t - s w i t c h i n g n e t w o r k . i t i s a n e s s e n t i a l c o m p o n e n t i n t h e e v o lu t i o n fr o m i s d n t o n g n . t h i s p a p e r g i v e s a n e ff e c t i v e d e s i g n o f i s d n m e d i a g a t e w a y b a s e d o n c o m p u t e r , c o m m u n i c a t i o n a n d n e t w o r k t e c h n o l o g y , a s w e l l a s i m p l e m e n t a t i o n o f i s d n m e d i a g a t e w a y b a s i c f u n c t i o n . f i r s t l y , t h i s p a p e r p r e s e n t s m o d u l a r i z a t i o n d e s i g n t h a t s e p a r a t e s c o n n e c t i n g , s i g n a l p r o c e s s i n g a n d m e d i a p r o c e s s i n g s e c o n d l y , it i m p l e m e n t s i s d n m e d i a g a t e w a y b y a p p l y i n g c a p i , f i l t e r g r a p h , d l l , wi n s o c k p r o g r a m t e c h n i q u e s . t h i s p a p e r p a y s m o r e a tt e n t i o n t o t h e i n h e r i t a b l e c h a r a c t e r o f t h e p r o j e c t b y m o d u l a r d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n , w h i c h n o t o n l y r e u s e s s o m e c o m p l e t e m o d u l e s u c h a s s i p s t a c k m o d u l e , d t mf - d e t e c t i o n m o d u l e , a n d a u d i o - p r o c e s s i n g m o d u l e e t c ， b u t a l s o a b s t r a c t s a n d e n c a p s u l e s t h r e e u s e f u l m o d u l e s f o r r e u s i n g , t h e y a r e i s d n c o n n e c t i o n m o d u l e , f i l t e r b a s i c c l a s s m o d u l e a n d t r a c e s u p p o rt m o d u l e . a s f a r a s t h e a p p l i c a t i o n o f i s d n m e d i a g a t e w a y , t h e re a r e m a n y fl e x i b l e a n d m a r k e t a b l e s o l u t i o n s . t h i s p a p e r g i v e s u s t w o e x a m p l e s : c a l l c e n t e r s o l u t i o n b a s e d o n i s d n me d i a g a t e w a y a n d i s d n i n t e l l e c t u a l i z e d a u d i o s e r v i c e s s y s t e m . k e y w o r d s i s d n , m e d i a g a t e w a y , m o d u l a r i z a t i o n , n g n y5 8 6 3 2 0 独创性说明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了本文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括为获 得北京交通大学或其它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己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 签名: 日期: 关于论文使用授权的说明 本人 完全了 解北 京 交 通大学有关 保留， 使用学位论文的规定， 即: 学 校 有 权 保 留 送交 论 文 的 复 印 件， 允 许 论 文 被查 阅 和 借阅 ; 学 校可以 公 布 论 文的 全部 或部 分内 容， 可以 采 用影印 ， 缩印 或 其 它复印 手 段保 存论 文。 论文中所有创新和成果归北京交通大学信息科学研究所所有。 未经 许可， 签名: 任何单位和个人不得拷贝。版权所有， 违者必究。 导师签名日期: 执 企 川一 魏、 sp s - 1 关全文公币 北京交通大学硕士论文第一章 综述 第一章综述 1 . 1论文选题背景 选题背景从n g n的到来和i s d n网络的发展讲起，随后探讨 i s d n向n g n演进问题。通过举例分析，论证了i s d n网络接入 分组网络的优越性，提出i s d n媒体网关将是i s d n向n g n演进 的一个组成部分。 1 . 1 . 1 n g n的到来 电话业务和电路交换始终是电信业的主流，2 0世纪后期程控 交换和 i s d n 的出现及其普遍应用标志着电路交换技术的成熟和 传统电信网络发展的巅峰。 但随着计算机和宽带网络技术日 新月异 的发展， 芯片技术、 软件技术以及计算机通信等技术革命性地突破， 使i n t e me t 成为全球最大、发展最快的网络，人们对通信的需求也 由语音变为对数据、图像、语音的综合需求。 从市场需求和科学技术发展的角度来看， 电路交换的网络必将 由分组网所替代。分组网络的业务的需求将更为复杂、更为丰富、 更加个性化。下一代网络 ( 以下简称 n g n)将为用户提供这些新 一代的通信业务，它能够和电子商务、教育、医疗、娱乐、休闲、 自 动控制结合起来，为人们提供崭新的工作，生活方式。 未来的电信网络的发展和建设主要是由现有的网络的通信网 络包括有线通信网 ( p s t n , i s d n) 、无线网络、有线电视网络以 及 i n t e r n e t ， 多种网络融合统一， 最终过渡到下一代网络。 从 p s t n , i s d n向n g n的演进己 经是所有电信运营商，特别是传统电信运 营商，首要关注的发展重点。 下面介绍 i s d n网络的基本情况，并具体阐述 i s d n网络向 n g n演进的可行性。 北京交通大学硕士论文第一章 综述 1 . 1 .2 i s d n网络发展现状 i s d n前景乐观 综合业务数字网 ( i s d n ) ，又名 “ 一线通” ，是近年来广泛应 用的一种电信业务，它从综合数字网 ( i d n) 演变而来，将覆盖率 很高的电话网和具有数据传输能力的数字数据网有效地结合起来。 它采用端到端数字连接和标准的接口， 不但可以灵活地向用户提供 传真、语音、可视图文，i n t e r n e t 接入等多种业务服务，而且较以 往大大地节省了开支， 因而在未来电信服务业务中i s d n将具有美 好的发展前景。 现今i s d n技术和产品都已成熟，并在世界上应用广泛。 在我 国i s d n才刚刚起步，n - i s d n在北京市电话局为用户开办的一项 新兴业务，该业务从 1 9 9 8 年5 月正式推出以来。1 9 9 8 年底，我国 才 仅有一万多i s d n用户，中国电信从2 0 0 0 年 1 月起在全国9 个 省市、1 1 个城市开展了 “ i s d n一线通咫风行动” ，让利于用户， 将i s d n服务、i s d n终端设备和因特网上网费用打包，并针对不 同用户和不同应用领域提供有选择的服务。 卓有成效的市场推广带 来了非凡的影响，8个月时间，用户便新增了近 犯 万，增长率为 2 0 0 。到2 0 0 0 年底，中国i s d n用户突破了5 1 万， 而全球i s d n 用户已经超过 8 1 0 0 万户。2 0 0 1 年 5 月，来自 世界各国的i s d n制 造商、 运营商和技术专家汇集上海贝尔公司， 举行全球i s d n及接 入技术工业论坛高峰会 ( g i i f ) ， 就i s d n及相关接入技术的发展、 营销、 创新和前景进行了深入的研讨。 与会的中国电信、 德国电信、 a t 高速 i n t e rne t 接入，电子商务的迅速崛起，商 业和企业用户上网开拓业务势在必行，小型/ 家庭办公 ( s o h o)应用、证券交易等等。企业上网、政府上网、 学校上网、 个人上网. . . i n t e m e t 己经逐渐普及。 商业和企 业用户通过i s d n接入i n t e rn e t 是一个既简单又经济、 有效 的方式。 3 .技术成熟资费适中: i s d n早在 8 0 年代就开始试验和使用， i s d n的标准也早在 8 0年代形成，并趋于稳定。i s d n的 网络产品和终端产品已经在市场上被广泛地采用。终端产 品价格逐年下降，且种类繁多。电信运营商也逐渐在网络 上 开放 i s d n业务及应用。我国网上交换机设备经过多年 的应用和测试工作，基本具备了i s d n网络的能力。 1 . 1 .3 i s d n向n g n的演进 电信网络向n g n演进的最初过度时期内， 运营商为了减少必 需的投资并早日利用n g n结构的优势， 必须为今天的网络平稳演 进到新的网络结构制订策略。 过渡期内所采取的任何步骤都应当便 于网络演进到一个基于分组的 n g n 结构。这里先说明一下 n g n 包括的4 个开放层面: 业务匣用层 传输层 媒体胎 入层 图 1 一 in g n开放层面 北京交通大学硕士论文 第一章 综述 i .网 络业务层 ( n e t w o r k s e r v i c e l a y e r ) 网络业务层主要负责业务逻辑的相关处理， 如业务生成、 业务 逻辑定义和业务编程接口等。 此外， 业务层还负责业务相关的管理 功能，如业务认证和业务计费等。 2 .控制层 ( c o n t r o l l a y e r ) 控制层主要涉及软交换相关的功能，完成业务逻辑的具体执 行，其中包含呼叫智能和路由等操作。此层是n g n的核心神经， 决定用户收到的业务，并能控制低层网络元素对业务流的处理。 3 . 接入和传输层 ( a c c e s s a n d t r a n s p o rt l a y e r ) 接入和传输层由各种媒体网关或智能接入终端设备组成， 其功 能是将用户连接至网络，然后集中用户业务将它们传递至目的地， 其中包括各种接入手段。 4 . 核心/ 媒体层 ( m e d i a l a y e r ) 核心媒体层负责将信息格式转换成能够在网络上传递的信息 格式。 例如将话音信号分割成a t m信元或i p包。 此外， 媒体层还 可以将信息选路至目的地。 n g n的演进策略是把今天交换机的整块构件分解为各个单独 的网络层， 对话音和数据采用基于分组模式进行传输， 并通过标准 的开放式接口进行互通。 交换机的基本呼叫处理智能化， 基本上与 交换矩阵硬件脱离了关系，而驻留在叫做软交换机的另一个装置 ( 也称为媒体网关控制器或呼叫代理) 中， 软交换机在新的体系结 构中充当管理元素。 开放式接口、 智能网( i n) 应用和新应用服务 器有利于迅速提供业务，确保运营商短时间进入市场。 这样，在媒体层通过网关使话音及其他媒体适应分组传输网。 这种网关包含最终用户装置接口( 称作住宅网关， r o w) 、 与接入 网接口( 称作接入网关， a g w) 及与i s d n / p s t n接口( 中继网关， 或称t g w ) 。 专用的媒体服务器可以实现各种功能， 如提供拨号音 或通知， 还可提供更高级的功能， 如交互型话音响应和文字到话音 或话音到文字的转换。由此可以看出，网关将是传统电信网络向 n g n演进的一个组成部分。 那么本论文为什么选择开发i s d n媒体网关?这是因为i s d n 作为一种以数字信号为传送主体的电路交换网络， 不但与传统的电 信网络天然相接， 用户市场广阔， 而且因其数据化传输优势以及成 熟的技术， 越来越会在今后的网络发展进化中起着不可替代的中坚 作用。实现 i s d n网络与i p网络相通，实际上就是实现了电信网 络和 i p网络相通。 6 北京交通大学硕士论义 第一章 综述 1 . 2模块化设计思想 有效地设计i s d n媒体网关的方案， 并成功地实现媒体网关应 该选择一种科学的方法。 为了使科研课题具有继承性， 本人引入模 块化思想进行辅助设计和实现，下面对模块化设计进行简要的介 绍: 所谓模块化设计就是在对一定范围内的不同功能或相同功能 而不同性能、 不同规格的产品进行功能分析的基础上， 划分并设计 出一系列功能模块， 并通过对模块的选择和组合构成不同产品的设 计方法。 长久以来， 模块化设计思想广为人们所接受， 尤其现代广 泛应用于的工业制造业中，其中家具制造业早在 1 9 0 0 年就出现了 拆装设计的雏形， 当时德国的一家家具公司利用几种基本的板块设 计书架， 并方便的组装顾客所需的书架， 开辟了模块化设计应用的 先河。 在软件业中同样有模块化思想的体现。最初在软件开发过程 中， 人们通常把较大的程序分割成一个个小的模块， 每个模块完成 一定的功能，它们之间往往能相互调用一些函数。在建立工程时， 各个模块的目 标代码被连接在一起， 构成最终的可执行文件。 但这 仅仅是模块的划分，体现的仅仅是一种分工。当软件业进一发展， 问题开始暴露出来: 科学技术的进步和生活水平的提高， 让新产品 开发的速度逐步加快， 产品的生命周期越来越短; 很多可重复利用 的优秀程序代码和模块不能有效的再利用， 浪费了人力和物力; 人 员流动的加快， 很难让后人重复利用前人的优秀程序代码。 面对这 些问题怎么办呢? 于是模块化设计思想在软件界中被重视起来， 它被赋予这样的 基本原则: 1 .模块化:将功能划分成更小的，可重用的模块。 2 .封装性:围绕着功能模块化，控件内部对于接口进行了很 好的定义和封装。 3 .松祸合:客户端和服务器端或者模块相互之间不必紧密依 赖。 模块化思想结合编程语言设计上， 就是我们现在所说的面向对 象 程序 设计( o b j e c t - o r ie n t e d p r o g r a m m in g , 简称o o p ) 。 与 面向 过 程程序设计的函 数式程序设计 ( f u n c t i o n a l - p r o g r a m m i n g ) 和逻辑 式程序设计 ( l o g i c - p r o g r a m m i n g )不同， o o p几乎没有引入精确 北京交通大学硕士论文第一章 综述 的数学描述， 而是倾向于建立一个对象模型， 它能够近似的反映应 用领域内的实体之间的关系， 其本质是更接近于一种人类认知事物 所采用的哲学观的计算模型。 好的模块分割方案有助于提高工作效率， 因为它使得软件的结 构变得很清晰。工程开发的系统采用模块化和组件化的思想设计， 将具有良好的层次性、 可扩展性、 易维护性、同时模块化的设计可 以为客户量身定制， 缩短开发周期， 减少成本。因此，本人选择基 于模块化思想设计和实现i s d n媒体网关。 在设计上，模块化设计应该具备几个原则: 1 .模块功能的划分要合理，尽量做到模块与模块之间的联系 和通信量最少; 2 .模块与模块之间尽量定义标准化的接口，注意全面考虑类 定义的对象对外使用接口以及继承对象所需的内部继承接 口 接口 功能， 无论模块怎样升级都能 保持一定的兼容性; 3 .模块与模块之间尽量采用松祸合的方式，避免相互联系紧 密，当某一模块崩溃而导致整个系统瘫痪。通常指客户/ 服务器模型， 这主要是用来抽象两个对象之间的互交过程。 典型方法就是对象之间的消息机制( m e s s a g e p a s s i n g ) . 在实现上，采用组件技术。组件技术的发展从老式的静态库、 到动态库( d l l ) ， 直到现在的c o m / d c o m， 再到正在兴起中的w e b s e r v i c e ;从单机调用，到基于内部网的分布式调用，到现在基于 i n t e r n e t 的分布式计算。现在的应用都是基于组件的n 层结构， 最 明显的就是c o m和j a v a b e a n 。这些东西体现了软件架构的发展， 以 前是基于单机的应用， 然后是c / s 结构， 到现在的b / s 结构。 本 论文中 “ i s d n媒体网关”在实现上应用了动态库技术，同时因为 系统是在微软的wi n 2 k操作系统下实现的，因此在实现流媒体处 理时， 本人 选择了f i l t e r g r a p h 技术， 它实际 是 基于c o m组 件技术 的流媒体处理方法。 1 .3论文的内容概要 这里简要地概括一下本论文的特色和主要内容，本课题 i s d n媒体网关的设计和实现”隶属于 “ 基于n g n核心技术的 网络c t i 体系研究与实现” ，十分注重其实际应用价值。因此本论 文兼具学术性和实用性两个基本特征: 北京交通大学硕士论文第一章 综述 1 .学术性，体现了该课题在所从事的研究的相关领域中的先 进性，前瞻性，创造性。 a )先进性在于本科研课题立足于信息网络发展的大潮 流，积极探索利用现有的资源如何有效地迅速地过渡 到未来的 n g n 网络中。经过对电信网络发展现状的 调研发现，i s d n网络以 其天然的数字传输的优势， 结合本身隶属于电 信网络的特性，决定了 i s d n 网络 将有条件更好地接入到大的分组网络中，成为电信网 络步入n g n的先锋。 b )前瞻性在于 i s d n媒体网关具有广阔的市场前景。 i s d n网络方兴未艾， 发展势头强劲， 不但应用拓展十 分丰富，而且 i s d n线路价格低廉，非常适合中小规 模的企业和在家办公的个人用户经济有效地实现办公 信息化。 c )创造性在于基于模块化思想设计和实现 i s d n媒体网 关， 不但充分地利用了前人的科研成果， 而且为i s d n 媒体网关的系统升级换代为提供了继续开发和完善的 良好平台。 2 .实用性，体现在本论文隶属于总课题 “ 基于 n g n核心技 术的网络 c t i 体系研究与实现” ，具有明显的应用背景。 因此本人定出来的目 标是给出一种有效的 i s d n媒体网关 的设计方案，并实现了媒体网关的基本功能，可以有效地 应用于实际。文章最后，本人还将给出两种基于 i s d n语 音媒体网关的应用实例。 如图1 - 2 所示，本论文总共分四章 第一章论文综述，试图解 决三个问题:即为什么做?怎么做?做了那些 ?本章首先介绍的 选题背景着重从n g n的到来和 i s d n网络的发展讲起，随后探讨 i s d n向n g n演进问题。 最后指出“ i s d n媒体网关”将是i s d n 向n g n演进的一个组成部分。 关于如何实现的问题， 本人选择了 利用模块化的思想设计和实现。 本章第二节中简要介绍了模块化设 计思想， 并给出模块化设计的几点原则。 最后一节论文为内容概要， 在此可以大体了解本人科研课题中做了什么。 第二章和第三章是论文的重点， 第二章首先介绍媒体网关的相 关知识， 并根据媒体网关的功能要求给出了接入模块和各种处理模 块分离的模块化设计方案。 整个 i s d n媒体网关被设计成三大模块 分八个功能子模块组成，并对每一个功能子模块给出了功能描述， 北京交通大学硕士论文第一章 综述 该章的最后一节讨论了设计方案中的网络协议和物理硬件选择的 问题。第三章具体介绍了如何实现i s d n媒体网关各个功能模块， 该部分并没有给出大量的程序范例， 除了对一些实现过程中的基础 理论和知识( 如c a p i 编程， d l l 技术， 信令工作过程， f i l t e r g r a p h 技术等) 进行介绍和讨论之外， 更多对一些技术上的难点进行探讨， 引入信令原语用于信令映射， 集中统一管理信道， f i l t e r 技术灵活 加载语音编解码方案，多线程中t r a c e 维护支持功能实现等。 ( i 1 . 1 i$ zl w p m! 第二章i s d n 媒体网关的设计 第三章i s d n 媒体网关模块的实现 第四章工 s d n 媒 本 网关应用案例 图1 - 2论文结构概要 论文第四章， 给出i s d n媒体网络的两个应用实例， 一个是构 建新型的呼叫中心解决方案， 节约成本， 组建方便， 现在正处于实 验阶段。另一个利用媒体网关结合w e b s e r v i c e 技术构建i s d n智 能语音服务系统， 该系统参加北京交通大学 “ 挑战杯” 获奖，并选 送到北京市。 北京交通大学硕士论文第二章 i s d n媒体a % j 关的设计 第二章i s d n媒体网关的设计 本章先对媒体网关的功能和分类进行一些介绍。 在此基础上给 出i s d n媒体网关的设计方案， 这是本章的重点。 最后对方案设计 中的一些问题进行探讨。 2 . 1媒体网关介绍 在相关的标准 ( 如h . 2 4 8 . mg c p )中， 媒体网关被定义为是 将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式的设备。 如媒体网关能够在电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间 进行转换， 可以处理音频、 视频或t . 1 2 0 ， 也具备处理这三者任意 组合的能力， 并且能够进行全双工的媒体翻译， 可以演示视频/ 音 频消息，实现其他 i v r功能，同时还可以进行媒体会议等。 2 . 1 . 1媒体网关的功能 媒体网关主要涉及的功能如下。 1 . 用户或网络接入功能 媒体网关负责各种用户或各种接入网络的综合接入， 如普通电 话用户、 i s d n用户、 a d s l接入、 以太网用户接入或 p s t n / i s d n 网络接入、v 5接入和 3 g网络接入等。总之，媒体网关设备是用 户或用户网络接入核心媒体层的 “ 接口网关” 。 2 . 接入核心媒体网络功能 媒体网关以宽带接入手段接入核心媒体网络。 目前接入核心媒 体网络主要通过 a t m或 i p接入。 a t m是面向连接的第 2层技术， 具有可靠的业务质量 ( q o s ) 保证能力， i p则是目 前应用广泛的第 3 层技术。 3 ， 媒体流的映射功能 在 n g n中，任何业务数据都被抽象成媒体流，媒体流可以是 话音、 视频信息， 也可以是综合的数据信息。由于用户接入和核心 媒体之间的网络传送机制的不一致性， 因而需要将一种媒体流映射 成另一种网络要求的媒体流格式。但是由于业务和网络的复杂性， 媒体流映射并不是简单的映射， 它涉及到媒体编码格式、 数据压缩 北京交通大学硕士论文第 二章i s d n媒体网关的设计 算法、 资源预约和分配。 特殊资源的检测处理。 媒体流的保密等多 项与媒体流属性相关的内容。 此外， 对不同的业务特性又有其特殊 的要求， 如话音业务对回声抑制、 静音压缩、 舒适噪音插入等有其 特别要求。 4 . 受控操作功能 媒体网关受信令网关的控制， 它绝大部分的动作， 特别是与业 务相关的动作都是在软交换的控制下完成的， 如编码、 压缩算法的 选择，呼叫的建立、 释放、中断，资源的分配和释放， 特殊信号的 检测和处理等。 媒体网关和信令网关之间的特殊关系决定了它们之 间控制协议的重要性， mg c p和 h . 2 4 8 就是信令网关和媒体网关 之间的控制协议。 mg c p由i e t f定义，实现相对简单，早期应用 比较多， 但目 前的趋势则是转向了由i t u - t定义的h . 2 4 8 标准( 可 以说h . 2 4 8 是i e t f与i t u - t结合的标准， i e t f中叫me g a c o) a 5 . 管理和统计功能 作为网络中的一员，媒体网关同样受到网管系统的统一管理， 媒体网关也要向软交换或网管系报告相关的统计信息。 2 . 1 . 2媒体网关的分类 从设备本身讲， 媒体网关并没有一个明确的分类， 因为媒体网 关负责将各种用户或网络综合接入到核心网络， 但并不是说任何一 个媒体网关设备都要支持所有的接入功能。 媒体网关同样要遵循开 放性原则， 未来的n g n中的媒体网关都要受到软交换系统的统一 控制。 根据媒体网关设备在网络中的位置， 可以 将其分为如下几类。 1 . 中继媒体网关 主要针对传统的 p s t n / i s d n 的中继媒体网关 ，负责 p s t n / i s d n的c 4 或c 5 的汇接接入， 将其接入到a t m或i p网络， 主要实现v o a t m或v o i d功能。本文设计的“ i s d n媒体网关”就 属于中继媒体网关。 2 . 综合接入媒体网关 综合接入媒体网关负责各种用户或接入网的综合接入， 如直接 将p s t n / i s d n用户， e t h e m e t 用户、a d s l 用户或v 5 用户接入。 这类综合接入媒体网关一般放置在靠近用户的端局， 同时它还具有 拨号m o d e m数据业务分流的功能。 3 . 小区或企业用媒体网关 从目前的情况看， 放置在用户住宅小区或企业的媒体网关主要 北京交通大学硕士论文第二章 i s d n媒体网关的设计 解决用户话音和数据 ( 主要指i n t e rn e t 数据)的综合接入，未来可 能还会解决视频业务的接入。 2 . 1 . 3媒体网关、媒体控制器和信令网关 图2 - 1 媒体网关、信令网关和媒体网关控制器 媒体网关并不是在网络中独立存在的，它还必须和信令网关， 媒体网关控制器等共同发挥作用。 如图2 - 1 所示， 媒体网关只负责 媒体的处理，信令处理功能多数情况将会转移到媒体网关控制器， mg c管理多个mg ， 起到mg的呼叫负荷控制作用。 mg c和mg 之间的通信采用mg c p 或h . 2 4 8 / me g a c o 协议，其中mg c p 和 mc g a c 。 为工 e t f的标准，h . 2 4 8 为i t u - t的标准。信令网关提供 和其它 信令网 络的 互 通功 能， 可以 支 持h . 3 2 3 , s s 7 , s i p , h . 2 4 8 , mg c p 的全部或者部分功能，可以在单个设备上实现，也可以在 多个设备中实现，也可以内 嵌在呼叫控制器中实现。 m g c和s g 可以分别独立，在需要跨网络复杂的信令转换时，mg c将呼叫控 制，移交给s g来完成， 如下图2 - 2 所示， 此时网络主要由信令网 关 ( 控制器)和媒体网关构成。 图2 - 2 谋体网关和信令网关 北京交通大学硕士论文第二章 i s d n媒体网关的设计 2 . 2 i s d n媒体网关的设计 2 .2 . 1 i s d n媒体网关的功能描述 图2 - 3 媒体网关、信令网关功能描述 i s d n媒体网关作为 i s d n网络和 i n t e rn e t 网络之间的连接设 备，它的主要功能是媒体流映射和信令转换。 i s d n媒体网关必须 完成g . 7 1 1 a l a w数字语音信号和r t p / r t c p ( i p 包) 之间的转换， 实现i s d n网络和数据网的融合;同时，它必须具有i s d n信令处 理功能， 负责和i s d n网络和i p网络的信令互通， 完成i s d n信令 和 s i p / h . 3 2 3协议转换，或通过 h . 2 4 8 / mg c p实现 i s d n信令和 h . 3 2 3 / s i p 协议之间的互通。这里i s d n线路是2 b 十 d的信道，媒 体流与信令信息实际上在物理介质并没有分开， 这样媒体网关接入 i s d n，将同时捕获到数据和信令信息，因此它必须要对信令和媒 体进行分离，并将 d信道的信令信息理解，翻译，而后传递给网 络中的信令网关。所以i s d n媒体网关具有信令网关的部分功能。 以上简要介绍了本人对 i s d n媒体网关功能的理解。在此基础 上， 本人将进一步介绍接入模块和各种处理模块分离的模块化设计 方案。 北京交通，i 学硕士论文第二章i s d n 媒体网关的设计 2 2 2i s d n 媒体网关方案设计 首先，在理解媒体网关功能的基础上，本人对i s d n 媒体网关 进一步划分几个模块构成。如图2 - 4 所示： 图2 - 4 媒体网关模块化设计 媒体网关功能应具有如下几个功能：用户或网络接入功能，接 入核心媒体网络功能，媒体流的映射功能，受控操作功能，管理和 统计功能。以此为出发点，本人将i s d n 媒体网关内部划分为三大 模块：前端接入模块，信令处理及管理模块和媒体处理模块。并由 八个功能子模块组成： 1 前端接入模块在i s d n 媒体网关中负责媒体接入功能。 前端接入模块：通过n t l 和t a 与i s d n 线路相连，接收i s d n 线路上传送来的数据信号，并对媒体流和信令信号进行一级分离。 该模块的实现方案可以是利用c p l d ，p c i 等技术自制i s d n 语音 卡，也可以是利用市场上廉价的i s d n 网卡，配上相应的程序。 2 信令处理及管理模块是l s d n 媒体网关最为复杂的部分， 其由四个功能子模块组成，包括：i s d n 信令协议解析模块，控制 及管理模块，媒体控制模块，数据库模块。如图2 5 所示： i s i ) n 言令协议 解析模块 媒体控制器 模块 控制及管理模块 1h2 4 8 疗订g e p 2s i p 州3 2 3 数据库 模块 图2 - 5 信令处理及管理模块 i s d n 信令协议解析模块：解析i s d n 的d 信道上传来的信令 北京交通大学硕士论文第二章i s d n 媒体网关的设计 信号，并对其理解，提取信息交给“控制及管理模块”处理。为什 么没有将前端接入模块分离的信令信号传递给“控制及管理模块” 直接处理呢? 这是因为，对于i s d n 接入信号的处理，工程开发时， 往往并不是选择直接在物理层或链路层进行分离，而是借用一些底 层的a p 接口，进行处理。实际上，工程开发中，本人选择c a p l 2 0 实现“前端接入模块”，经过处理后，分离出来的信令指令信息， 还需要对其理解、分类。如果需要翻译成网络协议( s i p h 3 2 3 ) 的呼叫建立，转移，释放，中断等信令，就必须移交给“控制及管 理模块”进行处理，而对于功能，属性等信息的询问以及特殊业务 处理请求，则可以由“i s d n 信令协议解析模块”自行处理。这样 可以根据实际情况的不同，相对简化工程开发的难度，比如：该 i s d n 媒体网关属于语音中继网关。那么我们就可以对传真，视频 的呼叫请求，在“i s d n 信令协议解析模块”中环目复，减少工程 任务量。 控制及管理模块：作为i s d n 媒体网关的智能部分，负责一切 媒体网关所能接受的信令信号处理功能。包括负责控制所有的呼叫 建立和呼叫管理，并能处理大部分基本服务的呼叫请求( 如呼叫保 持、呼叫转移、呼叫等待等) ，甚至功能按钮、通话管理和路由决 策功能。此外，它还控制所有的p c 虚拟电话功能，如语音邮件、 统一消息、桌面呼叫控制、自动话务员、交互话音响应和自动呼叫 分配等。同时，该模块定义和数据库之间的接口，用于包括资源管 理、计费统计、流量控制等。其中，资源管理功能可以转移到软交 换模块完成，主要执行地址翻译、权限控制、路由管理等功能。该 模块可大可小，是i s d n 媒体网关功能体现。严格意义上，当其功 能十分强大时，这应该是媒体网关控制器( m g c p ) 的核心组件。而 实际中，其在媒体网关中又必不可少。如果媒体网关的网络接入功 能仅仅接入的是媒体。而没有任何的信令，那么媒体网关就不是真 正意义上构架在两种网络体系中间，起到桥接和隔离的作用。如果 媒体网关位于一种网络体系的边缘，它就会接受的控制媒体的信 令，除非媒体网关桥接的两种网络体系信令和媒体是天然分离的。 目前看这是不可能的，除非到了这正的n g n 时代。 媒体控制模块：提供和信令网关的互通功能，可以支持h 3 2 3 、 s i p 、h 2 4 8 、m g c p 中的一种或多种协议。如果将其视为信令网关 功能模块，能独立完成对信令的处理，并直接与其他信令网关或是 数据终端互通，那么它应该支持h 3 2 3 或是s i p 协议；若是仅仅传 送信令，指挥媒体通道的建立和释放，那么它应该支持h 2 4 8 或 1 6 北京交通人学硕士论文第二章i s d n 媒体同关的设计 m g c p 协议。 数据库模块：与控制及管理模块存在接口，供其信息存储，访 问和处理，辅助其完成资源管理、计费统计、流量控制等功能。 3 媒体处理模块，主要负责完成对媒体流的处理，包括，媒 体流格式的识别和映射，特殊信号的提取，以及数据封装传输等。 该i s d n 媒体网关中，该模块包括三个子功能模块，分别是媒体流 映射模块，d t m f 检测模块，语音打包模块。三个模块串行相连， 共同构建一个媒体流处理通道。但整体上，这个通道除了进出接口 之外，还有一个连接上层控制管理模块的接口，用于将媒体流中的 特殊信号，提取出来，传送给上层控制，请示迸步处理。 图2 - 6 媒体处理模块 媒体流映射模块：媒体流的映射功能是媒体网关的基本功能， 由于用户接入和核心媒体之间的网络传送机制的不致性，需要将 一种媒体流映射成另一种网络需要的媒体流格式。该模块就是用于 处理i s d n 线路传入6 4 k b i t s 透明的语音媒体流，完成媒体流的映 射。在我国及欧洲i s d n 的b 信道的语音编码采用g 7 1 la 律编码， 而美国和日本采用的是g 7 1 lu 律编码。该模块要根据媒体网关的 需要进行语音的编解码的相互转换，其目的就是以使信道容量最大 化，并为数据业务提供带宽，在语音编码和压缩方面，i t u 规定了 一系列相关标准，但现在应用最为广泛的是g 7 2 3 1 或g 7 2 9 标准 ( a ，b ，或a b ) ，这些标准中每个信道的频率要求都比较类似。实 际中，经常将g 7 1 i a 律语音编码根据需要转化成g 7 2 9 ，g 7 2 3 1 等语音编码，以便于尽可能地利用信道带宽，打包成分组语音流并 用于核心分组网中的媒体流的实时传播。 d t m f 检测模块：用于检测线路中的双音多频信号，在实际应 用中，d t m f 检测非常重要，尤其在面向一些应用的时候。双音多 频信号，是在语音线路人机交互的最重要的手段。例如：对于呼叫 中心，分机转接时常常用到。 语音打包模块：语音编码和压缩后，需要将语音数据打成r t p 包后通过分组网络传输。作为由i n t e r n e t 工程任务组开发用于处 理音频和视频流的协议，r t p 提供端对端网络传输功能，适合通过 北京交通大学硕士论文第二章i s d n 媒体网关的设计 组播和点播传送实时数据，如视频、音频和仿真数据。r t p 包的生 成并不是一个简单的过程其中要考虑的方方面面比较多。其中内容 包括排序、缓冲区控制和时间同步等。而r t c p 则是用来监控q o s 和控制r t p 会话的( 下一章将详细介绍有关r t p 和r t c p 的基础知 识) 。该语音打包模块除了实现r t p r t c p 协议，还要生成背景噪 声，因为在一般的电话通话过程中，5 0 或更多的时间都没有语音 信号，只有一些背景噪声。如果在一个时间内没有语音信号，可以 不用传送数据包。这会大大降低对r t p 处理器和网络呼叫客户端的 要求。并通过柔和嗓音发生器( c o m f o r tn o i s eg e n e r a t o r ) 添加背 景噪声来改善声音效果，消除在话音间断期间完全没有声音给人的 不舒服感。 信令f1 s d n 信令协议 模块器j 。【 解析模块 前 i 2 t ： 师 删赠一 h 接 入 模 块 ， 、 麒h 麟戳 f 打豫 圈2 7 媒体网关功能模块组成 袁2 - 1 嫖体网关各模块实现功能 北京交通大学硕士论文第二章 i s d n媒体网关的议计 这样， 八个功能子模块分工明确， 各司其职。 定义合理和标准 的接口 后， 模块彼此之间 相对封闭， 有利于工程分工开发， 系统功 能升级，代码移植和重复利用。 2 .3方案设计中其他问题的讨论 2 .3 . 1物理硬件的选择比较 上一节论述了基于模块化思想的i s d n媒体网关的设计。 而没 有具体讨论如何实现它，现在对于网关的实现，一般有两种方式， 一种是基于嵌入式系统实现的， 其好处是体积小， 数据吞吐处理速 度快， 成本低， 同时对技术保护性也很好。 但工程实现难度大， 尤 其要实现网 络的 协议栈如t c p / i p 协议栈， s i p 协议栈， i s d n协议 栈等等， 要求开发者必须有很强的硬件开发实力和技术储备， 这对 一名做科研论文的硕士研究生来说， 显然题目太大， 工程开发也太 复杂了。 因此， 本人所做的i s d n媒体网关并不是嵌入式的而是基 于 p c的。 基于p c如何构建i s d n媒体网关?在实现i s d n数据接入的 部分仍有两种方案， 体现在物理硬件上， 一种是自 主开发i s d n适 配卡， 将部分数据接入和d s p 功能在适配卡中实现， 而对于i p网 络通信和s i p协议栈交给p c来完成:另一种是利用现有i s d n网 卡+ c a p i 接口 编程实现i s d n数据接入。如下是两种方案的对比: 方案一: 物理硬件:c p l d+ d s p + p c i 技术组成: 基于wi n 2 k的wd m驱动程序， p c i 总线接口 技 术，d s p固件的设计 d s p处理技术) ，可编程逻辑器件 ( v h d l 语一言) 工程难点:对硬件设计要求比较高，d s p处理技术比较复杂。 工程开发重点是硬件。 方案二: 物理硬件: