面向以太网的IP-PBX的研究及其FPGA实现

论文摘要

本论文针对IP-PBX在局域网内的实际应用,对比研究了现有的IP-PBX设备和技术路线,重点分析了面向以太网IP-PBX的各个功能模块和语音数据处理策略,并根据以太网的网络传输特性,提出了一种新的语音数据帧封装模式,透明、快速地处理语音数据,有效地降低了系统的复杂度和系统数据处理的时延;同时,设计并实现了一种新型的技术解决方案,分别采用FPGA技术和嵌入式系统完成PSTN侧和以太网侧的网络通信功能。 语音数据的封装策略是:对于由PSTN进入以太网和在以太网内部交换的分组语音数据,封装时以MAC物理地址做为寻址对象;系统直接驱动底层的网络接口收发语音帧,去除冗余的IP层报头开销;对分组语音数据不采用压缩算法,避免过高的附加时延。 与PSTN线路互连的通信接口设计采用了FPGA技术实现,主要完成了E1线路编解码模块,话路时隙内的语音数据提取和插入,解决了固定速率线路所要求的严格时间控制问题,并获得了高的处理速度。 在以太网接口通信方面,采用了ARM内核的微处理器和嵌入式系统实现了以太网标准协议,完成了以太网MAC数据包对语音数据的封装,并在嵌入式系统的IP协议栈上,扩展了系统的管理功能和高层应用,开发了嵌入式SNMP代理和其他的应用层协议。 本论文提出的方案简化了系统的语音处理策略,实现方案中融合了两种通用的开发技术,具有一定的理论价值;实验系统性能稳定,系统处理对语音数据帧的附加时延低,达到了预期效果。 本论文还给出了系统性能提升的方案和下一步开发的增强功能。本论文的相关工作为相同领域的研究提供了有价值的参考。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 IP-PBX概述
• 1.2 课题的研究背景和研究意义
• 1.3 论文的主要内容
• 1.3.1 论文的研究内容
• 1.3.2 论文的结构安排
• 第二章 系统设计方案
• 2.1 系统功能描述
• 2.1.1 系统的网络功能
• 2.1.2 系统的功能结构
• 2.2 系统方案
• 2.2.1 语音数据帧的封装策略
• 2.2.2 语音分组的长度
• 2.2.3 通信帧结构的定义
• 2.2.4 技术实现方案
• 第三章 PSTN侧语音数据处理
• 3.1 FPGA设计
• 3.1.1 FPGA技术简介
• 3.1.2 Xilinx ISE开发系统
• 3.1.3 功能模块设计
• 3.2 E1线路接口
• 3.2.1 E1帧结构
• 3.2.2 时钟同步
• 3编解码'>3.2.3 HDB₃编解码
• 3.2.4 E1帧同步
• 3.3 语音数据处理
• 3.3.1 数据缓冲区的组织
• 3.3.2 语音数据提取、插入
• 3.3.3 地址值传递
• 第四章 以太网侧语音数据处理
• 4.1 ARM微处理器
• 4.1.1 ARM概述
• 4.1.2 ARM7TDMI内核
• 4.1.3 S3C4510B微处理器
• 4.2 VxWorks操作系统
• 4.2.1 VxWorks系统结构
• 4.2.2 板级支持包开发
• 4.2.3 Tornado开发系统
• 4.3 网络驱动程序开发
• 4.3.1 VxWorks的网络系统结构
• 4.3.2 END驱动程序与协议驱动程序的开发
• 4.3.3 MBUF技术
• 4.4 语音数据处理的软件设计
• 4.4.1 主程序设计
• 4.4.2 初始化模块
• 4.4.3 发送模块
• 4.4.4 接收模块
• 4.4.5 数据缓冲区访问的控制
• 第五章 系统管理功能的实现
• 5.1 嵌入式系统的socket编程
• 5.2 SNMP管理功能
• 5.2.1 SNMP协议
• 5.2.2 SNMP的报文形式
• 5.2.3 嵌入式SNMP代理的实现
• 5.3 SMTP用户代理功能
• 5.3.1 SMTP协议
• 5.2.2 SMTP的软件实现
• 第六章 系统测试
• 6.1 测试环境
• 6.2 语音通信测试
• 6.2.1 单路语音通信
• 6.2.2 多路语音通信
• 6.3 SNMP功能测试
• 6.4 SMTP功能测试
• 6.5 测试小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 在校期间发表的论文
• 在校期间参加的学术会议
• 在校期间获得的奖励
• 致谢