基于嵌入式系統的IPPBX的設計

楊悅梅等

摘 要： IPPBX利用包交換原理，在以太網上實現傳統PBX的功能，有效地解決了傳統PBX的不足，具有功能更強大、服務更全面、成本更低廉等優勢。在此介紹IPPBX典型組網模式，給出基于MPC8250的IPPBX硬件系統各模塊系統設計原理和系統軟件設計原理，并對主控模塊的協議轉換軟件做了相關分析。測試表明，該設計能夠達到200路的并發使用，語音質量優秀。

關鍵詞： IPPBX； MPC8250； 硬件系統； 協議轉換軟件

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）12?0066?04

0 引 言

PBX（專用交換機）被廣泛地運用在企業辦公機構中，極大地提高了企業的辦事效率。但傳統的PBX存在對新興的CTI和VoIP支持不夠、缺乏開放性和標準性、價格昂貴等缺點。隨著Internet及IP的發展，IPPBX應運而生，其有效地解決傳統PBX的不足。IPPBX基于TCP/IP協議，利用包交換原理，在以太網上實現傳統PBX的功能。IPPBX相比較傳統PBX，具有功能更強大、服務更全面、成本更低廉、增值服務更加方便、互通性強、擴展性、通用性和實用性更強等優勢。

IPPBX其實就是一個小型的NGN系統，它集NGN的各種部件功能于一體，如Soft Switch軟交換、TG中繼媒體網關、SG信令網關、MRS媒體資源服務器等。它可以接入普通PSTN用戶，也可以下掛傳統PBX或集團電話；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務，國標補充業務，常用新業務以及智能業務、IP新業務、語音門戶/智能呼叫中心等業務。IPPBX系統可以接入話務臺，除支持基本呼叫業務及補充業務外，還可以進行用戶維護和對用戶計費。系統還能處理較復雜的呼叫分配和排隊，提供一定的呼叫中心功能（不提供復雜的呼叫中心）。IPPBX提供詳細的通話記錄CDR，并支持向第三方開放話單接口，使之可以設計第三方的計費和其他應用軟件。

1 IPPBX典型組網模式

在通信網絡中，IPPBX作為軟交換中心節點，實現節點之間的SIP/H.323協議互連互通。軟交換中心節點通過MGCP/H.248協議與下級設備（AG/IAD）相連，并通過它與電話終端連接；IPPBX通過環路中繼和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組網圖如圖1所示。

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

2 IPPBX硬件系統設計

IPPBX硬件采用框架式結構，其系統結構如圖2所示。其硬件系統由主控模塊、資源管理模塊、數字中繼模塊、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，FE和UART總線。考慮采購材料單一性和軟件平臺的一致性，主控模塊、資源管理模塊、數字中繼模塊主芯片均采用了MPC8250。

模擬中繼模塊和數字中繼模塊分別提供模擬中繼和數字中繼的接口功能，把各種接口中的數據轉化成TDM信號，業務數據通過TDM接口連接到主控模塊上，主控模塊的交換網片把數據都交換到資源管理模塊上，資源管理模塊對數據進行編解碼等工作，并在主控模塊的控制下打成RTP包，通過FE送回主控模塊上，主控模塊通過外網口FE送到廣域網或者局域網中的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、話務臺管理等業務功能；完成跟蹤、統計、計費、告警、命令行等維護統計功能；完成SIP，H.323，AT0，MGCP，PRI，中國No.1信令的Q.931部分等多種協議的協議處理功能。內嵌的ARP（Address Resolution Protocol）模塊在系統內部構建了一個ARP代理，用于響應資源管理模塊、數字中繼模塊等的ARP請求。

主控模塊提供Soft Switch功能、GK功能、計費功能，也對媒體控制協議進行處理，可以處理H.323，SIP，MGCP協議，同時可以進行協議間的轉換。同時GK的數據庫包括各個分機號和局域網IP地址的對應表。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、會議等功能，從背板過來的TDM信號經過網片IDT72V70840分發給M82510?14，進行語音編碼后通過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芯片轉發到背板。

2.3 數字中繼模塊

數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，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軟件系統設計

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

上行的各種TDM數據流由接口板通過主控模塊上的網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將其轉換為RTP/RTCP包，再通過主控模塊上的L2（BCM5328）交換芯片交換后進入外部IP網絡。其間還由主控模塊內部的FPGA完成IP地址的轉換。下行媒體流則正好相反，先根據IP數據包的類型和端口號進行地址轉換，語音數據包由L2交換芯片交換到相應的資源管理模塊上，資源管理模塊將IP語音包轉換為TDM數據流后，由網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）接口發給主控模塊，主控模塊將其轉換為MGCP/SIP/H.323協議，并進行地址轉換后發到IP網絡。下行控制流由IP網絡通過主控模塊上的IP接口進入主控模塊，主控模塊進行協議解析和處理后，轉換為AT0、中國一號或者PRI信令消息發到接口板，或者又轉換為MGCP協議，轉發到外部IP網絡。

3.1 主控模塊系統軟件

主控模塊的操作系統采用Linux，便于移植開源IPPBX。主控模塊的軟件模塊結構如圖8所示。軟件采用分層式結構，最底下為驅動層與硬件相關，有Linux KERNEL 管理，KERNEL層上為業務模塊和控制模塊。其中協議轉換層為業務管理層，匯聚各通道來的消息，對各種不同的協議標準調用相應的處理。

參考文獻

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