引 言

下一代網(wǎng)絡（Next Generation Network），又稱為次世代網(wǎng)絡。主要思想是在一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡平臺上以統(tǒng)一管理的方式提供多媒體業(yè)務，整合現(xiàn)有的市內(nèi)固定電話、移動電話的基礎上（統(tǒng)稱FMC），增加多媒體數(shù)據(jù)服務及其他增值型服務。其中話音的交換將采用軟交換技術，而平臺的主要實現(xiàn)方式為IP技術，逐步實現(xiàn)統(tǒng)一通信其中voip將是下一代網(wǎng)絡中的一個重點。為了強調(diào)IP技術的重要性，業(yè)界的主要公司之一思科公司（Cisco Systems）主張稱為IP-NGN

下一代網(wǎng)絡NGN（Next Generation Network）已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡發(fā)展的方向，VoIP（Voice over Internet Protocol）簡而言之就是將模擬聲音訊號（Voice）數(shù)字化，以數(shù)據(jù)封包（Data Packet）的型式在 IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡 （IP Network）上做實時傳遞。 VoIP最大的優(yōu)勢是能廣泛地采用Internet和全球IP互連的環(huán)境，提供比傳統(tǒng)業(yè)務更多、更好的服務。 VoIP可以在IP網(wǎng)絡上便宜的傳送語音、傳真、視頻、和數(shù)據(jù)等業(yè)務，如統(tǒng)一消息、虛擬電話、虛擬語音/傳真郵箱、查號業(yè)務、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、電視會議、電子商務、傳真存儲轉發(fā)和各種信息的存儲轉發(fā)等。 在未來的3到5年，2009年的中國VoIP市場流量將達到9950億分鐘，而具有更強大實力的新VoIP服務供應商也會涌入市場。無線VoIP在不久的將來會與傳統(tǒng)無線通信實現(xiàn)并存和競爭的關系，而不是對傳統(tǒng)無線通信的一種廉價替代物。

與此同時無線局域網(wǎng)（WLAN）技術發(fā)展迅速。

WLAN主流技術標準已從802.11發(fā)展到802.11a／b／g，接入速率已從最高l Mbps發(fā)展到54 Mbps，而且技術成熟，成本低，普及率提高迅速，迎合了便攜式終端的發(fā)展要求，已得到大量國際廠商的支持和市場的廣泛認同。無線局域網(wǎng)絡（Wireless Local Area Networks； WLAN）是相當便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它利用射頻（Radio Frequency； RF）的技術，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構成的局域網(wǎng)絡，使得無線局域網(wǎng)絡能利用簡單的存取架構讓用戶透過它，達到「信息隨身化、便利走天下」的理想境界。對于局域網(wǎng)絡管理主要工作之一，對于鋪設電纜或是檢查電纜是否斷線這種耗時的工作，很容易令人煩躁，也不容易在短時間內(nèi)找出斷線所在。再者，由于配合企業(yè)及應用環(huán)境不斷的更新與發(fā)展，原有的企業(yè)網(wǎng)絡必須配合重新布局，需要重新安裝網(wǎng)絡線路，雖然電纜本身并不貴，可是請技術人員來配線的成本很高，尤其是老舊的大樓，配線工程費用就更高了。因此，架設無線局域網(wǎng)絡就成為最佳解決方案。

1 技術方案

嵌入式VoWiFi電話是能夠在802.11a／b／g無線局域網(wǎng)上進行電話通信的設備。為了能在802.1la／b／g上實現(xiàn)電話通信，必須采用VoIP技術，本系統(tǒng)VoIP標準可以選擇更靈活的SIP協(xié)議。為了能實現(xiàn)各種通信協(xié)議，完成各種控制和管理工作，滿足今后進一步開發(fā)需要，需采用基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)。為了提高硬件設計的靈活性和軟件代碼在平臺間的可移植性，本系統(tǒng)軟硬件的設計采用了模塊化的方法。在硬件上，把系統(tǒng)劃分為以太網(wǎng)接口、USB無線網(wǎng)卡接口、音頻接口、串行接口等幾個功能單元；在軟件上，利用嵌入式操作系統(tǒng)分離底層硬件平臺和上層應用。

2 硬件設計

2.1 總體方案

VoWiFi電話硬件技術方案如圖1所示。ARM9處理器是整個終端的核心部分，外圍包括802.11b／g無線模塊、語音信號處理模塊、鍵盤和LCD電路。ARM嵌入式系統(tǒng)是VoWiFi電話通信控制和管理的核心，它負責操作系統(tǒng)的運行、資源的管理和分配、信息數(shù)據(jù)的處理以及與外部擴展單元的通信，完成與各個模塊的接口和通信、TCP／IP協(xié)議和SIP協(xié)議的操作等。

802.11b／g無線模塊實現(xiàn)空中無線接口和無線局域網(wǎng)接入功能。選用VIA威盛公司的VT6656 USB無線網(wǎng)卡，VT6656 wLAN控制器包括1個IEEE802.11a／b／gMAC，并集成了一枚基帶處理器支持USB2.O。

在ARM9開發(fā)板內(nèi)部含有1個USB2.O接口控制器，接口電路如圖2所示。共有3個LISB接口（2個Host和1個Device），通過選擇開關SW800進行選通控制。74HC08作為4個二輸入與門邏輯電路，負責控制信號的邏輯組合。

語音信號處理模塊用于對語音信號的數(shù)字化處理。本終端的音頻接口由I2S音頻總線接口和UDAl341TS音頻編解碼器組成，I2S接口采用DMA的數(shù)據(jù)傳輸模式。UDAl341TS是一款經(jīng)濟型音頻編解碼器，它通過I2S數(shù)字音頻接口實現(xiàn)音頻信號的數(shù)字化處理。圖3是EP9302與UDAl341TS的引腳連接示意簡圖。

LCD顯示器和4×4鍵盤用于人機接口，在ARM嵌入式系統(tǒng)支持下實現(xiàn)各種人機操作?？紤]到LCD顯示器主要用于號碼以及各種狀態(tài)標識顯示，因此采用背光的128×64圖形點陣LCD模塊。LCD（ Liquid Crystal Display），對于許多的用戶而言可能是一個并不算新鮮的名詞了，不過這種技術存在的歷史可能遠遠超過了我們的想像 －早在19世紀末，奧地利植物學家就發(fā)現(xiàn)了液晶，即液態(tài)的晶體，也就是說一種物質同時具備了液體的流動性和類似晶體的某種排列特性。在電場的作用下，液晶分子的排列會產(chǎn)生變化。從而影響到它的光學性質，這種現(xiàn)象叫做電光效應。利用液晶的電光效應，英國科學家在上世紀制造了第一塊液晶顯示器即LCD。今天的液晶顯示器中廣泛采用的是定線狀液晶，如果我們微觀去看它，會發(fā)現(xiàn)它特象棉花棒。與傳統(tǒng)的CRT相比，LCD不但體積小，厚度薄（目前14.1英寸的整機厚度可做到只有5厘米），重量輕、耗能少（1到10 微瓦/平方厘米）、工作電壓低（1.5到6V）且無輻射，無閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點眾多，LCD從1998年開始進入臺式機應用領域。

3 軟件設計

本嵌入式WLAN SIP電話終端的軟件結構如圖4所示。具體來說，需要如下的軟件。

（1）嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)

提供了嵌入式應用軟件的基礎和開發(fā)平臺，具有將CPU時間、中斷、I／0、定時器等資源包裝起來而留給用戶標準的API系統(tǒng)調(diào)用，對任務進行合理調(diào)度以保證實時性和可靠性等功能。

（2）SIP協(xié)議

SIP協(xié)議主要用于呼叫控制，包括呼叫的建立、維護和終結，以及根據(jù)呼叫進展情況動態(tài)調(diào)整和修改相關屬性。SIP協(xié)議的相關操作包括：SIP消息的發(fā)送和接收、消息的生成與分析、狀態(tài)機的保存與轉換、SIP對話的管理、SIP事務處理機制的運行、SDP消息的構造、解析和雙方媒體協(xié)商處理，以及終端的注冊等功能。SIP是類似于HTTP的基于文本的協(xié)議。SIP可以減少應用特別是高級應用的開發(fā)時間。由于基于IP協(xié)議的SIP利用了IP網(wǎng)絡，固定網(wǎng)運營商也會逐漸認識到SIP技術對于他們的深遠意義。SIP（Session Initiation Protocol）是一個會話層的信令控制協(xié)議。用于創(chuàng)建、修改和釋放一個或多個參與者的會話。這些會話可以好似Internet多媒體會議、IP電話或多媒體分發(fā)。會話的參與者可以通過組播（multicast）、網(wǎng)狀單播（unicast）或兩者的混合體進行通信。

（3）語音處理軟件

語音處理軟件用于實現(xiàn)用戶間完整的語音交互，可進一步劃分為：

①語音處理模塊。負責語音數(shù)據(jù)的采集、編解碼和播放，這里采用全世界的電路電話交換網(wǎng)中使用的G.711語音編碼技術。

②實時媒體傳輸模塊。完成數(shù)據(jù)包的RTP封裝與分解，以及數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收。SIP協(xié)議和語音處理是兩個獨立的過程，按照建立SIP會話在前、建立媒體流連接在后，拆除媒體流連接在前、拆除SIP會話在后的順序工作。

（4）硬件設備驅動

硬件設備驅動包括無線網(wǎng)卡、鍵盤和LCD驅動。將驅動程序編譯成內(nèi)核的一個可載入模塊并鏈入內(nèi)核，生成新的可以在目標板上運行的內(nèi)核，然后將內(nèi)核燒入目標板的Flash中，使它們能正常使用。

（5）終端應用程序

終端應用程序實現(xiàn)終端程序的初始化，創(chuàng)建線程；管理程序中各模塊信息，為它們分配資源；通過與用戶的交互，負責在全局上控制和管理其他各模塊的工作及模塊間的通信；并作為SIP用戶代理的運行平臺，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的呼叫發(fā)起、呼叫響應及呼叫結束的功能。

在整個系統(tǒng)的工作過程中，包括信令控制協(xié)議的傳輸、信令控制功能的使用、建立連接之后的語音傳輸、實時媒體的傳輸與控制，都是采用UDP方式實現(xiàn)的。語音數(shù)據(jù)要求比較高的實時性及處理速度，而且語音數(shù)據(jù)質量對可能出現(xiàn)的因可靠性問題而產(chǎn)生的丟包現(xiàn)象不是很敏感，所以使用UDP作為語音數(shù)據(jù)的傳輸載體。

在整個會話過程中，用來保障實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議是RTP協(xié)議。RTP算法并不作為一個獨立的網(wǎng)絡層來實現(xiàn)，而是作為應用程序代碼的一部分。

4 工作過程與實驗測試

4.1 工作過程

采用嵌入式VOWiFi電話終端、無線AP和基于PC機的SIP軟電話為實驗環(huán)境。VoWiFi終端工作過程為：音頻信號首先經(jīng)過MIC后送入音頻處理單元，完成聲音信號的模／數(shù)轉換，再經(jīng)過語音編解碼自上而下分別以RTP協(xié)議、UDP協(xié)議、IP協(xié)議將數(shù)據(jù)封裝。ARM9處理器則通過I2S總線由DMA方式把封裝后的數(shù)據(jù)讀取到片外緩存單元SDRAM，當所開辟的緩存區(qū)域存滿后，運行無線網(wǎng)卡驅動，把IP包通過無線網(wǎng)卡發(fā)送出去。在PC上運行的SIP軟電話收到發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后，通過應用層軟件把IP包中的音頻數(shù)據(jù)取出，然后調(diào)用PC聲卡驅動，并把數(shù)據(jù)送入聲卡還原成模擬話音。反方向的數(shù)據(jù)傳輸類似，只是數(shù)據(jù)是由運行于宿主機上TCP／IP的客戶端程序發(fā)送。

4.2 實驗測試

經(jīng)過對終端的注冊、呼叫、撤銷呼叫、語音通信等功能進行測試，終端可以對SIP信令過程進行很好的控制，從而實現(xiàn)注冊、呼叫等基本功能。在語音傳輸方面，本終端可以與被叫RTP通道進行實時語音傳輸，在局域網(wǎng)環(huán)境內(nèi)語音質量較好，延遲較小。

結 語

在介紹VoIP原理的基礎上，設計了基于ARM9平臺的嵌入式VoWiFi電話終端的軟硬件。該設計采用當前最流行的嵌入式開發(fā)平臺和開源的Linux操作系統(tǒng)實現(xiàn)了無線局域網(wǎng)上VoIP語音通話功能。創(chuàng)新點在于：在802.11a／b／g無線局域網(wǎng)（wLAN）上，采用VoIP技術實現(xiàn)VoWiFi電話終端語音通話功能。