CN101257540A - 一种连接IPv6网络电话和PSTN的语音网关 - Google Patents
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Abstract
一种连接IPv6网络电话和PSTN的语音网关，属于语音网关技术领域，其特征在于，通过系统监控和配置管理层的监控模块监控信令处理层中的各个模块：调度模块、会话初始协议(SIP)信令处理模块、ISDN信令处理模块，以及语音设备控制模块。由调度模块控制SIP信令处理模块和ISDN信令处理模块之间的呼叫或挂断信令，同时控制语音设备控制模块以通知操作系统层中的语音编码模块开始或停止语音编码转换，而SIP信令处理模块则借助于操作系统层中的IPv6协议栈，通过以太网卡与IPv6网络互联，收发SIP消息；语音编码模块通过IPv6套接字收发IPv6语音包，而ISDN则通过ISDN接口卡与PSTN网络连接，收发ISDN信令及ISDN语音；本发明填补了IPv6上基于SIP的网络电话/PSTN语音转换网关的空白。
Description
技术领域
本发明涉及语音通信领域，特别涉及一种连接IPv6上基于会话初始协议(SIP)的网络电话和PSTN网络的语音网关。
背景技术
随着互联网的不断普及以及IP电话技术的逐渐成熟，越来越多的企业开始使用IP电话做为企业内部的语音通信手段。而IP电话的信令协议也从H.323逐步过渡到了SIP。为了实现IP电话和传统PSTN网络的互通，需要在企业网络边界部署IP电话到PSTN的转换网关，目前已经有该类IPv4上的产品。然而，IPv4网络逐渐暴露出了如安全、地址空间不足等越来越多的问题。为了解决这些问题，中国已经展开了大规模的下一代互联网研究和试验，IPv6则是下一代互联网的关键技术，而在IPv6网上的基于SIP协议的包含语音通信在内的多媒体通信则被认为是下一代互联网的关键应用。目前还并不存在IPv6网上的基于会话初始协议的IP电话/PSTN转换网关，这必然会制约下一代互联网的快速发展。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种连接IPv6上网络电话与PSTN的语音网关，以实现IPv6上基于会话初始协议的网络电话与传统PSTN电话的互通。
为实现上述目的，本发明提供一种连接IPv6网络电话和PSTN网络的语音网关，如图1，按照功能的区分可以分为5个层次：
硬件层、驱动程序及链路管理层、操作系统层、信令处理层以及系统监控和配置管理层(如图2)。
硬件层主要负责数据的收发，包括以太网网卡和ISDN接口卡。其中以太网网卡可以按照需求配置为符合IEEE 802.3标准的10M/100M/1000M RS45接口；而ISDN接口卡则可以根据对并发呼叫容量的要求配置为ISDN PRI E1/T1接口，如采用ISDN PRI E1接口，则可最多同时支持30路并发呼叫；如采用ISDN PRI T1接口，则可支持120路并发呼叫。ISDN板卡还提供语音编解码芯片。
驱动程序及链路管理层负责驱动硬件设备，并为操作系统和上层应用提供访问接口。主要包括ISDN板卡驱动程序、语音编码模块驱动程序以及以太网网卡驱动程序。
操作系统层封装底层硬件设备及IPv6协议栈，向信令处理层提供ISDN接口、IPv6套接字(socket)接口，并为信令处理层的各模块之间通信提供消息机制。
信令处理层则负责具体IPv6网上SIP信令与PSTN网中ISDN信令的处理、转换，又分为ISDN信令处理模块、语音设备控制模块、SIP信令处理模块以及调度模块。
ISDN信令处理模块主要用于ISDN信令的解析和产生，按照以下步骤运行：
步骤1.从配置管理模块获取相关参数，初始化ISDN信令处理模块；
步骤2.进入监听状态，等待ISDN接口中断消息以及调度模块消息；
步骤3.1如收到ISDN接口中断消息，根据ISDN消息类型，发送相应系统消息到调度模块；
步骤3.2如收到调度模块消息，则根据调度消息内容，产生相应ISDN消息，并发送到ISDN接口；
步骤4.发送ISDN设备状态消息到监控模块；
步骤5.回到监听状态，直至收到退出命令。
要实现以上步骤，ISDN信令处理模块需要用到如下接口：
1.初始化时通过配置文件方式从配置模块获取相关参数(接口4)；
2.与调度模块之间通过操作系统消息接口交互信息(接口1)；
3.调用通用ISDN应用程序编程接口(CAPI)调用ISDN接口(接口2)；
4.通过监控模块提供接口发送自身状态信息(接口3)。
语音设备控制模块负责对语音编码模块的控制，按照以下步骤运行：
步骤1.从配置管理模块获取语音编码模块参数，完成模块初始化；
步骤2.进入监听状态，等待调度模块消息；
步骤2.1收到调度模块语音编解码消息，为该路呼叫创建状态，并调用语音编码模块开始进行语音编码转换，并绑定调度消息中提供的IPv6套接字，从中提取IPv6网络上的语音编码包，发送到语音编码模块；以及将从语音编码模块提取的语音包，从IPv6套接字中发送；
步骤2.2收到调度模块终止语音编解码消息，查找该路呼叫状态，发送消息通知语音编码模块停止该呼叫的语音编码转换，并删除该路呼叫状态；
步骤3.监控语音编码模块状态，并周期性发送状态消息到系统监控和配置管理层的监控模块；
步骤4.回到监听状态，等待调度模块消息；如收到中止请求，则退出模块。
要实现以上步骤，语音设备控制模块需用到如下接口：
1.通过配置文件的方式从配置模块处获得启动参数(接口4)；
2.与调度模块之间通过操作系统消息接口通信(接口1)；
3.向语音编码模块发送命令，并获取语音编码模块设备状态(接口2)；
4.通过监控模块提供接口发送自身状态信息(接口3)；
5.从操作系统IPv6套接字收发消息(接口5)。
SIP信令处理模块负责IPv6网上的SIP消息的接受、处理和生成，按以下步骤运行：
步骤1.从配置管理模块获取SIP信令处理模块初始化参数，初始化模块；
步骤2.进入监听状态，等待从IPv6套接字来的SIP消息以及调度模块发来的系统消息
步骤3.1如收到从IPv6套接字发来的SIP消息，则根据具体SIP消息的不同，产生相应的SIP应答消息，并从IPv6套接字发送；并发送相对应的系统消息到调度模块；
步骤3.2如收到调度模块发来的系统消息，则根据消息的不同，以及SIP状态机的当前状态，产生相应的SIP消息，从IPv6套接字接口发出；
步骤4.向监控模块发送状态信息；
步骤5.重新进入监听状态，直至收到退出命令；
要实现以上步骤，SIP信令处理模块需要用到如下接口：
1.通过配置文件从配置模块处获得启动参数(接口4)；
2.与调度模块通过系统消息传递控制信息(接口1)；
3.从操作系统层的IPv6套接字接收和发送SIP消息(接口2)；
4.通过监控模块提供接口发送自身状态信息(接口3)。
调度模块负责信令处理层各子模块之间的调度和调配，按照以下步骤运行：
步骤1.调度模块初始化；
步骤2.进入监听状态，等待从SIP信令处理模块和ISDN信令处理模块发来的系统消息；
步骤3.1如收到从SIP信令处理模块传来的呼叫请求或挂断请求，则生成或删除相应呼叫状态信息，并将该呼叫或挂断请求映射到ISDN消息，并发送系统消息通知ISDN信令处理模块；
步骤3.2如收到从ISDN信令处理模块发来的呼叫请求或挂断请求，则将该请求映射到SIP消息，并发送系统消息通知SIP信令处理模块；
步骤3.3如收到SIP信令处理模块传来的呼叫应答请求，则通过系统消息通知ISDN信令处理模块该应答，并发送系统消息通知语音设备控制模块；
步骤4.向监控模块发送状态信息；
步骤5.重新进入监听状态，直至收到退出命令。
要实现以上步骤，SIP信令处理模块需要用到如下接口：
1.通过监控模块提供接口发送自身状态信息(接口1)；
2.通过操作系统消息与SIP信令处理模块交互(接口2)；
3.通过操作系统消息与ISDN信令处理模块交互(接口2)；
4.通过操作系统消息与语音设备控制模块交互(接口2)。
控制层的主要功能是对监控网关的运行情况，并根据具体网络环境对网关的参数进行配置。分为监控模块和配置模块两部分。
监控模块负责监控SIP信令处理模块、ISDN信令处理模块、语音设备控制模块以及调度模块的运行状态，由上述四个模块通过监控模块提供的接口定期提供自身的状态信息。
配置管理模块负责对信令处理层各个模块的运行参数进行配置。配置管理模块自身通过Web界面与用户交互，配置内容保存到配置文件中；信令处理层各模块在初始化时通过读取配置文件获取相应参数。
如图3，使用本发明时，应该将IPv6路由可达的以太网线插入设备网口，将与PSTN交换机相连接的ISDN PRI E1/T1线路接口，使用本新型网关所提供Web配置接口对网关IPv6地址和当地ISDN协议参数进行配置，将设备上电便可使用。只需要将IPv6上的基于会话初始协议的到传统PSTN电话的语音通话请求转发到本网关进行呼叫，便可以完成IPv6到传统电话的语音通话。
技术特征：
1.支持IPv6接入，完整IPv6解决方案；
2.支持会话初始协议RFC3261标准；
3.支持ETSI-DSS1、NI-1/INS-64，E1-R2等多种ISDN D信道协议；
4.支持G.711，G.726，GSM语音编码；
5.支持G.168回波抵消；
6.支持DTMF传输、检测和生成
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的层次结构图。
图2是本发明的具体组成及模块连接图。
图3是本发明使用时的拓扑连接图。
图4是本发明在呼叫建立阶段的信令和语音通信流程
1.1SIP呼叫请求；
1.2ISDN呼叫请求；
1.3模拟电话呼叫请求；
2.1电话响铃；
2.2ISDN响铃信号；
2.3SIP响铃应答；
3.1用户接听电话；
3.2ISDN接通信令；
3.3SIP 200呼叫成功应答；
4.1SIP呼叫成功确认请求；
4.2ISDN呼叫建立确认消息；
5.1IPv6上RTP封装的语音流；
5.2ISDN网络D信道语音流；
5.3模拟语音信号。
图5是本发明SIP客户端结束通话时的信令流程
1.1SIP挂断请求；
1.2ISDN挂断请求；
1.3模拟电话挂断信号；
2.1电话挂断；
2.2ISDN释放请求；
3.1ISDN释放完成请求；
3.2发送语音编解码释放指令；
3.3SIP挂断成功应答。
图6是本发明PSTN端结束通话时的信令流程。
1.1模拟电话挂断信号；
1.2ISDN挂断请求；
1.3SIP挂断请求；
2.1SIP挂断成功应答；
2.2ISDN释放请求；
2.3语音编解码模块释放请求；
3.1ISDN释放完成应答。
具体实施方式
下面结合附图对本发明工作流程、各模块间调度关系作进一步详细的描述。
(1)呼叫建立信令流程
如图4所示，IPv6网络的基于SIP协议VoIP用户需要拨打传统电话时，SIP客户端首先发送SIP呼叫请求到本网关(1.1)，该请求通过以太网口、IPv6协议栈，被传递到SIP信令处理模块；SIP信令处理模块收到SIP呼叫请求后，获取被呼叫号码，并记录呼叫着的多媒体会话协商信息，然后发送消息到调度模块，调度模块发送消息到ISDN信令处理模块，由ISDN信令模块构造相应的ISDN Q931请求，ISDN信令处理模块通过CAPI驱动，调用ISDN板卡，发送ISDN呼叫请求到PSTN网络中(1.2)，经过中继，该呼叫请求最终被发送到被叫电话(1.3)，被叫电话开始响铃后(2.1)，将响铃信号被中继到本网关ISDN接口(2.2)，ISDN信令处理模块处理该响铃信号，并发送消息到调度模块，调度模块通知SIP信令产生SIP 183响铃请求，并通过IPv6协议将该请求发送到会话发起者，通知会话发起者被呼叫方已经开始响铃(2.3)；当被呼叫方接听电话时(3.1)，PSTN网络发送接通ISTN信令到网关ISDN板卡(3.2)，ISDN信令处理模块接受到该信号，发送消息通知调度模块，调度模块发送消息通知SIP模块收到会话已接通，SIP信令处理模块根据在流程1.1中所保存的关于呼叫发起者的IPv6地址、呼叫发起者SIP客户端所支持的语音编码方式、以及自身语音编解码模块所支持的编解码方式产生呼叫成功应答请求，通知呼叫发起者网关的IPv6地址、端口以及希望采用的语音编码方案(3.3)，呼叫发起者收到该呼叫成功消息后，发送SIP应答消息到本网关，SIP信令处理模块收到该应答消息后，通知调度模块，调度模块通知ISDN模块生成ISDN连接应答消息，由ISDN信令处理模块调用底层ISDN设备，发送ISDN连接成功应答到PSDN网络；并通知语音设备控制模块为新会话处理语音编解码请求。至此，IPv6SIP用户拨打固定电话呼叫信令已全部处理完毕。
(2)呼叫建立语音流程
如图4，呼叫成功建立之后，PSTN端的模拟语音信号会发送到当地PSTN交换机，并根据本地的ISDN标准定义编码方式转换成数字信号，并最终发送到本网关(5.2)，本网关的ISDN处理模块将将会将所有的语音数据发送到语音编码模块，由语音编码模块使用上述信令协商过程中约定的编码方式进行编码，并转发到呼叫发起者SIP客户端的IPv6地址、端口；同时，呼叫发起者的语音内容也会由SIP客户端按照约定的编码方式编码，发送到本网关，本网关的语音编码模块按照ISDN线路所约定编码方式对语音编码进行转换，然后将语音内容通过ISDN链路转发，最终到达被呼叫方。语音流持续到会话结束。
(3)SIP侧结束呼叫流程
呼叫的挂断类似于呼叫建立流程，如图5，SIP IPv6客户端发送SIP挂断请求到本网关(1.1)，SIP信令处理模块发送相应消息通知调度模块，调度模块通知ISDN模块发送ISDN挂断请求到PSTN网络(1.2-1.3)，PSTN侧挂断电话后(2.1)，PSDN网络返回线路释放信令到本网关(2.2)，ISDN模块发送释放完成消息到ISDN线路(3.1)并通知调度模块，调度模块发送释放资源消息到语音编解码模块(3.2)，然后通知SIP信令模块发送SIP挂断请求，SIP信令模块发送挂断成功消息到SIP客户端(3.3)，挂断请求完成。
(4)PSTN侧结束呼叫流程
如图6，在PSTN侧挂断电话后(1.1)，PSTN网络发送ISDN挂断信令到本转换网关(1.2)，ISDN信令处理模块收到该消息，并通知调度模块，调度模块通知SIP信令模块发送SIP Bye请求到IPv6侧SIP客户端(1.3)，SIP客户端对该Bye请求进行应答，发送应答请求到网关(2.1)，SIP信令处理模块接受到该Bye请求，产生相应消息到调度模块，调度模块通知ISDN模块产生ISDN释放请求(2.2)，由ISDN模块转发，并通知语音设备控制模块发送释放信息到语音编码模块(2.3)；ISDN信令处理模块在收到ISDN释放完成信令后(3)，释放ISDN链路。
Claims (3)
1、一种连接IPv6网络电话和PSTN的语音网关，其特征在于，所述语音网关依次含有以下各个组成部分：硬件层、驱动程序及链路管理层、操作系统层、信令处理层以及设有系统监控模块和配置管理模块的系统监控和配置管理层，其中：
硬件层，含有：以太网网卡和ISDN接口卡，进行数据的收发，该以太网网卡依次经过局域网、防火墙与IPv6网络相连，ISDN接口卡则经过PSTN交换机与PSTN网络相连，该ISDN接口卡还配有专用的语音编解码芯片；
驱动程序及链路管理层，驱动所述的以太网网卡和ISDN接口卡，并为操作系统和上层应用模块提供访问接口，该驱动程序及链路管理层内设有与以太网网卡互连的以太网网卡驱动程序、与ISDN接口卡互连的ISDN接口卡语音编解码芯片驱动程序，以及ISDN接口卡驱动程序；
操作系统层设有带IPv6套接字接口的IPv6协议栈、与所述语音编码模块驱动程序互联的语音编解码接口以及ISDN接口；
信令处理层设有：会话初始协议(SIP)信令处理模块、语音设备控制模块、ISDN信令处理模块以及调度模块，这些模块用于IPv6网上SIP信令与PSTN网中ISDN信令的处理与转换，其中：
ISDN信令处理模块，按以下步骤进行ISDN信令的解析与产生：
通过与系统监控和配置管理层中的配置管理模块互联的通信接口载入本ISDN信令处理模块的初始化参数；
进入监听状态，通过与操作系统层中的ISDN接口互联的通信接口等待ISDN接口中的消息，并通过与所述调度模块互联的通信接口等待输入调度消息；
在收到ISDN消息后，根据ISDN消息类型，向调度模块发送系统消息；
在收到调度消息后，根据其内容产生相应的ISDN消息，发送至ISDN接口；
通过与系统监控和配置管理层中监控模块互连的通信接口向监控模块发送ISDN设备状态消息；
回到监听状态，等待收到消息或退出命令；
语音设备控制模块按以下步骤实现对操作系统层中的语音编解码模块的控制：
从与所属配置管理模块互联的通信接口中获取语音编码模块参数，完成初始化；
进入监听状态，从与所述调度模块互联的通信接口中等待调度模块的语音编解码消息；
在收到调度模块的语音编解码消息后，为该路呼叫建立状态，从与语音编解码模块互连的通信接口中发送启用语音编码转换消息，并绑定所述语音编解码消息中提供的IPv6套接字，从中提取IPv6网络上的语音编码包，发送到语音编解码模块，并从语音编解码模块中提供转换好的来自ISDN网络的语音包，从IPv6套接字中发送到操作系统层中的IPv6协议栈；
在收到调度模块发出的终止语音编解码消息后，通知语音编解码模块停止该路呼叫的语音编码转换，并删除该路的呼叫状态；
回到监听状态，周期性地向所述监控模块发送状态消息；
SIP信令处理模块按以下步骤进行IPv6网上的SIP消息的接受、处理与生成：
从与配置管理模块互连的通信接口中获取SIP信令处理模块初始化参数；
进入监听状态，从与操作系统层中IPv6协议互连的通信接口中等待从IPv6套接字中来的SIP消息，从与调度模块互连的通信接口中等待发来的系统消息；
收到从IPv6套接字发来的SIP消息后，根据SIP消息的类型，产生相应的SIP应答消息，并从IPv6套接字中发送；并向调度模块发送系统消息；
收到调度消息后，根据消息类型，以及SIP状态机的当前状态，产生相应的SIP消息，从IPv6套接字中发出；
回到监听状态，周期性向所述监控发送状态消息，并等待其他消息和退出命令；调度模块按以下步骤进行信令处理层各个模块之间的调度和调配：
初始化后进入监听状态，等待从SIP消息处理模块和ISDN信令处理模块发来的系统消息；
在收到从SIP信令处理模块传来的呼叫或挂断请求后，生成或删除相应的呼叫状态信息，并把该SIP信令映射到ISDN消息类型，向ISDN信令处理模块发送调度消息；
收到从ISDN信令处理模块发来的呼叫或挂断请求后，则把该消息映射到相应SIP消息类型，并向SIP信令处理模块发送系统消息；
在收到从SIP信令处理模块传来的呼叫应答请求后，则用系统消息通知ISDN信令处理模块，并发送系统消息通知语音设备控制模块；
向监控模块发送状态消息，再重新进入监控状态，直到收到退出命令；
系统监控和配置管理层，监控所述语音网关运行情况，并根据具体网络环境对所述语音网关的参数进行配置，其中：
监控模块负责监控SIP信令处理模块、ISDN信令处理模块、语音设备控制模块以及调度模块的运行状况；
配置管理模块负责对信令处理层各个模块的运行参数进行配置，该配置管理模块自身通过Web界面与用户交互，并将配置内容保存到配置文件中。
2、根据权利要求1所述，本连接IPv6网络电话和PSTN的语音网关，其特征在于，所述的以太网接口卡为符合IEEE 802.3标准的10/100/1000M RS45接口。
3、根据权利要求1所述，本连接IPv6网络电话和PSTN的语音网关，其特征在于，所述的ISDN接口卡为ISDN主速率E1/T1接口。
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