CN103167195A

CN103167195A - 一种支持voip和pstn网络融合的通信系统

Info

Publication number: CN103167195A
Application number: CN2013101221609A
Authority: CN
Inventors: 王建军; 何莉英; 郭洁; 吴莉
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2033-04-10
Also published as: CN103167195B

Abstract

本发明涉及一种支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，OLT和ONU之间通过VOIP协议接入，OLT的子卡把VOIP协议转换为V5协议，OLT通过V5协议接入到本地数字交换机；OLT将ONU发送的IP语音终结在E1接口，然后转换成模拟信号发送到目的地；反向将E1接口的模拟信号打包为IP语音，发送到ONU，通过这样的方式实现VOIP和PSTN网络互通。本发明所述的通信系统，同时兼容PSTN和IP网络，对PSTN无影响，降低了内部电话的成本；可通过扩充单盘的数量来提高系统整体的性能，与OLT其他功能独立，同时与OLT采用GE上联，保证单盘的独立性，易于在其他设备上推广。

Description

一种支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统

技术领域

本发明涉及VOIP和PSTN两种网络的融合技术，具体说是一种支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统。尤指NGN语音和V5语音合二为一的通信系统及方法。

背景技术

本发明中所使用的名词解释如下：

V5.2技术规范-本地数字交换机与接入网的通信技术规范

SIP-Session Initiation Protocol会话发起协议

MGCP-Media Gateway Control Protocol媒体网关控制协议

PCM-Pulse Code Modulation脉冲编码调制

H.248/Megaco-媒体网关控制协议

DSP-Digital Signal Process数字信号处理

PowerPC-由摩托罗拉生产的主要用于嵌入式系统的CPU系列

VOIP-Voice over IP，基于IP网络的语音业务

NGN-Next Generation Network新一代网络

OLT-Optical Line Terminal Epon局端设备

ONU-Optical Network Unit Epon终端设备

PSTN-Public Switch Telephone Network公用电话交换网

VOIP即网络电话，通过IP数据包发送实现的语音业务，将模拟的声音讯号引经过压缩与封包之后，以数据封包的形式在IP网络进行语音讯号的传输，通俗来说也就是互联网电话或IP电话。它使你可以通过互联网免费或是资费很低地传送语音、传真、视频和数据等业务。

PSTN，即我们日常生活中常用的电话PSTN网。PSTN是一种以模拟技术为基础的电路交换网络。公共交换电话网是基于标准电话线路的电路交换服务，用来做为连接远程端点的连接方法。

随着互联网的不断发展，IP网络的带宽逐渐增大，特别是宽带数据接入业务处于高速发展的今天，宽带用户在不断增多，相应地在这之上扩展业务的需求也日趋迫切，IP网络将成为融合话音、高速数据和视频多媒体业务，标准化强、开放性好、扩展性强的网络，因此IP语音业务必将顺应这个潮流成为一种经典应用。

但在PSTN还广为流行的今天，虽然VOIP拥有许多优点，但绝不可能在短期内完全取代已有悠久历史并发展成熟的PSTN电路交换网，而需要一个平滑的升级过程。在相当长的时间内，PSTN和VOIP还会处在一个共存的环境里，缺一不可。所以现阶段两者势必会共存一段时间。为了要让两者间能相互沟通，势必要建立一个互通的接口及管道。

如何与现有PSTN网络互通，VOIP电话/VOIP网络电话智能网业务的开发，无论在长途还是在本地网都是需要解决的问题。传统PSTN是属封闭式架构，但IP网络则属开放式架构，如今VOIP的最大课题之一就是如何在开放架构下，而能达到各家厂商VOIP产品或建设的互通与兼容，同时地造成各家产品在整合测试及验证上的困难度。目前的解决方法是透过国际电信组织不断拟定及修改的标准协议，来达到不同产品间的兼容性问题，以及IP电话与传统电话的互通性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，系统同时成功地兼容了PSTN和IP网络，使网络平滑地向NGN过渡；一方面，PSTN的使用不受任何影响，另一方面，IP语音的使用，使得内部电话的成本大大地降低；系统可通过扩充单盘的数量来提高系统整体的性能(例如在OLT内插多块V5上联盘来扩充容量)，与OLT其他功能独立，同时与OLT采用GE上联，保证单盘的独立性，可以很容易的在其他设备上进行推广。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，其特征在于：OLT和ONU之间通过VOIP协议接入，OLT的子卡把VOIP协议转换为V5协议，OLT通过V5协议接入到本地数字交换机；

OLT将ONU发送的IP语音终结在E1接口，然后转换成模拟信号发送到目的地；反向将E1接口的模拟信号打包为IP语音，发送到ONU，通过这样的方式实现VOIP和PSTN网络互通。

在上述技术方案的基础上，系统通过在OLT内插多块V5上联盘来扩充容量。

在上述技术方案的基础上，OLT的子卡通过硬件子系统和软件子系统的协作实现VOIP和V5的协议转换。

在上述技术方案的基础上，所述OLT的子卡通过千兆总线GE接入到LOT背板并通过LOT背板供电，通过百兆总线FE支持背板的百兆管理通道，子卡通过GE与OLT的主控盘以及LOT下面接入的ONU进行通信，

LOT通过PUBA盘对ONU进行配置管理，

LOT同时提供32路E1接口接入到本地数字交换机，

所述OLT的子卡的硬件子系统包括：

中央处理器CPU，负责VOIP信令协议的处理、V5协议栈处理和各个硬件模块的驱动维护；

配有外挂SDRAM的数字信号处理DSP，负责终结ONU接入的VOIP语音流，将语音流放在PCM总线的时隙；

交叉芯片：负责交叉DSP的时隙与E1时隙；

E1成帧模块：V5信令流与语音流的传输；

Flash模块：存储软件镜像文件；

DDR模块：提供软件运行空间；

FPGA模块：用于时钟控制；

交换芯片：用于转发包；

Bootrom模块；无盘启动ROM。

在上述技术方案的基础上，所述OLT的子卡的软件子系统包括：配置管理模块、协议转换单元、通话控制单元、VOIP Server单元、V5协议栈、日志功能单元、E1驱动、FPGA驱动、交叉芯片驱动、DSP驱动、BSP及交换芯片驱动；

ONU通过VOIP信令协议和本系统进行通信，如是外部电话，则系统把VOIP协议转换为V5协议，和本地数字交换机进行通信，同时把IP语音终结到该系统的E1接口，把RTP语音还原到PCM总线，接入到本地数字交换机和外部电话通话，反向将E1接口的模拟信号打包为IP语音，发送到ONU，实现VOIP和PSTN网络互融。

在上述技术方案的基础上，系统中通过私网IP与主控盘通信，采用10.25.100.x格式，x为槽位号；系统中通过公网IP与ONU通信，公网IP为除私网IP、10.25.0.0/16和10.27.0.0/16网段之外的任意其他IP。

本发明所述的支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，系统同时成功地兼容了PSTN和IP网络，使网络平滑地向NGN过渡；一方面，PSTN的使用不受任何影响，另一方面，IP语音的使用，使得内部电话的成本大大地降低；系统可通过扩充单盘的数量来提高系统整体的性能(例如在OLT内插多块V5上联盘来扩充容量)，与OLT其他功能独立，同时与OLT采用GE上联，保证单盘的独立性，可以很容易的在其他设备上进行推广。

附图说明

本发明有如下附图：

图1使用场景与测试组网环境。

图2子卡硬件架构图。

图3单盘结构图。

图4软件结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，OLT和ONU之间通过VOIP协议接入，OLT的子卡(子线卡)把VOIP协议转换为V5协议，OLT通过V5协议接入到本地数字交换机；

OLT将ONU发送的IP语音终结在E1接口，然后转换成模拟信号发送到目的地；反向将E1接口的模拟信号打包为IP语音，发送到ONU，通过这样的方式实现VOIP和PSTN网络互通。如图1所示的使用场景与测试组网环境中，使用的是AN5516 OLT(具体型号为AN5516-O6B)，在AN5516 OLT通过子卡实现支持V5上联语音功能，AN5516 OLT是一个LOT的具体实施例，但并非限定本发明仅能用于AN5516 OLT。

在上述技术方案的基础上，系统通过在OLT内插多块V5上联盘来扩充容量。本系统可通过扩充单盘的数量来提高系统整体的性能，与OLT其他功能独立，单盘结构图参见图3；同时与OLT采用GE上联，保证单盘的独立性，可以很容易的在其他设备上进行推广。本系统提供最大32路E1接口，最大支持1k用户同时通话，并且可以同时支持4个V5接口，可用于连接不同的上层交换机。本系统设计为最大可配置注册16k用户，最大支持1k用户同时通话。

OLT的子卡通过硬件子系统和软件子系统的协作实现VOIP和V5的协议转换上，以下对OLT的子卡从硬件技术和软件技术两方面进行阐述。

1.硬件技术：

如图2所示，OLT的子卡通过千兆总线GE(Gigabit Ethernet)接入到LOT背板并通过LOT背板供电，通过百兆总线FE(FastEthernet，快速以太网，是目前主流100M网络的称呼，也是通常说的百兆网)支持背板的百兆管理通道(该管理通道与面板的调试网口复用，不可同时使用)，子卡通过GE与OLT的主控盘以及LOT下面接入的ONU进行通信，

LOT通过PUBA盘对ONU进行配置管理，即本发明的系统不可替代PUBA盘，这是由于实现V5上联时，ONU依然是NGN上行，需要PUBA盘对ONU进行配置管理，

LOT同时提供32路E1接口接入到本地数字交换机，

所述OLT的子卡的硬件子系统包括：

中央处理器CPU，本发明的系统以软件为主，所以选择功能强大的PowerPC 8548处理器，负责VOIP信令协议的处理、V5协议栈处理和各个硬件模块的驱动维护；

配有外挂SDRAM的数字信号处理DSP，采用型号为Mindspeed82910的DSP，负责终结ONU接入的VOIP语音流，将语音流放在PCM总线的时隙；为了提高集线比，将采用目前单片端口数最大的Mindspeed82910芯片处理语音，并可最大配置两块；DSP外挂SDRAM内存要求32M；

交叉芯片：负责交叉DSP的时隙与E1时隙；

E1成帧模块：V5信令流与语音流的传输；

Flash模块：存储软件镜像文件，要求至少为32M；

DDR模块：提供软件运行空间，要求至少为512M Bytes；

FPGA模块：用于时钟控制；

交换芯片：用于转发包；

Bootrom模块；无盘启动ROM。

2.软件技术：

本系统软件主要关注如何实现将NGN语音和V5语音的互通。OLT通过OMCI或者OAM标准协议实现ONU配置管理。该软件上提供了软交换平台的功能、VOIP和V5协议解析及两种协议互转的功能。

如图4所示，所述OLT的子卡的软件子系统包括：配置管理模块、协议转换单元、通话控制单元、VOIP Server单元、V5协议栈、日志功能单元、E1驱动、FPGA驱动、交叉芯片驱动、DSP驱动、BSP及交换芯片驱动；

ONU通过H248/SIP/MGCP等VOIP信令协议和本系统进行通信，如是外部电话，则系统把VOIP协议转换为V5协议，和本地数字交换机进行通信，同时把IP语音终结到该系统的E1接口，把RTP语音还原到PCM总线，接入到本地数字交换机和外部电话通话，反向将E1接口的模拟信号打包为IP语音，发送到ONU，实现VOIP和PSTN网络互融。

其实现的具体流程是：

(1)ONU通过H248/SIP/MGCP等VOIP信令协议将摘机、上报的电话号码等事件给本系统的VOIP Server模块。

(2)VOIP Server模块将接收到的事件传递给通话控制模块，分析用户呼叫的电话号码，是外地的电话号码则发送到V5协议模块，是内部通话直接在通知VOIP Server模块，进行内部通话环回。

(3)如所拨的电话属于OLT的外部电话，则本系统的V5协议栈模块把VOIP协议转换为V5协议，和本地数字交换机进行通信。

(4)通过VOIP Server的控制DSP的通道建立，交叉芯片的驱动和管理动态将DSP的时隙与E1时隙进行交叉，ONU发送的IP语音终结在该系统的E1接口，把RTP语音还原到PCM总线，接入到本地数字交换机和外部电话通话，反向将E1接口的模拟信号打包为IP语音，发送到ONU，实现VOIP和PSTN网络互融。

软件子系统的各个模块、单元的功能介绍如下：

(1)配置管理模块：包括本地命令行管理，与主控盘通信，配置数据存取。提供CLI管理方式，主从通信模块，配置数据存取。本地命令行将提供最大集合的控制命令，可以通过本地Console和远程Telnet进行管理。主从通信负责与主控盘通信，处理网管的配置，状态读取，上报告警等功能。本地命令行的配置和主从通信收到的配置，最终都放在配置数据存取模块，供其他模块获取。

(2)协议转换单元：将VOIP信令转换为V5信令。

(3)通话控制单元：实现VOIP内部通话。分析用户呼叫的电话号码，是外地的电话号码则发送到V5协议模块，是内部通话直接在通知VOIP Server模块，进行内部通话环回。

(4)VOIP Server单元：该模块要求接受ONU的事件，将用户摘挂机事件或者拨打的号码，传递给通话控制模块，建立与ONU的RTP流通道。作为被叫时接收通话控制，向ONU发出创建通话或振铃的信令。VOIP Server模块又可分为协议解析，协议控制和注册管理三大功能。协议解析是将标准协议进行解析；协议控制是处理用户通话状态机；注册管理负责ONU的注册信息，管理注册的电话号码。VOIPServer模块处理ONU发送的VOIP信令，将VOIP信令转换为V5的信令，发送给V5协议栈，同时从V5协议栈接收V5信令，将V5信令转换为VOIP信令发送给ONU。并且根据ONU上报的事件，负责分配DSP的时隙，管理DSP的通道，交叉DSP和E1的时隙。VOIP Server模块接收ONU上报的用户事件，发送给V5协议栈进行处理。目前可以使用SIP协议或MGCP协议或AN5116使用的私有协议或H.248协议进行通信。根据目前产品的情况，我们推荐H.248协议。

比较如下：

(5)V5协议栈：负责V5接口的启动，V5协议状态机。它与本地数字交换机的V5信令的交换，与VOIP Server模块通过消息队列进行通信。管理通话的E1时隙。V5协议栈又可分为PSTN，BCC，端口控制，链路控制，保护协议等模块。本模块与本地数字交换机通过V5.2协议进行通信，本模块与VOIP Server模块通过消息队列进行通信

(6)日志功能单元：调试信息本地打印，本地保存.记录软件的调试信息，要求能本地打印，远程输出，本地保存，远程输出时需要设置远程IP，使用syslog协议要求。

(7)E1驱动：负责驱动E1芯片，负责1数据的收发

(8)FPGA驱动：时钟控制

(9)交叉芯片驱动：负责交叉芯片管理，将DSP的时隙与E1的时隙进行交叉。

(10)DSP驱动：负责DSP的通道管理，参数配置。完成DSP的Firmware下载，通过VOIP Server的控制DSP的通道，将ONU发过来的RTP语音还原到PCM总线，反向将PCM总线上的数据打成RTP包，发到指定的ONU。本模块与DSP通过以太网类型0x889b通信。

(11)BSP及交换芯片驱动：收发以太网包，vlan配置等

本系统存在两个IP地址：

私网IP与主控盘通信，采用10.25.100.x格式，x为槽位号；公网IP用来与ONU通信，除了10.25.0.0/16和10.27.0.0/16网段，其他IP都可以使用。

本系统中的私网IP与主控盘通过vlan4089通信。本系统中的公网IP与ONU通信的vlan属于OLT的业务vlan，范围为1-4085，当配置该vlan时，需要制定本系统的槽位号，取代现有系统的上联盘，也就是说该vlan的数据是不能出OLT的。

本系统的OLT与ONU之间固定采用G.711A编码方式，20毫秒打包间隔。使用G.711A编码可以保证语音质量，降低DSP的处理消耗，最大限度的使用DSP的路数资源。使用20毫秒的间隔可以在保证语音质量的同时，降低流量。为了避免DSP处理对于语音信号的损害，DSP将做成G.clear模式，ONU的RTP数据不做任何处理直接放在PCM总线上，从PCM总线上的数据也将不做任何处理的发给ONU。

本系统支持配置16k用户，那么在16k用户找到呼叫用户的信息，将是影响整体性能的关键因素。

算法1：将配置的电话号码按从小到大的顺序排列，最小的电话号码为A，需要找的电话号码为B，那么第一次去查找的索引C＝B-A，如果索引C对应的电话号码不是所要找的电话号码，那么根据索引C对应的电话号码D与B的差值来修正索引C，如果D与B的差值为1，那么查找失败。

算法2：将配置的电话号码与0x3fff进行与运算，将运算的结果作为索引，如果该索引的位置已存储有电话号码，那么动态申请一块内存，存储用户数据并链接在该表之后。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，其特征在于：OLT和ONU之间通过VOIP协议接入，OLT的子卡把VOIP协议转换为V5协议，OLT通过V5协议接入到本地数字交换机；

2.如权利要求1所述的支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，其特征在于：系统通过在OLT内插多块V5上联盘来扩充容量。

3.如权利要求1所述的支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，其特征在于：OLT的子卡通过硬件子系统和软件子系统的协作实现VOIP和V5的协议转换。

4.如权利要求3所述的支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，其特征在于：所述OLT的子卡通过千兆总线GE接入到LOT背板并通过LOT背板供电，通过百兆总线FE支持背板的百兆管理通道，子卡通过GE与OLT的主控盘以及LOT下面接入的ONU进行通信，

LOT通过PUBA盘对ONU进行配置管理，

LOT同时提供32路E1接口接入到本地数字交换机，

所述OLT的子卡的硬件子系统包括：

交叉芯片：负责交叉DSP的时隙与E1时隙；

E1成帧模块：V5信令流与语音流的传输；

Flash模块：存储软件镜像文件；

DDR模块：提供软件运行空间；

FPGA模块：用于时钟控制；

交换芯片：用于转发包；

Bootrom模块；无盘启动ROM。

5.如权利要求4所述的支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，其特征在于：所述OLT的子卡的软件子系统包括：配置管理模块、协议转换单元、通话控制单元、VOIP Server单元、V5协议栈、日志功能单元、E1驱动、FPGA驱动、交叉芯片驱动、DSP驱动、BSP及交换芯片驱动；

6.如权利要求1所述的支持VOIP和PSTN网络融合的通信系统，其特征在于：系统中通过私网IP与主控盘通信，采用10.25.100.x格式，x为槽位号；系统中通过公网IP与ONU通信，公网IP为除私网IP、10.25.0.0/16和10.27.0.0/16网段之外的任意其他IP。