Thiết kế Gateway thoại Internet và mô tả phần mềm VIPGATE

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
thit k Gateway thoi Internet v mụ t phn mm VIPGATE.
1.1 Mụi trng phỏt trin
1.1.1 tng quan
Tiờu chun
Mt s tiờu chun v quy trỡnh phỏt trin phn mm bao gm:
ISO 9000-9002;
Unified Process;
Rational Rose
TM

Cụng c phỏt trin phn mm hng i tng c s dng rng rói trờn th gii do
kh nng h tr ton b quy trỡnh phỏt trin phn mm .Ngoi ra ,nú cũn h tr quy
trỡnh phỏt trin thng nht (Unified Process).
Card Dialogic
Chi tit v phn cng ny s c trỡnh by trong mc sau
Dialogics SDK (software Development Kit)
B th vin phỏt trin phn mm ca Dialogic c cung cp cựng vi card phn cng
giỳp cho ngi phỏt trin cú th khai thỏc c cỏc tớnh nng ca card mt cỏch tng
i r dng.
Ngụn ng lp trỡnh Visual C++ 6.0
Ngụn ng lp trỡnh c s dng l Visual C++ vỡ nú l mt ngụn ng c dựng rng
rói trong cụng nghip
S cu hỡnh h phỏt trin :
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội 1
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Ex.11 Ex.15Ex.16 Ex.12
ViPGate
VipGate
Mạng Internet
PSTN

CO line 8345467
1.0.4.204
1.0.4.202
Hình 8-Cấu hình Phone to Phone sử dụng 2 Gateway kết nối qua
Internet
1.1.2 Cấu trúc phần cứng :
Trong mô hình chế tạo thử nghiệm Gateway tại phòng Chuyển Mạch Viện
Khoa Học Kỹ Thuật Bưu Điện phần cứng card gắn trên PC là card Dialogic D/41H
.Đây là card sử dụng kiến trúc vi xử lý kép có chức năng xử lý tín hiệu của một DSP và
chức năng tính toán logic và thao tác với số liệu của một bộ vi điều khiển đa dụng
80186.Với cách tiếp cận này ,do bảng mạch có thể tự xử lý các tính toán ỏ mức thấp
nên tải trên máy chủ giảm .Vì vậy,việc phát triển các ứng dụng mạch hơn trở nên dễ
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2
2
Line Interface Codec
DSP
DSP RAM
Control Bus
ControlProcessorSharedRAM Codec Data DRAM
PC ISA Bus
DATA IRG
PBX
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
dàng hơn.Kiến trúc này xử lý các sự kiện thời gian thực ,quản lý dòng số liệu trên máy
chủ (thời gian phản ứng của hệ thống nhanh hơn ) ,giảm yêu cầu xử lý ở máy chủ ,xử lý
DTMF và báo hiệu thoại và cho DSP thực hiện xử lý báo hiệu cho cuộc gọi tới .
Mỗi trong bốn giao diện dây thuê bao alalog trên bảng mạch D/41H nhận tiếng
nói ở dạng analog và báo hiệu thoại từ mạng PSTN .Mỗi giao diện dây thuê bao sử
dụng lẫy nhấc đặt máy có độ tin cậy cao (dùng công nghệ solid state nên không có tiếp
xúc cơ khí )và mạch phát hiện chuông theo tiêu chuẩn FCC-phần 68 loại B .Mạch phát

hiện chuông này hoạt động chính xác ngay cả khi có dao động điện thế trong mạng
.Mỗi giao diện còn có mạch bảo vệ chống điện áp cao và thay đổi môi trường của mạng
và cho phép chương trình ứng dụng nhấc máy vào bất cứ lúc nào trong khi đổ chuông
mà không làm hỏng bảng mạch.
Hình 8-Sơ đồ khối card D/41H
Giao diện điện thoại có một đường âm thanh (on-hook audio path ) để phát hiện
thông tin chủ gọi .Nó còn có thể phát hiện tone nhấn số ngay cả khi hạ máy .Khả năng
này cho phép bảng mạch hoạt động với PBX.
Tín hiệu thoại tới (chuông ,dòng điện mạch vòng ) được xử lý bởi giao diện đường thuê
bao và truyền tới bộ xử lý qua bus điều khiển .Bộ xử lý thông báo trình ứng dụng về
trạng thái báo hiệu và hướng dẫn phần giao diện đường thuê bao gửi báo hiệu (nhấc
/đặt máy ) ra mạng thoại.
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 3
3
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Tín hiệu tiếng nói alalog nhận từ mạng được bộ giao diện đường thuê bao lọc và làm
sạch và đưa vào mạch CODEC .CODEC lọc , lấy mẫu và số hoá tín hiệu âm tần analog
vào và gửi tín hiệu đã được số hoá sang bộ DSP của Motorola.
Dựa trên firmware của SpringWare cài đặt trong SRAM ,bộ DSP thực hiện phân tích
tín hiệu và một số hoạt động khác như sau :
Điều khiển khuếch đại tự động (Automatic gain Control ) để bù cho dao động của mức
tín hiệu âm tần đầu vào ;
• sử dụng thuật toán ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) hoặc
PCM (Pulse Code Modulation )để nén tín hiệu thoại đã được số hoá và để tiết kiệm
đĩa;
• phát hiện tone –DTMF ,MF, hoặc tone đơn hoặc tone kép được định nghĩa bởi trình
ứng dụng ;
• phát hiện khoảng lặng nhằm xác định xem đường dây có im lặng không và chủ gọi
không trả lời.
Đối với số liệu ra ,bộ DSP thực hiện hoạt động sau:

• dãn số liệu âm thanh (đã được nén )cho playback;
• điều chỉnh âm lượng và tốc độ playback theo yêu cầu của trình ứng dụng hoặc người
sử dụng .
• tạo tone –DTMF,MF hoặc tone đa dụng được trình ứng dụng định nghĩa .
• bộ xử lý kép còn thực hiện quay số và giám sát trạng thái cuộc gọi.
• truyền tín hiệu nhấc máy tới mạng thoại.
• quay số ra ngoài.
• giám sát và báo kết quả :đường bận hoặc nghẽn ;chặn bởi nhà vận hành mạng ;rung
chuông ,không ai nhấc máy ;hoặc nếu nhấc máy thì do người ,máy trả lời điện
thoại,máy făx hay modem trả lời.
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 4
4
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Trong khi ghi âm, bộ DSP sử dụng tốc độ số hoá từ 24kbps đến 64 kbps theo yêu cầu
của trình ứng dụng cho chất lượng tốt nhất và kích thước hiệu quả nhất .Tôc độ số hoá
được chọn cho từng kênh và có thể được thay đổi khi bắt đầu ghi hoặc phát .Tiếng nói
sau khi qua xử lý bởi DSP được truyền tới máy chủ PC và được lưu giữ ở đó.Khi phát
một file lưu trên đĩa ,bộ xử lý lấy thông tin thoại từ máy chủ PC và gửi tới bộ DSP .Bộ
DSP chuyển đổi một file sang tiếng nó số hoá .Bộ DSP gửi tiếng nó dạng số và báo
hiệu trả lời tới CODEC .CODEC chuyển sang tín hiệu dạng analog để truyền trong
mạng thoại.
Báo hiệu (nhấc /đặt máy ,chuông ...)được gửi tới bộ xử lý và truyền tới trình ứng dụng
qua RAM 2 cổng và ISA Bus của máy chủ PC.
Bộ vi xử lý điều khiển tất cả hoạt động của bảng mạch D/41H qua bus nội bộ ,dịch và
thực hiện các câu lệnh từ máy chủ PC .Nó xử lý các sự kiện thời gian thực ,quản lý
dòng số liệu tới máy chủ PC,làm tăng nhanh thời gian đáp ứng của hệ thông.
Trao đổi thông tin giữa bộ vi xử lý và máy chủ PC được thực hiện qua RAM chung 2
cổng .RAM đóng vai trò bộ đệm vào ra do đó tăng hiệu suất truyền file từ /đến
đĩa.RAM được nối với maý chủ PC qua bus ISA.Tất cả hoạt động được thực hiện với
ngắt nhằm đáp ứng yêu cầ về thời gian thực của hệ thống .Khi khởi tạo hệ thống

,firmware của SpringWare được tải từ máy chủ PC xuống RAM mã /số liệu và RAM
DSP .Cơ chế tải firmware làm cho việc nâng cấp cải tiến được dễ dàng hơn.
1.2 Giải pháp thiết lập bộ đệm .
Một board thoại 4 kênh của Dialogic (ví dụ như D41H ) có bốn tài nguyên xử
lý thoại, thường được sử dụng cho 4 kênh đọc /ghi thoại tương tự .
Giải pháp bộ đệm định lại tài nguyên xử lý thoại và gán kênh 1 và 2 để đọc ,kênh 3 và
4 để ghi, từ đó cho phép hai cổng thoại song công.
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 5
5
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Dữ liệu thoại PCM (ghi và đọc riêng biệt ) từ một ứng dụng Gateway Internet
được gửi thẳng đến các tài nguyên trên board ,nơi nó được xử lý và đưa ra như tín hiệu
thoại analog tiêu chuẩn .Ngược lại ,một tín hiệu thoại analog tiêu chuẩn nhận được từ
mạng telephone (CO hoặc PBX) được phân chia bởi board thoại thành dữ liệu đọc và
ghi và được gửi thẳng đến ứng dụng Gateway .
Một ứng dụng Internet GateWay điển hình thực hiện các chức năng sau:
• Lấy dữ liệu thoại từ Internet ,chuyển từ dữ liệu thoại IP sang PCM, và chuyển dữ
liệu PCM đến board thoại nơi nó được đọc ra ở máy điện thoai.
• Ghi dữ liệu thoại analog từ điện thoại, chuyển nó đến ứng dụng ,đổi từ PCM sang
dữ liệu thoại IP ,và chuyển dữ liệu IP lên Internet .
Telephone
De code r
Decorde r
DataS treaming
DataS treaming
Channel 3
Firmware
Buffer
Channel 3
Firmware Buffer

Echo Cance l
Channe l 1
A
n
a
l
o
g

V
o
i
c
e
Analog Voice
Dialogic Voice Board
Play
Re cord
PCM
PCM
Application
Voice Ove r IP
Voice Ove r IP
Internet
Hình 8-Hình Sơ đồ khối của giải pháp bộ đệm
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 6
6
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Chất lượng của Internet Telephony GateWay được cải thiện bởi khả năng truyền
dữ liệu thoại của nó giưã board thoại Dialogic và ứng dụng nhanh

Internet gateway Application
Re scource 1
Rescource3
Rescource2
Rescource4
CO or
PBX
Internet
Channel1
Channel 2
PCM
Record
PCM
Play
PCM
Play
PCM
Record
Telephone
Telephone
hết
mức có thể .Có hai phương pháp chuyển dữ liệu thoại: luồng UIO (phương pháp 1 ) và
luồng đọc ghi trực tiếp-PRDS (phương pháp 2 ).
Hình 8-Hình Gateway cơ bản
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 7
7
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
1.2.1 Phương pháp truyền dữ liệu qua 3 bộ đệm.
Luồng UIO là một phương án thuộc giải pháp bộ đệm (hình 3 ) .Dữ liệu thoại nhận
được từ mạng thoại (ghi ) được ghi vào bộ đệm firmware của board thoại .Driver thoại

sau đó điều khiển việc chuyển dữ liệu từ bộ đệm firmware đến một bộ đệm của
driver .Các bộ đệm Driver được tạo ra trong bộ nhớ của người dùng sử dụng hàm
dx_setparm() , và có thể được gán bất kỳ giá trị nào trong khoảng 256 byte đến 1
KB.Trong quá trình ghi ,khi bộ đệm driver đã đầy ,driver thoại gọi hàm write() của
người dùng (được chỉ ra trong hàm dx_setuio()).Thông thường , hàm write() được sử
dụng để lưu dữ liệu trong bộ đệm ứng dụngđể xử lý.
Dữ liệu thoại nhận được từ Internet (đọc ) được lưu vào trong bộ đệm ứng dụng
.Trong khi đọc , khi driver thoại cần dữ liệu, một hàm read() của người dùng (được chỉ
ra trong hàm dx_setuio() ) được sử di\ụng để lưu dữ liệu đến bộ đệm của driver (Nếu
không có dữ liệu ,driver thoại chèn khoảng lặng vào bộ đệm firmware ). Driver thoại
sau đó chuyển dữ liệu đến bộ đệm firmware nơi nó được xử lý và gửi đi khỏi board
thoại đến mạng telephone.
Trễ tổng thể qua Internet GateWay có thể được giảm bớt nhờ điều chỉnh cỡ bộ
đệm của cả firmware và driver .Để hoạt động tối ưu ,cỡ của bộ đệm driver phải được
đặt ở giá trị ít nhất gấp đôi cỡ bộ đệm firmware. Ví dụ khi sử dụng cỡ bộ đệm firmware
là 512 byte và cỡ bộ đệm driver là 1.5kb thì trễ xấp xỉ 225 ms.
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 8
8
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
inte rne t
Application Buffer
Use r Me mor y
Inte r ne t
Gate way
Appication
Firmware Buffer
Use r Me mor y
Dialogic
Voice
Boar d

Driver Buffer
Use r Me mor y
Telephone
Application Buffer
Use r Me mor y
Inte r ne t
Gate way
Appication
Firmware Buffer
Use r Me mor y
Dialogic
Voice
Boar d
Telephone
inte rne t
Hình 8-Hai phương pháp truyền dữ liệu
Tốc độ vi xử lý của máy chủ cũng như các chương trình cùng chạy đồng thời sẽ có ảnh
hưởng đến khả năng giá trị các bộ đệm có thể đặt thấp đến đâu .Các thử nghiệm ban
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 9
9
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
đầu chỉ ra cỡ tối thiểu cho bộ đệm driver là 512 và cỡ tối thiểu của bộ đệm firmware là
256 với vi xử lý pentium (90Mhz hoặc cao hơn ).
1.2.2 Phương thức truyền dữ liệu qua hai bộ đệm.
Theo hình (3) luồng đọc ghi trực tiếp (PRDS ) không sử dụng bộ đệm driver
như trong phương pháp 1 .Thay vào đó ,một khu vực bộ nhớ chia sẻ (cũng được gọi là
bộ đệm ứng dụng ) được tạo ra và được truy nhập bởi cả ứng dụng và driver .Bộ nhớ
chia sẻ bao gồm một mào đầu (header) và có thể có đến 32 khối nhớ , mỗi khối nhớ
tương đương với cõ của bộ đệm firmware .Các hàm API được sử dụng để cung cấp bộ
nhớ chia sẻ.

Dữ liệu thoại nhận được từ mạng telephone (ghi ) được lưu vào trong board
thoại trong một bộ đệm firmware .Việc ghi được khởi tạo sử dụng hàm
dx_reciottdata() .Các điều khiển của driver thoại chuyển dữ liệu từ bộ đệm firmware
đến bộ nhớ cha sẻ .Khi mà bộ đệm firmware đã đầy ,driver định vị trí trong bộ nhớ chia
sẻ để lưu dữ liệu ,chuyển dữ liệu,sau đó thông báo cho ứng dụng bằng một event.
Dữ liệu thoại nhận được tử Internet (đọc ) được lưu trong bộ nhớ chia sẻ.Việc
đọc được khởi tạo sưe dụng hàm dx_playiottdata() .Driver định vị địa chỉ trong bộ
nhớ chia sẻ nơi dữ liệu được lưu ,sau đó chuyển dữ liệu đến bộ đệm firmware .Ví dụ
,sử dụng cỡ bộ đệm firmware là 240 byte ,trễ xấp xỉ là 125 ms .Bằng cách đặt cỡ của bộ
đệm firmware là 120 byte ,trễ được giảm xuống còn khoảng 85 ms.
1.3 Triệt tiếng vọng
Đặc tính triệt tiếng vọng của giải pháp bộ đệm đáp ứng được ác yêu cầu đặc
trưng của GateWay Internet Telephony . Trong môi trường Internet , tiếng vọng được
tạo ra trong GateWay và trong mạng thoại có thể bị trễ .Bộ triệt tiếng tiên tiến của
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 10
10