1 引言 1.1 VoWLAN概述 VoWLAN是WLAN的新興應用之一。VoIP通過數據網絡傳輸語音信號；WLAN（無線局域網），通過無線接入點進行無線上網。VoWLAN可以說是這兩者的有機結合，它可以利用現有的WLAN網絡實現無線的VoIP通話能力，企業員工通過VoWLAN可在辦公場所以外的地方隨時語音通信、訪問E-mail和其他已接入的網絡資源，這樣提高了網絡資源的利用率并降低了通話的成本，從而節省企業的總體IT費用。對于住宅用戶也可以通過與寬帶802.11無線網絡相連的VoIP電話來降低話費。VoWLAN系統的數據流如下：通過接入點AP （Access Point）把語音信號傳輸到VoIP網關，該網關可以就是原來的有線VoIP網關，這樣語音數據在IP網絡和PBX（交換機）之間傳輸。這種方式使得傳統有線辦公和住宅電話的功能都能在VoWLAN中實現，而運營商只需要增加語音網關、計費系統等設備，就可為其WLAN熱點提供VoWLAN應用，實現數據通信與語音通信的高效結合。 1.2 SIP概述 目前VoIP涉及的基本通信協議主要有三種：H323協議、SIP協議和MGCP協議。SIP稱為會話發起協議（Session Initiation Protocol）,是Internet工程任務組（IETF）提出的建議中的一項協議。與H.323協議比較，SIP協議側重于將IP電話作為因特網上的一個應用，較其實應用（如FTP，E-mail等）增加了信令和QoS的要求，它們支持的業務基本相同，也都利用RTP作為媒體傳輸的協議；SIP是基于文本的協議，類似于HTTP。基于文本的編碼意味著頭域的含義是一目了然的，如From、To、Subject等域名。這種分布式、幾乎不需要復雜的文檔說明的標準規范風格，其優越性已在過去的實踐中得到了充分的證明（現在廣為流行的郵件協議SMTP就是 這樣的一個例子）。SIP的消息體部份采用SDP進行描述，SDP中的每一項格式為’=’號，也比較簡單；SIP很方便地支持補充業務或智能業務，只要充分利用SIP已定義的頭域，并對SIP進行簡單的擴展，就可以實現這些業務。例如對于呼叫轉移，只要在BYE請求消息中添加Contact頭域，加入意欲轉至的第三方地址就可以實現此業務。對于通過擴展頭域較難實現的一些智能業務，可在體系結構中增加業務代理，提供一些補充服務或與智能網設備的接口；SIP協議借鑒了其它因特網的標準和協議的設計思想，在風格上遵循因特網一貫堅持的簡練、開放、兼容和可擴展等原則，比較簡單。 2 系統的硬件設計 2.1中央控制器 中央控制器MCU采用UBICOM公司的IP2022網絡處理器。它是專為 Internet-edge（網際邊緣）設計的微處理器。其主要特點：通過軟件來處理協議, 而不是用硬件邏輯來實現協議，降低了 chip 的復雜性；對到達的 packet，使用 memory-to-memory 的操作，而不需要大容量，昂貴的on-chip caches（高速緩沖存儲器），以及 packet buffers；簡潔設計的 real-time operating system，沒有memory-hungry requirement；Designer可以通過設計 software 來實現各種 Internet-edge 應用；IP2022 的 Memory 分為 on-chip 與 off-chip 兩個部分，采用的是Harvard architecture，分離的 data 與 code memories；4k bytes on-chip data memory、64k bytes 的 on-chip flash memory、16k bytes 的 on-chip PRAM、外部的 memory、extra flash memory，用來放更多的code，比如embedded web server 的code可以放在外部的 flash中，也包括一些dll functions。以及online firmware upgrades。SRAM，是用來拓展PRAM 空間來用的，比如可以在SRAM 中buffer packets。 2.2 語音模塊 本模塊采用的是TLV320AIC10。TLV320AIC10是TI公司近年新推出的低功耗∑-Δ型16位A/D、D/A音頻接口（AIC）芯片。它由5個控制寄存器控制。其中，控制寄存器1：軟件復位，DAC的16位或15＋1位模式選擇以及抗混疊濾波器、抽樣濾波器、插值濾波器使能/旁路選擇。控制寄存器2：決定工作方式和采樣速率。低功耗模式控制，分頻寄存器控制（決定濾波器的時鐘頻率和取樣周期）。控制寄存器3：軟件關電，模擬及數字信號反饋和事件控制模式選擇；ADC的16位或15＋1位模式選擇。控制寄存器4：輸入輸出增益控制（通過控制輸入和輸出可編程增益放大器來實現）。AIC的初始化主要就是對這4個寄存器參數進行設定。該器件與單片機接口易于實現，開發和使用更加方便。尤其適合應用于低比特率、高性能密集設備的話音傳輸、識別及合成等的各種VoIP、電纜調制解調器、語音和電話領域。 2.3網絡模塊 無線接收發送模塊選用的是CF無線網卡插槽。CF卡（CompactFlash）是1994年SanDisk推出的一種閃存卡。CF卡具有PCMCIA-ATA功能，并與之兼容，CF卡采用閃存（flash）技術，是一種穩定的存儲解決方案，不需要電池來維持其中存儲的數據。對所有保存的數據來說，CF卡比傳統的磁盤驅動器安全性和保護性都更高，而且CF卡的用電量僅為小型磁盤驅動器的5%。這些優異的條件使得大多數PDA用網絡設備都選擇CF卡作為其首選接口。 本系統無線接收發送模塊選用的是WL-672F CF無線網絡適配器。該無線網絡適配器為CompactFlashⅠ型適配器，可與配有Ⅱ型插槽的終端一起使用。使用該適配器，在移動使用PDA進行工作時，收發E-MAIL及訪問服務器數據時，都可使之保持連接。其使用信用卡式設計，提供集成天線，可以和所有符合IEEE802.11b（DSSS）2.4GHz標準的無線網絡設備進行交互式操作，也可以通過AP與有線以太網進行交互式操作，支持Ad-Hoc以及Infrastructure通訊方式，使用128-bit的WEP加密方式以保證網絡的安全。 [align=center] 圖1 VoWLAN語音終端的硬件框架圖[/align] 建立連接后用戶的模擬話音通過AIC10的AURXFP、AURXM、AURXCP輸入，將模擬信號進行A/D轉換形成數字信號流后傳至編碼模塊。編碼模塊中的DSP根據系統要求將語音數據壓縮，壓縮后放入DOUT的寄存器中。 在接收語音數據時，在TLV320AIC10的幀同步FS為低電平，轉換時鐘信號SCLK的上升沿時，系統處理器將語音數據通過DIN送入AIC10進行解壓縮，形成64Kbps的PCM碼流，送入D/A進行數模轉換，最后由AIC10的OUTP和OUTM輸出模擬語音。 3 VoWLAN的軟件設計 系統軟件是基于SIP協議棧的基礎上實現的。由于SIP協議棧采用模塊化設計思想，因此，系統軟件可以直接調用協議棧各模塊提供的API。軟件應用模塊的消息獲取線程是實時獲取協議棧處理的結果（以消息或事件的形式存儲在協議棧消息隊列中），并把它轉換成系統應用的消息結構存放在應用模塊的消息隊列中。圖2是軟件應用模塊的程序流程圖。 [align=center] 圖2軟件應用程序流程圖[/align] 圖2中的“應用初始化”包括建立消息讀取線程等；“SIP協議棧初始化”包括建立協議棧主線程、注冊回調函數、協議棧其它模塊的初始化及消息隊列的建立等；“關機準備操作”首先進行注銷操作，接著終止消息讀取線程和協議棧主線程，釋放軟件應用模塊和協議棧各模塊占用的資源。 協議棧模塊包含事務管理和對話管理這兩模塊，同樣，軟件應用模塊也包含類似的管理功能，即“呼叫（call）管理”。呼叫管理的功能和協議棧模塊中的對話管理功能類似，只是呼叫管理側重于和用戶交互，通過人機界面顯示信息，提示用戶當前呼叫的進度，引導用戶執行進一步的操作。 呼叫有四種狀態：“S_IDLE”、“S_PROGRESS”、“S_INCOMING” “S_CONNECTED”，它們之間的關系用一個有限狀態機來描述，如圖3。 [align=center] 圖 3 呼叫管理有限狀態機[/align] “S_IDLE”狀態就是我們通常所說的待機狀態。當用戶撥打對方的SIP URI，協議棧通過發送INVITE請求消息，得到臨時響應消息，呼叫就處于“S_PROGRESS”，圖中箭頭<1>表示該操作引起的狀態切換。在“S_PROGRESS”狀態，對方如果拒絕接受呼叫，狀態又返回“S_IDLE”，如箭頭<2>；當對方接受呼叫，就處于連接通話狀態“S_CONNECTED”，如箭頭<5>。在“S_IDLE”狀態也可能收到對方的呼叫請求，當UA應用發現一個新的呼叫請求，就應當切換狀態到“S_INCOMING”，如箭頭<3>；同樣，用戶可以拒絕接受呼叫，狀態切換回“S_IDLE”，如箭頭<4>；當用戶接受呼叫請求，呼叫狀態就處于“S_CONNECTED”。在“S_CONNECTED”狀態，通話雙方任何一方的結束通話請求都會導致狀態返回“S_IDLE”，結束通話。 4 結論 本終端成本價格低，目前已經能夠注冊到有關廠家的SIP測試平臺，并可以完成基本會話功能；同時，在LAN中可以以靜態IP的方式注冊成功，并進行會話操作。 創新點 SIP/SDP信令協議的VoWLAN終端嵌入式開發使用；USER Agent在VoWLAN終端的嵌入實現；實現VoWLAN終端對PC、VoWLAN終端對VoWLAN等終端、VoWLAN終端對PSTN的通話。 參考文獻 1. 呂京建等，嵌入式系統設計綜述，單片機公共實驗室，2001 2. 王瑞剛，李燕。IP電話終端設備——原理、電路及應用. 西安:電子科技大學出版社,2003 3. Zhang Y. SIP-based VoIP network and its interworking with PSTN. Electronics & Communication Engineering Journal, 2002. 273～282. 4. Goode B. Voice over Internet protocol （VoIP）. Proc. of the IEEE, 2002 5. IP2022 Internet Processor User Manual http://www.ubicom.com 6. TLV320AIC10 Data Sheet. http://218.19.77.199:8001/download.php 7. 咸廷偉 ,孫仁祥 ,毛琦。基于MPLS（多協議標記交換技術）的IP QoS應用.微計算機信息,2003,（08）