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摘要：文章首先对SIPG网关技术背景进行了概述，并介绍SIPG网关分层的体系结构和系统设计。最后从其硬件设备层出发、给出实现El信号的收发到PCI接口的映射和PSTN接口的E1线接口和网络接口互联方法。
关键词：SIPG网关 E1接口 数据采集
1.引言
由于传统PSTN的广泛存在性等历史渊源，在相当长一段时间内，新兴的IP电话系统要充分发挥其优势，就必须考虑与PSTN的互通问题。这就要求在VOIP网络与PSTN网络之问配置网关，以实现媒体流与控制信令的互通互连。SIPG网管就是一种基于SIP协议的VOIP网络并与PSTN网络互通的SIP/PSTN网关。本文所描述的SIPG网关即是面向企业的SIP/PSTN网关设备[1] [2]。
2. E1帧结构
在E1信道中，8bit组成一个时隙（TS），由32个时隙组成了一个帧（F），16个帧组成一个复帧（ MF）。在一个帧中，TS0主要传送帧定位信号（FAS ）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。在成帧的E1中，除了第0时隙外，第16時隙用于传输信令，只有第1到15，第17到第31共30个时隙可用于传输有效数据；而在不成帧的E1中，所有的32个时隙都可用于传输有效数据。
3. SIPG网关体系结构设计
在IP电话系统中，SIPG网关是个非常关键的网关互联设备，其主要功能是连按传统的PSTN电路网络和因特网的网络协议转换器，完成媒体Codec转换，实现PSTN网与因特网的互通。
SIPG网关不仅要执行媒体格式转换，还要进行信令变换，在Internet一侧执行SIP协议，在PSTN一侧执行PSTN网络中的信令[3] [4]。除此之外，还要控制网关内部资源，为每个呼叫建立网关内部的语音通路。这样不但造成设备实现复杂，过于集中的功能还会导致处理能力的下降，使网关很有可能成为IP电话网的瓶颈。网关分解或网关功能分离的概念，将网关功能分解为呼叫控制（高层）和资源管理/媒体处理（低层）两部分。根据软交换的思想，设计了SIP与PSTN互通网关的体系结构。在IP端，网关通过操作系统提供的通信协议与IP网络连通。在PSTN端，网关通过硬件板跟电话线路相通。SIPG网关系统主要由三大部分组成：网关硬件、硬件驱动和网关软件。SIPG网关系统选择分层的体系结构，将整个网关系统从下至上分为三个层次，分别是：硬件设备层、设备驱动层和网关软件层。
4. E1接口板卡的接口电路设计
图1 E1接口板结构图
SIPG网关的硬件是基于 PCI总线的El接口板卡，主要功能由三块专用芯片—PCI 9030， FPGA和 DS21Q354实现，其结构如图1所示。
由于E1接口板卡有4个E1接口，最大传输速率为4*2.048Mb/s=8.192Mb/s。 PCI总线是一种高性能局部总线，其数据总线位为32位，且可以扩展成64位，最大数据传输速率为128-256MB/s，远远大于ISA总线5MB/s的速度，PCI这样的传输速率完全满足E1信号的最大传输速率。PCI总线可以支持突发传送，与CPU无关，与时钟频率也无关，这样它可以应用于各种平台，支持多处理器和并发工作。因此在设计中采用PCI总线方式，PCI接口芯片选用PLX公司的PCI9030。
E1接口板的设计方案中FPGA逻辑的实现需要大量移位寄存器，总共有1134bit，非常耗费资源。Spartan II 可以轻而易举的解决上面的问题，一个CLB中的4个16bit的LUT都可以配置成移位寄存器，这样1134bit的移位寄存器只要1134/64=18个CLB就可以实现。Spartan II提供的块RAM每一块都是4096bit的双口RAM，实现大容量的Buffer非常容易。
DS21Q354完成El （CEPT） PCM-30/ISDN-PRI的收发功能。有4个完全独立的E1收发器，每个收发器包含具有警报发现/产生特征的帧调节器、缓冲寄存器、基于信号支持的硬件、一个DSO信道控制和HDLC控制器。DS21Q354包含了连按E1线的充分满足需求的功能。
5. 结论
本文介绍了E1帧结构和SIPG网关的结构，针对SIPG网关分层的体系结构和硬件设备层的E1接口板进行整体设计。最后给出E1接口板卡是以FPGA为核心上面与 PCI9030连接，下面对DS21 Q354进行控制。此SIPG网关硬件层的设计与实现，为设备驱动和上层软件进一步设计提供可能。■
参考文献
【1】潘鹏 基于SIP的嵌入式VoIP 网关的设计与实现[D]武汉：华中科技大学，2005
【2】鲁刚VoIP技术的发展及应用[J]中国数据通信，2004（8）：69-71
【3】Gonzalo Camarillo. SIP揭密[M].北京：人民邮电出版社，2003
【4】黄永峰.因特网语音通信技术及其应用[M].北京：人民邮电出版社2003
关键词：SIPG网关 E1接口 数据采集
1.引言
由于传统PSTN的广泛存在性等历史渊源，在相当长一段时间内，新兴的IP电话系统要充分发挥其优势，就必须考虑与PSTN的互通问题。这就要求在VOIP网络与PSTN网络之问配置网关，以实现媒体流与控制信令的互通互连。SIPG网管就是一种基于SIP协议的VOIP网络并与PSTN网络互通的SIP/PSTN网关。本文所描述的SIPG网关即是面向企业的SIP/PSTN网关设备[1] [2]。
2. E1帧结构
在E1信道中，8bit组成一个时隙（TS），由32个时隙组成了一个帧（F），16个帧组成一个复帧（ MF）。在一个帧中，TS0主要传送帧定位信号（FAS ）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。在成帧的E1中，除了第0时隙外，第16時隙用于传输信令，只有第1到15，第17到第31共30个时隙可用于传输有效数据；而在不成帧的E1中，所有的32个时隙都可用于传输有效数据。
3. SIPG网关体系结构设计
在IP电话系统中，SIPG网关是个非常关键的网关互联设备，其主要功能是连按传统的PSTN电路网络和因特网的网络协议转换器，完成媒体Codec转换，实现PSTN网与因特网的互通。
SIPG网关不仅要执行媒体格式转换，还要进行信令变换，在Internet一侧执行SIP协议，在PSTN一侧执行PSTN网络中的信令[3] [4]。除此之外，还要控制网关内部资源，为每个呼叫建立网关内部的语音通路。这样不但造成设备实现复杂，过于集中的功能还会导致处理能力的下降，使网关很有可能成为IP电话网的瓶颈。网关分解或网关功能分离的概念，将网关功能分解为呼叫控制（高层）和资源管理/媒体处理（低层）两部分。根据软交换的思想，设计了SIP与PSTN互通网关的体系结构。在IP端，网关通过操作系统提供的通信协议与IP网络连通。在PSTN端，网关通过硬件板跟电话线路相通。SIPG网关系统主要由三大部分组成：网关硬件、硬件驱动和网关软件。SIPG网关系统选择分层的体系结构，将整个网关系统从下至上分为三个层次，分别是：硬件设备层、设备驱动层和网关软件层。
4. E1接口板卡的接口电路设计
图1 E1接口板结构图
SIPG网关的硬件是基于 PCI总线的El接口板卡，主要功能由三块专用芯片—PCI 9030， FPGA和 DS21Q354实现，其结构如图1所示。
由于E1接口板卡有4个E1接口，最大传输速率为4*2.048Mb/s=8.192Mb/s。 PCI总线是一种高性能局部总线，其数据总线位为32位，且可以扩展成64位，最大数据传输速率为128-256MB/s，远远大于ISA总线5MB/s的速度，PCI这样的传输速率完全满足E1信号的最大传输速率。PCI总线可以支持突发传送，与CPU无关，与时钟频率也无关，这样它可以应用于各种平台，支持多处理器和并发工作。因此在设计中采用PCI总线方式，PCI接口芯片选用PLX公司的PCI9030。
E1接口板的设计方案中FPGA逻辑的实现需要大量移位寄存器，总共有1134bit，非常耗费资源。Spartan II 可以轻而易举的解决上面的问题，一个CLB中的4个16bit的LUT都可以配置成移位寄存器，这样1134bit的移位寄存器只要1134/64=18个CLB就可以实现。Spartan II提供的块RAM每一块都是4096bit的双口RAM，实现大容量的Buffer非常容易。
DS21Q354完成El （CEPT） PCM-30/ISDN-PRI的收发功能。有4个完全独立的E1收发器，每个收发器包含具有警报发现/产生特征的帧调节器、缓冲寄存器、基于信号支持的硬件、一个DSO信道控制和HDLC控制器。DS21Q354包含了连按E1线的充分满足需求的功能。
5. 结论
本文介绍了E1帧结构和SIPG网关的结构，针对SIPG网关分层的体系结构和硬件设备层的E1接口板进行整体设计。最后给出E1接口板卡是以FPGA为核心上面与 PCI9030连接，下面对DS21 Q354进行控制。此SIPG网关硬件层的设计与实现，为设备驱动和上层软件进一步设计提供可能。■
参考文献
【1】潘鹏 基于SIP的嵌入式VoIP 网关的设计与实现[D]武汉：华中科技大学，2005
【2】鲁刚VoIP技术的发展及应用[J]中国数据通信，2004（8）：69-71
【3】Gonzalo Camarillo. SIP揭密[M].北京：人民邮电出版社，2003
【4】黄永峰.因特网语音通信技术及其应用[M].北京：人民邮电出版社2003