一种光纤组织音频接入装置的制作方法

1.本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光纤组织音频接入装置。


背景技术：

2.目前电力系统的固话网络组网方式主要以“程控交换+传输2m链路+pcm设备”,将语音模拟信号嫁接到64kbps的数字位流上，通过2m链路传输到对端再还原出语音模拟信号。但随着数字网络的发展，运营商都在积极建设以软交换为核心的固话网络替代程控交换网，逐步进入voip电话时代。现有voip技术解决方案在电力系统行政电话网应用主要的问题是网络安全风险防控和ip电话终端单价较高。如果按照以往部署模式将voip电话延伸到供电所、营业厅等开放场所，等同于将电力系统三区综合数据网端口暴露在网络攻击者面前。因此，推广软交换voip电话在新建语音视频专网的同时，需加强对末端终端接入方式和接入设备的研究，以降低网络安全风险和运维成本。本课题研究的方式就是开发一种结合脉冲编码调制(pcm)、宽带电话(voip)、光纤通信三种技术各自优势，适用当前电力行政交换系统组网需求的光纤音频接入设备。
3.经检索，现有技术还存在有以下不足之处：
4.1、局端程控交换机通过音频双绞线连接到pcm设备，pcm设备将连续的模拟信号转换成离散的数字信号再经过2m同轴电缆连接到传输设备与远端pcm设备互联，再通过双芯电话线分别连接到各部电话机。这种设备体积大，且pcm设备的上联2m同轴电缆传输距离有限，通信互联必须依托传输设备，且pcm设备端到端成对使用，网络建设投资成本较大；
5.2、voip电话与电力行政交换网络专网专用原则不相符，行政交换网与办公局域网交叉互联存在被网络攻击偷听偷录的风险，甚至可能导致整个内部网行政交换电话网络瘫痪，网络安全风险较大。


技术实现要素：

6.基于背景技术中提出的pcm设备网络建设投资成本较大，voip电话网络安全风险较大的技术问题，本发明提出了一种光纤组织音频接入装置。
7.本发明提出的一种光纤组织音频接入装置，以光纤为传输介质，数据电路通道为载体，包括接入装置本体，所述装置本体上设有lc光口上联软交换平台，所述lc光口上联软交换平台安装有以太网交换芯片，所述lc光口上联软交换平台上还连接有嵌入式处理器，所述嵌入式处理器上连接有安全加密管理芯片，所述lc光口上联软交换平台上设有lc接口模块，所述lc接口模块与光纤相连，所述嵌入式处理器上连接有音频dsp,所述音频dsp上连接有音频codec和slic电路，所述slic电路上连接有电话机，所述音频dsp中设有dsp驱动，所述dsp驱动实现对dsp芯片的控制，所述dsp驱动部分还包含有自适应抖动缓冲和丢包补偿技术，所述自适应抖动缓冲和丢包补偿技术用于处理网络上存在的时延、丢包和抖动。
8.优选地，所述接入装置本体安装在软交换体系中终端接入的位置，且接入装置本体主要面向接入侧用户，所述接入装置本体上设有处理软件，处理软件采用模块化结构，处
理软件中设有一个操作系统适配层，所述接入装置本体上设有接口模块，接口模块中设有以太网接口，以太网接口中设有以太网驱动，以太网驱动用于实现了对tos、cos、ieee802.1p、ieee802.1q以及区分服务的支持。
9.优选地，所述接入装置本体中设有内置proxy，内置proxy用于适应各种类型的nat/fw环境。
10.优选地，所述接入装置本体中设有呼叫控制模块、端点控制模块和资源控制模块，呼叫控制模块、端点控制模块和资源控制模块用于实现本地用户管理、状态采集、按呼叫协议完成通话，所述呼叫控制模块用于管理整个ims终端所有端口的呼叫，主要是呼叫的发起、呼叫、终止、呼叫状态的转移以及错误处理，端点控制模块用于完成端口状态采集以及变化事件上报，资源控制模块用于整个设备的资源控制实现资源的分配和回收。
11.优选地，所述接入装置本体中包括mcu中央处理单元、dsp数字信号处理芯片、音频编解码器、flash存储芯片和sdram内存芯片，mcu中央处理单元采用w90n740，用于加速网络数据包的转换；所述dsp数字信号处理芯片采用tms320vc5409，tms320vc5409适用于能脱机运行的内嵌式系统，所述音频编解码器用于根据特定的音频文件格式或流媒体格式、对数字音频数据实现压缩和解压缩的计算机程序；flash存储芯片用于存放程序和数据；sdram内存芯片是同步动态随机存储器，同步是指其时钟频率和cpu前端总线的系统时钟相同，并且内部命令的发送与数据的传输都以它为基准，动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失，随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据的读写，所述接入装置本体提供上行基于lc光纤口的，下行为4～128路fxs接口和10/100m以太网网管调试口，且接入装置本体包括4～32端口小容量单板光纤组网音频接入装置和64～128口的大容量光纤组网音频接入装置，接入装置本体用于支持语音、数字和图像三种业务的接入。
12.本发明中的有益效果为：
13.1、该一种光纤组织音频接入装置，与主流的pcm设备和voip电话放号方式相比结构简单，采用光纤直连方式减少语音接入设备上联光传输设备或交换机资产投入。
14.2、该一种光纤组织音频接入装置，相比较voip电话机而言，接入终端设备为普通模拟电话机，用户终端投入成本相较于voip电话机便宜，有效的节省了成本。
15.3、该一种光纤组织音频接入装置，电力系统网络安全至关重要，模拟电话机采用双芯电话线模拟信号接入，相对voip电话数字网络信号接入极大的降低网络安全风险。
16.该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
附图说明
17.图1为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的整体结构框图；
18.图2为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的软件结构图；
19.图3为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的内置proxy实施框架图；
20.图4为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的整机原理图；
21.图5为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的fxs的主要逻辑模块结构示意图；
22.图6为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的cpu模块板结构示意图；
23.图7为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的用户电路底板模块结构示意
图；
24.图8为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的网络接口模块结构示意图；
25.图9为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的fxs设计图；
26.图10为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的cpu接口模块结构示意图；
27.图11为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的系统接口模块结构示意图；
28.图12为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的系统复位模块结构示意图；
29.图13为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的系统电源模块结构示意图；
30.图14为本发明提出的一种光纤组织音频接入装置的电路图中的信号传递过程示意图。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明专利一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.通常在此处附图中描述和显示出的本发明专利实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明专利的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明专利的范围，而是仅仅表示本发明专利的选定实施例。
33.基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。
34.在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本发明专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明专利中的具体含义。
36.涉及到电路、电子元器件和控制模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明专利保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。
37.参照图1-14，一种光纤组织音频接入装置，以光纤为传输介质，数据电路通道为载体，包括接入装置本体，装置本体上设有lc光口上联软交换平台，lc光口上联软交换平台安装有以太网交换芯片，lc光口上联软交换平台上还连接有嵌入式处理器，嵌入式处理器上连接有安全加密管理芯片，lc光口上联软交换平台上设有lc接口模块，lc接口模块与光纤相连，嵌入式处理器上连接有音频dsp,音频dsp上连接有音频codec和slic电路，slic电路上连接有电话机，音频dsp中设有dsp驱动，dsp驱动实现对dsp芯片的控制，dsp驱动部分还包含有自适应抖动缓冲和丢包补偿技术，自适应抖动缓冲和丢包补偿技术用于处理网络上存在的时延、丢包和抖动，dsp驱动部分实现对dsp芯片的控制，完成rtp和模拟语音的转换。
38.参照图1-4，本发明中，接入装置本体安装在软交换体系中终端接入的位置，且接
入装置本体主要面向接入侧用户，接入装置本体上设有处理软件，处理软件采用模块化结构，处理软件中设有一个操作系统适配层，为提高上层应用代码的可维护行，降低代码维护的工作量。
39.参照图2、图3和图8，本发明中，接入装置本体上设有接口模块，接口模块中设有以太网接口，以太网接口中设有以太网驱动，以太网驱动用于实现了对tos、cos、ieee802.1p、ieee802.1q以及区分服务的支持，接入装置本体中设有内置proxy，内置proxy用于适应各种类型的nat/fw环境，实现针对语音流的优先控制转发机制，确保在语音和监管数据业务同时工作的情况下仍然可为使用者提供很好的语音质量，采用proxy的方式可以灵活适应各种类型的nat/fw环境，方便光纤组网音频接入装置在各种网络环境构造基于目前主流的ip软交换业务平台。
40.参照图1-14，本发明中，接入装置本体中设有呼叫控制模块、端点控制模块和资源控制模块，呼叫控制模块、端点控制模块和资源控制模块用于实现本地用户管理、状态采集、按呼叫协议完成通话，呼叫控制模块用于管理整个ims终端所有端口的呼叫，主要是呼叫的发起、呼叫、终止、呼叫状态的转移以及错误处理，端点控制模块用于完成端口状态采集以及变化事件上报，资源控制模块用于整个设备的资源控制实现资源的分配和回收；
41.整个方案采用模块设计，每个模块完成独立的功能，稳定性较好，各模块之间的通信接口清晰，模块间采用标准接口进行通信，避免直接使用函数调用实现底层操作。系统采用独立的资源管理模块，可有效管理和监控光纤型语音网关的软硬件资源，在因为负荷较大出现资源不足的情况下，可以通过呼叫控制模块采用限制呼入、强制释放等方式保证重要业务的支持。给予ip的ims呼叫协议采用成熟的协议栈代码，并根据目前在通信产品不同的业务平台之间相互通行要求实现互联互通进行修改完善，可以最大限度支持业务和对通性要求。
42.参照图1-14，本发明中，接入装置本体中包括mcu中央处理单元、dsp数字信号处理芯片、音频编解码器、flash存储芯片和sdram内存芯片，mcu中央处理单元采用w90n740，用于加速网络数据包的转换；dsp数字信号处理芯片采用tms320vc5409，tms320vc5409适用于能脱机运行的内嵌式系统，音频编解码器用于根据特定的音频文件格式或流媒体格式、对数字音频数据实现压缩和解压缩的计算机程序；flash存储芯片用于存放程序和数据；sdram内存芯片是同步动态随机存储器，同步是指其时钟频率和cpu前端总线的系统时钟相同，并且内部命令的发送与数据的传输都以它为基准，动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失，随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据的读写，接入装置本体提供上行基于lc光纤口的，下行为4～128路fxs接口和10/100m以太网网管调试口，且接入装置本体包括4～32端口小容量单板光纤组网音频接入装置和64～128口的大容量光纤组网音频接入装置，接入装置本体用于支持语音、数字和图像三种业务的接入。
43.工作原理：硬件结构设计方面主要考虑因素是简单可靠、安装维护方便、安全可靠性高、维护监控方便、接口丰富且功耗小。为了保证安全性，电话用户线接口和电源接口部分要增加防雷和防静电保护，为了保证电路板可靠性，电路板设计要考虑电磁兼容(emc)要求，同时考虑热稳定性。硬件设计采用32位arm9及以上处理器，该系列处理器集成度高，接口丰富且功耗小，适合嵌入式应用。外接安全加密管理模块芯片确保通信安全可靠。通过以太网交换芯片，提供了完整的二层交换功能，可支持vlan、qos、组播功能以及生成树协议
等，用户可以根据实际需要进行配置。电话接口部分采用高度集成的slic和音频codec芯片，音频编码采用audiocodes的专用音频处理dsp芯片，支持g.711、g.723.1、g.726、g.729a、g.726等多种音频编码规范，具有回声抑制功能，可提供高清晰的通话语音质量。支持多种广域网接入方式，包括xdsl有线接入、epon/lc光纤接入等，实际部署可以根据实际情况选择。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。