Telefonia internetowa.pdf

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

Wy d z i ał Elektroniki i Technik Informacyjnych

Instytut Systemów Elektronicznych

Zespół Układów i Aparatury Impulsowej i Cyfrowej

PRACA DYPLOMOWA

Adam Dybkowski

Telefon intranetowy

Promotor pracy

dr inż. Tomasz Starecki

Warszawa, luty 2002

The Intranet Telephone

Abstract

The main purpose of the thesis was to design a hardware implementation of a phone

that transmits sampled voice through Ethernet local network using IP protocol. The thesis

contains a review of commercially available Intranet telephones. The main IP network

protocols are described, including IP, ARP, ICMP and UDP together with Ethernet 10 Mb/s

standard. Then the design process of telephone electronics is described, including circuit

diagrams, and specifications of the integrated circuits used in the design, and the firmware

(implemented mainly in C language with short functions written in DSP assembler).

Słowa kluczowe:

Telefonia IP, VoIP, telefony, przetwarzanie sygnału mowy, przetwarzanie sygnałów,

procesory sygnałowe.

Spis treści

1. Wstęp.................................................................................................................................. 5

2. Systemy telefonii cyfrowej w sieci Ethernet ................................................................... 6

3. Voice over IP - przegląd stosowanych rozwiązań........................................................... 8

3.1. 3Com ........................................................................................................................... 9

3.2. Cisco .......................................................................................................................... 11

3.3. Nokia ......................................................................................................................... 13

3.4. Siemens .....................................................................................................................15

3.5. Pozostali producenci.................................................................................................. 17

4. Przesyłanie głosu w sieciach IP ...................................................................................... 19

4.1. Opóźnienia i zagubienia pakietów ............................................................................ 20

4.2. Retransmisje pakietów .............................................................................................. 22

4.3. Kompresja ................................................................................................................. 23

4.4. Szyfrowanie............................................................................................................... 25

5. Protokoły sieciowe........................................................................................................... 28

5.1. Ethernet ..................................................................................................................... 29

5.2. IP wersja 4 .................................................................................................................31

5.3. ARP ........................................................................................................................... 37

5.4. ICMP ......................................................................................................................... 39

5.5. UDP ........................................................................................................................... 41

6. Założenia techniczne ....................................................................................................... 43

7. Schemat blokowy ............................................................................................................ 44

8. Projekt schematu ideowego............................................................................................ 46

8.1. Wybór procesora........................................................................................................ 47

8.2. Blok zasilania ............................................................................................................ 52

8.3. Generator przebiegu taktującego............................................................................... 57

8.4. Procesor sygnałowy i układy pomocnicze ................................................................ 59

8.5. Kontroler sieci Ethernet............................................................................................. 61

8.6. Blok komunikacji z komputerem PC ........................................................................ 66

8.7. Podłączenie klawiatury i wyświetlacza ..................................................................... 68

8.8. Moduł przetwarzania analogowego........................................................................... 72

8.9. Peryferia dodatkowe – RTC i EEPROM ................................................................... 83

9. Projekt płytki drukowanej ............................................................................................. 86

10. Oprogramowanie urządzenia......................................................................................... 87

10.1. Algorytm pracy programu sterującego telefonem ................................................. 89

10.2. Protokół VoIP......................................................................................................... 95

10.3. Funkcja analizująca ramki odebrane z sieci Ethernet.......................................... 104

11. Uruchamianie telefonu ................................................................................................. 106

12. Wnioski i propozycje modyfikacji ............................................................................... 108

13. Rozwinięcia skrótów i słownik najważniejszych pojęć.............................................. 110

14. Bibliografia .................................................................................................................... 113

15. Załączniki....................................................................................................................... 118

15.1. Załącznik A - schemat połączeń modułów telefonu............................................ 118

15.2. Załącznik B – schemat modułu zasilania ............................................................ 119

15.3. Załącznik C - schemat generatora przebiegu taktującego ................................... 120

15.4. Załącznik D – schemat otoczenia procesora DSP ............................................... 121

15.5. Załącznik E – schemat bloku komunikacji z siecią Ethernet .............................. 122

15.6. Załącznik F – schemat bloku komunikacji z komputerem PC ............................ 123

15.7. Załącznik G – schemat podłączenia klawiatury i wyświetlacza.......................... 124

15.8. Załącznik H – schemat modułu przetwarzania analogowego ............................. 125

15.9. Załącznik I – schemat modułu peryferiów dodatkowych.................................... 126

15.10. Załącznik J – płytka drukowana .......................................................................... 127

15.11. Załącznik K – plik opisu dekodera adresowego .................................................. 132

15.12. Załącznik L – zdjęcia........................................................................................... 135

16. Spis zawartości płyty CD-ROM................................................................................... 140

1. Wstęp

Większość firm posiada komputery oraz telefony połączone dedykowanymi i

zupełnie od siebie niezależnymi sieciami. Sieć telefoniczna wykonana jest zazwyczaj przy

użyciu standardowych przewodów telefonicznych, łączących wszystkie telefony z centralą

telefoniczną. Sieć komputerowa natomiast łączy wszystkie komputery z urządzeniami

aktywnymi (przełącznikami i koncentratorami). Nowoczesna firma musi korzystać zarówno z

komputerów, jak i z telefonów. W dzisiejszych biurach każde stanowisko pracy jest

wyposażone w komputer i telefon. Do każdego biurka musi być doprowadzony zarówno

kabel sieci komputerowej, jak i kabel telefoniczny. Jest to rozwiązanie wyjątkowo

nieekonomiczne i niewygodne.

Obecnie wiele dużych firm decyduje się na instalację telefonów bazujących na sieci

komputerowej. Taka integracja powoduje przede wszystkim obniżenie kosztów – wystarczy

zbudować jedną sieć komputerową i kwestia transmisji danych oraz telefonów jest

rozwiązana. Nie bez znaczenia są również koszty związane z wszelkiego rodzaju zmianami

podłączenia telefonu. Przeniesienie tradycyjnego aparatu – wraz z numerem, z pokoju do

pokoju – wymaga zazwyczaj odnalezienia w gąszczu przewodów właściwego gniazda i

przełączenia go w centrali telefonicznej. Przeniesienie telefonu bazującego na sieci

komputerowej jest natomiast dziecinnie proste. Odłączamy telefon od gniazda sieci

komputerowej i dołączamy do takiego samego gniazda w innym pomieszczeniu. Wszystkie

ustawienia funkcjonalne telefonu oraz jego numer wewnętrzny pozostają bez zmian.

Wielu producentów sprzętu telekomunikacyjnego, w przewidywaniu potencjalnych

zysków, skłania się w dzisiejszych czasach w stronę technologii VoIP (ang. Voice over IP –

protokół przesyłania mowy przez Internet), pozwalającej na transmisję głosu w sieci

komputerowej. W małych i średnich firmach lokalna sieć komputerowa zbudowana jest

najczęściej w standardzie Ethernet. Dlatego też większość „biurkowych” urządzeń Vo I P

opiera się na transmisji głosu w takich właśnie sieciach. Wychodząc naprzeciw potrzebom

XXI wieku, w ramach niniejszej pracy dyplomowej skonstruowano aparat telefoniczny

dołączany do sieci Ethernet. Jest to lokalna sieć komputerowa (ang. intranet) – z tego też

powodu urządzenie otrzymało miano telefonu intranetowego.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: