数字矿山综合无线通信管理系统中嵌入式SIP终端的设计与实现

摘要

目前，我国煤矿井下通讯基本上是采用有线装置，依靠电缆传输信息。为了将传统分散的、重复建设的煤矿井下不同功能的系统融为一体，对矿山生产、安全进行统一的自动化调度管理，构建了数字矿山综合无线通信管理系统。该系统基于当前先进的WLAN通信技术，集成了煤矿井下无线语音调度、无线视频通信、设备控制、环境监测等功能。作为其中一个重要组成部分的语音调度子系统，采用基于无线局域网的VoIP技术，实现了煤矿井下、井上分机之间的无线语音通信、组呼、语音信箱、电话会议等功能。本论文研究的内容是为了实现嵌入式SIP终端。该终端是属于无线语音调度子系统中的一部分，对煤矿井下的无线语音调度功能的实现具有重要意义。 本文在描述数字矿山综合无线通信管理系统的组成结构后，根据系统的总体要求，设计并实现了语音调度子系统的服务器端管理界面和SIP软终端。然后在详细分析SIP协议的实现机制，网络结构，功能实体，信令流程之后，结合目前流行的嵌入式软件开发平台Linux，完成了基于VoIP技术的嵌入式SIP终端硬件平台的搭建，嵌入式开发环境的建立，嵌入式Linux操作系统的移植，根文件系统的建立以及嵌入式SIP终端软件架构的设计和重要模块的实现。根据实际应用需求和易于实现的指导思想，以事件为导向设计了系统的软件部分。该软件系统分为用户程序、SIP信令处理、RTP实时传输和网络协议接口四个模块。各模块间的功能相对独立，但彼此之间又有相互联系，形成了垂直型的层次关系。其中，重点实现了SIP信令处理模块和用户程序模块。 接着对嵌入式SIP终端以及数字矿山综合无线管理系统进行了测试。 通过搭建一个测试网络测试了嵌入式SIP终端的通话过程，利用Wireshark分析了该通话过程的SIP信令过程（SIP终端注册，呼叫建立，拆除）和各种SIP消息。通过ClearSight Analyzer分析了SIP终端注册，呼叫建立，拆除的实际流程图和这个测试网络的语音质量，对该测试网络进行了VoIP Qos的总体指标评价以及包丢失分析，抖动分析，失序的包传输和时延分析。 在校园内搭建测试网络对数字矿山综合无线管理系统进行测试之后，我们来到上湾煤矿进行煤矿井下实际测试，通过对语音调度子系统的测试，分析了语音通信范围的4个临界点的数据，得出了煤矿井下AP的部署要求。通过抓取语音通信时的无线数据包，分析了Wi-Fi手机在WLAN中的接入流程和切换流程。测试结果表明，该语音调度子系统在煤矿井下工作正常，达到了预期的目的。

目录

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致谢

1 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 无线局域网技术

1.2.2 VoIP技术

1.2.3 VoWLAN技术

1.2.4 嵌入式技术

1.3 课题目标

1.4 论文组织结构

2 数字矿山综合无线通信管理系统

2.1 系统概述

2.2 系统组成

2.2.1 无线语音调度子系统

2.2.2 无线视频监控子系统

2.2.3 短消息，设备控制及紧急报警子系统

2.3 数字矿山综合无线通信系统总控制端管理软件

2.4 语音调度子系统的服务器端软件设计与实现

2.4.1 主控制端语音调度界面开发

2.4.2 语音调度子系统SIP软终端的开发

2.5 本章小结

3 嵌入式SIP终端方案选择以及软硬件平台的搭建

3.1 系统方案选择

3.1.1 系统设计目标和原则

3.1.2 系统总体结构

3.1.3 嵌入式SIP终端软硬件平台的选择

3.2 系统软硬件平台的搭建

3.2.1 嵌入式SIP终端硬件系统的搭建

3.2.2 嵌入式开发环境的建立

3.2.3 Bootloader的移植

3.2.4 Linux操作系统在ARM平台的移植

3.2.5 Linux根文件系统的建立

3.3 本章小结

4 嵌入式SIP终端软件的设计与实现

4.1 嵌入式终端软件的总体结构

4.1.1 系统软件结构

4.1.2 各模块功能及其结构层次图

4.2 SIP信令处理模块

4.2.1 语法分析层

4.2.2 事务层

4.3 用户程序模块

4.3.1 用户交互模块

4.3.2 用户代理模块

4.3.3 语音编解码模块

4.4 本章小结

5 嵌入式SIP终端测试以及数字矿山管理系统综合测试

5.1 嵌入式SIP终端测试

5.1.1 测试设备和测试网络搭建

5.1.2 通话过程测试及分析

5.1.3 语音质量测试及分析

5.2 数字矿山综合无线通信管理系统测试

5.2.1 校园测试

5.2.2 煤矿实测-测试目标

5.2.3 煤矿实测-测试网络拓扑结构

5.2.4 煤矿实测-测试场景

5.2.5 煤矿实测-无线语音调度子系统测试及分析

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

附录A 缩略语

作者简历