Projeto de Interface de Telefonia Anal´ogica USB para sistemas VoIP

90 Pages·2015·4.17 MB·Portuguese

Maycon Rodrigo Moreira
Projeto de Interface de Telefonia Analo´gica USB
para sistemas VoIP
Sa˜oJose´ –SC
Fevereiro/2015
Maycon Rodrigo Moreira
Projeto de Interface de Telefonia Analo´gica USB
para sistemas VoIP
Monografia apresentada a` Coordenac¸a˜o do
Curso Superior de Tecnologia em Sistemas
de Telecomunicac¸o˜es do Instituto Federal de
Santa Catarina para a obtenc¸a˜o do diploma de
Tecno´logoemSistemasdeTelecomunicac¸o˜es.
Orientador:
Prof. Roberto de Matos, M. Eng.
Co-orientador:
Prof. Marcelo Maia Sobral, Dr. Eng.
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS DE TELECOMUNICAC¸O˜ES
INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA
Sa˜oJose´ –SC
Fevereiro/2015
Monografia sob o t´ıtulo “Projeto de Interface de Telefonia Analo´gica USB para sistemas
VOIP”,defendidaporMayconRodrigoMoreiraeaprovadaem24defevereiode2015,emSa˜o
Jose´,SantaCatarina,pelabancaexaminadoraassimconstitu´ıda:
Prof. RobertodeMatos,M.Eng.
Orientador
Prof. MarceloMaiaSobral,Dr.
Coorientador
Prof. EraldoSilveiraeSilva,Dr.
IFSC
Prof. SandroCarlosLima,M.Eng.
IFSC
Olhoporolho,
eomundoacabara´ cego.
M.Gandhi
Agradecimentos
Aquela que tornou tudo isso poss´ıvel, agracec¸o imensamente a` minha ma˜e. A` toda minha
fam´ılia,quenuncadeixouqualquerdificulademeabalar. Agradec¸otambe´ma` pacienteesempre
presente minha namorada. Aos meus verdadeiros amigos, que impulsionaram essa tarefa da
formamaisprazerosaposs´ıvel,muitoobrigado. Impos´ıvelesquecermeuprofessoreorientador,
Roberto de Matos, que mostrou o caminho certo durante todo o trabalho, ale´m da confianc¸a
depositada. Meus sinceros agradecimentos tambe´m ao meu professor Marcelo Maia Sobral,
que me fez crer neste projeto. Agradec¸o a todas as outras pessoas que na˜o foram citadas aqui.
Muitoobrigadoatodos.
Resumo
Atualmente, o uso da Internet para transmitir voz esta´ consolidado, seja nas comunicac¸o˜es
utilizando puramente voz sobre o protocolo da Internet (VoIP) ou mascarado por sistemas que
fazemaconversa˜oentreatelefoniaanalo´gicaeVoIP.Nosegundocena´rio,umdosgrandesato-
res sa˜o os sistemas que fazem a integrac¸a˜o dos sistemas analo´gicos com as centrais telefoˆnicas
IP.Essessistemaspodemserequipamentosproprieta´riosoucomputadores,decapacidadecom-
putacional elevada, equipados de dispositivos com interfaces analo´gicas, os quais sa˜o interli-
gados via os complexos barramentos internos. Tudo isso sugere que esses equipamentos fi-
quem dedicados a` func¸a˜o de gateway de telefonia, atendendo de forma satisfato´ria empresas
de todos os portes. Entretanto, para uso domiciliar e em pequenos escrito´rios o custo para
instalac¸a˜odetaisequipamentospodeserproibitivo,na˜opermitindoqueesseseguimentofac¸ao
uso dos diversos servic¸os implementados em software nas centrais telefoˆnicas IP. Dessa forma,
a implementac¸a˜o de dispositivos que disponibilizem interfaces analo´gicas via o barramento
USB, torna poss´ıvel a implementac¸a˜o de gateways telefoˆnicos em sistemas compartilhados,
como notebook pessoal, ou em sistemas de baixo poder computacional e custo reduzido, como
por exemplo, a placa Raspberry Pi1. A proposta deste trabalho e´ estudar os conceitos compu-
tacionais e de telefonia necessa´rios para implementar um dispositivo com interface USB que
permitaaintegrac¸a˜oentrearedecomutadadetelefoniabrasileiraeredeIP,deformaapermitir
que mesmo sistemas simples, com uma porta USB dispon´ıvel, sejam transformados em uma
centraltelefoˆnicaIPdepequenoporte.
1RaspberryPie´umcomputadordotamanhodeumcarta˜odecre´dito. Todoohardwaree´integradonumau´nica
placacomcustodeUS$35
Abstract
Currently,theuseoftheInternettotransmitvoiceisconsolidated,eitherincommunications
using purely voice over Internet protocol (VoIP) or masked by systems that make the conver-
sion betweenanalog andVoIP telephony. Inthe secondscenario, the bigactors arethe systems
that make the integration of analog systems to IP telephone exchanges. The systems may be
proprietary equipment or computers, high computing power, equipped devices with analog in-
terfaces, which are interconnected via the complex internal buses. All this suggests that these
devices remain dedicated to the gateway function telephony, given satisfactorily companies of
all sizes. However, for home use and small office the cost for installation of such equipment
may be prohibitive, not allowing that follow make use of the various services implemented in
software in the IP telephone exchanges. Thus, the implementation of devices that provide ana-
loginterfacesviaaUSBbus,makespossibletheimplementationoftelephonegatewaysshared
systems such as notebook personal, or low computational power and low cost systems, such as
plate Raspberry Pi. The purpose of this study is to assess computing and telephony concepts
necessarytoimplementadevicewithUSBinterfaceallowingintegrationbetweentheswitched
network of brazilian and IP telephony network in order to allow both simple systems with an
availableUSBport,betransformedintoasmalltelephoneexchangeIP
Suma´rio
ListadeFiguras
ListadeTabelas
1 Introduc¸a˜o p.14
1.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.15
1.2 Organizac¸a˜odotexto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.16
2 Fundamentac¸a˜oteo´rica p.17
2.1 Conceitosdetelefonia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.17
2.1.1 Sinalizac¸a˜oacu´stica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.17
2.1.2 Sinalizac¸a˜odediscagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.18
2.1.3 Alimentac¸a˜odocircuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.18
2.1.4 InterfacesFXOeFXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.19
2.2 Digitalizac¸a˜odavoz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.20
2.2.1 Processodeamostragem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.20
2.2.2 Processodequantizac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.21
2.2.3 Processodecodificac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.21
2.3 Rededetelefoniapu´blicaintegradaa` redeIP . . . . . . . . . . . . . . . . . p.21
2.3.1 Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.22
2.3.2 Asterisk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.22
2.3.3 DigiumAsteriskHardwareDeviceInterface-(DAHDI) . . . . . . . p.23
2.4 SubscriberLineInterfaceCircuit -(SLIC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.24
2.4.1 SLICMicrosemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.24
2.4.2 SLICSiliconLabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.25
2.5 InterfaceUniversalSerialBus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.26
2.5.1 Me´todosdetransfereˆncias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.26
2.5.2 Me´todoIsochronous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.29
2.6 Concluso˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.29
3 Estudodoscomponentesekitsdedesenvolvimento p.30
3.1 EstruturadoSLICsi32179 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.30
3.1.1 SPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.33
3.1.2 PCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.35
3.2 Kitsdedesenvolvimentosi32179 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.38
3.2.1 Estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.38
3.2.2 Softwareutilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.40
3.2.3 ProslicApplicationProgrammingInterface-(API) . . . . . . . . . . p.42
3.3 EstruturadoLPC-1768 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.45
3.3.1 Cortex-M3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.46
3.3.2 SerialPeripheralInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.50
3.3.3 InterfaceUSB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.51
3.3.4 Outrosperife´ricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.54
3.4 Kit dedesenvolvimentoLPC-1768 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.56
3.4.1 Estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.57
3.4.2 BibliotecaNXP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.58
3.4.3 ProjetoMBED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.60
3.4.4 Discussa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.62
3.5 Conclusa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.63
4 ArquiteturaeProjetoLo´gico p.64
4.1 ArquiteturadosSistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.64
4.1.1 SistemaBa´sico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.64
4.1.2 Sistemadeutilizac¸a˜oderecursosexternos . . . . . . . . . . . . . . . p.65
4.1.3 Sistemadeutilizac¸a˜odecompartilhamentoderecursos . . . . . . . . p.65
4.2 ProjetoLo´gicodoHardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.66
4.2.1 Elaborac¸a˜odoprojetolo´gico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.67
4.3 Conclusa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.67
5 Experimento p.69
5.1 ExperimentosPrimeiraEtapa-PlacaFilhanoModoHospedeiro . . . . . . . p.70
5.1.1 Experimento1-Utilizac¸a˜odosoftwareProSLICVoiceGUI.3.4.0 . . p.70
5.2 ExperimentosSegundaEtapa-PlacaFilhaModoStandalone . . . . . . . . . p.73
5.2.1 Experimento1-Avaliac¸a˜odainterfaceUSB . . . . . . . . . . . . . p.73
5.2.2 Experimento2-Avaliac¸a˜odainterfaceSPI . . . . . . . . . . . . . . p.74
5.2.3 Experimento3-Avaliac¸a˜odobarramentoPCM . . . . . . . . . . . . p.78
5.3 Conclusa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.82
6 Concluso˜es p.84
6.1 TrabalhosFuturos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.85
RefereˆnciasBibliogra´ficas p.86
AnexoA--EmailRepresentantedaMicrosemi p.88