閆紅書，閻丕濤，王佳，李夢楠

（大連工業(yè)大學(xué)，遼寧大連116034）

基于校園網(wǎng)的VoIP應(yīng)用設(shè)計與實現(xiàn)

閆紅書，閻丕濤，王佳，李夢楠

（大連工業(yè)大學(xué)，遼寧大連116034）

隨著IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及普及，IP網(wǎng)絡(luò)多媒體的應(yīng)用越來越廣泛。Voice over IP(VoIP)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新技術(shù)。由于它是利用IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時的語音傳輸，具有所需帶寬小、資源利用率高、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在全球得到廣泛的應(yīng)用，在我國也得到大范圍的推廣應(yīng)用。該技術(shù)不僅可以在廣域網(wǎng)上應(yīng)用，對于已有的企業(yè)局域網(wǎng)用戶來講，也可以利用它來實現(xiàn)PC到PC的電話，這將充分利用現(xiàn)有資源，達(dá)到節(jié)約資金的目的。研究VoIP的具體應(yīng)用，以實現(xiàn)語音信號在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)資源的利用，降低了語音業(yè)務(wù)的成本。對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行抓包，分析SIP注冊原理及故障診斷，語音處理分析及帶寬評估，并對校園網(wǎng)進(jìn)行Vo IP部署設(shè)計。

Vo IP；SIP；IP電話；PSTN

一、引言

VoIP是一種以IP電話為主并推出相應(yīng)的增值業(yè)務(wù)的技術(shù)，其最大的優(yōu)勢是能廣泛地采用Internet和全球IP互連的環(huán)境，提供比傳統(tǒng)業(yè)務(wù)更多、更好的服務(wù)。VoIP可以在IP網(wǎng)絡(luò)上便宜的傳送語音、傳真、視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，如統(tǒng)一消息、虛擬電話、虛擬語音/傳真郵箱、查號業(yè)務(wù)、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、電視會議、電子商務(wù)、傳真存儲轉(zhuǎn)發(fā)和各種信息的存儲轉(zhuǎn)發(fā)等。

當(dāng)前，由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，使得IP語音技術(shù)也處于快速發(fā)展時期，設(shè)備制造商在電話語音網(wǎng)關(guān)、軟交換服務(wù)器、語音終端設(shè)備等產(chǎn)品上花費(fèi)了很大精力，推出各自特點(diǎn)的產(chǎn)品，各個運(yùn)營商也開始推銷IP語音業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)語音技術(shù)正在沖擊著傳統(tǒng)電信公司的業(yè)務(wù)。

二、整體設(shè)計

1.設(shè)計思路

整體設(shè)計拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 VOIP校園部署拓?fù)鋱D

（1）現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖霞诱Z音路由器，接在各個園區(qū)的核心交換機(jī)上。

（2）各個園區(qū)對邊界路由進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲?，統(tǒng)一語音端口，如設(shè)成5060端口，把各個園區(qū)的IP在5060端口上都放開。

（3）各個園區(qū)各自把內(nèi)部的集團(tuán)交換機(jī)接入到語音網(wǎng)關(guān)上，這樣各個園區(qū)直接的公網(wǎng)電話就接入到私網(wǎng)電話網(wǎng)絡(luò)里來了。各園區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)置編號，保留各個單位現(xiàn)有的普通座機(jī)號碼。

（4）對于無線WiFi手機(jī)，由于學(xué)校的無線必須要認(rèn)證才能上網(wǎng)，否則容易出現(xiàn)安全問題，在無線設(shè)備上把5060端口打開，在邊界路由上也把5060端口打開，只要是5060端口上來的數(shù)據(jù)都強(qiáng)行指向VoIP設(shè)備上，其他端口必須要進(jìn)行認(rèn)證才能登錄。

（5）對于WiFi手機(jī)的AP漫游，建議采用廋AP，用總控制器進(jìn)行整合，整個校園的AP整合成如同一個AP一樣，在校園內(nèi)就不用擔(dān)心在行走過程中跨AP掉線的問題了。出差人員拿著WiFi手機(jī)，到機(jī)場或在酒店通過無線網(wǎng)絡(luò)連上互聯(lián)網(wǎng)，就可以注冊到我校的融合通信平臺，實現(xiàn)內(nèi)部通過0費(fèi)用。

（6）使用了一臺集團(tuán)電話系統(tǒng)，通過增加一臺語音網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)IP電話無縫接入到互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)三不變：即不改變電話號碼，不改變撥號習(xí)慣，不額外布線，實施非常方便。可以直接部署網(wǎng)關(guān)，部署一臺融合通信平臺，實現(xiàn)如視頻電話接入、電話會議、電話錄音等功能的應(yīng)用，普通電話通過網(wǎng)關(guān)串接后，與WiFi電話捆綁，實現(xiàn)座機(jī)移動，WiFi電話號碼和普通電話用同一個號碼，號碼被叫時，同時振鈴。

2.拓?fù)渲兄饕O(shè)備選擇

在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上要架構(gòu)一套VoIP系統(tǒng)，除了可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境所需要的設(shè)備外，還需要以下設(shè)備：軟交換服務(wù)器、語音網(wǎng)關(guān)、AP、AP控制器、集團(tuán)交換機(jī)、地址轉(zhuǎn)換服務(wù)器、iPhone、soft SIP Phone、Mobile iPhone等設(shè)備。軟交換服務(wù)器和語音網(wǎng)關(guān)是所搭建的VoIP系統(tǒng)的核心設(shè)備，這些設(shè)備能夠完成在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上保留現(xiàn)有的傳統(tǒng)模擬電話號碼，實現(xiàn)計算機(jī)、普通座機(jī)、IP電話座機(jī)、WiFi手機(jī)之間的流暢通話。在這里強(qiáng)調(diào)的是，AP一定要選擇瘦AP，這樣可以實現(xiàn)無縫平滑過度AP的轉(zhuǎn)接，由AP控制器把所有的AP進(jìn)行虛擬化的整合，如同整個校園內(nèi)只有一臺AP一樣；集團(tuán)交換機(jī)實現(xiàn)保留現(xiàn)有的傳統(tǒng)模擬電話和VoIP連接；地址轉(zhuǎn)換服務(wù)器能夠把校內(nèi)用的私有地址轉(zhuǎn)化成為公網(wǎng)上認(rèn)可的地址，這樣就能實現(xiàn)校內(nèi)所有的網(wǎng)絡(luò)電話均配備私有地址，通過這個服務(wù)器可以和外界進(jìn)行無阻礙的連接；Soft SIPPhone是安裝在計算機(jī)的軟件電話，通過SIP協(xié)議經(jīng)過配置好的服務(wù)器地址注冊后，可以和任何語音終端設(shè)備進(jìn)行通話；Mobile iPhone是能夠支持WiFi功能的電話，目前生產(chǎn)的手機(jī)電話都支持WiFi功能，通過AP能夠?qū)崿F(xiàn)移動手機(jī)的通話。

3.各個環(huán)節(jié)融合通信設(shè)計

在總設(shè)計圖上，要實現(xiàn)所有環(huán)節(jié)上的平滑語音通訊，首先要對各個子環(huán)節(jié)的通訊進(jìn)行設(shè)計和測試，子環(huán)節(jié)包括IP電話之間的通信設(shè)計、IP話機(jī)和語音網(wǎng)關(guān)之間的通信設(shè)計、軟件電話SIPPhone通信的設(shè)計、VoIP系統(tǒng)和PSTN融合通信設(shè)計等。

在設(shè)計各個子通訊環(huán)節(jié)時，會涉及完全不同傳輸性質(zhì)和通信協(xié)議的兩個或多個網(wǎng)絡(luò)，比如PSTN（公共電話交換網(wǎng)）是一種語音通信電路交換網(wǎng)絡(luò)，而VoIP是以IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的一種語音通信電路交換網(wǎng)絡(luò)，這兩種網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性和通信協(xié)議是截然不同的。沒有采用融合技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)之間是互相隔離不可互通的，采用融合技術(shù)可以將兩個或多個異構(gòu)網(wǎng)連接成一個整體網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)互通。

VoIP網(wǎng)絡(luò)和PSTN互通的關(guān)鍵技術(shù)包含了用戶地址的路由轉(zhuǎn)發(fā)、呼叫過程控制、媒體及信令轉(zhuǎn)換等。語音網(wǎng)關(guān)是異構(gòu)網(wǎng)之間實現(xiàn)通信融合的設(shè)備，通過語音網(wǎng)關(guān)的中繼作用，異構(gòu)網(wǎng)之間可以實現(xiàn)語音、傳真甚至數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互通。

語音網(wǎng)關(guān)的功能是實現(xiàn)VoIP系統(tǒng)和PSTN互聯(lián)互通。語音網(wǎng)關(guān)包含四個通信模塊，每個通訊模塊都是若干通信信道（簡稱通道）的集合，該四個通信模塊分別叫做“VoIPClient”“VoIPTrunk”“FXS”“FXO”。系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖2所示。

圖2 PSTN融合通信

三、測試

1.Vo IP系統(tǒng)的測試分析

本設(shè)計最終實現(xiàn)了IP電話、普通座機(jī)、計算機(jī)、WiFi手機(jī)、普通手機(jī)之間的完全融合通信，落地采用學(xué)校的集團(tuán)電話，撥打?qū)W校內(nèi)部的電話完全免費(fèi)，撥打外部手機(jī)采用辦公室外線電話作為落地電話。測試工具采用Sniffer軟件進(jìn)行了各種通話的抓包并進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)反復(fù)實驗并測試出各種協(xié)議的運(yùn)行帶寬和延遲，得出適合網(wǎng)絡(luò)傳輸語音的協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)線路測試采用FLUCK工具來進(jìn)行測試，保證實驗過程中線路上的損耗對語音實驗的影響降低到最小。

2.實時語音帶寬測試

語音的質(zhì)量和帶寬關(guān)系非常緊密，呼叫和接受雙方是否能感受到語音的延遲及語音的清晰度，一方面取決于采用的壓縮編碼技術(shù)，另一方面取決于帶寬是否允許語音數(shù)據(jù)流暢傳輸。到底采用何種壓縮編碼方式用于語音數(shù)據(jù)的傳輸呢？利用Sniffer抓包軟件，對各種壓縮編碼下的語音傳輸進(jìn)行抓包后分析，以得出準(zhǔn)確的結(jié)論。

四、結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步完善，語音技術(shù)的不斷發(fā)展，VoIP已成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個研究熱點(diǎn)。VoIP技術(shù)使電話語音應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)上成為一道新的應(yīng)用亮點(diǎn)，VoIP應(yīng)用實現(xiàn)成本大幅度下降，現(xiàn)在的IP業(yè)務(wù)多數(shù)是在保留原有傳統(tǒng)電話號碼不變的情況下，通過IP電話網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)Internet和PSTN互通的，從而實現(xiàn)PC、普通電話、IP電話、WiFi手機(jī)之間互相通話，并且話音通信質(zhì)量也得到了很大的改善，能夠滿足商用需求。

本課題研究VoIP的具體應(yīng)用，以實現(xiàn)語音信號在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，從而促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)資源的利用，降低了語音業(yè)務(wù)的成本。在分析了國內(nèi)外VoIP的形式后，搭建起實用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，進(jìn)行了各種配置和測試，最后找出VoIP最適合的傳輸協(xié)議，實現(xiàn)兩個IP電話之間的通話，利用語音網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)IP話機(jī)和普通話機(jī)的通信，實現(xiàn)公有網(wǎng)段IP電話和私有網(wǎng)段的IP電話之間的通信，實現(xiàn)軟件電話SIPPhone和IP電話以及普通電話之間的通信，最后把IP電話接入集團(tuán)電話程控交換機(jī)，實現(xiàn)真正的IP電話和網(wǎng)通、電信等之間的通信。

VoIP技術(shù)研究是語音通信網(wǎng)與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的融合，使電信業(yè)務(wù)開辟了一個新的應(yīng)用空間，整合了語音通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，使語音、圖形、圖像、視頻數(shù)據(jù)及多媒體信息在一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺上傳輸。

[1]韓鈺,普杰信.一種新的網(wǎng)絡(luò)電話會議混音算法[J].計算機(jī)應(yīng)用,2010(2):564-566.

[2]閻丕濤,閆紅書.Vo IP信號在校園網(wǎng)中的延遲分析[J].中國教育網(wǎng)絡(luò),2015(11):74-75.

[3]趙慧,樓新遠(yuǎn),楊慶偉.基于ALG的Vo IP中NAT穿越技術(shù)的研究與實現(xiàn)[J].計算機(jī)與現(xiàn)代化，2011(3):95-97.

[4]徐玉.W iFi發(fā)展現(xiàn)狀和主要應(yīng)用分析[J].電信技術(shù), 2008(1):11-14.

[5]蔡則高,張春悅.基于JXTA的P2P-SIP軟電話原型設(shè)計與實現(xiàn)[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2010(5):468-472.

[6]CHENG Yu-hua,TAN N ian-xiong.Third harmonic distortion calculation of a self-oscillating power amplifier[J].Journal of Zhejiang University-Science C(Computers&Electronics),2011(4):307-316.

[7]韓永遠(yuǎn),蔡德林,王古,李浩.嵌入式IPPBX的研究與實現(xiàn)[J].通信技術(shù),2010(8):15-17.

[8]張志杰.淺談Vo IP技術(shù)原理與發(fā)展應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù),2006(26):88-90.

[9]LUO Chungou，LIW ei，WANG Weiqi.Analysis of ultrasonic guided wavespropagating in long bonesand cortical thickness based on time-frequency methods[J].Chinese Journalof Acoustics,2011(2):171-180.

[10]樊昌信等.通信原理（第五版）[M].北京：國防工業(yè)出版社,2006.

[11]閻丕濤,于廣輝編著.網(wǎng)絡(luò)分析與測試[M].大連:大連理工大學(xué)出版社,2008.

（編輯：魯利瑞）

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