基于“軟件+硬件”的現代交換實驗教學系統設計與構建

李逵

摘? ?要：“現代交換技術”是高職通信技術專業開設的一門核心課程，圍繞程控交換組織教學內容。隨著目前通信網絡的更新換代，原來的實驗教學內容已經不適合現在的軟交換網絡，因此，文章在實驗室已有的硬件實驗教學系統基礎上，設計了一套基于“軟件+硬件”的現代交換實驗系統，增加了可實驗的內容，提升了教學效果。

關鍵詞：現代交換;實驗教學;網際互連協議;語音傳輸;會話啟動協議

1? ? 當前存在的問題

1.1? 教學內容的滯后

“現代交換技術”是高職通信技術專業開設的一門核心課程，在以往的教學中主要是針對基于電路交換的語音交換網絡開展教學，主要教學內容圍繞程控交換機的原理和操作來講解，理論知識包括：脈沖編碼調制、時分多路復用、信號音的產生、發送和接收、數字交換網絡、一號信令、七號信令等;實驗知識包括：物理配置、本局通話、對局通話、信令配置與分析、自環配置等[1]。

隨著通信技術的發展，手機通信已經發展到了5G，固定電話通信也由原來的程控交換演進到了基于IP的語音傳輸（Voice over Internet Protocol，VoIP）軟交換，下一代網絡（Next Generation Network，NGN）是一個綜合性的開放網絡，以分組交換技術為基礎、軟交換技術為核心。關鍵技術為軟交換技術、高速路由交換技術、大容量光傳送技術和寬帶接入技術。顯然以往的程控交換內容已經不適合作為課程主要知識，如何使課程教學內容跟上通信網絡發展的步伐，是當前亟待解決的問題。

1.2? 應該加入的新技術、新知識

VoIP基于目前的Internet網（或者包交換網絡）進行語音通信，VoIP系統能提供比傳統電話網絡要豐富得多的業務特性。一般而言，部署VoIP系統時涉及3個主要組成部分：IPPBX，VoIP電話（包括軟終端）和VoIP運營商網絡。IPPBX是IP小交換機，有些IPPBX是單獨的硬件設備，也有些IPPBX是純軟件方式的服務器程序。

會話啟動協議（Session Initiation Protocol，SIP）是由IETF提出并主持研究的一個在IP網絡上進行多媒體通信的應用層控制協議，被用來創建、修改、和終結一個或多個參加者參加的會話進程，會話包括：Internet多媒體會議、Internet電話、遠程教育以及遠程醫療等，即所有的互聯網上交互式兩方或多方多媒體通信活動，統稱為多媒體會話。參加會話的成員可以通過組播方式、單播聯網方式或者兩者結合的方式進行通信[2]。

SIP作為一個應用層的多媒體會話信令協議，可以被用來發起會話進程、在會話中邀請其他參加者加入會議，會話本身可以通過基于組播協議的會話通告協議（SAP）、電子郵件、網頁通告、以及輕型目錄訪問協議（Lightweight Directory Access Protocol，LDAP）等方式預先通告各個可能的參加者。SIP協議支持別名映射、重定向服務、ISDN和IN業務以及個人移動（personal mobility），即終端用戶能夠在任何地方、任何時間請求和獲得已訂購的任何電信業務。

2? ? 基于軟件+硬件的現代交換實驗教學系統構建

2.1? 中山火炬職業技術學院現有的現代交換技術實驗環境

中山火炬職業技術學院通信技術專業實驗室現已配備VoIP軟交換相關硬件設備，以華為公司的一臺U1960作為軟交換的核心，配合多臺綜合接入設備（Integrated Access Device，IAD）和多部模擬電話組建基于軟交換的硬件網絡。U1960是華為公司專門為企業開發的軟交換設備，為企業提供專業的IP語音解決方案，其采用純SIP軟交換核心，實現了模擬話機和IP話機的混合組網，可通過數字中繼或模擬中繼以及寬帶的SIP中繼實現與公共交換電話網絡（Public Switched Telephone Network，PSTN）或者專網語音交換設備的連接。IAD位于NGN網絡結構中的邊緣接入層，基于IP的語音/傳真（VoIP/FoIP）接入網關，為運營商、企業、小區住宅用戶、公司提供高效、高質量的IP話音業務、視頻、傳真等服務。在NGN網絡中，IAD通過標準的媒體網關控制協議（Media Gateway Control Protocol，MGCP）或SIP協議與軟交換配合組網。目前可做的實驗有IAD業務配置、號碼變換業務、緊急呼叫中心（119）配置、限制呼叫業務配置、SIP信令跟蹤分析、R2中繼出局呼叫（自環）、PRA信令出局呼叫（自環）。

2.2? 互聯網上可以用作現代交換技術的實驗軟件

互聯網上有很多基于SIP協議的軟件，可以通過軟件、計算機設備、耳麥等工具組建軟交換系統[3]。其中，miniSIPServer是一種專業純軟件方式的SIP-PBX，能運行在Windows以及Linux等系統，配合SIP客戶端軟件，如easybeam，microSip等，可以做很多基于SIP協議的軟交換實驗，且非常容易使用。通過實踐總結出可以做的實驗項目有：本機互打電話，兩臺計算機之間的SIP中繼、自動話務員業務、Call parking與call retrieve業務、語音郵箱業務、連選組和呼叫隊列（119）、SIP協議信令分析等。

2.3? 融合改進方案

基于硬件（U1960+IAD+模擬電話機）的軟交換系統和基于軟件（SIP服務器+SIP客戶端）的軟交換系統都可以完成軟交換實驗，實驗證明，兩個系統之間可以通過SIP協議來互聯互通，如此，可以做的實驗更多?！败浖?硬件”的現代交換實驗教學系統如圖1所示。

用硬件設備IAD通過SIP協議注冊到軟件miniSIPServer服務器中，再用easybeam客戶端注冊到miniSIPServer服務器中，就可以用計算機撥打固定電話。老師可以配置一個固定電話，讓學生按學號在計算機上配置SIP客戶端，接通電話后，老師可通過電話號碼來記錄學生的實驗成績。同時，SIP協議的中繼可以用U1960做一個SIP服務器，用miniSIPServer做另外一個服務器，通過配置實現軟件系統和硬件系統的中繼。通過該組合可以構建出許多軟交換實驗，除了可以用SIP協議做軟交換實驗以外，還可以用H.248協議做同樣實驗，舉一反三，實現“1+1>2”的效果。

學生在基于“軟件+硬件”的現代交換實驗系統中做實驗，不僅不會枯燥，而且會非常有意思，因為每個實驗都可以很快進行驗證并看到效果。很多實驗需要用到兩組設備，兩人一組，在實驗過程中還會遇到很多問題，比如接線方面、線路不通、認證不通過等問題，通過解決問題，在實驗中不僅可以提升動手能力，而且提高了團隊合作能力。

3? ? 結語

基于“軟件+硬件”的現代交換實驗系統可以應用在現代交換技術的實驗教學中，并且能達到很好的效果，對于沒有硬件系統的學校，也可以采用軟件系統構建現代交換技術實驗系統，而且成本很低。雖然實驗教學系統能完成部分軟交換的實驗，但其針對的場景是企業內部的軟交換網絡，而不是現網中的全網業務模擬。

[參考文獻]

[1]彭榮群，劉剛，付秀花，等.“現代交換技術”課程綜合改革與思考[J].科技視界，2018（31）：86.

[2]喬瑋.淺析SIP協議在VoIP中的應用[J].科技經濟導刊，2016（33）：38.

[3]李德勝.基于SIP協議的網絡協議分析課程教學改革探索[J].長春師范大學學報，2017（4）：117.

Abstract：Modern switching technology is a core course of communication technology specialty in higher vocational education. It used to organize teaching content around program-controlled switching. However， with the update of current communication network， the original experimental teaching content is not suitable for the current soft switching network. Therefore， based on the existing hardware experiment teaching system in the laboratory， this paper designs a set of modern switching experiment system based on“software + hardware”， which greatly increases the experimental content and improves the teaching effect.

Key words：modern switching; experimental teaching; Internet interconnection protocol; voice transmission; session initiation protocol