VoIP系統在通信專業課程中的實踐應用

羅倩倩

(湖北文理學院 物理與電子工程學院，湖北 襄陽 441053)

0 引言

傳統通信系統實驗大多采用實驗箱、計算機仿真軟件、系統級設備等形式，對于培養學生加深理論認識具有重要意義，但也存在著設備價格高、實驗不夠直觀、實踐能力培養環節偏弱的問題。同時，通信類實驗室相對獨立，專業課程的實驗教學均單獨開設，課程都有彼此獨立的實驗室和實驗設備。這種實驗課程的設置方式，未能充分考慮課程之間的整體連貫性，學生在完成各門課程的理論知識學習和實驗實踐后，不能對不同課程之間的知識進行融會交流，制約了學生創新思維的培養，也不能適應行業發展對人才的需求[1-2]。針對上述問題，開發了開放融合的通信實驗平臺，加強學生對于課程知識體系之間的融會貫通，有效提高學生通信項目開發能力和技術支持能力。

當前傳統電信網、廣播電視網和計算機網絡之間相互滲透、互相兼容并逐步整合為統一的信息通信網絡——下一代網絡(Next Generation Network，NGN)。軟交換技術作為NGN中的核心技術已在電信網中得到了廣泛應用。軟交換的理論知識體系覆蓋了幾乎所有的通信專業課程[3]。作為軟交換技術經典模型的VoIP通信系統，具有開源資源豐富、支持多種通信協議、結合相應設備可方便搭建成各種語音業務的實用平臺等優勢，將其應用于實踐教學中，對于融合通信相關專業課程、提高課程教學質量、培養適應行業發展的專業人才亦具有積極意義。本文在分析VoIP技術的教學應用價值及其與通信專業課程體系關聯的基礎上，利用開源資源搭建了VoIP系統實驗平臺，設置了實驗項目并介紹了其與專業課程之間的關系。

1 VoIP技術的教學應用價值

VoIP是一種話音傳輸技術，通過將語音轉化為IP數據包，在IP網絡上進行實時傳遞[4]。VoIP技術的教學應用價值主要有以下幾個方面：(1)VoIP支持多種通信協議，通信應用形式豐富。同時，VoIP可以在PC-電話、PC-PC、電話-電話、移動設備-PC/電話之間實現。學生可掌握不同網絡架構及通信協議，積累工程經驗。(2)系統開源資源豐富。VoIP的主流協議SIP，H.323，MGCP均有基于各種操作系統的開源協議棧，這些資源不僅可節省部署成本，也使學生在可鍛煉自己的編程能力，加深對計算機工具類課程的認識。(3)VoIP系統可與系統級電信設備實驗銜接，避免了系統級設備封閉性的缺點，由點及面地加深對通信網的認識。(4)具有強大的二次開發功能，能夠培養學生的創新意識和動手能力[5]。

2 VoIP與通信專業課程體系的關聯

通信行業涉及多種理論、技術，除必須掌握的數學工具以外，在學科必修課中有相當一部分的計算機類課程、專業課以及實踐課程。計算機類課程的教學目的是讓通信專業學生掌握必需的軟件開發工具和技能；專業課則是和行業緊密聯系，讓學生了解通信的基本概念、行業中的術語、通信系統/網絡架構、信令和通信協議等；實踐課程則幫助學生將理論知識融入現實，發展職業能力。

3 VoIP系統實驗平臺的開發與搭建

利用開源電話交換平臺作為VoIP服務器，PC機、智能手機/平板上安裝VoIP軟件電話(Zoiper、X-Lite等)，FXS網關接入模擬電話機，WiFi無線路由器負責組建網絡，抓包軟件用來分析通話信令，讓學生深入全面地理解通信的流程和全IP化組網方式。通信網絡架構如圖1所示。

圖1 通信網絡架構

4 VoIP系統實驗項目設置及其與專業課程之間的關系

利用搭建的VoIP 系統實驗平臺開展基礎實驗實訓，也可以結合其他平臺開展綜合實訓。基礎實驗實訓包括：設備認知、VoIP系統安裝部署、局域網內點對點語音通信的實現等。在設備認知過程中，可對設備系統功能、軟件工具等有整體的了解。在系統安裝部署及業務實現上，需要學生進行代碼編寫，可結合C語言教學，分析協議棧中關鍵函數及結構定義。在VoIP中呼叫處理過程中需要使用鏈表、隊列、線程管理及內存調度等，從而加強學生對計算機工具類課程的掌握。

在通信專業課程教學中，通過利用VoIP系統實現點到點語音傳輸，理解“通信原理”課程中的PCM編譯碼原理、壓縮編碼方案，加深對各種語音、視頻編碼標準的理解。利用協議分析軟件分析數據包的傳輸機制，在理解呼叫原理的基礎上能進行故障診斷，加深對計算機網絡課程中TCP/IP協議的理解。

對于程控交換技術課程，在利用商用系統級設備實現前，首先，了解軟交換體系結構以及實際應用；其次，通過設計實現的VoIP實驗系統架設虛擬的服務器，了解轉發交換的具體實現，在此基礎上再在商業系統級設備上進行實驗，達到事半功倍的效果。通過對開源軟電話的安裝配置以及VoIP技術和無線網絡的融合，加深對通信網的理解，有助于學習移動通信技術。

綜合實訓包括二次開發以及與現有系統級光傳輸平臺、移動通信平臺、數通平臺、寬帶光接入平臺等的融合。通過前期理論課程及實驗的學習，學生可在此基礎上進行各種實踐應用。例如，利用軟交換設備、光接入平臺構建匯聚層，利用SDH/PTN/OTN 設備構成傳輸層，從而模擬運營商網絡，建立全網的概念。另外，VoIP的組網協議SIP,H.323,MGCP等都有免費開源協議棧以及軟件電話資源，可靈活進行二次開發。通過這一步的鍛煉和學習，學生將對自己整個通信專業所學知識如何在實際中應用有了一個全面了解和體會。

5 結語

將VoIP中的關鍵技術和通信專業課程中的相關知識點建立映射關系，讓學生能舉一反三，從而了解整個通信系統，能建立一個小型的VoIP系統實驗平臺，鍛煉學生的開發能力。優勢在于：(1)采用免費開源的協議棧、IP服務器和網絡電話，只需花費少量資金配置硬件網關和FXS設備，即可完成大部分的通信實驗，投入成本低但應用價值高，對于通信課程實踐教學具有很大的幫助作用，對于理解課本復雜概念知識，了解通信系統架構作用顯著。(2)與現有實驗平臺能進行很好地融合，在開展商業系統級設備實踐前開設VoIP實驗，有助于解決系統級設備封閉性太強的弊端。

把開源VoIP系統應用于實踐教學中，融會各門專業課程知識內容，讓學生不僅理解了各門課程在專業知識體系中的作用，亦能很好地培養學生的創新能力和實踐能力。