基于FreeSwitch的校園智能通信系統的設計與實現

摘 要：隨著校園信息化建設的不斷推進，越來越多的教育應用需要實現音視頻通信，如網課、遠程實驗等。因此，建立一種高效、穩定、低成本的校園智能通信系統是非常必要的。本設計利用開源的FreeSwitch平臺，搭建了一套多終端、多種網絡環境接入、適用于多種應用場景的聯絡中心系統，實現了以“校園智能語音通信平臺”為支撐，以“基于開放標準SIP多終端類型提供”為基礎，以“虛擬集群、園區會議、智能錄音、號碼攜帶”為基本服務內容，以教室、辦公室和宿舍等師生辦公生活場所為依托，建立統一的智能通信園區管理平臺，打造真正意義上的“沒有電話線的電話網絡”。相比傳統基于有線語音/數據網絡的通信交換硬件系統，軟件VoIP系統的優勢體現在終端的多樣性、網絡的利舊性、接入方式的多樣性與各種平臺對接的開放性方面。

關鍵詞：FreeSwitch；VoIP；SIP；校園智能通信系統；IVR；留言

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）02-00-04

0 引 言

校園通信是學生、教師和管理人員之間進行信息交流和互動的重要渠道。隨著時代的發展和通信技術的不斷更新，校園通信系統也需要不斷升級和改進[1-2]。傳統的校園通信系統存在諸多問題，如通話質量差、通話費用高、功能單一等[3-4]。因此，研究一種基于FreeSwitch的校園智能通信系統，可以有效提升校園通信的質量和效率，滿足人們更高水平、更智能化的通信需求。

FreeSwitch是一種開源軟交換平臺，具有多種語音、視頻和數據通信功能，能夠方便地構建通信網絡[5-8]。

FreeSwitch可以實現多種通信協議，如SIP、H.323和WebRTC等，支持多種音頻和視頻編解碼格式，具有高度可擴展性和靈活性，可以方便地添加新功能和定制特定的應用場景[9-10]。因此，基于FreeSwitch的校園智能通信系統可以滿足人們更高質量、功能更豐富、更靈活和可擴展性的通信需求。

在校園智能通信系統中，可以通過FreeSwitch實現多種功能，如電話接入、呼叫轉移、語音信箱、呼叫中心、會議通話等。同時，可以通過與其他系統的集成，如學生信息管理系統、教師管理系統等，實現更智能化、更便捷的通信服務。此外，基于FreeSwitch的校園智能通信系統還可以實現實時監控和數據分析，為校園管理和決策提供有力支持。

綜上所述，基于FreeSwitch的校園智能通信系統是一種具有廣泛應用前景和研究價值的通信系統，可以提升校園通信的質量和效率，滿足人們更高水平、更智能化的通信需求。

1 校園智能通信系統的總體設計

基于FreeSwitch的校園智能通信系統的總體設計包括以下幾個部分：

（1）IP電話或軟電話：作為用戶使用的終端設備，通過網絡連接到通信系統。

（2）VoIP網關：將VoIP信號轉換為傳統的電話信號，允許用戶與傳統電話網絡通信。

（3）SIP服務器：負責管理和維護通信系統中的用戶信息和設備信息，處理呼叫請求和路由呼叫。

（4）語音信箱：允許用戶在未接聽電話時留下語音信息。

（5）語音識別和語音合成系統：使系統能夠實現智能語音應答、信息查詢等功能。

基于FreeSwitch的校園智能通信系統的總體設計如圖1所示。

圖1中，校園核心內網部署SBC+FS軟交換+數據庫，構建了一套VoIP語音系統。校園各區域的有線和無線網絡與VoIP網絡聯通，然后可通過SIP話機終端注冊到VoIP話音系統平臺，實現語音或者視頻通話。

校園VoIP智能通信系統功能邏輯如圖2所示。用戶A通過終端呼叫，SBC轉發數據到FS，FS通過規則進入IVR引導，引導結束后進入ACD虛擬排隊，最終分配給指定的用戶B。這個過程中錄音保留，通話數據存入數據庫。

2 校園智能通信網絡搭建步驟

（1）硬件準備

首先需要準備一臺服務器，推薦使用Linux系統，如CentOS、Ubuntu等。另外，還需要一些硬件設備，如IP電話、網關等。本設計采用Linux系統。

（2）安裝FreeSwitch

在Linux系統下，可以使用命令行安裝FreeSwitch。安裝過程中需要注意配置相關參數，如端口、密碼等。

（3）配置FreeSwitch

安裝完成后，需要對FreeSwitch進行配置。配置包括添加用戶、設置呼叫轉移、設置語音信箱等。

（4）接入校園網絡

將FreeSwitch接入校園網絡，使其與其他設備可通信。

（5）實現智能化通信服務

通過結合相關技術，如智能語音識別、語音合成技術，實現更加智能化的通信服務。例如，實現語音問答系統、語音導航系統等。

3 系統開發

3.1 VoIP軟交換系統開發部署

本系統采用開源SIP軟件作為整個VoIP應用系統的核心，故采用FreeSwitch應用服務進行搭建，選擇源碼安裝的方式安裝、調試，運行FreeSwitch，完成基本安裝后，對FreeSwitch進行安全配置。

3.1.1 修改默認SIP端口

修改默認SIP端口如圖3所示。

3.1.2 關閉ipv6

修改FreeSwitch安裝目錄conf/sip_profile/下的external-ipv6.xml和internal-ipv6.xml分別為external-ipv6.xml.deactive和internal-ipv6.xml.deactive，關閉ipv6，如圖4所示。

3.1.3 開啟外部RTP端口

本系統為應對公網環境RTP語音流需求，需要開啟外部RTP端口，故修改internal.xml文件中的ext-rtp-ip為公網地址，系統環境如圖5所示。

3.2 系統功能開發

3.2.1 話機注冊

系統基本環境配置完畢后，開始注冊話機進行測試，同時開啟FreeSwitch控制臺追蹤信令交互。首先使用SIP話機注冊公網地址，然后在命令行中查看分機是否已正常注冊，命令為：sofia status profile internal reg；接著使用分機撥打，可以在fs控制臺中看到通話的發起消息、FreeSwitch的處理過程以及攜帶的SIP的SDP信息，SDP中包含媒體地址、支持的語音編碼、RTP的sessionid等；如果分機已正常接聽，并在通話后正常結束通話，則說明核心軟交換基礎功能已經具備。

3.2.2 IVR系統開發

IVR（Interactive Voice Response， IVR）即交互式語音應答，是一種功能強大的電話自主服務系統。它用預先錄制或TTS文本轉語音及時合成的語音進行自動應答，為客戶提供菜單導航功能，主要應用于呼叫系統中。

FreeSwitch支持多種路由開發方式，如自帶的XML語言開發，加載lua腳本語言開發等。開發前，需要先指向呼叫會話到對應的開發腳本，打開安裝目錄下/conf/dialplan中的default.xml文件，配置指向腳本，完成指向后，再安裝目錄script/編寫luaIVR腳本，編寫完IVR后可以按照IVR中的按鍵編寫后續路由。如，XML文件中的按鍵1指向50001，按鍵2指向50002，按鍵3指向50003。

（1）callcenter功能

系統中50001對應callcenter mod進行排隊轉接，路由至support組。FreeSwitch默認不開發callcenter功能，需要編譯mod并安裝。同樣，FreeSwitch本身不支持留言mod，需要單獨開啟mod并安裝；安裝完成后，進入conf/autoload_configs/callcenter.conf.xml，文件配置坐席屬性、關聯隊列信息、按鍵轉接到support組后，就可以被用戶接聽。

（2）語音留言功能

系統中50002為留言測試，FreeSwitch本身不支持留言mod，需要單獨開啟mod并安裝；安裝完成后配置留言的路由。

（3）電話會議功能

系統中50003指向一個電話會議，由于會議需要錄音，所以開啟了錄音功能，需在dialplan配置文件中加入配置指令。

4 系統測試

4.1 語音通話模塊測試

本系統支持的接入終端有eyeBeam話機、xliteSIP話機、GenesysSIP話機、Linphone SIP話機等，本次測試選用GenesysSIP話機。系統功能測試的步驟和結果如下：

（1）確認部署的FreeSwitch能夠正常提供服務。

（2）注冊兩個SIP話機，用戶名分別是1000和1003，分機用戶注冊成功后的界面如圖6、圖7所示。

（3）使用話機1000發起呼叫，被叫端振鈴界面如圖8所示，此時用戶1003振鈴，且話機1000響起回鈴音。

（4）點擊話機1003的摘機按鈕，話機1003的通話界面如圖9所示，結果表明兩個SIP話機能夠正常通話。

4.2 IVR模塊測試

本系統開發的IVR系統可實現IVR呼入、呼叫排隊、留言、加入會議等功能。該系統可通過語音引導進行自主服務，語音引導有：“你可直播分機號，如轉人工請按‘1’，留言功能請按‘2’，會議功能請按‘3’，重聽請按‘9’”。系統功能測試的步驟和結果如下：

（1）確認部署的FreeSwitch能夠正常提供服務，確認SIP話機準備就緒。

（2）使用SIP話機1000撥打號碼50000，按照語音引導，按“2”測試留言功能，留言過程中的話機界面如圖10所示。同時可通過Web頁面查看留言，Web頁面中的留言清單截圖如圖11（a）、圖11（b）所示。結果表明，系統的留言錄音功能正常。

（3）使用話機1000撥打號碼50000，按照語音引導，按“3”測試會議功能，提示語音是“請輸入會議室密碼”，正確輸入密碼加入會議后，語音提示“當前會議室就你一人，等待其他人入會”，音樂響起；接著使用話機1003撥打號碼50000，按照語音引導，加入會議室，會議室內超過兩人，系統音樂停止。測試結果表明，會議功能可以正常使用。

5 結 語

本文基于FreeSwitch軟件的特點，選擇其作為SIP服務軟件，搭建校園智能通信系統。經過實驗測試，系統可實現統一通信與錄音系統功能，在通話過程中，需要開啟錄音，所以在分機撥打的路由策略中添加了錄音開啟功能；系統可實現智能自動化語音交互，即可通過標準的VXML格式進行語音引導，實現離線留言、Web系統查詢交互、加入會議等功能，同時IVR中保留了直播分機號的選項，如果用戶直接按分機號，則轉接到對應分機號。測試結果證實了系統整體功能的正確性和可行性。基于FreeSwitch搭建校園智能通信系統可與WebRTC連接，實現WebRTC與VoIP的互通。WebRTC是一項基于Web技術的實時通信協議，可以實現瀏覽器間的音視頻通信。通過將WebRTC與FreeSwitch相結合，可將WebRTC的音視頻流轉換為VoIP信號，從而實現WebRTC與傳統電話網絡的互通。同時，也可以通過WebRTC實現校園內部的視頻通信和遠程教育等功能，提高教學效率和質量。

參考文獻

[1]王海波. VoIP語音通信技術的研究與問題分析[J].中國新通信，2021，23（10）：9-10.

[2]王乾.基于VoIP的語音通信系統設計[J].中國高新科技，2020，27（24）：61-63.

[3]王濤，汪佳欣，張新科.基于語音交互和定位系統的智能導盲伴侶[J].單片機與嵌入式系統應用，2019，19（11）：35-38.

[4]張嘉元，高曉輝，陳濤，等.基于VoIP語音網系統設計[J].數字通信世界，2018，14（12）：21-22.

[5]張平波，何緯.基于PJSIP協議的VoIP軟電話系統的開發設計[J].信息化研究，2019，45（1）：51-57.

[6]張玲麗.校園VoIP網的設計與實現[J].輕工科技，2018，34（8）：91-92.

[7]閆紅書，閻丕濤，王佳，等.基于校園網的VoIP應用設計與實現

[J].中國教育信息化，2017，23（1）：83-85.

[8]劉勇，石方文，孫學康.多媒體通信技術與應用[M].西安：人民郵電出版社，2017.

[9]原建宇.基于4G融合網絡的VoIP系統的設計與實現[D].合肥：安徽大學，2021.

[10]秦福星，王忠.基于FreeSwitch語音通信系統研究[J].通信與信息技術，2020，50（2）：54-57.