VoIP系統(tǒng)在通信專業(yè)課程中的實踐應(yīng)用

羅倩倩

(湖北文理學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，湖北 襄陽 441053)

0 引言

傳統(tǒng)通信系統(tǒng)實驗大多采用實驗箱、計算機(jī)仿真軟件、系統(tǒng)級設(shè)備等形式，對于培養(yǎng)學(xué)生加深理論認(rèn)識具有重要意義，但也存在著設(shè)備價格高、實驗不夠直觀、實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)偏弱的問題。同時，通信類實驗室相對獨立，專業(yè)課程的實驗教學(xué)均單獨開設(shè)，課程都有彼此獨立的實驗室和實驗設(shè)備。這種實驗課程的設(shè)置方式，未能充分考慮課程之間的整體連貫性，學(xué)生在完成各門課程的理論知識學(xué)習(xí)和實驗實踐后，不能對不同課程之間的知識進(jìn)行融會交流，制約了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，也不能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展對人才的需求[1-2]。針對上述問題，開發(fā)了開放融合的通信實驗平臺，加強(qiáng)學(xué)生對于課程知識體系之間的融會貫通，有效提高學(xué)生通信項目開發(fā)能力和技術(shù)支持能力。

當(dāng)前傳統(tǒng)電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間相互滲透、互相兼容并逐步整合為統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡(luò)——下一代網(wǎng)絡(luò)(Next Generation Network，NGN)。軟交換技術(shù)作為NGN中的核心技術(shù)已在電信網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。軟交換的理論知識體系覆蓋了幾乎所有的通信專業(yè)課程[3]。作為軟交換技術(shù)經(jīng)典模型的VoIP通信系統(tǒng)，具有開源資源豐富、支持多種通信協(xié)議、結(jié)合相應(yīng)設(shè)備可方便搭建成各種語音業(yè)務(wù)的實用平臺等優(yōu)勢，將其應(yīng)用于實踐教學(xué)中，對于融合通信相關(guān)專業(yè)課程、提高課程教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的專業(yè)人才亦具有積極意義。本文在分析VoIP技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用價值及其與通信專業(yè)課程體系關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，利用開源資源搭建了VoIP系統(tǒng)實驗平臺，設(shè)置了實驗項目并介紹了其與專業(yè)課程之間的關(guān)系。

1 VoIP技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用價值

VoIP是一種話音傳輸技術(shù)，通過將語音轉(zhuǎn)化為IP數(shù)據(jù)包，在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行實時傳遞[4]。VoIP技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用價值主要有以下幾個方面：(1)VoIP支持多種通信協(xié)議，通信應(yīng)用形式豐富。同時，VoIP可以在PC-電話、PC-PC、電話-電話、移動設(shè)備-PC/電話之間實現(xiàn)。學(xué)生可掌握不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及通信協(xié)議，積累工程經(jīng)驗。(2)系統(tǒng)開源資源豐富。VoIP的主流協(xié)議SIP，H.323，MGCP均有基于各種操作系統(tǒng)的開源協(xié)議棧，這些資源不僅可節(jié)省部署成本，也使學(xué)生在可鍛煉自己的編程能力，加深對計算機(jī)工具類課程的認(rèn)識。(3)VoIP系統(tǒng)可與系統(tǒng)級電信設(shè)備實驗銜接，避免了系統(tǒng)級設(shè)備封閉性的缺點，由點及面地加深對通信網(wǎng)的認(rèn)識。(4)具有強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力[5]。

2 VoIP與通信專業(yè)課程體系的關(guān)聯(lián)

通信行業(yè)涉及多種理論、技術(shù)，除必須掌握的數(shù)學(xué)工具以外，在學(xué)科必修課中有相當(dāng)一部分的計算機(jī)類課程、專業(yè)課以及實踐課程。計算機(jī)類課程的教學(xué)目的是讓通信專業(yè)學(xué)生掌握必需的軟件開發(fā)工具和技能；專業(yè)課則是和行業(yè)緊密聯(lián)系，讓學(xué)生了解通信的基本概念、行業(yè)中的術(shù)語、通信系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、信令和通信協(xié)議等；實踐課程則幫助學(xué)生將理論知識融入現(xiàn)實，發(fā)展職業(yè)能力。

3 VoIP系統(tǒng)實驗平臺的開發(fā)與搭建

利用開源電話交換平臺作為VoIP服務(wù)器，PC機(jī)、智能手機(jī)/平板上安裝VoIP軟件電話(Zoiper、X-Lite等)，F(xiàn)XS網(wǎng)關(guān)接入模擬電話機(jī)，WiFi無線路由器負(fù)責(zé)組建網(wǎng)絡(luò)，抓包軟件用來分析通話信令，讓學(xué)生深入全面地理解通信的流程和全I(xiàn)P化組網(wǎng)方式。通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

4 VoIP系統(tǒng)實驗項目設(shè)置及其與專業(yè)課程之間的關(guān)系

利用搭建的VoIP 系統(tǒng)實驗平臺開展基礎(chǔ)實驗實訓(xùn)，也可以結(jié)合其他平臺開展綜合實訓(xùn)?；A(chǔ)實驗實訓(xùn)包括：設(shè)備認(rèn)知、VoIP系統(tǒng)安裝部署、局域網(wǎng)內(nèi)點對點語音通信的實現(xiàn)等。在設(shè)備認(rèn)知過程中，可對設(shè)備系統(tǒng)功能、軟件工具等有整體的了解。在系統(tǒng)安裝部署及業(yè)務(wù)實現(xiàn)上，需要學(xué)生進(jìn)行代碼編寫，可結(jié)合C語言教學(xué)，分析協(xié)議棧中關(guān)鍵函數(shù)及結(jié)構(gòu)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(nèi)存調(diào)度等，從而加強(qiáng)學(xué)生對計算機(jī)工具類課程的掌握。

在通信專業(yè)課程教學(xué)中，通過利用VoIP系統(tǒng)實現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)的理解。利用協(xié)議分析軟件分析數(shù)據(jù)包的傳輸機(jī)制，在理解呼叫原理的基礎(chǔ)上能進(jìn)行故障診斷，加深對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中TCP/IP協(xié)議的理解。

對于程控交換技術(shù)課程，在利用商用系統(tǒng)級設(shè)備實現(xiàn)前，首先，了解軟交換體系結(jié)構(gòu)以及實際應(yīng)用；其次，通過設(shè)計實現(xiàn)的VoIP實驗系統(tǒng)架設(shè)虛擬的服務(wù)器，了解轉(zhuǎn)發(fā)交換的具體實現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上再在商業(yè)系統(tǒng)級設(shè)備上進(jìn)行實驗，達(dá)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(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)的融合，加深對通信網(wǎng)的理解，有助于學(xué)習(xí)移動通信技術(shù)。

綜合實訓(xùn)包括二次開發(fā)以及與現(xiàn)有系統(tǒng)級光傳輸平臺、移動通信平臺、數(shù)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(xué)習(xí)，學(xué)生可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各種實踐應(yīng)用。例如，利用軟交換設(shè)備、光接入平臺構(gòu)建匯聚層，利用SDH/PTN/OTN 設(shè)備構(gòu)成傳輸層，從而模擬運營商網(wǎng)絡(luò)，建立全網(wǎng)的概念。另外，VoIP的組網(wǎng)協(xié)議SIP,H.323,MGCP等都有免費開源協(xié)議棧以及軟件電話資源，可靈活進(jìn)行二次開發(fā)。通過這一步的鍛煉和學(xué)習(xí)，學(xué)生將對自己整個通信專業(yè)所學(xué)知識如何在實際中應(yīng)用有了一個全面了解和體會。

5 結(jié)語

將VoIP中的關(guān)鍵技術(shù)和通信專業(yè)課程中的相關(guān)知識點建立映射關(guān)系，讓學(xué)生能舉一反三，從而了解整個通信系統(tǒng)，能建立一個小型的VoIP系統(tǒng)實驗平臺，鍛煉學(xué)生的開發(fā)能力。優(yōu)勢在于：(1)采用免費開源的協(xié)議棧、IP服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)電話，只需花費少量資金配置硬件網(wǎng)關(guān)和FXS設(shè)備，即可完成大部分的通信實驗，投入成本低但應(yīng)用價值高，對于通信課程實踐教學(xué)具有很大的幫助作用，對于理解課本復(fù)雜概念知識，了解通信系統(tǒng)架構(gòu)作用顯著。(2)與現(xiàn)有實驗平臺能進(jìn)行很好地融合，在開展商業(yè)系統(tǒng)級設(shè)備實踐前開設(shè)VoIP實驗，有助于解決系統(tǒng)級設(shè)備封閉性太強(qiáng)的弊端。

把開源VoIP系統(tǒng)應(yīng)用于實踐教學(xué)中，融會各門專業(yè)課程知識內(nèi)容，讓學(xué)生不僅理解了各門課程在專業(yè)知識體系中的作用，亦能很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。