VoIP系统在通信专业课程中的实践应用

罗倩倩

(湖北文理学院 物理与电子工程学院，湖北 襄阳 441053)

0 引言

传统通信系统实验大多采用实验箱、计算机仿真软件、系统级设备等形式，对于培养学生加深理论认识具有重要意义，但也存在着设备价格高、实验不够直观、实践能力培养环节偏弱的问题。同时，通信类实验室相对独立，专业课程的实验教学均单独开设，课程都有彼此独立的实验室和实验设备。这种实验课程的设置方式，未能充分考虑课程之间的整体连贯性，学生在完成各门课程的理论知识学习和实验实践后，不能对不同课程之间的知识进行融会交流，制约了学生创新思维的培养，也不能适应行业发展对人才的需求[1-2]。针对上述问题，开发了开放融合的通信实验平台，加强学生对于课程知识体系之间的融会贯通，有效提高学生通信项目开发能力和技术支持能力。

当前传统电信网、广播电视网和计算机网络之间相互渗透、互相兼容并逐步整合为统一的信息通信网络——下一代网络(Next Generation Network，NGN)。软交换技术作为NGN中的核心技术已在电信网中得到了广泛应用。软交换的理论知识体系覆盖了几乎所有的通信专业课程[3]。作为软交换技术经典模型的VoIP通信系统，具有开源资源丰富、支持多种通信协议、结合相应设备可方便搭建成各种语音业务的实用平台等优势，将其应用于实践教学中，对于融合通信相关专业课程、提高课程教学质量、培养适应行业发展的专业人才亦具有积极意义。本文在分析VoIP技术的教学应用价值及其与通信专业课程体系关联的基础上，利用开源资源搭建了VoIP系统实验平台，设置了实验项目并介绍了其与专业课程之间的关系。

1 VoIP技术的教学应用价值

VoIP是一种话音传输技术，通过将语音转化为IP数据包，在IP网络上进行实时传递[4]。VoIP技术的教学应用价值主要有以下几个方面：(1)VoIP支持多种通信协议，通信应用形式丰富。同时，VoIP可以在PC-电话、PC-PC、电话-电话、移动设备-PC/电话之间实现。学生可掌握不同网络架构及通信协议，积累工程经验。(2)系统开源资源丰富。VoIP的主流协议SIP，H.323，MGCP均有基于各种操作系统的开源协议栈，这些资源不仅可节省部署成本，也使学生在可锻炼自己的编程能力，加深对计算机工具类课程的认识。(3)VoIP系统可与系统级电信设备实验衔接，避免了系统级设备封闭性的缺点，由点及面地加深对通信网的认识。(4)具有强大的二次开发功能，能够培养学生的创新意识和动手能力[5]。

2 VoIP与通信专业课程体系的关联

通信行业涉及多种理论、技术，除必须掌握的数学工具以外，在学科必修课中有相当一部分的计算机类课程、专业课以及实践课程。计算机类课程的教学目的是让通信专业学生掌握必需的软件开发工具和技能；专业课则是和行业紧密联系，让学生了解通信的基本概念、行业中的术语、通信系统/网络架构、信令和通信协议等；实践课程则帮助学生将理论知识融入现实，发展职业能力。

3 VoIP系统实验平台的开发与搭建

利用开源电话交换平台作为VoIP服务器，PC机、智能手机/平板上安装VoIP软件电话(Zoiper、X-Lite等)，FXS网关接入模拟电话机，WiFi无线路由器负责组建网络，抓包软件用来分析通话信令，让学生深入全面地理解通信的流程和全IP化组网方式。通信网络架构如图1所示。

图1 通信网络架构

4 VoIP系统实验项目设置及其与专业课程之间的关系

利用搭建的VoIP 系统实验平台开展基础实验实训，也可以结合其他平台开展综合实训。基础实验实训包括：设备认知、VoIP系统安装部署、局域网内点对点语音通信的实现等。在设备认知过程中，可对设备系统功能、软件工具等有整体的了解。在系统安装部署及业务实现上，需要学生进行代码编写，可结合C语言教学，分析协议栈中关键函数及结构定义。在VoIP中呼叫处理过程中需要使用链表、队列、线程管理及内存调度等，从而加强学生对计算机工具类课程的掌握。

在通信专业课程教学中，通过利用VoIP系统实现点到点语音传输，理解“通信原理”课程中的PCM编译码原理、压缩编码方案，加深对各种语音、视频编码标准的理解。利用协议分析软件分析数据包的传输机制，在理解呼叫原理的基础上能进行故障诊断，加深对计算机网络课程中TCP/IP协议的理解。

对于程控交换技术课程，在利用商用系统级设备实现前，首先，了解软交换体系结构以及实际应用；其次，通过设计实现的VoIP实验系统架设虚拟的服务器，了解转发交换的具体实现，在此基础上再在商业系统级设备上进行实验，达到事半功倍的效果。通过对开源软电话的安装配置以及VoIP技术和无线网络的融合，加深对通信网的理解，有助于学习移动通信技术。

综合实训包括二次开发以及与现有系统级光传输平台、移动通信平台、数通平台、宽带光接入平台等的融合。通过前期理论课程及实验的学习，学生可在此基础上进行各种实践应用。例如，利用软交换设备、光接入平台构建汇聚层，利用SDH/PTN/OTN 设备构成传输层，从而模拟运营商网络，建立全网的概念。另外，VoIP的组网协议SIP,H.323,MGCP等都有免费开源协议栈以及软件电话资源，可灵活进行二次开发。通过这一步的锻炼和学习，学生将对自己整个通信专业所学知识如何在实际中应用有了一个全面了解和体会。

5 结语

将VoIP中的关键技术和通信专业课程中的相关知识点建立映射关系，让学生能举一反三，从而了解整个通信系统，能建立一个小型的VoIP系统实验平台，锻炼学生的开发能力。优势在于：(1)采用免费开源的协议栈、IP服务器和网络电话，只需花费少量资金配置硬件网关和FXS设备，即可完成大部分的通信实验，投入成本低但应用价值高，对于通信课程实践教学具有很大的帮助作用，对于理解课本复杂概念知识，了解通信系统架构作用显著。(2)与现有实验平台能进行很好地融合，在开展商业系统级设备实践前开设VoIP实验，有助于解决系统级设备封闭性太强的弊端。

把开源VoIP系统应用于实践教学中，融会各门专业课程知识内容，让学生不仅理解了各门课程在专业知识体系中的作用，亦能很好地培养学生的创新能力和实践能力。