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利用VoIP构建校园IP电话系统的研究与实现

2014/05/13 Tang

1 引言
VoIP(Voice over Internet Protoco1)是一种以IP电话为主,并推出相应的增值业务的技术。简而言之就是将模拟声音讯号(Voice)数字化,以数据封包(Data Packet)的型式在IP数据网络(IP Network)上做实时传递,VoIP采用国际电信联盟(ITU_T)制定的标准协议族H.323。从本质上说,VoIP电话与电子邮件,即时讯息或者网页没有什么不同,它们均能在经过了互联网连接的机器问进行传输。自1995以色列VocalTec公司推出“IPhone1.0”,全球第一款Internet语音传输软件诞生。随着1996美国IDT公司发布Net2phone单工测试版,则全球第一款可拨打电话的VOIP电话诞生,接着该公司正式发布Net2phone全双工版。1997开始传人中国。局域网IP电话系统是一种基于以太网技术的IP电话系统。目前,大部分校园都把以太网技术作为内部局域网的组网技术。局域网IP电话系统可利用现有的以太网来传输话音,并能提供与PBX相同的或更好的服务。通过使用局域网IP电话系统不仅可以使内部的数据网和话音合一,而且可以使电话使用费用大幅度降低。校园网是运用现代网络通信技术、多媒体技术和计算机技术等建立起来的计算机网络,为学校的教学、管理、办公、信息交流和通讯等提供综合的网络应用环境。下面就如何利用VolP技术将校园网与IP电话系统结合,构建校园IP电话系统做一研究。

2 校园IP电话系统组成
局域网IP电话系统为提供与传统的PBX系统功能相当或者功能更为完善的服务,就必须配备各种基于局域网的组件Ⅲ ,如:网络系统、关守、终端、PSTN接入设备,每个组件都有各自特定的功能。一个基本的局域网IP电话系统如图1所示。

局域网IP电话系统

2.1 网络系统
以太网技术是一种面向无连接的技术,实践证明,这项技术对数据传输所采取的“尽力而为”的方式是适合用于传输话音等实时业务的。认为以太网肯定不如PBX网络安全可靠的观点是不正确的。在过去的20多年中,以太网在提高它的可靠性方面取得了很大的进展。用于连接以太网设备的双绞线的质量也得到了很大的提高,有的以太网还选用光纤来连接设备,这使得以太网的传输带宽大大增加,使得以太网变成了一个性能良好的网络。目前对以太网技术的研究主要集中在如何减少网络拥塞和使网络能够支持传输实时业务方面。以太网由于采用了交换机、虚拟网、高速连接和优先级等技术,因而可以为VolP业务提供一个低时延、高带宽的传输环境,它是适合于传输语音信息的。

2.2 话机和网关
局域网IP电话系统的第二个重要组成部分是话机。可以用PC机来作为局域网IP电话系统的 “虚拟话机”;也可以使用普通的模拟电话来作为局域网系统的话机,但必须通过一个转换网关把模拟电话接入到局域网IP电话系统;还可以使用从外型上看几乎和模拟话机一模一样的以太网话机作为局域网IP电话系统的话机。下面主要讨论模拟话机和网关。

2.2.1 话机
电话是最常用的终端设备,基本功能是用于在发送端将人的声音信号转换成电信号,或在接收端把电信号还原成声音信号。电话的种类很多,基本有以下几种:模拟固定电话、数字固定电话、模拟移动电话、数字移动电话。

2.2.2 网关
在IP电话网络体系中,网关是重要的组成部分之一,是实现IP电话的关键。利用IP网关来打电话是十分容易的,就像普通的商业电话一样,可以通过一个用户交换机或普通电话来进行IP网关呼叫,IP网关处理呼叫建立的所有功能:包括管理、IP地址映射、向IP路由器提供信息等。当一个电话机发出“呼叫”信号时,这个信号从用户电话发出,并通过用户交换机传送。“呼出”信号进入网关中的模拟或者数字的IP语音接口卡,根据进入的数字(号码),IP网关进行呼叫设置。IP的电话数据库将目的地号码“映射”成远端IP地址,IP网关在远端网关间建立通话信道。然后,网关就给这个呼叫分配网络带宽,这样电话就接通了。在谈话过程中,话音信号经数字化并被压缩成数据包,称为数据集。数据集被封装成为IP包,IP包从IP语音接口卡出发,通过PC的网络接口卡和局域网传送到路由器,如果路由器支持协议RSVP或者其他优先权协议,路由器将这些包作为优先顺序的IP流量处理并将这些包送到广域网络。电话终止了, IP网关自动回收分配的带宽,并将上述呼叫记载于呼叫用户记录中,并准备下一次呼叫。

2.3 关守
关守( GK)是IP电话通信网络中的重要组件,相当于网络中的智能集线器,把各个网关智能地集合在一起,进行统一管理、维护、配置和开发。局域网IP电话系统关守的一个主要功能就是建立呼叫。完成呼叫建立的第一步是地址解释。当主叫拿起以太网话机拨打被叫号时,被叫号码就传到关守,关守通过这个号码去查询号码地址数据库(数据库可内置也可由特定的服务如LDAP来提供),从而决定如何建立这个呼叫。如果被叫位于本局域网内,查询将返回本局域网内的IP地址;如果被叫位于通过广域网或Internet才能到达的异地城市,查询将返回那个城市的网关的IP地址;如果找不到与被叫号码相关的网关或电话时,查询将不返回任何结果,在这种情况可能需要利用PSTN网进行呼叫转接。

2.4 PSTN接入设备

将来可能所有的语音信息都以IP数据包的形式从发送者到接收者,但目前仍有不少的语音信息必须通过PSTN网进行转接,所以局域网IP电话系统必须具有连接PSTN网的功能。PSTN接入网关在整个局域网IP电话系统中起着非常关键作用。它不仅使用局域网IP电话系统能够连接至IP网络的用户,而且能够增加整个局域网IP电话系统的可靠性,使得局域网IP电话系统具有处理紧急呼叫的能力。PSTN接入网关除了具有接通被叫的功能外,还具有把来自PSTN的呼叫接续到局域网IP电话系统的功能。

3 利用VoIP构建校园IP电话系统的实现
3.1分析
随着学校教学规模的不断扩大,校区已不再是以往的一个地区,校区间虽然现在网路互通,但是大家还是习惯于电话语音进行交流,话费支出越来越多。因此,采用VoIP技术构建校园IP电话系统势在必行。要实现校园.VoIP网络,基于现有的校园网,只要在其中适当得添加带有实现VoIP所需功能模块的设备(本实验采用锐捷路由器),还有普通的模拟电话机即可。结合校区情况设计结构如图2所示。学校分为两个校区,并且两校区通过英特网互通。校区分为实验楼、宿舍、行政楼、教学楼、图书馆等。在本部中,网络中心位于实验楼,在实验楼中放置着一个实现IP电话通信的网关,整个校园网是通过网络中心的三层交换机连接到当地电信局,再由电信局连接到Internet上去的。把三层交换机上的路由器作为关守( GK),同时也是网关。因行政楼分布的电话比较多,因而选择一个小型电话交换机 (PBX)。各电话号码是由路由器的各个端口确定。在校区内加人PSTN接人设备。就能实现IP网络电话和普通家庭电话通信。号码编制规则是:校区号1位+机构号l位+建筑楼号2位+房间号3位,共计7位阿拉伯数字组成。

利用VoIP构建校园IP电话系统

3.2 实现
校园构建VoIP网络,需要用GK Server(关守)方式进行动态的电话号码和IP地址的解析。路由器既具有网关的功能模块也具有关守的功能模块,使用时只要启用相应的功能模块就可以了。如果有一台路由器已经启动了关守,我们就将该台路由器配置GK Server,而在该校区内的所有其他的路由器配置成GK Client,一般我们将关守这台路由器既配置成GK Server又配置成GK Server在配置GK Server时,要考虑该关守是只实现在一个校区内通话,还是要实现通过Internet进行两校区问的通信。在一个校区内通话,只要进人局域网接口配置就可以了intfastethernet 0;在两校区或多校区内通话,则是进入广域网接口进行配置,并在该接口上采用encapsulation PPP协议,同时要配置时钟频率,clock rate 2000000。我们现在要实现两校区间能进行通话,所以GK Server要对广域网接口进行配置,当然这种配置也是可以实现一个校区内的通话的。如图3所示,将两校区中标有“网关/关守”的路由器既配置成GK Server又配置成GK Clint。而将各校区样园网内标有“网关”的路由器配置成GK Client。本部关守和异地关守的配置类似,本地GK Client和异地GK Client的配置类似。各台路由器都分配相应的IP地址子网掩码为24位bit,这样便于GK Server进行地址解析。设置本部关守的IP地址为1 92.168.12.1,设置异地关守的IP地址为172. 16.25.1。本部GK Client是指向本部关守进行查询的,而异地GK Client是指向异地关守进行查询的,电话号码和地址解析方式通过RAS方式解析。例如,要实现教学楼506办公室,实验楼405办公室,还有异地校区201办公室之间通话。教学楼办公室电话是1403506,实验楼电话是1101405,异地校区电话是2401201。

通话示意图

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