基于“软件+硬件”的现代交换实验教学系统设计与构建

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　　摘   要：“现代交换技术”是高职通信技术专业开设的一门核心课程，围绕程控交换组织教学内容。随着目前通信网络的更新换代，原来的实验教学内容已经不适合现在的软交换网络，因此，文章在实验室已有的硬件实验教学系统基础上，设计了一套基于“软件+硬件”的现代交换实验系统，增加了可实验的内容，提升了教学效果。
　　关键词：现代交换;实验教学;网际互连协议;语音传输;会话启动协议
　　1    当前存在的问题
　　1.1  教学内容的滞后
　　“现代交换技术”是高职通信技术专业开设的一门核心课程，在以往的教学中主要是针对基于电路交换的语音交换网络开展教学，主要教学内容围绕程控交换机的原理和操作来讲解，理论知识包括：脉冲编码调制、时分多路复用、信号音的产生、发送和接收、数字交换网络、一号信令、七号信令等;实验知识包括：物理配置、本局通话、对局通话、信令配置与分析、自环配置等[1]。
　　随着通信技术的发展，手机通信已经发展到了5G，固定电话通信也由原来的程控交换演进到了基于IP的语音传输（Voice over Internet Protocol，VoIP）软交换，下一代网络（Next Generation Network，NGN）是一个综合性的开放网络，以分组交换技术为基础、软交换技术为核心。关键技术为软交换技术、高速路由交换技术、大容量光传送技术和宽带接入技术。显然以往的程控交换内容已经不适合作为课程主要知识，如何使课程教学内容跟上通信网络发展的步伐，是当前亟待解决的问题。
　　1.2  应该加入的新技术、新知识
　　VoIP基于目前的Internet网（或者包交换网络）进行语音通信，VoIP系统能提供比传统电话网络要丰富得多的业务特性。一般而言，部署VoIP系统时涉及3个主要组成部分：IPPBX，VoIP电话（包括软终端）和VoIP运营商网络。IPPBX是IP小交换机，有些IPPBX是单独的硬件设备，也有些IPPBX是纯软件方式的服务器程序。
　　会话启动协议（Session Initiation Protocol，SIP）是由IETF提出并主持研究的一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，被用来创建、修改、和终结一个或多个参加者参加的会话进程，会话包括：Internet多媒体会议、Internet电话、远程教育以及远程医疗等，即所有的互联网上交互式两方或多方多媒体通信活动，统称为多媒体会話。参加会话的成员可以通过组播方式、单播联网方式或者两者结合的方式进行通信[2]。
　　SIP作为一个应用层的多媒体会话信令协议，可以被用来发起会话进程、在会话中邀请其他参加者加入会议，会话本身可以通过基于组播协议的会话通告协议（SAP）、电子邮件、网页通告、以及轻型目录访问协议（Lightweight Directory Access Protocol，LDAP）等方式预先通告各个可能的参加者。SIP协议支持别名映射、重定向服务、ISDN和IN业务以及个人移动（personal mobility），即终端用户能够在任何地方、任何时间请求和获得已订购的任何电信业务。
　　2    基于软件+硬件的现代交换实验教学系统构建
　　2.1  中山火炬职业技术学院现有的现代交换技术实验环境
　　中山火炬职业技术学院通信技术专业实验室现已配备VoIP软交换相关硬件设备，以华为公司的一台U1960作为软交换的核心，配合多台综合接入设备（Integrated Access Device，IAD）和多部模拟电话组建基于软交换的硬件网络。U1960是华为公司专门为企业开发的软交换设备，为企业提供专业的IP语音解决方案，其采用纯SIP软交换核心，实现了模拟话机和IP话机的混合组网，可通过数字中继或模拟中继以及宽带的SIP中继实现与公共交换电话网络（Public Switched Telephone Network，PSTN）或者专网语音交换设备的连接。IAD位于NGN网络结构中的边缘接入层，基于IP的语音/传真（VoIP/FoIP）接入网关，为运营商、企业、小区住宅用户、公司提供高效、高质量的IP话音业务、视频、传真等服务。在NGN网络中，IAD通过标准的媒体网关控制协议（Media Gateway Control Protocol，MGCP）或SIP协议与软交换配合组网。目前可做的实验有IAD业务配置、号码变换业务、紧急呼叫中心（119）配置、限制呼叫业务配置、SIP信令跟踪分析、R2中继出局呼叫（自环）、PRA信令出局呼叫（自环）。
　　2.2  互联网上可以用作现代交换技术的实验软件
　　互联网上有很多基于SIP协议的软件，可以通过软件、计算机设备、耳麦等工具组建软交换系统[3]。其中，miniSIPServer是一种专业纯软件方式的SIP-PBX，能运行在Windows以及Linux等系统，配合SIP客户端软件，如easybeam，microSip等，可以做很多基于SIP协议的软交换实验，且非常容易使用。通过实践总结出可以做的实验项目有：本机互打电话，两台计算机之间的SIP中继、自动话务员业务、Call parking与call retrieve业务、语音邮箱业务、连选组和呼叫队列（119）、SIP协议信令分析等。
　　2.3  融合改进方案
　　基于硬件（U1960+IAD+模拟电话机）的软交换系统和基于软件（SIP服务器+SIP客户端）的软交换系统都可以完成软交换实验，实验证明，两个系统之间可以通过SIP协议来互联互通，如此，可以做的实验更多。“软件+硬件”的现代交换实验教学系统如图1所示。
　　用硬件设备IAD通过SIP协议注册到软件miniSIPServer服务器中，再用easybeam客户端注册到miniSIPServer服务器中，就可以用计算机拨打固定电话。老师可以配置一个固定电话，让学生按学号在计算机上配置SIP客户端，接通电话后，老师可通过电话号码来记录学生的实验成绩。同时，SIP协议的中继可以用U1960做一个SIP服务器，用miniSIPServer做另外一个服务器，通过配置实现软件系统和硬件系统的中继。通过该组合可以构建出许多软交换实验，除了可以用SIP协议做软交换实验以外，还可以用H.248协议做同样实验，举一反三，实现“1+1>2”的效果。 　　学生在基于“软件+硬件”的现代交换实验系统中做实验，不仅不会枯燥，而且会非常有意思，因为每个实验都可以很快进行验证并看到效果。很多实验需要用到两组设备，两人一组，在实验过程中还会遇到很多问题，比如接线方面、线路不通、认证不通过等问题，通过解决问题，在实验中不仅可以提升动手能力，而且提高了团队合作能力。
　　3    结语
　　基于“软件+硬件”的现代交换实验系统可以应用在现代交换技术的实验教学中，并且能达到很好的效果，对于没有硬件系统的学校，也可以采用软件系统构建现代交换技术实验系统，而且成本很低。虽然实验教学系统能完成部分软交换的实验，但其針对的场景是企业内部的软交换网络，而不是现网中的全网业务模拟。
　　[参考文献]
　　[1]彭荣群，刘刚，付秀花，等.“现代交换技术”课程综合改革与思考[J].科技视界，2018（31）：86.
　　[2]乔玮.浅析SIP协议在VoIP中的应用[J].科技经济导刊，2016（33）：38.
　　[3]李德胜.基于SIP协议的网络协议分析课程教学改革探索[J].长春师范大学学报，2017（4）：117.
　　Abstract：Modern switching technology is a core course of communication technology specialty in higher vocational education. It used to organize teaching content around program-controlled switching. However， with the update of current communication network， the original experimental teaching content is not suitable for the current soft switching network. Therefore， based on the existing hardware experiment teaching system in the laboratory， this paper designs a set of modern switching experiment system based on“software + hardware”， which greatly increases the experimental content and improves the teaching effect.
　　Key words：modern switching; experimental teaching; Internet interconnection protocol; voice transmission; session initiation protocol
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