基于軟交換的《現(xiàn)代交換技術(shù)》課程實驗設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：本文介紹了以軟交換為核心的現(xiàn)代交換技術(shù)課程實驗的設(shè)計與實現(xiàn)過程。詳細闡述了軟交換系統(tǒng)實驗的設(shè)計思想，實驗平臺搭建，實驗項目的具體設(shè)計以及具體實施過程，實驗管理的目標。通過軟交換系統(tǒng)的實驗項目，更好地讓學(xué)生理解了電信交換的實際應(yīng)用，更貼近于通信工程設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、系統(tǒng)維護方面的崗位需求。

關(guān)鍵詞：軟交換；交換技術(shù)；實驗平臺

《現(xiàn)代交換技術(shù)》是通信工程專業(yè)的一門較為重要的核心課程，它與本專業(yè)其他的基礎(chǔ)課程知識點不一樣，《現(xiàn)代交換技術(shù)》的內(nèi)容要與通信技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合[1-2]。在實驗教學(xué)方面，該課程要不斷地更新實驗內(nèi)容和實驗手段，特別是在新工科的背景下，要讓學(xué)生更加貼近工程實踐的具體操作，并能高效地掌握課程中以軟交換為核心的電信交換系統(tǒng)的呼叫信令流程、媒體流程、增值業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全過程。以此為前提下的課程實驗的設(shè)計就成為整個教學(xué)過程中尤為重要的一個環(huán)節(jié)[3]。

一、設(shè)計思想

《現(xiàn)代交換技術(shù)》課程的實驗內(nèi)容主要由分成硬交換和軟交換兩個部分構(gòu)成，其中硬交換部分是以傳統(tǒng)的交換方式為主的實驗，目前在實際的電信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用場景已經(jīng)在慢慢減少，而以軟交換為核心的交換系統(tǒng)在電信網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位。那么在實驗教學(xué)中，必須把側(cè)重點過渡到以軟交換系統(tǒng)為主的實驗實訓(xùn)，主要包括用戶管理及設(shè)備配置測試、信令分析、系統(tǒng)互通、增值業(yè)務(wù)開發(fā)等業(yè)務(wù)。學(xué)生通過一個完整的流程掌握軟交換設(shè)備的配置、設(shè)備互通以及相應(yīng)的實施流程，從而更加熟練地掌握現(xiàn)代交換技術(shù)的理論和方法。課程實驗?zāi)康氖菍⒗碚撝R與實際應(yīng)用設(shè)備相結(jié)合，讓學(xué)生通過了解設(shè)備的操作方式加深理論的認識和理解，幫助學(xué)生更好地理解交換技術(shù)在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用場景，綜合培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用實踐能力，同時讓學(xué)生掌握最新的現(xiàn)代交換技術(shù)。

二、實驗平臺搭建

本實驗平臺是以軟交互服務(wù)器為基礎(chǔ)，通過web對系統(tǒng)進行訪問并對整個系統(tǒng)進行相應(yīng)的配置，通過IP電話和網(wǎng)關(guān)設(shè)備構(gòu)建一個小型的局域網(wǎng)，來實現(xiàn)對實際通信業(yè)務(wù)的模擬，實驗平臺拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要設(shè)備包括服務(wù)器、PC機、支持SIP的IP電話，以及SIP網(wǎng)關(guān)、模擬電話。

圖1 " 軟交換實驗平臺拓撲圖

軟交換服務(wù)器為主要的操作對象，實現(xiàn)對整個平臺的呼叫控制、系統(tǒng)的監(jiān)測、計費、信令的獲取以及相關(guān)業(yè)務(wù)的二次開發(fā)功能，PC機主要實現(xiàn)對軟交換服務(wù)器的配置，同時也可以通過PC機安裝實現(xiàn)軟電話以及信令的分析軟件。只需要通過PC機配置好軟交換機的相關(guān)規(guī)則，并配置好IP電話的相關(guān)參數(shù)即可實現(xiàn)基本的業(yè)務(wù)。模擬電話和程控交換機可以通過網(wǎng)關(guān)與軟交換設(shè)備進行互聯(lián)。軟交換服務(wù)器主要是處理SIP信令和呼叫控制，同時實現(xiàn)對用戶數(shù)據(jù)的管理，以及計費功能的實驗，等同于硬交換的程控交換機，并且可以利用AGI接口實現(xiàn)對服務(wù)器的二次開發(fā)。

本實驗平臺的優(yōu)點在于：其一，實驗平臺以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，對實驗室的構(gòu)建比較符合實際情況，同時能夠保障每個學(xué)生都能進行同步操作，可以直觀地了解軟交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；其二，學(xué)生基本可以完成軟交換每個環(huán)節(jié)的操作過程，如IP通話過程、SIP信令的分析，以及PSTN的配置，而對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生還可以進行二次開發(fā)，拓展更多功能來完成更多具有創(chuàng)新性的實驗，還原實際設(shè)備的應(yīng)用場景。

三、實驗項目設(shè)計

軟交換的實驗項目設(shè)計思路主要是將現(xiàn)代電信交換中的基于語音通信的設(shè)備組網(wǎng)進行配置，以此為基礎(chǔ)對語音通信進行SIP信令的協(xié)議分析，進行軟交換系統(tǒng)和傳統(tǒng)硬交換的程控交換機互通實驗，然后是計費和增值業(yè)務(wù)的管理實驗，最后是在該系統(tǒng)下的二次開發(fā)實驗。通過一個完整的流程，讓學(xué)生熟練掌握在軟交換系統(tǒng)的配置、協(xié)議分析、管理、二次開發(fā)，實驗項目內(nèi)容設(shè)計如圖2所示。

圖2 " "實驗項目內(nèi)容設(shè)計

組網(wǎng)及配置實驗是為了讓學(xué)生先熟悉軟交換web管理界面中用戶添加及管理的基本方法并添加用戶，掌握IP電話的配置方法并在軟交換服務(wù)器上進行注冊，熟悉語音網(wǎng)關(guān)的配置注冊流程。然后完成IP電話與模擬電話之間的業(yè)務(wù)互通，并了解軟交換系統(tǒng)平臺間的用戶添加和管理配置方法。

SIP信令協(xié)議分析實驗是加深學(xué)生對于軟交換系統(tǒng)中的通信協(xié)議的理解，掌握SIP協(xié)議分析軟件的使用方法，通過捕獲注冊信令和注銷信令生成的可視化信令流程圖來分析語音通話的完整流程，了解呼叫建立、呼叫釋放、被叫忙、被叫無應(yīng)答這些基本信令的流程，讓學(xué)生對語音通信中信令的控制過程有更深入地了解。

設(shè)備互通實驗是需要完成軟交換系統(tǒng)與程控實驗箱的互通實驗，主要是將軟交換系統(tǒng)和傳統(tǒng)的硬交換設(shè)備進行互通，完成語音業(yè)務(wù)的擴展。具體內(nèi)容包括：軟交換平臺實現(xiàn)IP電話與語音網(wǎng)關(guān) FXS 口的程控實驗箱之間的互通業(yè)務(wù)；軟交換平臺實現(xiàn) IP 電話與語音網(wǎng)關(guān)FXO 口的程控實驗箱之間的互通業(yè)務(wù)。

業(yè)務(wù)管理實驗主要完成通話過程中的計費業(yè)務(wù)及增值業(yè)務(wù)的管理，首先讓學(xué)生掌握軟交換平臺計費管理功能的實現(xiàn)方法以及操作方法，然后讓學(xué)生利用AGI腳本配置一個話務(wù)臺來實現(xiàn)查分業(yè)務(wù)，同時與計費功能結(jié)合，來驗證計費功能的實驗效果。

二次開發(fā)實驗是通過上述的實驗，學(xué)生充分了解實驗平臺的操作方式后，實現(xiàn)兩個自主開發(fā)的實驗。首先是相對簡單的基于撥號規(guī)則的二次開發(fā)實驗，學(xué)生在熟悉基本的撥號規(guī)則命令后，通過web管理界面添加自主開發(fā)的撥號方案，完成話務(wù)監(jiān)聽功能。其次是相對復(fù)雜一點的基于Python腳本的小型呼叫中心設(shè)計，通過軟交換系統(tǒng)的開發(fā)接口，來實現(xiàn)一個小型呼叫臺，該實驗作為選做項目，可以給一些具有python程序設(shè)計基礎(chǔ)的學(xué)生來完成。

四、實驗方法與實驗過程

本實驗項目是以軟交換設(shè)備組網(wǎng)及設(shè)備配置實驗為例來介紹實驗方法與實驗過程，本次實驗主要針對軟交換網(wǎng)絡(luò)平臺的搭建、設(shè)備的基本配置與語音業(yè)務(wù)的開通和IP電話通話驗證等三項內(nèi)容展開實驗。

（一）軟交換系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)和設(shè)計

根據(jù)實驗任務(wù)的描述，了解軟交換的拓撲規(guī)劃和拓撲設(shè)計的思路，主要讓學(xué)生了解軟交換系統(tǒng)設(shè)備的工作原理、拓撲結(jié)構(gòu)，熟練掌握IP配置和設(shè)備連接關(guān)系。在建立實驗室過程中，軟交換中心設(shè)備和局域網(wǎng)的架構(gòu)設(shè)備就已經(jīng)完成了配置，該內(nèi)容由實驗教師給學(xué)生進行簡單的講解，在這部分中，學(xué)生主要完成的工作是將各種不同類型的終端通過桌面交換機連接到局域網(wǎng)中，并了解各種不同類型的語音終端的基本原理以及連接方法，如傳統(tǒng)的程控電話為什么需要用語音網(wǎng)關(guān)連接到桌面交換機，以及語音網(wǎng)關(guān)的作用。同時，讓學(xué)生了解傳統(tǒng)的硬交換設(shè)備是如何接入到軟交換系統(tǒng)。該部分實驗的目的就是將接入部分的實驗內(nèi)容完全交給學(xué)生來操作，讓學(xué)生通過一系列的操作對軟交換的拓撲結(jié)構(gòu)有一個全面的認識。

（二）軟交換系統(tǒng)的IP地址的配置

在網(wǎng)絡(luò)拓撲建立起來的基礎(chǔ)上，學(xué)生要完成各設(shè)備的IP地址的配置，熟悉各設(shè)備IP地址的配置方法，為后續(xù)的設(shè)備之間的互通做準備，由于本實驗室中終端設(shè)備較多，實驗室必須建立完善的設(shè)備IP地址管理規(guī)范，避免IP地址沖突影響實驗效果。IP地址的規(guī)范如表1所示。

（三）系統(tǒng)設(shè)備的配置

設(shè)備的配置是本實驗項目中的重點內(nèi)容，包括虛擬軟交換中心設(shè)備的注冊，并在設(shè)備中創(chuàng)建用戶，IP電話的配置，最后通過正常通話來驗證配置過程中是否存在問題。

為了方便學(xué)生在實驗課程過程中都能同時登錄到軟交換中心設(shè)備上進行設(shè)備配置，軟交換系統(tǒng)在構(gòu)建系統(tǒng)時通過計算機虛擬仿真技術(shù)在實驗室每臺計算機上配置了一個虛擬的軟交換設(shè)備，構(gòu)建出了一個類似實際架構(gòu)的虛擬軟交換架構(gòu)，只需要軟交換仿真服務(wù)器上注冊，就能夠?qū)崿F(xiàn)每組學(xué)生同時操作軟交換服務(wù)器，同時軟交換仿真服務(wù)器也提供接口與實際的軟交換服務(wù)器進行互聯(lián)，可以讓每組學(xué)生都能夠完成相互之間的通信過程。虛擬軟交換設(shè)備和實際軟交換設(shè)備的操作界面完成相同，學(xué)生在實驗過程中操作流程可以做到完全貼近于實際設(shè)備。

軟交換系統(tǒng)平臺搭建后，需要在系統(tǒng)內(nèi)對用戶分配相應(yīng)的電話號碼。通過web輸入對應(yīng)的IP地址（此地址為虛擬軟交換設(shè)備的地址，根據(jù)準備工作中更改的虛擬軟交換IP地址填寫），進入軟交換服務(wù)器 web 管理界面。在管理界面中，點擊【用戶管理】 功能，進入用戶管理界面，點擊添加用戶按鈕，即可按照自己的意愿創(chuàng)建用戶，學(xué)生根據(jù)相應(yīng)的配置規(guī)則個性化的添加用戶，來實現(xiàn)語音業(yè)務(wù)在服務(wù)器上開通。

終端設(shè)備也要進行相應(yīng)的配置，學(xué)生可以自主選擇IP軟電話和IP電話來進行終端設(shè)備的接入，從配置方式上來說過程基本一致。這里以IP軟電話eyeBeam為例，將配置內(nèi)容與服務(wù)器上的配置參數(shù)進行相應(yīng)匹配，就可以實現(xiàn)IP軟電話的入網(wǎng)。

最后在入網(wǎng)成功后，學(xué)生可以通過撥打軟交換服務(wù)器中已經(jīng)配置好的服務(wù)臺驗證實驗的效果。通過本次實驗，實現(xiàn)了讓學(xué)生體驗對軟交換系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的實際操作，并且熟悉了各種軟交換設(shè)備的工作原理，通過自己配置設(shè)備也學(xué)會了基本的語音業(yè)務(wù)開通方法。相比較傳統(tǒng)的通過示波器觀察語音信號的波形的驗證性實驗而言，這種貼近于實際操作的實驗項目使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性有了顯著的提升[5]。

五、實驗管理

軟交換實驗系統(tǒng)建設(shè)的理念是遵循“能實不虛、虛實結(jié)合”，盡可能還原電信運營商的實際設(shè)備的操作過程，同時將學(xué)生詬病的枯燥的驗證性實驗，過渡到以電信業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ)的設(shè)計性實驗[4]。為了充分地發(fā)揮實驗項目的優(yōu)勢，采取以下的管理措施：

①教學(xué)管理。保留一部分硬交換的實驗項目，如程控交換實驗，同時將硬交換的實驗逐步融入軟交換的實驗項目中。盡量做到將枯燥的理論學(xué)習(xí)內(nèi)容融入實驗教學(xué)中，讓學(xué)生形成一個良性的學(xué)習(xí)循環(huán)。對于學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，可以利用虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)學(xué)生隨時隨地的學(xué)習(xí)，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并提供更多的二次開發(fā)接口，讓有興趣的學(xué)生參與實驗項目的開發(fā)。

②評價管理。軟交換系統(tǒng)實驗中，在實驗?zāi)康倪_到的前提下，學(xué)生了解配置規(guī)則后，可根據(jù)自己的想法來進行實驗的流程，而不是全部按照固定的操作步驟來完成實驗，在完成基本實驗的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生在實驗設(shè)備提供的接口上進行二次開發(fā)并給予一定比例的加分，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識。后期致力于將軟交換實驗設(shè)備、光通信實驗設(shè)備以及移動通信設(shè)備進行互通，讓學(xué)生更全面地了解通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和配置方法。

六、結(jié)束語

軟交換系統(tǒng)實驗的設(shè)計目的旨在將《現(xiàn)代交換技術(shù)》課程實踐與工程實際進行同步，解決學(xué)生在以往的課程中對理論性驗證實驗學(xué)習(xí)感到枯燥的問題，擺脫實驗箱的束縛，真正做到理論與實際相結(jié)合[4]。采用虛實相結(jié)合的方法，讓每名學(xué)生都能實際操作電信級的設(shè)備，了解實際的設(shè)備布局和使用方法。經(jīng)過一年的實際教學(xué)應(yīng)用，該實驗取得了較好的效果。在實驗項目的設(shè)計上，教師還需要開發(fā)出更多業(yè)務(wù)類型的實驗，通過對教學(xué)內(nèi)容的不斷優(yōu)化和更新為通信專業(yè)培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的人才。

作者單位：鄢磊 嘉應(yīng)學(xué)院物理與電子工程學(xué)院

參 "考 "文 "獻

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