基于FreeSwitch的校園智能通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：隨著校園信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，越來越多的教育應(yīng)用需要實現(xiàn)音視頻通信，如網(wǎng)課、遠(yuǎn)程實驗等。因此，建立一種高效、穩(wěn)定、低成本的校園智能通信系統(tǒng)是非常必要的。本設(shè)計利用開源的FreeSwitch平臺，搭建了一套多終端、多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境接入、適用于多種應(yīng)用場景的聯(lián)絡(luò)中心系統(tǒng)，實現(xiàn)了以“校園智能語音通信平臺”為支撐，以“基于開放標(biāo)準(zhǔn)SIP多終端類型提供”為基礎(chǔ)，以“虛擬集群、園區(qū)會議、智能錄音、號碼攜帶”為基本服務(wù)內(nèi)容，以教室、辦公室和宿舍等師生辦公生活場所為依托，建立統(tǒng)一的智能通信園區(qū)管理平臺，打造真正意義上的“沒有電話線的電話網(wǎng)絡(luò)”。相比傳統(tǒng)基于有線語音/數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信交換硬件系統(tǒng)，軟件VoIP系統(tǒng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在終端的多樣性、網(wǎng)絡(luò)的利舊性、接入方式的多樣性與各種平臺對接的開放性方面。

關(guān)鍵詞：FreeSwitch；VoIP；SIP；校園智能通信系統(tǒng)；IVR；留言

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）02-00-04

0 引 言

校園通信是學(xué)生、教師和管理人員之間進(jìn)行信息交流和互動的重要渠道。隨著時代的發(fā)展和通信技術(shù)的不斷更新，校園通信系統(tǒng)也需要不斷升級和改進(jìn)[1-2]。傳統(tǒng)的校園通信系統(tǒng)存在諸多問題，如通話質(zhì)量差、通話費用高、功能單一等[3-4]。因此，研究一種基于FreeSwitch的校園智能通信系統(tǒng)，可以有效提升校園通信的質(zhì)量和效率，滿足人們更高水平、更智能化的通信需求。

FreeSwitch是一種開源軟交換平臺，具有多種語音、視頻和數(shù)據(jù)通信功能，能夠方便地構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)[5-8]。

FreeSwitch可以實現(xiàn)多種通信協(xié)議，如SIP、H.323和WebRTC等，支持多種音頻和視頻編解碼格式，具有高度可擴(kuò)展性和靈活性，可以方便地添加新功能和定制特定的應(yīng)用場景[9-10]。因此，基于FreeSwitch的校園智能通信系統(tǒng)可以滿足人們更高質(zhì)量、功能更豐富、更靈活和可擴(kuò)展性的通信需求。

在校園智能通信系統(tǒng)中，可以通過FreeSwitch實現(xiàn)多種功能，如電話接入、呼叫轉(zhuǎn)移、語音信箱、呼叫中心、會議通話等。同時，可以通過與其他系統(tǒng)的集成，如學(xué)生信息管理系統(tǒng)、教師管理系統(tǒng)等，實現(xiàn)更智能化、更便捷的通信服務(wù)。此外，基于FreeSwitch的校園智能通信系統(tǒng)還可以實現(xiàn)實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，為校園管理和決策提供有力支持。

綜上所述，基于FreeSwitch的校園智能通信系統(tǒng)是一種具有廣泛應(yīng)用前景和研究價值的通信系統(tǒng)，可以提升校園通信的質(zhì)量和效率，滿足人們更高水平、更智能化的通信需求。

1 校園智能通信系統(tǒng)的總體設(shè)計

基于FreeSwitch的校園智能通信系統(tǒng)的總體設(shè)計包括以下幾個部分：

（1）IP電話或軟電話：作為用戶使用的終端設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)連接到通信系統(tǒng)。

（2）VoIP網(wǎng)關(guān)：將VoIP信號轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)的電話信號，允許用戶與傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)通信。

（3）SIP服務(wù)器：負(fù)責(zé)管理和維護(hù)通信系統(tǒng)中的用戶信息和設(shè)備信息，處理呼叫請求和路由呼叫。

（4）語音信箱：允許用戶在未接聽電話時留下語音信息。

（5）語音識別和語音合成系統(tǒng)：使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能語音應(yīng)答、信息查詢等功能。

基于FreeSwitch的校園智能通信系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖1所示。

圖1中，校園核心內(nèi)網(wǎng)部署SBC+FS軟交換+數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建了一套VoIP語音系統(tǒng)。校園各區(qū)域的有線和無線網(wǎng)絡(luò)與VoIP網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，然后可通過SIP話機(jī)終端注冊到VoIP話音系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)語音或者視頻通話。

校園VoIP智能通信系統(tǒng)功能邏輯如圖2所示。用戶A通過終端呼叫，SBC轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到FS，F(xiàn)S通過規(guī)則進(jìn)入IVR引導(dǎo)，引導(dǎo)結(jié)束后進(jìn)入ACD虛擬排隊，最終分配給指定的用戶B。這個過程中錄音保留，通話數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

2 校園智能通信網(wǎng)絡(luò)搭建步驟

（1）硬件準(zhǔn)備

首先需要準(zhǔn)備一臺服務(wù)器，推薦使用Linux系統(tǒng)，如CentOS、Ubuntu等。另外，還需要一些硬件設(shè)備，如IP電話、網(wǎng)關(guān)等。本設(shè)計采用Linux系統(tǒng)。

（2）安裝FreeSwitch

在Linux系統(tǒng)下，可以使用命令行安裝FreeSwitch。安裝過程中需要注意配置相關(guān)參數(shù)，如端口、密碼等。

（3）配置FreeSwitch

安裝完成后，需要對FreeSwitch進(jìn)行配置。配置包括添加用戶、設(shè)置呼叫轉(zhuǎn)移、設(shè)置語音信箱等。

（4）接入校園網(wǎng)絡(luò)

將FreeSwitch接入校園網(wǎng)絡(luò)，使其與其他設(shè)備可通信。

（5）實現(xiàn)智能化通信服務(wù)

通過結(jié)合相關(guān)技術(shù)，如智能語音識別、語音合成技術(shù)，實現(xiàn)更加智能化的通信服務(wù)。例如，實現(xiàn)語音問答系統(tǒng)、語音導(dǎo)航系統(tǒng)等。

3 系統(tǒng)開發(fā)

3.1 VoIP軟交換系統(tǒng)開發(fā)部署

本系統(tǒng)采用開源SIP軟件作為整個VoIP應(yīng)用系統(tǒng)的核心，故采用FreeSwitch應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行搭建，選擇源碼安裝的方式安裝、調(diào)試，運行FreeSwitch，完成基本安裝后，對FreeSwitch進(jìn)行安全配置。

3.1.1 修改默認(rèn)SIP端口

修改默認(rèn)SIP端口如圖3所示。

3.1.2 關(guān)閉ipv6

修改FreeSwitch安裝目錄conf/sip_profile/下的external-ipv6.xml和internal-ipv6.xml分別為external-ipv6.xml.deactive和internal-ipv6.xml.deactive，關(guān)閉ipv6，如圖4所示。

3.1.3 開啟外部RTP端口

本系統(tǒng)為應(yīng)對公網(wǎng)環(huán)境RTP語音流需求，需要開啟外部RTP端口，故修改internal.xml文件中的ext-rtp-ip為公網(wǎng)地址，系統(tǒng)環(huán)境如圖5所示。

3.2 系統(tǒng)功能開發(fā)

3.2.1 話機(jī)注冊

系統(tǒng)基本環(huán)境配置完畢后，開始注冊話機(jī)進(jìn)行測試，同時開啟FreeSwitch控制臺追蹤信令交互。首先使用SIP話機(jī)注冊公網(wǎng)地址，然后在命令行中查看分機(jī)是否已正常注冊，命令為：sofia status profile internal reg；接著使用分機(jī)撥打，可以在fs控制臺中看到通話的發(fā)起消息、FreeSwitch的處理過程以及攜帶的SIP的SDP信息，SDP中包含媒體地址、支持的語音編碼、RTP的sessionid等；如果分機(jī)已正常接聽，并在通話后正常結(jié)束通話，則說明核心軟交換基礎(chǔ)功能已經(jīng)具備。

3.2.2 IVR系統(tǒng)開發(fā)

IVR（Interactive Voice Response， IVR）即交互式語音應(yīng)答，是一種功能強(qiáng)大的電話自主服務(wù)系統(tǒng)。它用預(yù)先錄制或TTS文本轉(zhuǎn)語音及時合成的語音進(jìn)行自動應(yīng)答，為客戶提供菜單導(dǎo)航功能，主要應(yīng)用于呼叫系統(tǒng)中。

FreeSwitch支持多種路由開發(fā)方式，如自帶的XML語言開發(fā)，加載lua腳本語言開發(fā)等。開發(fā)前，需要先指向呼叫會話到對應(yīng)的開發(fā)腳本，打開安裝目錄下/conf/dialplan中的default.xml文件，配置指向腳本，完成指向后，再安裝目錄script/編寫luaIVR腳本，編寫完IVR后可以按照IVR中的按鍵編寫后續(xù)路由。如，XML文件中的按鍵1指向50001，按鍵2指向50002，按鍵3指向50003。

（1）callcenter功能

系統(tǒng)中50001對應(yīng)callcenter mod進(jìn)行排隊轉(zhuǎn)接，路由至support組。FreeSwitch默認(rèn)不開發(fā)callcenter功能，需要編譯mod并安裝。同樣，F(xiàn)reeSwitch本身不支持留言mod，需要單獨開啟mod并安裝；安裝完成后，進(jìn)入conf/autoload_configs/callcenter.conf.xml，文件配置坐席屬性、關(guān)聯(lián)隊列信息、按鍵轉(zhuǎn)接到support組后，就可以被用戶接聽。

（2）語音留言功能

系統(tǒng)中50002為留言測試，F(xiàn)reeSwitch本身不支持留言mod，需要單獨開啟mod并安裝；安裝完成后配置留言的路由。

（3）電話會議功能

系統(tǒng)中50003指向一個電話會議，由于會議需要錄音，所以開啟了錄音功能，需在dialplan配置文件中加入配置指令。

4 系統(tǒng)測試

4.1 語音通話模塊測試

本系統(tǒng)支持的接入終端有eyeBeam話機(jī)、xliteSIP話機(jī)、GenesysSIP話機(jī)、Linphone SIP話機(jī)等，本次測試選用GenesysSIP話機(jī)。系統(tǒng)功能測試的步驟和結(jié)果如下：

（1）確認(rèn)部署的FreeSwitch能夠正常提供服務(wù)。

（2）注冊兩個SIP話機(jī)，用戶名分別是1000和1003，分機(jī)用戶注冊成功后的界面如圖6、圖7所示。

（3）使用話機(jī)1000發(fā)起呼叫，被叫端振鈴界面如圖8所示，此時用戶1003振鈴，且話機(jī)1000響起回鈴音。

（4）點擊話機(jī)1003的摘機(jī)按鈕，話機(jī)1003的通話界面如圖9所示，結(jié)果表明兩個SIP話機(jī)能夠正常通話。

4.2 IVR模塊測試

本系統(tǒng)開發(fā)的IVR系統(tǒng)可實現(xiàn)IVR呼入、呼叫排隊、留言、加入會議等功能。該系統(tǒng)可通過語音引導(dǎo)進(jìn)行自主服務(wù)，語音引導(dǎo)有：“你可直播分機(jī)號，如轉(zhuǎn)人工請按‘1’，留言功能請按‘2’，會議功能請按‘3’，重聽請按‘9’”。系統(tǒng)功能測試的步驟和結(jié)果如下：

（1）確認(rèn)部署的FreeSwitch能夠正常提供服務(wù)，確認(rèn)SIP話機(jī)準(zhǔn)備就緒。

（2）使用SIP話機(jī)1000撥打號碼50000，按照語音引導(dǎo)，按“2”測試留言功能，留言過程中的話機(jī)界面如圖10所示。同時可通過Web頁面查看留言，Web頁面中的留言清單截圖如圖11（a）、圖11（b）所示。結(jié)果表明，系統(tǒng)的留言錄音功能正常。

（3）使用話機(jī)1000撥打號碼50000，按照語音引導(dǎo)，按“3”測試會議功能，提示語音是“請輸入會議室密碼”，正確輸入密碼加入會議后，語音提示“當(dāng)前會議室就你一人，等待其他人入會”，音樂響起；接著使用話機(jī)1003撥打號碼50000，按照語音引導(dǎo)，加入會議室，會議室內(nèi)超過兩人，系統(tǒng)音樂停止。測試結(jié)果表明，會議功能可以正常使用。

5 結(jié) 語

本文基于FreeSwitch軟件的特點，選擇其作為SIP服務(wù)軟件，搭建校園智能通信系統(tǒng)。經(jīng)過實驗測試，系統(tǒng)可實現(xiàn)統(tǒng)一通信與錄音系統(tǒng)功能，在通話過程中，需要開啟錄音，所以在分機(jī)撥打的路由策略中添加了錄音開啟功能；系統(tǒng)可實現(xiàn)智能自動化語音交互，即可通過標(biāo)準(zhǔn)的VXML格式進(jìn)行語音引導(dǎo)，實現(xiàn)離線留言、Web系統(tǒng)查詢交互、加入會議等功能，同時IVR中保留了直播分機(jī)號的選項，如果用戶直接按分機(jī)號，則轉(zhuǎn)接到對應(yīng)分機(jī)號。測試結(jié)果證實了系統(tǒng)整體功能的正確性和可行性。基于FreeSwitch搭建校園智能通信系統(tǒng)可與WebRTC連接，實現(xiàn)WebRTC與VoIP的互通。WebRTC是一項基于Web技術(shù)的實時通信協(xié)議，可以實現(xiàn)瀏覽器間的音視頻通信。通過將WebRTC與FreeSwitch相結(jié)合，可將WebRTC的音視頻流轉(zhuǎn)換為VoIP信號，從而實現(xiàn)WebRTC與傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)的互通。同時，也可以通過WebRTC實現(xiàn)校園內(nèi)部的視頻通信和遠(yuǎn)程教育等功能，提高教學(xué)效率和質(zhì)量。

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