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摘 要：随着IP网络的发展及普及，IP网络多媒体的应用越来越广泛。Voice over IP（VoIP）技术是近几年发展起来的一种新技术。由于它是利用IP网络进行实时的语音传输，具有所需带宽小、资源利用率高、成本低廉等诸多优点，因此在全球得到广泛的应用，在我国也得到大范围的推广应用。该技术不仅可以在广域网上应用，对于已有的企业局域网用户来讲，也可以利用它来实现PC到PC的电话，这将充分利用现有资源，达到节约资金的目的。研究VoIP的具体应用，以实现语音信号在网络中的传输，促进了网络资源的利用，降低了语音业务的成本。对相应的数据进行抓包，分析SIP注册原理及故障诊断，语音处理分析及带宽评估，并对校园网进行VoIP部署设计。
关键词：VoIP；SIP；IP电话；PSTN
中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）01-0083-03
一、引言
VoIP是一种以IP电话为主并推出相应的增值业务的技术，其最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。
当前，由于网络应用技术的飞速发展，使得IP语音技术也处于快速发展时期，设备制造商在电话语音网关、软交换服务器、语音终端设备等产品上花费了很大精力，推出各自特点的产品，各个运营商也开始推销IP语音业务，网络语音技术正在冲击着传统电信公司的业务。
二、整体设计
1.设计思路
整体设计拓扑图如图1所示。
（1）现有的数据网络拓扑上加语音路由器，接在各个园区的核心交换机上。
（2）各个园区对边界路由进行适当的配置，统一语音端口，如设成5060端口，把各个园区的IP在5060端口上都放开。
（3）各个园区各自把内部的集团交换机接入到语音网关上，这样各个园区直接的公网电话就接入到私网电话网络里来了。各园区进行统一的设置编号，保留各个单位现有的普通座机号码。
（4）对于无线WiFi手机，由于学校的无线必须要认证才能上网，否则容易出现安全问题，在无线设备上把5060端口打开，在边界路由上也把5060端口打开，只要是5060端口上来的数据都强行指向VoIP设备上，其他端口必须要进行认证才能登录。
（5）对于WiFi手机的AP漫游，建议采用廋AP，用总控制器进行整合，整个校园的AP整合成如同一个AP一样，在校园内就不用担心在行走过程中跨AP掉线的问题了。出差人员拿着WiFi手机，到机场或在酒店通过无线网络连上互联网，就可以注册到我校的融合通信平台，实现内部通过0费用。
（6）使用了一台集团电话系统，通过增加一台语音网关，实现IP电话无缝接入到互联网， 实现三不变：即不改变电话号码，不改变拨号习惯，不额外布线，实施非常方便。可以直接部署网关，部署一台融合通信平台， 实现如视频电话接入、电话会议、电话录音等功能的应用，普通电话通过网关串接后，与WiFi电话捆绑， 实现座机移动，WiFi电话号码和普通电话用同一个号码，号码被叫时，同时振铃。
2.拓扑中主要设备选择
在现有网络的基础上要架构一套VoIP系统，除了可靠稳定的网络环境所需要的设备外，还需要以下设备：软交换服务器、语音网关、AP、AP控制器、集团交换机、地址转换服务器、iPhone、soft SIP Phone、Mobile iPhone等设备。软交换服务器和语音网关是所搭建的VoIP系统的核心设备，这些设备能够完成在现有网络上保留现有的传统模拟电话号码，实现计算机、普通座机、IP电话座机、WiFi手机之间的流畅通话。在这里强调的是，AP一定要选择瘦AP，这样可以实现无缝平滑过度AP的转接，由AP控制器把所有的AP进行虚拟化的整合，如同整个校园内只有一台AP一样；集团交换机实现保留现有的传统模拟电话和VoIP连接；地址转换服务器能够把校内用的私有地址转化成为公网上认可的地址，这样就能实现校内所有的网络电话均配备私有地址，通过这个服务器可以和外界进行无阻碍的连接；Soft SIP Phone是安装在计算机的软件电话，通过SIP协议经过配置好的服务器地址注册后，可以和任何语音终端设备进行通话；Mobile iPhone是能够支持WiFi功能的电话，目前生产的手机电话都支持WiFi功能，通过AP能够实现移动手机的通话。
3.各个环节融合通信设计
在总设计图上，要实现所有环节上的平滑语音通讯，首先要对各个子环节的通讯进行设计和测试，子环节包括IP电话之间的通信设计、IP话机和语音网关之间的通信设计、软件电话SIP Phone通信的设计、VoIP系统和PSTN融合通信设计等。
在设计各个子通讯环节时，会涉及完全不同传输性质和通信协议的两个或多个网络，比如PSTN（公共电话交换网）是一种语音通信电路交换网络，而VoIP是以IP网络为基础的一种语音通信电路交换网络，这两种网络的传输特性和通信协议是截然不同的。没有采用融合技术的异构网之间是互相隔离不可互通的，采用融合技術可以将两个或多个异构网连接成一个整体网络，实现互通。
VoIP网络和PSTN互通的关键技术包含了用户地址的路由转发、呼叫过程控制、媒体及信令转换等。语音网关是异构网之间实现通信融合的设备，通过语音网关的中继作用，异构网之间可以实现语音、传真甚至数据业务的互通。
语音网关的功能是实现VoIP系统和PSTN互联互通。语音网关包含四个通信模块，每个通讯模块都是若干通信信道（简称通道）的集合，该四个通信模块分别叫做“VoIP Client”“VoIP Trunk”“FXS”“FXO”。系统构成示意图如图2所示。 三、测试
1.VoIP系统的测试分析
本设计最终实现了IP电话、普通座机、计算机、WiFi手机、普通手机之间的完全融合通信，落地采用学校的集团电话，拨打学校内部的电话完全免费，拨打外部手机采用办公室外线电话作为落地电话。测试工具采用Sniffer软件进行了各种通话的抓包并进行详细分析，根据反复实验并测试出各种協议的运行带宽和延迟，得出适合网络传输语音的协议。网络线路测试采用FLUCK工具来进行测试，保证实验过程中线路上的损耗对语音实验的影响降低到最小。
2.实时语音带宽测试
语音的质量和带宽关系非常紧密，呼叫和接受双方是否能感受到语音的延迟及语音的清晰度，一方面取决于采用的压缩编码技术，另一方面取决于带宽是否允许语音数据流畅传输。到底采用何种压缩编码方式用于语音数据的传输呢？利用Sniffer抓包软件，对各种压缩编码下的语音传输进行抓包后分析，以得出准确的结论。
四、结论
随着网络建设的逐步完善，语音技术的不断发展，VoIP已成为网络应用的一个研究热点。VoIP技术使电话语音应用在互联网上成为一道新的应用亮点，VoIP应用实现成本大幅度下降，现在的IP业务多数是在保留原有传统电话号码不变的情况下，通过IP电话网关来实现Internet和PSTN互通的，从而实现PC、普通电话、IP电话、WiFi手机之间互相通话，并且话音通信质量也得到了很大的改善，能够满足商用需求。
本课题研究VoIP的具体应用，以实现语音信号在网络中的传输，从而促进了网络资源的利用，降低了语音业务的成本。在分析了国内外VoIP的形式后，搭建起实用的网络环境，进行了各种配置和测试，最后找出VoIP最适合的传输协议，实现两个IP电话之间的通话，利用语音网关实现IP话机和普通话机的通信，实现公有网段IP电话和私有网段的IP电话之间的通信，实现软件电话SIP Phone和IP电话以及普通电话之间的通信，最后把IP电话接入集团电话程控交换机，实现真正的IP电话和网通、电信等之间的通信。
VoIP技术研究是语音通信网与数据通信网的融合，使电信业务开辟了一个新的应用空间，整合了语音通信网和数据通信网，使语音、图形、图像、视频数据及多媒体信息在一个统一的数据网络平台上传输。
参考文献：
[1]韩钰，普杰信.一种新的网络电话会议混音算法[J].计算机应用，2010（2）：564-566.
[2]阎丕涛，闫红书.VoIP信号在校园网中的延迟分析[J].中国教育网络，2015（11）：74-75.
[3]赵慧，楼新远，杨庆伟.基于ALG的VoIP中NAT穿越技术的研究与实现[J].计算机与现代化，2011（3）：95-97.
[4]徐玉.WiFi发展现状和主要应用分析[J].电信技术，2008（1）：11-14.
[5]蔡则高，张春悦.基于JXTA的P2P-SIP软电话原型设计与实现[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2010（5）：468-472.
[6]CHENG Yu-hua，TAN Nian-xiong.Third harmonic distortion calculation of a self-oscillating power amplifier[J].Journal of Zhejiang University-Science C（Computers
关键词：VoIP；SIP；IP电话；PSTN
中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）01-0083-03
一、引言
VoIP是一种以IP电话为主并推出相应的增值业务的技术，其最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。
当前，由于网络应用技术的飞速发展，使得IP语音技术也处于快速发展时期，设备制造商在电话语音网关、软交换服务器、语音终端设备等产品上花费了很大精力，推出各自特点的产品，各个运营商也开始推销IP语音业务，网络语音技术正在冲击着传统电信公司的业务。
二、整体设计
1.设计思路
整体设计拓扑图如图1所示。
（1）现有的数据网络拓扑上加语音路由器，接在各个园区的核心交换机上。
（2）各个园区对边界路由进行适当的配置，统一语音端口，如设成5060端口，把各个园区的IP在5060端口上都放开。
（3）各个园区各自把内部的集团交换机接入到语音网关上，这样各个园区直接的公网电话就接入到私网电话网络里来了。各园区进行统一的设置编号，保留各个单位现有的普通座机号码。
（4）对于无线WiFi手机，由于学校的无线必须要认证才能上网，否则容易出现安全问题，在无线设备上把5060端口打开，在边界路由上也把5060端口打开，只要是5060端口上来的数据都强行指向VoIP设备上，其他端口必须要进行认证才能登录。
（5）对于WiFi手机的AP漫游，建议采用廋AP，用总控制器进行整合，整个校园的AP整合成如同一个AP一样，在校园内就不用担心在行走过程中跨AP掉线的问题了。出差人员拿着WiFi手机，到机场或在酒店通过无线网络连上互联网，就可以注册到我校的融合通信平台，实现内部通过0费用。
（6）使用了一台集团电话系统，通过增加一台语音网关，实现IP电话无缝接入到互联网， 实现三不变：即不改变电话号码，不改变拨号习惯，不额外布线，实施非常方便。可以直接部署网关，部署一台融合通信平台， 实现如视频电话接入、电话会议、电话录音等功能的应用，普通电话通过网关串接后，与WiFi电话捆绑， 实现座机移动，WiFi电话号码和普通电话用同一个号码，号码被叫时，同时振铃。
2.拓扑中主要设备选择
在现有网络的基础上要架构一套VoIP系统，除了可靠稳定的网络环境所需要的设备外，还需要以下设备：软交换服务器、语音网关、AP、AP控制器、集团交换机、地址转换服务器、iPhone、soft SIP Phone、Mobile iPhone等设备。软交换服务器和语音网关是所搭建的VoIP系统的核心设备，这些设备能够完成在现有网络上保留现有的传统模拟电话号码，实现计算机、普通座机、IP电话座机、WiFi手机之间的流畅通话。在这里强调的是，AP一定要选择瘦AP，这样可以实现无缝平滑过度AP的转接，由AP控制器把所有的AP进行虚拟化的整合，如同整个校园内只有一台AP一样；集团交换机实现保留现有的传统模拟电话和VoIP连接；地址转换服务器能够把校内用的私有地址转化成为公网上认可的地址，这样就能实现校内所有的网络电话均配备私有地址，通过这个服务器可以和外界进行无阻碍的连接；Soft SIP Phone是安装在计算机的软件电话，通过SIP协议经过配置好的服务器地址注册后，可以和任何语音终端设备进行通话；Mobile iPhone是能够支持WiFi功能的电话，目前生产的手机电话都支持WiFi功能，通过AP能够实现移动手机的通话。
3.各个环节融合通信设计
在总设计图上，要实现所有环节上的平滑语音通讯，首先要对各个子环节的通讯进行设计和测试，子环节包括IP电话之间的通信设计、IP话机和语音网关之间的通信设计、软件电话SIP Phone通信的设计、VoIP系统和PSTN融合通信设计等。
在设计各个子通讯环节时，会涉及完全不同传输性质和通信协议的两个或多个网络，比如PSTN（公共电话交换网）是一种语音通信电路交换网络，而VoIP是以IP网络为基础的一种语音通信电路交换网络，这两种网络的传输特性和通信协议是截然不同的。没有采用融合技术的异构网之间是互相隔离不可互通的，采用融合技術可以将两个或多个异构网连接成一个整体网络，实现互通。
VoIP网络和PSTN互通的关键技术包含了用户地址的路由转发、呼叫过程控制、媒体及信令转换等。语音网关是异构网之间实现通信融合的设备，通过语音网关的中继作用，异构网之间可以实现语音、传真甚至数据业务的互通。
语音网关的功能是实现VoIP系统和PSTN互联互通。语音网关包含四个通信模块，每个通讯模块都是若干通信信道（简称通道）的集合，该四个通信模块分别叫做“VoIP Client”“VoIP Trunk”“FXS”“FXO”。系统构成示意图如图2所示。 三、测试
1.VoIP系统的测试分析
本设计最终实现了IP电话、普通座机、计算机、WiFi手机、普通手机之间的完全融合通信，落地采用学校的集团电话，拨打学校内部的电话完全免费，拨打外部手机采用办公室外线电话作为落地电话。测试工具采用Sniffer软件进行了各种通话的抓包并进行详细分析，根据反复实验并测试出各种協议的运行带宽和延迟，得出适合网络传输语音的协议。网络线路测试采用FLUCK工具来进行测试，保证实验过程中线路上的损耗对语音实验的影响降低到最小。
2.实时语音带宽测试
语音的质量和带宽关系非常紧密，呼叫和接受双方是否能感受到语音的延迟及语音的清晰度，一方面取决于采用的压缩编码技术，另一方面取决于带宽是否允许语音数据流畅传输。到底采用何种压缩编码方式用于语音数据的传输呢？利用Sniffer抓包软件，对各种压缩编码下的语音传输进行抓包后分析，以得出准确的结论。
四、结论
随着网络建设的逐步完善，语音技术的不断发展，VoIP已成为网络应用的一个研究热点。VoIP技术使电话语音应用在互联网上成为一道新的应用亮点，VoIP应用实现成本大幅度下降，现在的IP业务多数是在保留原有传统电话号码不变的情况下，通过IP电话网关来实现Internet和PSTN互通的，从而实现PC、普通电话、IP电话、WiFi手机之间互相通话，并且话音通信质量也得到了很大的改善，能够满足商用需求。
本课题研究VoIP的具体应用，以实现语音信号在网络中的传输，从而促进了网络资源的利用，降低了语音业务的成本。在分析了国内外VoIP的形式后，搭建起实用的网络环境，进行了各种配置和测试，最后找出VoIP最适合的传输协议，实现两个IP电话之间的通话，利用语音网关实现IP话机和普通话机的通信，实现公有网段IP电话和私有网段的IP电话之间的通信，实现软件电话SIP Phone和IP电话以及普通电话之间的通信，最后把IP电话接入集团电话程控交换机，实现真正的IP电话和网通、电信等之间的通信。
VoIP技术研究是语音通信网与数据通信网的融合，使电信业务开辟了一个新的应用空间，整合了语音通信网和数据通信网，使语音、图形、图像、视频数据及多媒体信息在一个统一的数据网络平台上传输。
参考文献：
[1]韩钰，普杰信.一种新的网络电话会议混音算法[J].计算机应用，2010（2）：564-566.
[2]阎丕涛，闫红书.VoIP信号在校园网中的延迟分析[J].中国教育网络，2015（11）：74-75.
[3]赵慧，楼新远，杨庆伟.基于ALG的VoIP中NAT穿越技术的研究与实现[J].计算机与现代化，2011（3）：95-97.
[4]徐玉.WiFi发展现状和主要应用分析[J].电信技术，2008（1）：11-14.
[5]蔡则高，张春悦.基于JXTA的P2P-SIP软电话原型设计与实现[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2010（5）：468-472.
[6]CHENG Yu-hua，TAN Nian-xiong.Third harmonic distortion calculation of a self-oscillating power amplifier[J].Journal of Zhejiang University-Science C（Computers