王媛
（大连职业技术学院，辽宁 大连 116037）
【摘要】高校远程开放教育的发展，计算机技术在校园网领域内不断深入，宽带多媒体语音、视频、网络课堂等为师生们带来了极大的方便。但是，由于目前我国绝大多数高校所用电话网络都是中国电信或者中国联通的电话网络，在各级机构之间基本没有建立其它的电话支撑系统。同时较高的通信费用和低效的沟通平台也亟需通过某种技术尽快解决，Asterisk的出现恰好能够很好地解决这些问题。因此非常有必要建立一套基于Asterisk的校园网电话系统。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 VoIP；Asterisk；测试
VoIP其实是一个名词的缩写形式，也就是Voice Over Internet Protocol，指的是将模拟语音信号经过模数转换、编码、压缩与封装之后，以分组的数据报文形式在IP网络中进行语音信号的传输，并在最终再次转换成模拟声音信号[1]。我们常说的IP电话其实就是VoIP的一项典型应用。在VoIP系统中，语音信号被数字信号处理器DSP进行转换并封装成数据帧，存储在分组数据报文中，在IP网络中进行传输[2]。由于VoIP有效地利用了局域网、城域网、Internet互联网等现有的基础设施，为未来的多网融合铺垫了道路。目前越来越多的企业、机构、学校也都纷纷采用VoIP技术来替换或改造自己的语音通信系统，以提升工作效率和降低成本。
Asterisk 是由Digium公司开发，并开放源代码的一个VoIP系统软件包，它可以在Linux环境下独立运行[3]。Asterisk是一种功能非常齐全的应用程序，它为VoIP的普及和IP-PBX的快速发展提供了重要的推动力。现在越来越多的大学校园的电话系统都已经从传统的模拟电路转向了VoIP电话系统，并逐步实现更丰富的IP融合通信，如统一消息支持等。结合我校现有的电话网和校园网的条件，我建立一套基于Asterisk的校园网电话系统，以满足实际需求。
1 我校电话网和校园网的现况分析
我校现有全日制在校学生一万余人，因为众多原因所以目前有两个校区，其相距30公里。从十几年前，学校在两个校区的基础之上，经历了一、二、三期的建设，已经建成了一定规模的校园网。通过光纤，校园网横跨两个校区，接入到所有的院系大楼、学生的宿舍以及后勤机构等。对于学校而言，维护着一张庞大的校园数据网，而这张网上却缺乏更多的应用，不能带来更多的利益，这是一种极大的浪费。
另一方面，经过多年的发展，学校的语音电话通信网络建设也非常成熟，大容量数字程控交换机为整个校园所有用户提供了稳定可靠的语音电话交换服务。所有学生宿舍都安装了直线电话，并开通了本地联通200智能卡业务。但是由于两个校区的电话通信网络互为独立，学生宿舍电话内部以及与学校的内部电话交换网络都无法直接通信，使得这种孤岛现状不单对学校日常的教学管理工作和学习造成了很大的障碍，影响了沟通效率，同时也极大消耗了日常维护和管理成本。例如两个校区之间的语音通信就存在着很大的问题，目前只能通过PSTN互相拨打固定电话，或使用手机拨打，费用高昂。
这种两张网并存的现状，并不符合未来多网融合的大趋势，其既不利于统一管理，无法发挥两网的整合作用，同时也造成了投资建设和管理维护的极大浪费。面对这样的现状，学校考虑在校园网的基础上，利用VolP技术传递语音，建设一个校园内部的IP网络电话系统。这样一方面充分利用了闲置的校园网内部带宽，另一方面又能在学校内部建立一个更高效、更低成本的实时沟通平台，改善校园内部师生的沟通，促进学校与学生的高效互动，提高工作效率，同时还能大幅降低学校内部的通信成本。
2 基于Asterisk的校园网电话系统的设计
根据我校的语音业务需求，结合学校现有的物理网络建设条件和实际情况，在完成安装、启动、并熟悉Asterisk的基本配置和使用方法后，我搭建了一个Asterisk通信模型，设计出的基于Asterisk校园网VoIP电话系统的总体网络拓扑结构如图1所示。本系统在现有的校园物理网络基础上搭建起来到，设计拟采用“集中式布置、异地互为备份”的系统整体解决方案。即在两个校区的物理网络核心交换层，分别部署VoIP电话系统的Asterisk业务服务器和业务应用平台，两个校区的系统软硬件及业务平台配置相同，异地互为备份。
在系统日常工作运行中，设计采用“属地管控、异地同步”的应用逻辑和策略。即主校区、分校区的Asterisk业务服务器及业务应用平台逻辑上按属地管控原则，分别负责完成各校区内部的语音通信业务需求，实现各自校区内部电话用户的呼叫和管控功能。与此同时，两个校区的Asterisk业务服务器及业务应用平台按照同步的方式进行互通和信息交互，实现两个校区之间的电话通信业务以及信息数据的同步备份操作。
两个校区的业务系统互为监测，例如当主校区的Asterisk业务服务器及业务应用平台出现故障时，分校区的系统可立即执行备份业务职能，全权负责整个校园网的语音通信业务，同时进行数据备份和存储。等到主校区的业务系统恢复运行后，分校区的业务系统将其相关业务信息回传，执行两者系统间的同步工作，恢复正常运行工作状态。
3 基于Asterisk的校园网电话系统的相关测试
为了验证该方案的可行性，以及为日后的实际运营和优化扩展提供更多参考性的改进建议，我在校园中进行了全面的测试，并根据实际测试结果，进行了分析和总结。
3.1 测试环境
本测试完全基于我校实际的校园网网络环境，横跨两个校区，接入点分别位于各种日常办公教学和生活的普遍场所，包括实训基地、教师办公室和学生宿舍等。测试网络拓扑如图2所示。
为了验证各种不同IAD的功能特性和相互之间的兼容性，本次测试我挑选了支持SIP协议的IAD设备和免费SIP软件电话。所涉及的用户端测试IAD如下：
1）办公室语音网关：该网关位于分校区电系办公室。采用了AUVTECH AVG800语音网关，并配置了一块4端口FXS语音接口卡，可提供4个RJ11普通电话接口。网关通过百兆网线接入至楼道交换机，测试时使用一个普通模拟电话机接到语音网关的第一FXS接口。
2）实训基地Wlan电话机：采用Net2Com WIP201无线VoIP话机，支持SIP协议，语音活动侦测，舒适噪音产生和G.168回音消除。该电话机位于主校区的实训基地大楼，通过802.11g无线网络接入到校园网。
3）软电话：采用X-Lite软件电话，运行在分校区学生第一宿舍楼房间内的PC上，通过宿舍楼的楼道交换机接入到校园网。
3.2 注册测试
按照各种配置对用户终端设备进行设置，保存配置文件。然后将测试笔记本电脑上连接到Asterisk服务器所在交换机的20号端口（Asterisk服务器连接到2号端口），配置交换机端口镜像，源端口2号，目的端口20号。就绪后启动Wireshark抓包软件，设定捕获条件为“udp port sip”，并开始抓包。最后依次重起所有用户终端设备，监控所有捕获到的SIP注册数据包，并观察是否有200注册成功的返回。
3.3 呼叫测试
在所有终端设备能够成功注册后，下一步需要进行呼叫的功能性验证测试和兼容性测试，测试采用所有SIP终端设备互相呼叫，以及SIP终端设备呼叫学校PBX下接的内线电话。最后根据测试结果，判断AVG网关、无线话机和X-lite之间是否能正常呼叫和通话。
3.4 网络质量测试
在完成呼叫功能验证测试和兼容性测试之后，我还对校园网的实际网络质量进行测试，主要测试指标包括网络时延、抖动、带宽吞吐量。测试结果实际带宽都能保持在20Mbps以上，仅有两次不足1%的无丢包，平均时延均在10ms左右，抖动基本不超过1ms。但中间出现过一次39ms的平均时延，且伴随58.2ms的抖动，经过对学校各交换机流量的分析，发现是大楼内某系进行培训，下载大量视频文件，几乎占用所有带宽所致。总的来说，网络质量完全可以支持VoIP，并保证其通话质量，但存在偶发的网络质量突然下降，日后的实际运营中需要通过QoS服务质量管理来进行优化保证。
3.5 语音质量与负荷测试
在完成以上的底层传输网络质量测试后，最后我还需要进行更直接的VoIP语音质量测试，来评估选定的方案在校园网中的实际运行效果，其中最主要的就是语音质量和最大并发负荷的测试。传统上，话音质量的测试是主观的：拿起电话，听一段通话，判断其话音质量。其中，比较突出的话音质量主观评估方法是MOS，具体参见ITU 的P.800建议。P.800建议描述了人们的这些反应，包括在听到不同延迟和丢包的语音时会给出的印象分。建立了网络特性，延迟和丢包等，与印象分之间的对应关系，使得MOS对于网络的VoIP的评估和调整十分有意义。MOS的评分从1分到5分，其中1分是非常糟糕，而5分是非常好。如果MOS值低于3.60，则可以认为该网络对VoIP的业务支持很差，MOS值是One-way Delay、Jitter和Packet Loss的综合评价。本次测试检查的MOS值是所有接入话音的平均MOS值。
4 基于Asterisk的校园网电话系统中存在的问题
VoIP尤其是Asterisk作为一项新的技术，其成熟程度仍然无法与传统的电话网络相比， 而且在实际测试中，其结果基本达到预期效果，但也反映出以下几个问题，这为日后的实际运营和网络优化提供了宝贵的参考数据。
4.1 语音质量优化问题
当网络设备性能不足和实际可用带宽不足引起网络带宽突然下降、大幅抖动甚至丢包这些常见的问题时应重点测试不同终端设备在不同情况下，尤其是不同的时段和环境中的语音质量及其压力。
4.2 安全问题
校园网的开放性很大，互联网的各种安全威胁在校园网的运行和管理中表现得尤为突出。VoIP只是IP网络上的一种应用，也像其它IP网络应用一样易于受到攻击的安全威胁。除了病毒木马、垃圾邮件等之外，还有盗打电话；窃听电话，对关键设备的攻击，话费欺诈等。在实际运营中也会存在恶意者利用者渗透到校园网VoIP电话系统，对计费数据进行妨碍甚至改动，会对学校带来直接的经济损失。
4.3 管理维护问题
对于校园网电话系统来说，设备安装好并配置调试通过后，最重要的是管理维护整个网络，解决运营过程中出现的各种问题。例如分配资源、计费、查询、管理用户等。Asterisk本身具有强大的功能和很好的扩展能力，但如果单单作实际运营，还需要解决很多的运营支撑问题。因为在构建好网络之后，管理人员不可能针对任何维护都去修改配置文件，这样效率极其低下，并且有可能因为疏忽或误操作导致整个系统瘫痪。
当然不同的校园网电话系统在实际运营中还有其它的问题存在，这也需要进一步的实践，做更好的完善。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献
［1］杨毅．VoIP技术的基本原理与应用[J]．现代企业教育,2003．6(1):177-181．
［2］http://www.sudu.cn/info/index.php?op=article&id=245620[OL].
［3］http://www.hqew.com/tech/sheji/434474.html[OL].
［责任编辑：汤静］