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基于Asterisk的VoIP開發(fā)指南——(1)實現基本呼叫功能

2008/06/12

說明：

本文檔探討基于Asterisk如何實現VoIP的一些基本功能，包括基本呼叫功能的方案選取、主叫號碼透傳、如何編寫Asterisk AGI程序、Radius認證計費模塊等。

本文檔VoIP軟終端使用X-Lite，其它終端均可以接入測試。

文章內容僅供參考,轉載請注明出處。

1 VoIP系統相關協議和標準

　　由于I P電話技術標準的開發(fā)涉及多個領域，因此，VOIP系統要想實現這些IP電話之間的通信，則必須提供支持這些協議的實現。目前主要涉及的協議如圖1-1所示，其中除了HTTP是與WWW相關的協議外，其它的都是VOIP相關協議。

圖1-1 所有基于IP協議的協議族

　　由圖1 -1可以看出，與VOIP相關的協議共分五層，每一層又由許多協議組成。目前有關IP電話制定的標準體現在應用層。而應用層又可分為信令控制協議、網關控制協議、媒體編碼和傳輸協議和QOS協議等。

信令控制協議，目前被廣泛接受的IP電話控制信令體系主要有ITU-T的H.323系列和IETF的會話初始化協議(SIP)。

網關控制協議，網關控制協議主要有媒體網關控制協議(MGCP)。該協議是為了解決目前IP電話負擔過重，不能滿足未來容量和業(yè)務擴展的要求而設計的。

媒體編碼，媒體編碼主要有兩類——視頻編碼和音頻編碼。視頻編碼主要有H.261和H.263。音頻編碼主要有G. 7xx系列。

實時傳輸協，實時傳輸協議有包括了實時傳輸協議(RTP)、實時傳輸控制協議(RTCP)、實時流協議(RTSP)和資源預留協議(RSVP)。相關的協議標準可以參考相應的網上資料，在這不細述。

2 Asterisk簡介

　　Asterisk是一個開源的軟件包，它可以運行PBX的所有功能，通常運行在Linux操作系統平臺上。它不僅包含了PBX的功能，同時還有其它一些附加特性。Asterisk可以用三種協議來實現VoIP，同時可以與目前電話使用的標準硬件進行交互通信。

　　Asterisk提供了附加的語音郵件服務、電話會議、交互語音應答、呼叫排隊等基本電話服務。它還提供了多方呼叫、顯示呼叫者ID(顯示主叫號碼)等服務

　　Asterisk在實現VoIP時，不需要任何附加硬件，DDD 軟交換所采用的也是這種使用方式。但是，如果企業(yè)沒有與VoIP語音網關運營商建立合作關系，想要自己構建這樣的一個平臺，那么要和數字電話設備與模擬電話設備進行交互通信，Asterisk需要一個PCI硬件的支持，這個硬件生產商中最著名的是Digium平臺提供的。

　　Asterisk 的結構基本上是十分簡單，但是它不同于大多數的電話產品�；旧�，Asterisk擔任的是一個中間件的功能，它連接了底層的電話技術和上層的電話應用。Asterisk為布局混合的電話環(huán)境提供了一致性。Asterisk是開源PBX (Private Branch eXchange)和IVR (Interactive Voice Response)系統。使用兼容的PCI硬件，Asterisk支持傳統的電話線路，包括:TDM(Time Division Multiplexing), TI/El PRI/PRA&RBS (Robbed Bit Signal)模式、模擬電話線/模擬電話(POTS),ISDN(Integrated Services Digital Network)和BRI(Basic Rate)與PRI(Primary Rate)。

　　Asterisk可以透明的橋接VoIP之間的一些協議，包括：會話初始協議(SIP-Session Initiation Protocol), H.323(國際電信工業(yè)會的一種標準)、IAX(Inter-Asterisk eXchange)媒體網關控制協(MGCP-Media Gateway Control Protocol)等其它一些協議。Asterisk 具有很大的柔韌性，特殊的API接口都圍繞著PBX核心系統。這個核心處理著PBX內部之間的相互聯系。每一部分都是清晰來自于協議、編碼或內部電話使用的硬件接口的抽象。這些抽象的接口使Asterisk可以與任何的硬件和技術以及將來的硬件和軟件技術完美的結合。從圖2-5可以看出，Asterisk由內部核心和外圍動態(tài)可加載模塊組成。內部核心由以下六個部分組成：PBX交換核心模塊(PBX Switching Core)、調度和I/O管理模塊(Scheduler and I/O Manager)、應用調用模塊(Application Launcher)、編解碼轉換模塊(Codec Translator)、動態(tài)模塊加載器模塊(Dynamic Module Loader)和CDR生成模塊(CDR Core)。

圖3-1 VOIP通信系統功能模塊圖

　　Asterisk提供了很多的基本撥號語法及應用的撥號函數，它共有40多個配置文件，通過Asterisk特有的語法修改特有的配置文件，才能實現通話的基本功能，同時可以實現針對不同的用戶實現不同的通信功能。它的配置文件的源文件采用的是C語言編寫。但是基于Asterisk的Application API編程接口，如AGI，對外部的應用程序可以使用PHP，Python，Perl，Java等語言編寫。Asterisk運行操作系統平臺的Linux內核要求大于等于2. 4. x的版本。

3 VoIP通信系統基本功能概述

　　如果是基于純軟件的實現方案，Asterisk是構建VoIP項目的核心，系統中所有與用戶呼叫有關的功能和管理都通過它來實現,包括VoIP各種協議的互通和配置，以及各種呼叫設備的配置文件。本文檔所討論的VoIP通信系統基本功能如圖3-2所示，一般的Asterisk的任務包括了兩方面，一是與呼叫有關的，包括基本呼叫處理、主叫號碼透傳、呼叫紀錄和日志生成等，二是與呼叫控制有關，即終端用戶的認證計費功能。

圖3-1 VOIP通信系統功能模塊圖

4 基于Asterisk實現VOIP通信系統基本功能

　　PBX是專用交換機，俗話叫集團電話。廣泛地運用在企業(yè)辦公機構中，極大地提高了企業(yè)的辦事效率。但傳統的PBX存在缺點有：

它對新興的CTI（計算機與電話集成）和VoIP支持不夠。

傳統的PBX都采用的是專用技術，缺乏開放性和標準性，并且價格昂貴。解決它的缺點的措施是IP PBX技術。

4.1 VoIP通信系統方案選擇

方案1：模擬電話+語音網關+網守+PBX+模擬電話

　　語音網關型的應用是將VoIP語音網關的FXO/FXS接口同總部或分支機構的PBX(小交換機或集團電話)直接相連，當需要打長途電話時，將話音轉到VoIP網關上，通過因特網傳輸。用戶在使用時只需在分機上先撥IP電話特服號(如可設為"8")，便可直接撥打IP電話。

　　在這個方案中，若要像普通電話那樣的數字號碼撥號，就得經過網守的路由管理，但對于中小企業(yè)這種設備太昂貴。網守處于高層，提供對端點的呼叫管理功能，是IP電話網絡系統中的重要管理實體。網守的主要功能有：地址解析、接入控制、帶寬管理、區(qū)域管理等四項基本功能;此外，還能提供呼叫控制信令、呼叫管理等其他功能。要構建一個穩(wěn)定可靠的、實用的VoIP網，離不開GK的管理。

　　基于VoIP語音網關的復雜性與成本昂貴，本文檔不使用這種方案。

方案2：VoIP電話/IP電話+商業(yè)IP-PBX設備+PBX+模擬電話

　　IP-PBX是一種基于IP的電話交換系統，它具有傳統PBX交換機的所有功能，它的目標是取代企業(yè)內部原先的PBX。這個系統可以完全將話音通信集成到公司的數據網絡中，從而建立能夠連接分布在全球各地辦公地點和員工的統一話音數據網絡。IP-PBX最顯著的特征是一個集成通信系統，因此，通過互聯網，僅需要單一設備即可為用戶提供語音、傳真、數據和視頻等多種通信方式，建立中、小型的呼叫中心。由于VoIP技術是將語音以數據包的形式在IP網絡中進行傳送，因此采用VoIP技術構建的通信平臺，用戶具有可移動的特性，形象的說就是同一個用戶在A地用的是011的號碼，到了B地還是011的號碼，號碼隨著人走，VoIP還支持語音信箱、多方會議、視頻會議等傳統PBX沒有的功能。有助于移動辦公和異地協同辦公。

　　雖然說商業(yè)的VoIP設備或者軟件，如華為SoftCo 5816 IP語音交換機、貝爾阿爾卡特A5020，他們能夠更容易、方便提供豐富的IP-PBX業(yè)務類型，也提供了數字中繼接口與PSTN網絡方便連接，并且只需要手動配置參數就可以投入到使用，不需要大量地編程，但是這種方案需要的成本跟方案1差不多，比較昂貴，并且靈活性不夠，所以不使用。

方案3：IP電話/模擬電話+Linux PC機+開源IP-PBX+媒體網關+PBX+模擬電話

　　基于PC服務器+ Asterisk呼叫管理軟件的IP-PBX系統，Asterisk作為IP電話網絡的控制中心(PC型PBX)，該控制中心以軟件方式工作，安裝在一臺服務器內。數字中繼網關與原有傳統PBX的E1中繼接口相聯(在這里媒體網關特指單獨的VoIP落地網關運營商的語音網關設備，本文檔讓Asterisk與之對接實現IP與PSTN的完美轉換)，VoIP媒體網關提供的多路數字設置為中繼模式，一端連接PSTN專網，一端對接Asterisk軟交換IP側。在控制中心的服務器上對IP電話號碼進行分配。通過適當調整控制中心軟件的參數以及添加、修改某些模塊代碼，即可完成本文檔最終完成的IP電話系統的建設。如果使用專用、商業(yè)的IP-PBX系統，可能會花費不菲，所以本文檔使用方案3。

　　本節(jié)的目標就是基于開源IP-PBX Asterisk設計VoIP電話系統的基本呼叫功能模塊、認證計費功能模塊、AGI功能模塊等。

4.2 VOIP系統的基本組件

一般VOIP系統基本組件組成如圖4-1所示。

圖 4-1 VOIP系統的基本組成

　　IP- PBX主要功能組件如圖4-1所示，下面討論這些基本功能組件。

1. 呼叫控制器
　　IP電話系統的智能部分，它負責提供一切傳統PBX系統的中心-PBX交換機所能提供的服務。負責控制所有的呼叫建立和呼叫管理，能輕易提供大部分基本服務(如呼叫保持、呼叫轉移、呼叫等待等)，以及配置電話的分機號碼(Extension Number)、功能按鈕、通話管理和路由決策功能。此外，它還控制所有的PC虛擬電話功能，如語音郵件、統一消息、自動話務員、交互式語音響應(IVR)和自動呼叫分配等。

2. 媒體網關
　　在IP-PBX系統中，媒體網關用來實現IP網絡和傳統電路交換網的通信，負責把呼叫轉接到PSTN網，完成異種網絡的電話呼入和呼出。它除了具有接通被叫的功能外，還可以把來自PSTN的呼叫連接到IP電話系統。媒體網關在整個VoIP系統中起著非常關鍵的作用。它不僅使VoIP系統能夠連接PSTN用戶，而且能夠增加整個系統的可靠性，使系統具有處理緊急呼叫的能力。媒體網關還需要完成語音編碼轉換，通信協議轉換以及LAN/WAN-PSTN之間的呼叫建立拆除等功能。

3. 局域網接入模塊
　　提供IP-PBX系統各組件之間的連接。在局域網的環(huán)境中，該模塊可以使用局域網交換機來代替。

4. 控制中心
　　包括資源管理系統、計費系統、網管系統、語音信箱等。

5. 信令網關
　　提供和其它信令網絡的互通功能，可以支持H.323，IAX，SIP，MGCP等的全部或者部分功能。

6. 應用服務器
　　為IP-PBX系統提供增值應用。

7. I P話機終端

　　包括終端部分軟件PC Phone，I P-Phone等。

8. 模擬終端普通電話，傳真機等傳統模擬設備。

本文檔IP-PBX系統的基本組件

1．VoIP軟終端X-Lite，對應圖4-1的PC PHONE：PC用戶使用SIP軟終端(目前只使SIP協議作為輸入信令)訪問IP-PBX服務器軟交換后臺，對普通座機或手機發(fā)起呼叫，實現PC2Phone的通訊。

2．IP-PBX(VoIP 軟交換)，對應圖4-1的呼叫控制器：基于開源軟交換平臺Asterisk，接受VoIP軟終端(或其它能發(fā)起SIP/H323請求的硬件終端)發(fā)起的呼叫信令、解析被叫號碼、構建VoIP語音數據包發(fā)送到IP網絡中。

3．語音網關，對應圖4-1的媒體網關、信令網關，因為實際使用中大部分的媒體網關設備都集成了信令網關功能：提供模擬語音信號和VoIP信令的轉換，即從IP網絡進入的VOIP數據包被轉換成模擬語音，通過與PBX相連的數字中繼線路進入到PBX(數字程控交換機)。
4．數字程控交換機(PBX)：用于電話交換網的交換設備，它以計算機程序控制電話的接續(xù)，從語音網關的E1數字中繼線路送出來的7號信令或1號信令或PRI信令以及模擬語音數據包進入到數字程控交換機。

4.3 VOIP系統的軟硬件平臺

　　第1節(jié)已經簡單介紹過Asterisk，它是一個非常靈活的軟件，可以輕松的安裝在任何Linux平臺上。Asterisk的資源需求與其它的嵌入式、實時的應用系統很類似，都是通過優(yōu)先級的方式來訪問CPU和總線，并規(guī)定系統上的任何函數都不能直接調用比Asterisk優(yōu)先的進程。對于非專業(yè)的系統而言，這也許不是很重要，如果目標是商用系統，這種優(yōu)先級方式帶來的性能上的缺陷會引起通話質量的問題。比如，經常出現回聲、噪音等等。這種情況在手機超出服務區(qū)外的時候常常出現。由于對于Linux的內核代碼和優(yōu)化技巧不是很了解，選擇一個高的配置，而不是重新對內核進行編程，是一個比較好的主意。

硬件平臺

表4-1可以對系統的硬件配置有一個大概的認識

表4-1 VOIP 系統的硬件配置

系統	并發(fā)通話數量	最小要求
非專業(yè)系統	<5	400M CPU 256M內存
SOHO系統	5-10	1G CPU 512M內存
小型商用系統	10-15	3G CPU 1G 內存
中等商用系統	>15	雙處理器，在分布式構架里采用多個服務器集群

　　對于要安裝Asterisk的計算機，如果在預算有限的情況下，下面是一些建議：系統的穩(wěn)定性及質量取決于所選擇主板的結構設計，考慮使用服務器主板是一個很好的主意。比如服務器主板提供的PCI插槽有3.5V和5.0V，服務器主板可以給主板提供更穩(wěn)定的電壓和電流。而且，語音卡常常會造成每秒100個以上的中斷請求，所以對于主板來說，一定要仔細考察芯片組是否能供支持。

　　安裝PCI顯卡，而不是AGP顯卡，因為AGP通道會造成內存的高占用率和CPU中斷占用。如果采用工控機/服務器構架，根本沒有安裝顯卡，而是使用Console來管理系統。對于CPU而言，由于Asterisk使用CPU進行信號的模數轉換(也就是說CPU具有DSP的作用)，所以浮點運算能力是非常重要的，同時CPU的L2Cache也應該盡量的大。

1. 專有板卡的準備

　　如果準備連接Asterisk系統到任何電信設備上去，必須需要一個專有硬件的支持。板卡的主要功能是連接PSTN和LAN/WAN。為了橋接電路交換的電信網絡和包交換的數據網絡，最流行和最經濟的連接PSTN的方法是使用接口卡，接口卡有好幾種，這里僅僅討論常見的兩種情況。

(a)模擬接口卡

　　PSTN介入情況是普通的電話線或者模擬中繼電話線的時候，就需要這種卡。

　　最流行的Asterisk模擬接口卡也許是TDM400P(實際上這款卡和時分復用沒有任何關系，僅僅是這么叫好聽而已)，由Digium公司制造。TDM400P是一個4口卡，可以插4塊子卡，既可以提供FXO口，也可以提供FXS口。這個卡是貴的，當然最有名氣。

(b)數字接口卡

　　如果需要多于10條電路或者需要數字連接的時候，就要購買或者尋找T1或El卡了。但是要注意，El的接入的價格由信息產業(yè)部統一規(guī)定，在一些地區(qū)可以找到非常便宜的PSTN接入價格(落地價格)，有關這方面的內容在這不細述。

2. 硬件的需求

　　針對中小型公司，硬件的要求一般不是很高，普通的網絡設備就可以滿足要求。如果想采用很好的語音質量，可以采用專門的語音網關來處理語音信息。因為，采用通信的硬件設備目前大多是PSTN電話終端，因此要求附加一個硬件來將PSTN電話轉化為“IP”電話。目前大多采用ATA設備來轉換PSTN的電話終端。當然也可以使用IP電話，如X-Lite等。

對于本文檔的VoIP開發(fā)環(huán)境說明如下：

基于非專業(yè)系統的配置需求來進行硬件的配置，如Ubuntu 7.04。

不方便配備專有板卡，尋找某些地區(qū)的PSTN接入運營商，簡稱VoIP落地運營商或者VoIP落地網關，他們能夠提供接口卡(數字接口卡、語音網關、媒體網關)。

軟件平臺

1.操作系統

　　對于中小型公司而言，Linux可能是首選的操作系統。同時，Asterisk源碼便于在Linux中編譯和運行，相對比較安全。在對于中小型軟件研發(fā)而言，Linux可能成為開發(fā)中的首選的操作系統。

2.Asterisk軟件包

Asterisk的核心，主要由三個包組成：

Asterisk主程序(Asterisk)

Zapate電話驅動(zaptel)

PRI庫(libpri)

其余的還有一些其它的軟件，如語音附加包等，都可以從開源的網站上下載。

4.4 Asterisk構建VoIP整合應用方案(基本呼叫功能的實現)

　　Asterisk和VoIP的最初設計思想相同，其最終目的是減少長途通話的費用，實現通話的網絡化，使IP網絡成為一個可運載語音數據和其它數據的平臺，實現語音網絡和視頻網絡等完美地結合。

　　為了實現基本的呼叫功能，即摘機、掛機等功能，目前設計的拓撲結構為：VoIP軟終端--->SIP代理服務器(SIP Proxy Server、SIP Redirect Server)-->轉發(fā)到用戶代理服務器(UAS，Asterisk)--->與VoIP語音網關通信(Cisco AS5300，華為8010等設備，一般有2、4、n個數字中繼接口)---->通過E1中繼線路對接數字程控交換機（華為C&c08、貝爾S1240數字程控交換機）。

VoIP系統第一部分——IP側的實現

　　VoIP系統有兩側：IP側與PSTN側，這部分主要是IP側，發(fā)起呼叫請求的VoIP軟終端是任何一個能夠發(fā)起SIP請求的客戶端軟件或者硬件設備或者語音網關設備，網絡拓撲結構圖如下所示，圖中每個結點在前幾個小節(jié)均有描述。

(點擊看大圖)

第二部分——VoIP網關、PSTN網絡層

　　這部分是本文檔所討論的開源軟交換平臺(Asterisk)通信的VoIP語音網關，如圖4-3所示，經過它出局的數字中繼是一個E1接口（又稱一個PCM），是一對引自數字程控交換機的同軸電纜線，在電纜線上數據傳輸速率是2.048 Mbps可以同時容納32時隙

*64Kbps的語音數據。