基于Asterisk的VoIP開發(fā)指南——(1)實現(xiàn)基本呼叫功能

2008/06/12

1. 本文檔探討基于Asterisk如何實現(xiàn)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。


2. 本文檔VoIP軟終端使用X-Lite，其它終端均可以接入測試。


3. 文章內(nèi)容僅供參考,轉(zhuǎn)載請注明出處。

圖1-1 所有基于IP協(xié)議的協(xié)議族

　　由圖1 -1可以看出，與VOIP相關(guān)的協(xié)議共分五層，每一層又由許多協(xié)議組成。目前有關(guān)IP電話制定的標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在應(yīng)用層。而應(yīng)用層又可分為信令控制協(xié)議、網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議、媒體編碼和傳輸協(xié)議和QOS協(xié)議等。

1. 信令控制協(xié)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(xié)議(SIP)。



2. 網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議主要有媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(MGCP)。該協(xié)議是為了解決目前IP電話負擔(dān)過重，不能滿足未來容量和業(yè)務(wù)擴展的要求而設(shè)計的。



3. 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。



4. 實時傳輸協(xié)，實時傳輸協(xié)議有包括了實時傳輸協(xié)議(RTP)、實時傳輸控制協(xié)議(RTCP)、實時流協(xié)議(RTSP)和資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)。相關(guān)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)可以參考相應(yīng)的網(wǎng)上資料，在這不細述。

圖3-1 VOIP通信系統(tǒng)功能模塊圖

　　Asterisk提供了很多的基本撥號語法及應(yīng)用的撥號函數(shù)，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(xiàn)通話的基本功能，同時可以實現(xiàn)針對不同的用戶實現(xiàn)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(yīng)用程序可以使用PHP，Python，Perl，Java等語言編寫。Asterisk運行操作系統(tǒng)平臺的Linux內(nèi)核要求大于等于2. 4. x的版本。

3 VoIP通信系統(tǒng)基本功能概述

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

圖3-1 VOIP通信系統(tǒng)功能模塊圖

4 基于Asterisk實現(xiàn)VOIP通信系統(tǒng)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(gòu)中，極大地提高了企業(yè)的辦事效率。但傳統(tǒng)的PBX存在缺點有：

1. 它對新興的CTI（計算機與電話集成）和VoIP支持不夠。


2. 傳統(tǒng)的PBX都采用的是專用技術(shù)，缺乏開放性和標(biāo)準(zhǔn)性，并且價格昂貴。解決它的缺點的措施是IP PBX技術(shù)。

圖 4-1 VOIP系統(tǒng)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(tǒng)的智能部分，它負責(zé)提供一切傳統(tǒng)PBX系統(tǒng)的中心-PBX交換機所能提供的服務(wù)。負責(zé)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(wù)(如呼叫保持、呼叫轉(zhuǎn)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(tǒng)一消息、自動話務(wù)員、交互式語音響應(yīng)(IVR)和自動呼叫分配等。


2. 媒體網(wǎng)關(guān)
　　在IP-PBX系統(tǒng)中，媒體網(wǎng)關(guān)用來實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)的通信，負責(zé)把呼叫轉(zhuǎn)接到PSTN網(wǎng)，完成異種網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)。媒體網(wǎng)關(guān)在整個VoIP系統(tǒng)中起著非常關(guān)鍵的作用。它不僅使VoIP系統(tǒng)能夠連接PSTN用戶，而且能夠增加整個系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)具有處理緊急呼叫的能力。媒體網(wǎng)關(guān)還需要完成語音編碼轉(zhuǎn)換，通信協(xié)議轉(zhuǎn)換以及LAN/WAN-PSTN之間的呼叫建立拆除等功能。

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

4. 控制中心
　　包括資源管理系統(tǒng)、計費系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)、語音信箱等。

5. 信令網(wǎng)關(guān)
　　提供和其它信令網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用服務(wù)器
　　為IP-PBX系統(tǒng)提供增值應(yīng)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(tǒng)模擬設(shè)備。

本文檔IP-PBX系統(tǒng)的基本組件

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

2．IP-PBX(VoIP 軟交換)，對應(yīng)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(gòu)建VoIP語音數(shù)據(jù)包發(fā)送到IP網(wǎng)絡(luò)中。

3．語音網(wǎng)關(guān)，對應(yīng)圖4-1的媒體網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)，因為實際使用中大部分的媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備都集成了信令網(wǎng)關(guān)功能：提供模擬語音信號和VoIP信令的轉(zhuǎn)換，即從IP網(wǎng)絡(luò)進入的VOIP數(shù)據(jù)包被轉(zhuǎn)換成模擬語音，通過與PBX相連的數(shù)字中繼線路進入到PBX(數(shù)字程控交換機)。
4．?dāng)?shù)字程控交換機(PBX)：用于電話交換網(wǎng)的交換設(shè)備，它以計算機程序控制電話的接續(xù)，從語音網(wǎng)關(guān)的E1數(shù)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(shù)據(jù)包進入到數(shù)字程控交換機。

4.3 VOIP系統(tǒng)的軟硬件平臺

　　第1節(jié)已經(jīng)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(yīng)用系統(tǒng)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(tǒng)上的任何函數(shù)都不能直接調(diào)用比Asterisk優(yōu)先的進程。對于非專業(yè)的系統(tǒng)而言，這也許不是很重要，如果目標(biāo)是商用系統(tǒng)，這種優(yōu)先級方式帶來的性能上的缺陷會引起通話質(zhì)量的問題。比如，經(jīng)常出現(xiàn)回聲、噪音等等。這種情況在手機超出服務(wù)區(qū)外的時候常常出現(xiàn)。由于對于Linux的內(nèi)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(nèi)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(tǒng)的硬件配置有一個大概的認識

表4-1 VOIP 系統(tǒng)的硬件配置

　　對于要安裝Asterisk的計算機，如果在預(yù)算有限的情況下，下面是一些建議：系統(tǒng)的穩(wěn)定性及質(zhì)量取決于所選擇主板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，考慮使用服務(wù)器主板是一個很好的主意。比如服務(wù)器主板提供的PCI插槽有3.5V和5.0V，服務(wù)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(nèi)存的高占用率和CPU中斷占用。如果采用工控機/服務(wù)器構(gòu)架，根本沒有安裝顯卡，而是使用Console來管理系統(tǒng)。對于CPU而言，由于Asterisk使用CPU進行信號的模數(shù)轉(zhuǎn)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(yīng)該盡量的大。

1. 專有板卡的準(zhǔn)備

　　如果準(zhǔn)備連接Asterisk系統(tǒng)到任何電信設(shè)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(wǎng)絡(luò)和包交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，最流行和最經(jīng)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(fù)用沒有任何關(guān)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(dāng)然最有名氣。

(b)數(shù)字接口卡

　　如果需要多于10條電路或者需要數(shù)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(chǎn)業(yè)部統(tǒng)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(guān)這方面的內(nèi)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(wǎng)絡(luò)設(shè)備就可以滿足要求。如果想采用很好的語音質(zhì)量，可以采用專門的語音網(wǎng)關(guān)來處理語音信息。因為，采用通信的硬件設(shè)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(zhuǎn)化為“IP”電話。目前大多采用ATA設(shè)備來轉(zhuǎn)換PSTN的電話終端。當(dāng)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：

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


2. 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(wǎng)關(guān)，他們能夠提供接口卡(數(shù)字接口卡、語音網(wǎng)關(guān)、媒體網(wǎng)關(guān))。

1. Asterisk主程序(Asterisk)


2. Zapate電話驅(qū)動(zaptel)


3. PRI庫(libpri)

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第二部分——VoIP網(wǎng)關(guān)、PSTN網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)關(guān)，如圖4-3所示，經(jīng)過它出局的數(shù)字中繼是一個E1接口（又稱一個PCM），是一對引自數(shù)字程控交換機的同軸電纜線，在電纜線上數(shù)據(jù)傳輸速率是2.048 Mbps可以同時容納32時隙

*64Kbps的語音數(shù)據(jù)。

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1. 在X-Lite客戶端輸入完被叫號碼后，點擊呼叫按鈕，用戶聽到VoIP會話應(yīng)用程序播放的撥號音，然后開始撥號。


2. X-Lite收集用戶撥打的號碼，并按照標(biāo)準(zhǔn)的SIP代理服務(wù)器到VoIP用戶代理服務(wù)器Asterisk。


3. Asterisk動態(tài)的調(diào)用呼叫模塊，進入到Asterisk內(nèi)部的呼叫Dialplan, 并按照呼叫Dialplan中配置的被叫號碼模板進行匹配。


4. 當(dāng)成功匹配某個已配置的被叫號碼模板后，號碼將被映射至某語音網(wǎng)關(guān)（此語音網(wǎng)關(guān)直接連接目的電話或用戶小交換機PBX）。


5. IP-PBX Asterisk的IP網(wǎng)絡(luò)利用H.323/SIP協(xié)議向語音網(wǎng)關(guān)發(fā)起呼叫，并為每路呼叫建立通道，用以發(fā)送和接收語音數(shù)據(jù)。


6. 被叫語音網(wǎng)關(guān)接收IP側(cè)的H.323/SIP呼叫，通過PSTN信令將呼叫傳遞到給PBX處理，直到接通目的電話。


7. 在呼叫連接過程中的H.323/SIP階段，IP側(cè)與PSTN側(cè)協(xié)商所使用的語音編解碼方式，并使用RTP協(xié)議傳遞語音數(shù)據(jù)。


8. 呼叫中的任何一方掛機時，VoIP會話應(yīng)用程序X-Lite將結(jié)束會話。

圖4-4 簡單拓撲圖

軟終端Xlite注冊到軟交換Asterisk上

圖4-5 軟終端設(shè)定

4.5.1 IP-PBX服務(wù)器Asterisk抓包分析

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圖4-7 SIP_REGISTER_2

X-Lite(UA) ------> asterisk PBX（讀取SIP INVITE消息）

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圖4-8 IP_INVITE_1

Asterisk PBX 針對上面的分析情況，響應(yīng)X-Lite會話繼續(xù)下去：

Transmitting to X-Lite（202.108.12.6）

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圖4-9 SIP_INVITE_2

圖4-10 SIP_TRYING

執(zhí)行撥號方案

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圖4-11 dialplan

Asterisk然后開始與華為8010語音網(wǎng)關(guān)建立H323通信

① Call set up.
H．225/Q.931 Call Setup

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圖4-13 h323_SETUP_2

②ALERT/PROGRESS 表示被叫已經(jīng)正在響鈴…

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圖4-14 h323_3_ALERT

　　這時候，Asterisk PBX將被叫手機正在響鈴的信號以SIP消息 的形式發(fā)送到客戶端X-Lite，這是一種sip_indicate類型的SIP消

息。

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圖4-15 SIP_Ringing

　　Asterisk響應(yīng)會話繼續(xù)的SIP消息

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圖4-16 SIP_183_SESSION_PROGRESS

　　Asterisk與華為8010語音網(wǎng)關(guān)的H323連接已經(jīng)成功建立

③Connect

　　表示軟交換Asterisk與華為8010語音網(wǎng)關(guān)的H323連接已經(jīng)成功建立

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圖4-17 H323_ESTABLISHED

　　Asterisk與X-Lite之間發(fā)送OK與ACK響應(yīng)消息，表示SIP軟終端已經(jīng)跟H323語音網(wǎng)關(guān)建立了連接，并且被叫已經(jīng)接聽，開始成功通話

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圖4-18 SIP_200ok_ack 被叫先掛斷，Asterisk與華為8010語音網(wǎng)關(guān)的H323連接在此釋放

④Release Complete

　　表示軟交換Asterisk與華為8010語音網(wǎng)關(guān)的H323連接在此釋放

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圖4-19 H323_RELEASE Asterisk向軟終端X-Lite發(fā)送BYE消息

圖4-21 SIP_BYE_OK

4.5.2 結(jié)論

　　通過觀察上面這個流程圖可以容易的看出,語音網(wǎng)關(guān)在收到INVITE消息后立即發(fā)送SETUP消息,反之亦然.

所以可以得到如下的H.323和SIP的消息對應(yīng)關(guān)系:

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