（通信与信息系统专业论文）imssip系统关键技术及其视频会议原型软件研究.pdf

t【 ，。 ； j jv 。，o 摘要 l i i i iii ii ii i i i ii ii iiiil y 1812 12 8 p 多媒体子系统( i m s ) 是第三代合作伙伴计划组织( 3 g p p ) 提出的支持p 多媒体业务的下一代网核心网解决方案。它采用会话初始化协议( s i p ) 作为其核 心控制协议来建立、管理和终止多媒体业务，能够同时支持多种接入方式，是固 定网和移动网融合的引擎。此外，i m s 具有水平体系架构的特点，实现了控制和 业务的进一步分离，并为业务提供商提供了开放式的业务接口。这些特性使得i m s 成为通信网行业未来发展的重要目标。 论文首先介绍了i m s 中的核心控制协议一s d 协议，包括s i p 的体系结构、 功能特点，并且详细地介绍了i m s 体系结构及其主要功能实体，特别是s i p 在i m s 中的应用情况。 其次详细讨论了i m s s i p 系统中的部分关键技术，包括s i p 安全机制、i m s 的服务质量以及i m s 中的业务实现。在此基础之上，重点研究了i m s 体系中的多 点视频会议解决方案。针对该方案存在的问题，提出了一个多点分层式视频会议 架构，并且通过对s i p 协议进行扩展，增强了会议的控制与管理功能。 最后设计了多点分层式视频会议原型控制软件，在l i n u x 系统下完成了s i p 协议栈的编写和调试，通过基于h h b f 5 6 1 的嵌入式开发板实现了视频会议系统的 语音通信。论文的研究成果对于将来在i m s 网络中提供多点视频会议业务具有一 定的实用参考价值。 关键词：s i p 扩展i p 多媒体子系统多点视频会议h h b f 5 6 1 开发板语音通信 a b s t r a c t i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ( m s ) i st h es o l u t i o nt ot h ec o r en e t w o r ko ft h en e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) d e f i n e db y3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ( 3 g p p ) f o r s u p p o r t i n gt h ei pm u l t i m e d i as e r v i c e s i tu s e st h es e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ( s 口) a s i t s c o r ec o n t r o lp r o t o c o lt oe r e a t ，m a n a g ea n dt e r m i n a t ea 1 1k i n d so fm u l t i m e d i as e r v i c e s ， s u p p o r t sm a n ya c c e s sm o d e sa n db e c o m e st h ee n g i n ec o n v e r g i n gf i x e da n dm o b i l e n e t w o r k s b e s i d e s ，m sh a st h ec h a r a c t e r i s t i co fh o r i z o n t a la r c h i t e c t u r e ，r e a l i z e st h e s e p a r a t i o n o fc o n t r o l s u b l a y e rf r o ms e r v i c es u b l a y e r , a n dp r o v i d e so p e ns e r v i c e i n t e r f a c e st ot h es e r v i c ep r o v i d e r a l lt h ef e a t u r e sm e n t i o n e da b o v em a k ei m st h e i m p o r t a n to b j e c to ff u r t h e rd e v e l o p m e n tf o rt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k t 1 1 i sd i s s e r t a t i o nf i r s ti n t r o d u c e st h es i p , c o r ec o n t r o lp r o t o c o li ni m s ，i n c l u d i n gi t s n e t w o r ks t r u c t u r e ，f u n c t i o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c s t h ed e t a i l e dd e s c r i p t i o ni so i lt h e m s a r c h i t e c t u r ea n di t sm a i nf u n c t i o ne n t i t i e s ，e s p e c i a l l yt h es i pa p p l i c a t i o nt oi m s o nt h eb a s i so f d i s c u s s i n gp a r t i a lk e yt e c h n o l o g i e si ni m s s i pd e t a i l e d l y , i n c l u d i n g t h es i ps e c u r i t ym e c h a n i s m ，q o si n m sa n ds e r v i c er e a l i z a t i o ni ni m s ，t h es t u d yf o c u s i so nt h em u l t i - p o i n tv i d e oc o n f e r e n c es c h e m e a f t e rt h ea n a l y s i so ft h es h o r t c o m i n g s f o rt h i ss c h e m e ，al a y e r e dm u l t i - p o i n tv i d e oc o n f e r e n c em o d e li n m si sp r o p o s e d ， i m p r o v i n gt h ec o n f e r e n c ec o n t r o la n dm a n a g e m e n tf u n c t i o n sw i t ht h ee x t e n s i o nt os m t h i sd i s s e r t a t i o na l s oi n v e s t i g a t e so nt h ep r o t o t y p ec o n t r o ls o f t w a r ed e s i g nf o rt h e l a y e r e dm u l t i - p o i n tv i d e oc o n f e r e n c e , p e r f o r m i n gi t sp r o g r a m m i n ga n dd e b u g g i n go f s i pp r o t o c o ls t a c ki nl i n u x ，a n di m p l e m e n t i n gt h ea u d i oc o m m u n i c a t i o no ft h a tv i d e o c o n f e r e n c es y s t e mo nt h eh h b f 5 61e m b e d d e dd e v e l o p m e n tb o a r d t h ee f f o r tm a d ei n t h i sd i s s e r t a t i o nh a sap r a c t i c a lr e f e r e n c ev a l u ef o rd e v e l o p i n gm u l t i - p o i n tv i d e o c o n f e r e n c ei nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ( s i p ) e x t e n s i o n i pm u l t i m e d i a s u b s y s t e m ( i m s )m u l t i p o i n t v i d e oc o n f e r e n c e h h b f 5 6 1d e v e l o p m e n tb o a r da u d i oc o m m u n i c a t i o n 目录 第一章绪论1 1 1 国内外研究及应用现状1 1 1 1i m s 的标准化和研究现状1 1 1 2i m s 的应用现状和发展前景2 1 2 研究背景及意义4 1 3 论文内容与安排5 第二章s i p i m s 体系结构及s i p 协议在i m s 中的应用7 2 1s i p 协议概述7 2 1 1s i p 体系结构7 2 1 2s i p 协议的功能与特点8 2 1 3s i p 与h 3 2 3 的比较9 2 2d 以s 体系结构概述1 0 2 2 1i m s 体系及特点1o 2 2 2i m s 的网络结构及主要功能实体一1 l 2 2 3i m s 与n g n 、软交换的关系1 4 2 3s 口协议在i m s 中的应用1 5 2 3 1s i p 的扩展方式1 5 2 3 2s i p 在i m s 体系中的扩展1 6 第三章i m s s i p 部分关键技术研究与分析1 9 3 1s i p 安全机制研究1 9 3 1 1s i p 安全威胁1 9 3 1 2 安全机制2 0 3 1 3s i p 安全部署2 2 3 2d 垤s 的服务质量2 4 3 2 1i m s 中的q o s 问题2 4 3 2 2i m s 的q o s 服务模型2 5 3 2 3i m s 中的q o s 支持方法2 6 3 3 玎订s 的业务实现2 8 3 3 1 以s 的业务提供架构2 9 3 3 2i m s 典型业务实现一3 0 第四章i m s 体系中的多点视频会议系统及其方案设计3 3 4 1 现有i m s 多点视频会议系统3 3 4 1 1i m s 会议体系结构3 3 4 1 2i m s 会议功能实体架构3 4 4 1 3i m s 视频会议系统信令原理3 5 4 1 4i m s 会议的管理3 7 4 1 5i m s 多点视频会议存在的问题3 7 4 2i m s 多点分层式视频会议系统的设计方案3 8 4 2 1 多点分层式视频会议的体系结构：3 8 4 2 2 多点分层式视频会议中的s i p 扩展。3 9 4 2 3 多点分层式视频会议系统的工作原理4 1 4 3i m s 多点分层式视频会议系统的特点4 5 第五章多点分层式视频会议系统原型控制软件的设计与实现4 7 5 1s i p 协议栈的设计与实现4 7 5 1 1 协议栈模块结构。4 7 5 1 2 协议栈软件设计。4 8 5 2 语音通信软件的设计与实现5 2 5 2 1 语音通信开发平台- - h h b f 5 6 1 简介5 2 5 2 2 系统软件平台搭建5 3 5 2 3 语音通信方案设计5 3 5 2 4l i n u x 音频设备编程5 5 5 2 5s o c k e t 语音通信的实现5 7 5 3 原型控制软件的界面设计5 7 5 3 1l i n u xg t k 简介5 7 5 3 2 原型软件中的主要g t k 工具5 8 5 4 原型控制软件的调试6 0 5 4 1 视频会议中s i p 扩展的验证6 0 5 4 2 语音通信的调试及结果6 0 结束语6 3 致谢。6 5 参考文献6 7 作者在读期间研究成果6 9 第一章绪论 第一章绪论 1 1 国内外研究及应用现状 1 1 1i m s 的标准化和研究现状 p 多媒体子系统i m s ( i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 是由第三代合作伙伴计划3 g p p ( 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 在其i 巧版本中提出的下一代网络核心网架构， 到目前为止已经有r 5 ，r 6 ，r 7 三个版本。目前涉及i m s 标准化相关的组织主要有： 3 g p p 3 g p p 2 ，e t s it i s p a n ，r r u tf g n g n 等。总体来说，3 g p p 和e t s it i s p a n 对于i m s 的研究比较深入和具体，并且两者的合作比较紧密，标准进展也较快。 3 g p p 在目前i m s 的研究方面仍然起着主导的作用。r 5 版本提出了i m s 的网络 结构，采用s i p 协议作为控制协议，以及i m s 的基本功能( 计费、安全等) 。 2 0 0 5 年3 月3 g p p 正式发布核心网的标准r 6 ，提出了i m s 体系结构的一整套解决 方案，包括网络体系架构( t s2 3 2 2 8 ) 、信令工作原理( t s2 4 2 2 8 ) 以及基于i m s 的相关应用的标准。r 6 版本主要研究策略控制( g q 接口) 、w l a n 接入、i m s 与 c s 互通、呈现业务、消息业务等，并在i e t fs i p 协议的基础上对协议进行了扩展。 在2 0 0 6 年3 月3 g p p 又推出了r 7 ，在增强原有系统功能的同时，补充了一些新 的功能。主要考虑支持通过x d s l 和c a b l em o d e m 接入i m s ，支持通过c s 域承载i m s 话音、通过p s 域提供紧急服务、基于w l a n 的i m s 话音与2 g 3 gc s 域的互通等。 在r 7 版本中主要解决了以下几个问题：首先，解决了固定网络与i m s 网络的融合 问题，由于r 5 中提出的i m s 体系是基于移动网的核- t h , 网解决方案，因此，在设计 之初并没有考虑到与固网的融合问题，固网接入对i m s 的功能和结构都会产生一定 影响；其次，是计费功能和服务质量q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 体系的合并，i m s 系统中用于策略管理的系统结构和用于流量计费控制的系统结构非常相似，但在 r 6 及以前的版本却采用了两套独立的功能实体。在r 7 版本中，i m s 将这两套系统 结合起来，用一个称为策略计费规则功能p c r f ( p o l i c yc h a r g i n gr u l ef u n c t i o n ) 的 实体提供策略决策功能p d f ( p o l i c yd e c i s i o nf u n c t i o n ) 和计费规则功能c r y ( c h a r g i n gr u l ef u n c t i o n ) 的功能；第三，对电路域承载重新利用，在i m s 体系中， 用户之间的通信将是综合了语音、文本、音频、视频等多媒体的业务组合。由于 分组域的服务质量无法达到话音业务的要求，所以完全可以通过电路域来承载低 速实时业务，在r 7 版本中提出了电路域和i m s 相结合的方案来充分利用电路域和 分组域承载；第四，解决了i m s 与电路域的业务切换问题，i m s 语音业务与电路域 2 i m s s i p 系统关键技术及其视频会议原型软件研究 语音业务在一段时间内会同时存在，语音业务之间的切换是急需解决的问题，因 此r 7 版本提出了语音连续性功能来实现业务切换；第五，是对业务能力的扩展， 在r 7 版本中，i m s 系统扩展了业务能力，传统的消息类业务将通过 m s 系统传递， 包括短消息以及多媒体消息业务。r 7 版本的发布使得i m s 更加成熟，它将成为移 动网与固网融合的重要解决方案之_ 1 1 。 作为i m s 体系中的核心控制协议，s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议需要进 行扩展以满足i m s 的要求。为了满足s i p 在i m s 应用中的具体问题，因特网工程任 务组i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 建立了一个新的工作组s i p p i n g ，其主 要职能是为s i p 搜集需求，将这些需求按优先级分类，并将它们递交给s w i 作组， 而s w i 作组则负责具体的协议工作。目前，3 g p p 所需的与会话有关的大多数协议 的扩充部分已经完成，或者接近尾声。 高级联网中的电信和因特网融合业务与协议组织t i s p a n ( t e l e c o m m u n i c a t i o n s a n di n t e r n e tc o n v e r g e ds e r v i c e sa n dp r o t o c o l sf o ra d v a n e e x ln e t w o r k i n g ) 是欧洲电信 标准化协会e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e ) 旗下的从事 n g n 标准化研究的主要机构。t i s p a n 将他们的研究计划分为3 个阶段完成： 第一阶段( r e l e a s e1 ) 主要研究能够提供多媒体业务的n g n 系统，对i m s 的研 究重点在固网接入方面。r d e a s e1 的总体需求包括：固定终端可以获得i m s 核心网 提供的所有业务；能够全部或部分替代现有网络提供的p s t n i s d n 业务：任何接 入方式下都可以进行紧急呼叫；可以通过n n i 接口实现i m s 、因特网以及 p s t n i s d n 的互通；支持用户或终端的移动；为用户提供安全可信赖的使用环境； 支持各种q o s 的业务，具有q o s 控制功能；有灵活的网络架构，便于业务的开发和 互操作，减少业务规范的数量；支持向第三方业务提供者提供接口。 第二阶段( r e l e 嬲e2 ) 在2 0 0 7 年底完成，主要能够根据用户签约档案和业务使 用来优化资源利用等。 第三阶段( r e l e a s e3 ) 预计在2 0 0 9 年底完成，希望能够引入用户控制的漫游， 并实现更高带宽的接入( 如v d s l ，f t t h ，w ) 等。 国内的研究组织也着手开始制定中国i m s 业务草案及标准。从目前的情况来 看，中国通信标准化协会c c s a ( c h i n ac o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d sa s s o c i a t i o n ) 主 要是在进行跟踪研究。早在2 0 0 2 年，c c s at c 5 就开始了i m s 技术的交流讨论。 目前c c s at c 5 中w g 9 是i m s 标准的主要工作组，w g 3 负责i m s 安全方面的标 准，业务相关的标准由w g 7 与w g 9 两组合作制定。 1 1 2i m s 的应用现状和发展前景 由于基于i m s 的网络架构在业务开展，网络融合方面的巨大优势，目前己引起 第一章绪论 3 运营商的广泛关注。全球许多运营商积极联合设备供应商，共同推动1 m s 的开发。 跏s 一方面是运营商为提供下一代服务在基础设施方面的战略步骤，另一方面又为 设备供应商带来新的创收机会。因此，在2 0 0 5 年2 月法国嘎纳举行的3 g 大会上，i m s 再次成为最引人注目的话题。 法国电信已与西门子建立合作备忘录共同发展i m s 业务。法国电信利用其作为 全业务运营商在网络接入、业务应用等方面的优势，西门子则为这项合作提供端 到端的设备。英国电信则提出了雄心勃勃的“2 1 世纪网络，其目标是使英国电 信的网络结构大为简化和网络趋于融合，从而能使英国电信业务快速增长，同时 降低成本和增加英国电信的竞争力。 国内四大运营商都在密切跟踪i m s 和n g n 的研究。中国电信是中国各大运营 商中对n g n 最为积极的，早在2 0 0 0 年就启动了n g n 试验工程。目前，中国电信对 n g n 和i m s 的研究侧重于对固定接入方式的支持方面，以及如何利用i m s 系统整 合、优化中国电信的业务平台。 中国移动认为3 g 在中国部署后会带来更加丰富多彩的各类业务，尤其是视频 方面的业务和高速下载的业务。同时，3 ( 3 的引入将迸一步提升用户对移动通信业 务的体验，多媒体业务将会更加丰富。中国移动已于2 0 0 5 年8 月1 8 日完成c n g i 核 心网试验网工程招标，目前正在进行i m s 域引入i p v 6 的试验，可以说中国移动正在 为下一代网络乃至i m s 积极地做技术储备。 中国网通在n g n 和i m s 的态度和决策上紧紧跟随中国电信。网通将在政府支 持下，及早开始全业务运营，适时引入口t v 、软交换、i m s 等先进技术，应用网 络智能化、软交换、i m s 增强业务的创新能力，优化网络结构，推进网络融合。 中国联通积极实现和推进下一代网络的发展和演进。由于具有移动网络以及 v o i p 网等固定数据网，联通希望建立一个统一多业务平台，能够提供包括话音、 数据、视频会议、可视电话等在内的多种业务类型。 除了运营商之外，国内外几家大的设备提供商都提出了自己的i m s 产品解决方 案。目前，已推出i m s 商用解决方案的设备供应商有朗讯、爱立信、诺基亚、西门 子、北电网络、中兴、华为等多家公司。总体情况上看，国外厂商在i m s 系统设备 开发方面处于领先地位，国内厂商华为、中兴也在积极跟进标准研究，成立相应 的团队。 西门子是世界上最早推出i m s 实际解决方案的企业。截止2 0 0 5 年1 0 月，蔼门子 已在全球赢得了4 份i m s 商用合同，同时还有超过3 0 个i m s 试验网络在运行当中。 诺基亚i m s 解决方案目前已经在全球获得了1 0 余个商用合同和预商用合同。爱立信 在i m s 系统设备的开发方面进展比较快。截止2 0 0 5 年9 月，已经签订了2 9 份i m s 系 统商用和测试合同。朗讯科技在推广i m s 的态度上十分积极，朗讯已把i m s 当作一 项重要战略来推进。截止2 0 0 5 年1 0 月，朗讯科技的i m s 解决方案在全球已经签订了 4 i m s s i p 系统关键技术及其视频会议原型软件研究 3 9 份商用和测试合同。 华为目前在固网n g n 方面居于全球的领先地位，但其n g n 的解决方案是基于 软交换的架构。华为预测软交换和i m s 将在未来几年的n g n 体系中并存，但最终 要发展到纯i m s 的网络架构。华为的i m s 解决方案分为4 层，包括应用层、业务能 力层、会话控制层、接入和互通层。 中兴整合了移动通信、n g n 、数据产品、业务平台、终端多条产品线资源， 成立了公司层面的i m s 研发团队。在2 0 0 5 年1 0 月的北京通信展上，中兴演示了基于 i m s 的p o c 业务，以及支持平滑演进的i m s 解决方案。中兴的i m s 解决方案称为 z x w ni m s 系统，它基于中兴公司下一代网络产品的统一硬件平台，此全p 硬件平 台可以全面支持r 5i m s 子系统的功能需求，实现r 4 到r 5 的平滑演进。 基于i m s 的固定移动网络融合业务得到认同，主要是因为i m s 兼有两个基本 点，一个是技术融合的汇聚点- - i p ，一个是业务融合的汇聚点一多媒体。2 1 世纪 是以信息为核心的时代，基于p 的信息网络化是发展大趋势，以口为代表的数据 业务不仅会超过语音业务，而且仍将继续高速增长。基于d 的把声、像、图、文 结合在一起的多媒体，是最符合2 1 世纪用户要求的的信息形态，也是人们最乐意 接受的信息形态。i m s 将来一定会在生产、管理、教育、科研、医疗、娱乐等领 域提供越来越多的应用，成为一个可持续发展的增长点。 1 2 研究背景及意义 随着电信网、计算机网和广播电视网的快速发展，网络呈现出相互融合的态 势，网络结构已开始从量变产生质变，逐渐向下一代网络n g n 演变和过渡。而用 户对通信有了更高的期望，他们不仅要求有稳定的语音通信，而且希望随时随地 以任何方式接入更多的通信信息和娱乐服务，且这种服务必须是易用和经济高效 的。对于运营商，如果仍采用传统的业务模式，即垂直平面业务实现，不同的业 务分别进行业务接入、网络搭建、业务控制和业务应用开发，甚至包括业务计费 等主要的网络单元也必须建立独立的运营系统，则新的业务的部署在提升运营商 a r p u 值的同时，也容易招致更大的风险和成本。运营商迫切希望利用新的技术更 加快捷、经济的创建业务，提高自身竞争力。 i m s 将口技术引入到电信级领域，采用会话启动协议s i p 实现端到端p 多媒 体业务，具有水平体系架构、与接入无关等技术特点，实现了承载、控制和业务 的分离，并为业务提供商提供开放式的业务接口，使其能够在一个基于统一的会 话控制及公共网络资源之上的通用的业务平台中快速地部署业务，从而使业务的 开发与部署更加方便灵活。 虽然3 g p p 制定i m s ，的最初目的是为了使p 技术与移动通信相融合，但由于 第一章绪论 5 i m s 的接入无关性，凡是可以提供口接入的网络，如x d s l 、w l a n 等都可以接 入到统一的i m s 网络。因此，i m s 为建立固定和移动统一的核心网结构提供了一 个融合的方案。在i m s 结构下，运营商通过建立统一的业务平台，整合各种应用， 可以为固定和移动用户提供丰富和完善的服务。 1 3 论文内容与安排 本论文分以下章节对所做工作加以阐述t 第一章介绍了i m s 的标准化进展与应用现状，分析i m s 体系研究背景与意义。 第二章详细介绍了i m s 和s i p 的相关技术，包括s i p 协议的相关内容、i m s 的网络结构、i m s 的网络实体组成及s i p 协议在i m s 中的应用。 第三章讨论了i m s s i p 系统的部分关键技术，包括s i p 系统安全、i m s 服务 质量及i m s 中的业务实现。 第四章研究现有i m s 中的多点视频会议系统及其新系统的设计方案，包括现 有多点视频业务的网络体系结构、工作原理，在此基础上分析了该会议体系存在 的问题。然后通过对s i p 协议进行扩展，提出了一个i m s 中的多点分层式视频会 议设计方案，对其体系结构、所涉及到的s i p 协议扩展及其工作原理进行了分析 介绍，最后总结其特点。 第五章详细介绍了多点分层式视频会议系统原型控制软件的设计与实现，研 究了为验证s i p 协议扩展而设计的s i p 协议栈，重点讨论该会议系统的语音通信软 件的设计及实现，还完成了原型软件的图形界面设计，并探讨了相关软件的调试 过程。 结束语部分概括和总结全文所做的工作，指出需要进一步研究的问题。 6 i m s s i p 系统关键技术及其视频会议原型软件研究 第二章s i p i m s 体系结构及s i p 协议在i m s 中的应用 7 第二章s i p i m s 体系结构及s i p 协议在i m s 中的应用 2 1s i p 协议概述 会话初始化协议s i p 是由i e t f 于1 9 9 9 年提出的一个基于p 网络的实时通信 应用信令协议，是下一代网络n g n 中的核心协议之一，用来解决球网上的信令 控制，其最终目标是为所有因特网成功的应用提供无所不在的接入，成为联系因 特网和电信、多媒体的媒介。s i p 是基于因特网的两个最成功的服务w e b 和e m a i l 进行设计的，采用基于文本的编码格式，简单灵活，可扩展性强。s i p 固有的优势 使其在面世后不久就得到了广泛的应用。现在，s i p 已经被3 g p p 定义为第三代移 动通信系统信令协议，以提供p 多媒体服务。 2 1 1s i p 体系结构 s i p 协议是实现实时通信的一种应用层信令协议。可以用来建立、修改和终止 有多方参与的多媒体会话的进程。 图2 1 所示的是因特网体系结构模型【1 3 1 ，其中s i p 协议工作在应用层。最初提 出的应用场景包括i p 电话呼叫、多媒体分发、多媒体会议等，但目前s i p 的应用 已远不止这些。通过s i p ，用户能够把传统的因特网服务，如e - m a i l 、w e b 以及多 媒体和即时消息等业务结合起来。 应用层 传输层 网络层 接入层 信令媒体 应用 f ：? t c p ，_ ，j卜7 ，：，7 u d p 。一：jj ，j 0 ，：一。i p ，。7 一i 。 i ， ： 图2 1 因特网体系结构 s i p 作为p 网络中的信令协议，其主要功能是建立和管理呼叫以及应用层地 址解析。s i p 的网络系统结构采用的是c s 的控制方式，如图2 2 所示。呼叫请求 8 i m s s i p 系统关键技术及其视频会议原型软件研究 的发出方为客户，请求接收和处理方称为服务器。s i p 有用户代理u a ( u s e r a g e n t ) 和网络服务器两个主要的结构元素。s i p 的用户代理是s i p 系统中的端用户，根据 它们在会话中扮演的角色不同又可以分为用户代理客户机u a c ( u s e ra g e n t c l i e n t ) 和用户代理服务器u a s ( u s e r a g e n ts e r v e r ) ，前者发起呼叫请求，后者响 应呼叫请求。 图2 2s pc s 结构模型 s i p 网络服务器的主要功能是名字解析和用户定位。s i p 把这类服务器分为以 下三类： ( 1 ) 代理服务器p s ( p r o x ys e r v e r ) ：具有解析名字的能力，能够代理前面的 用户向下一跳服务器发出呼叫请求。由服务器决定下一跳的地址，下一跳可能是 代理服务器，也可能是终端的用户代理服务器。 ( 2 ) 重定向服务器r s ( r e d i r e c ts e r v e r ) ：在获得了下一跳的地址后，立刻告 诉前面的用户，让该用户向下一跳地址发出请求而自己则退出对这个呼叫的控制， 访问这样的服务器就像访问一个数据库一样。 ( 3 ) 注册服务器：用来完成对u a s 的注册，在s i p 系统的网元中，所有u a s 都要在某个注册服务器中注册，以便u a c 通过服务器找到它们。 在实际的s i p 系统中，位置服务器( l o c a t i o ns e r v e r ) 也是需要的，它可以把 各个注册服务器的内容汇总起来，便于s i p 服务器查找。位置服务器是i n t e r n e t 中 的公共服务器，其查询可采用多种协议，如f i n g e r ，l d a p 或基于多播的协议。 2 1 2s i p 协议的功能与特点 s i p 具有如下特征： ( 1 ) s p 是一个与h t t p 和s m t p 类似的基于文本的协议，充分考虑了可扩展 性，具有灵活的扩展机制和完善的能力协调机制。 ( 2 ) s i p 独立于媒体，游戏、远程教学等多媒体应用都可以使用s i p 控制会话。 ( 3 ) s i p 独立于传输层协议和其他会议控制协议，它可以与其他协议一起构建 因特网多媒体通信系统。 ( 4 ) s i p 支持别名映射、重定向服务和i s d n 等业务，它通过代理和重定向请 第二章s i p i m s 体系结构及s i p 协议在i m s 中的应用 9 求用户当前位置以支持个人移动性。 ( 5 ) s i p 可以通过多点控制单元m c u 、单播联网方式和组播方式创建多方会 话，支持p s t n 和因特网电话之间的网关功能。 ( 6 ) s i p 不提供发言控制、投票等会议控制功能，也不规定如何管理一个会议， 但是s i p 可用来引发这些会议控制协议。 s i p 能够支持下面5 种多媒体通信的信令控制功能： ( 1 ) 名字解析和用户定位：确定参加通信的终端用户的位置，无论被叫在哪 里，都能确保呼叫到达被叫，实现任何描述信息到定位信息的映射。 ( 2 ) 用户可用性判定：确定被叫是否愿意加入通信。 ( 3 ) 用户通信能力协商：确定通信所使用的媒体类型及媒体参数，它允许与 呼叫有关的组( 可以是多方呼叫) 在支持的特征上达成一致。 ( 4 ) 呼叫处理：包括向被叫振铃，确定主叫和被叫的呼叫参数。 ( 5 ) 呼叫中的特殊处理和控制：包括重定向、呼叫转移、中止呼叫等。 2 1 3s i p 与h 3 2 3 的比较 i e t fs i p 与i t u th 3 2 3 之间的比较是s i p 发展中的一个永恒的讨论主题。两 者都可以用来控制p 多媒体会话连接，但设计风格截然不同，这是由于其推出的 两大阵营都想沿袭自己的传统。h 3 2 3 力图把i p 电话当作是众所周知的传统电话， 只是传输方式发生了改变，由传统的电话交换变成了分组交换，从而具有严谨、 复杂、集中控制等电信协议的特点。而s i p 协议则g n , u 重于将i p 电话作为因特网上 的一个应用，较实际应用( 如f t p ，e - m a i l 等) 增加了信令和q o s 的要求，它们 都对p 电话信令过程提出了完整的解决方案，下面是两种协议的比较与分析。 1 复杂性 h 3 2 3 是一个相当复杂的体系，它由很多不同的协议组成，协议之间的部分功 能有重复，功能实现比较复杂。h 3 2 3 采用基于a s n 1 和压缩编码规则的二进制 方式来表示消息，需要特定的代码产生器进行解析。s i p 则比较简单，它采用文本 编码格式，易于解析和调试，实现起来简单容易。 2 功能可扩充性 由于因特网是一个开放的、分布的和不断发展演进的网络，要使p 电话得到 不断普及和广泛应用，相应的协议就必须具备很好的扩充性能。s i p 具有丰富的扩 充和兼容功能，而h 3 2 3 在扩充能力的实现上存在互操作性问题。h 3 2 3 的扩充性 是通过在a s n 1 的相应位置设置“非标准参数”字段来实现的，这些参数包含了 厂商的有关信息，所以各厂商可以定义自己的扩充，使扩展具有很大的局限性。 3 网络支持能力 1 0 i m s s i p 系统关键技术及其视频会议原型软件研究 s p 在对大型网络的支持能力方面，性能明显优于h 3 2 3 。由于h 3 2 3 最早是 为了单个局域网用户考虑的，在广域网上寻址、进行用户定位等方面比较欠缺。 在大规模应用时，h 3 2 3 会议中的集中式多点控制单元往往会形成瓶颈，极大的影 响系统性能；而s i p 会议中无需中央多点控制单元，完全是采用分布式的形式， 不存在瓶颈问题。 4 对移动性的支持 s d 同时通过代理和重定向功能来支持用户移动性，而h 3 2 3 在支持移动性上 不具备任何优势。 s i p 提供了与h 3 2 3 类似的服务，但是s i p 更简单，扩充性好，适合大规模应 用。两大3 g 无线标准机构都选择了s i p 作为其3 g 网络的呼叫控制协议。许多电 信服务提供商和设备制造商都推出了基于s i p 的服务和支持s i p 的产品，同时许多 组织和个人也致力于研究对s i p 的扩展。虽然h 3 2 3 也在不断发展、完善和扩展中， 但是应当看到，s i p 有比h 3 2 3 更高的功能性和增长潜力：所以s i p 正迎来发展的 一个大好时机【1 3 】。 2 2 1i m s 体系及特点 2 2i m s 体系结构概述 i m s 是独立于接入技术的提供口多媒体业务的体系结构，特别是为实时和非实 时的端到端的多媒体业务而设计的。图2 3 ( a ) 和图2 3 ( b ) 分别给出了传统网络业务 架构与基于m s 的网络业务架构的比较。 结合两图可以看出，i m s 体系具有如下技术特点【l l 】： 1 基于s d 的会话控制：i m s 的核心功能实体是呼叫会话控制功f l 邑c s c f 单元， 并向上层的服务平台提供标准的接口，使业务独立于呼叫控制。为了实现接入的 独立性及与i n t e m e t 互操作的平滑性，i m s 尽量采用与i e t f 一致的因特网标准，在 控制层采用s i p 作为其唯一的会话控制协议。i m s 的终端和网络都支持s i p ，这一特 点实现了端到端的s i p 信令互通，同时也顺应了终端智能化的网络发展趋势，使网 络的业务提供和发布具有更大的灵活性。 2 接入无关性：i m s 网络的通信端点( 终端) 与网络是通过p 连通的，即通过 i p c a n ( i pc o n n e c t i v i t ya c c e s sn e t w o r k ) 来保证。正是这种端到端的p 连通性， 使得i m s 真正与接入无关，不需要通过控制综合接入设备实现对不同类型终端的接 入适配和媒体控制。 3 水平体系架构：i m s 通过水平体系结构进一步推动了分层体系结构概念的 第二章s i p i m s 体系结构及s i p 协议在i m s 中的应用 1 1 发展。采用i m s 水平体系结构，运营商无需再使用垂直的方式来部署新业务( 即为 特定应用建设单独网络) ，从而消除昂贵复杂的传统网络在管理方面的重叠功能。 4 业务与控制分离：软交换的技术特点是实现了承载与控制的分离，但并没 有实现控制与业务的严格分离。m s 则定义了标准的基于s i p 的i s c ( i p m u l t i m e d i a s e r v e rc o n t r 0 1 ) 接口，实现了业务层与控制层的完全分离。i m s 通过基于s i p 的i s c 接口，支持三种业务提供方式，即独立的s i p 应用服务器方式、o s as c s 方式和 i m s s f 方式。而i m s 的核心控制网元