（通信与信息系统专业论文）基于sip协议的voip网关的研究与实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着通信互联网技术的飞速发展和不断革新，以软交换为核心的下一代网络已成 为通信网络演进的主流趋势，各种通信新技术和多媒体数据业务不断地推陈出新，促 进了经济和社会信息化的迅猛发展。以p 网络为承载的多媒体数据业务爆炸式增长 成为业界的焦点，其中v o l p 技术的发展和应用尤为引人注目。 v o i p 采用一系列语音数字信号处理技术并以m 网络为承载实现分组网络上的语 音通信。与传统电话业务相比，v 0 口广泛利用i n t e m e t 和全球口互联环境提供更多 更好的服务，以v o i p 技术为基础的语音通信将成为n g n 网络应用的一个重要发展 方向。信令技术是v o i p 的一个关键技术，当前应用于v o i p 中的信令协议主要有i t u t h 3 2 3 和i e t fs i p ，其中，h 3 2 3 已获得了广泛应用，但s i p 协议凭借其简单、易于 扩展和实现等诸多优点更适于v o i p 技术的发展，并得到了业界的广泛推崇，正逐步 成为n g n 和3 g 领域的重要协议。而v o l p 系统的核心接入设备是网关，因此研究和 实现基于s i p 协议的v o l p 网关具有重要的实用价值和意义。 本文首先介绍了v o i p 的技术概况，深入分析了v o i p 的工作原理和关键技术。其 次重点阐述了s i p 协议，对s i p 协议的结构组成、消息呼叫机制等方面进行了深入细 致的研究，并对当前应用于v o i p 技术的两种主流信令协议s i p 和h 3 2 3 进行了对比 分析。本文提出了一个基于s m 协议的v o i p 网关系统的总体实现方案s i p v g w ，包 括软件和硬件两个方面。论文的重点是对网关系统的软件架构进行设计和实现，详细 分析和阐述了该网关系统的功能需求、实现架构、数据流程等方面内容，着重叙述了 系统信令网关和媒体网关两个核心模块的实现过程。论文的最后部分给出了该网关系 统的详细测试方案，包括单元测试和系统功能测试两个方面，具体分析了单元测试的 原理和步骤，并详述了网关系统的多个功能测试项目。经过严格测试表明，本文所实 现的v o p 网关系统在软件和硬件上都达到了最初的设计需求，各种设备工作良好， 所实现的各项功能满足实际的通信要求。 关键词：v o l p ，s i p ，软交换，网关 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s 仃a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n di n n o v a t i o no fi n t e m e ta n dc o m m u n i c a t i o n s t h en e x t g e n e r a t i o nn e t w o r kb a s e do ns o f l s w i t c hh a sb e c o m et h em a i nt r e n do fn e t w o r ke v o l u t i o n t h ee c o n o m ya n ds o c i e t yh a v eb e e np r o m o t e db e c a u s eo ft h ea d v a n c e da n dn e w t e c h n o l o g i e s c u r r e n t l y , v o i ph a sb e c o m eaf o c u s i nt h ep r o c e s so fh i 曲s p e e d d e v e l o p m e n to f m u l t i m e d i ad a t as e r v i c e so nt h ei pn e t w o r k as e r i e so fv o i c ea n dd i 西t a ls i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e sh a v eb e e nm o v e dt o t r a n s m i tt h ev o i c ei nv o i p c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lt e l e p h o n y ，v o i pc a np r o v i d e m o r es e r v i c e sw i t hb e t t e rq u a l i t i e sv i at h ew o r l d 、 殖d ei n t e m e t , a n dw i l lb e c o m ea ni s s u e d i r e c t i o no fn g ne v o l u t i o n i t u - th 3 2 3a n di e t fs i p ，a p p l i e di nc u r r e n tv o i ps y s t e m s ， a r et h et w om a i nv o i ps i g n a l i n gp r o t o c o l s h 3 2 3h a sb e e nw i d e l yd e p l o y e di nv o i p ，b u t s i pi sm o r es u i t a b l ef o rv o i pb e c a u s ei ti ss i m p l ea n de a s yt ob ee x t e n d e d w h a t sm o r e ， s i ph a sg o tg r e a ta t t e n t i o n sa n dw i l lb eu s e db yn g na n d3 gg r a d u a l l y g a t e w a yi st h e c o r ec o m p o n e n ti nv o i ps y s t e m , s oi t sv a l u a b l et oc o n c e n t r a t eo nt h er e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no f t h ev o i pg a t e w a yb a s e do ns i p a tt h eb e g i n n i n go ft h i sp a p e r , t h ev o i pt e c h n o l o g yi si n t r o d u c e d a f t e ri n d e p t h a n a l y s i so ft h ev o i pb a s i cp r i n c i p l ea n ds e v e r a lk e yt e c h n o l o g i e s ，t h es i ps t r u c t u r ea n d m e c h a n i s m sa l ea l s oa n a l y z e da sf o l l o w e d a tt h es a m et i m e ，t w os i g n a l i n gp r o t o c o l s ，s i p a n dh 3 2 3 a l ec o m p a r e dd e t a i l e d l y t h e n , as o l u t i o nf o rd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f s i p b a s e dv o l pg a t e w a yc a l l e ds i p - v g wi sp r e s e n t e d , i n c l u d i n gh a r d w a r ea n ds o r w a r e s o l u t i o n s a n dt h es o f t w a r er e a l i z a t i o ni se m p h a s i z e di nt h i sp a p e r , w i t ht h ed e 印a n a l y s i s a b o u tf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，f r a m e w o r k , r e a l i z a t i o np r o c e s s e sa n ds oo n t h er e a l i z a t i o n o ft h es i g n a l i n gg a t e w a ya n dt h em e d i ag a t e w a yi sw o r k e do u ti nd e t a i l a tl e n g t h , t e s t s f o rt h eg a t e w a yi n c l u d i n gu n i ta n ds y s t e mt e s t i n ga r ea l s od e s c r i b e d a f t e rs t r i c ta n d a l l - r o u n dt e s t s ，t h eg a t e w a ys y s t e md e v e l o p e di nt h ep a p e rh a sr e a c h e dt h eo r i g i n a ld e s i g n r e q u i r e m e n t s ，w i t hg o o dr u n n i n gp e r f o r m a n c e sa n df u n c t i o n si nt h ea c t u a lc o m m u n i c a t i o n e n v i r o n m e n t s k e yw o r d s ：v o i p ，s i p ，s o f l s w i t c h ，g a t e w a y i i 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1v o l p 技术概述 第一章绪论 v o l p ( v o i c eo v e ri n t e r a c tp r o t o c 0 1 ) 简称i p 网络电话，是一种以i p 分组网络为承 载实现语音通信的技术。通过v o i p 网关，将数字化处理后的语音信号进行压缩编码 并打包成i p 分组数据包，通过口网络传输到接收地；接收方收到数据包后将数据进 行重组串接，解码解压缩后还原成模拟语音信号，这样主叫双方即可进行语音会话通 住 i ho v 0 m 是融合语音和数据的新型通信服务平台，与传统的电话具有明显的区别。 传统电话使用p s t n 网作为语音传输媒介，而v o l p 则是将语音信号在p s t n 网和因 特网之间进行转换，对语音信号进行压缩封装并转化为数据包；同时，v o l p 允许 多个用户共用同一带宽资源，改变了传统电话由单个用户独占一个信道的方式，节省 了用户使用单独信道的费用。其次，由于技术和市场的推动，将语音转化成m 包的 技术已经变得更为成熟可靠，并且v o i p 可以有效地利用互联网基础设施和全球i p 互 联环境，提供诸如统一消息、电视会议、电子商务等新兴的数据业务【l 翊。 1 1 1v o l p 的发展阶段 v o m 技术的发展，主要可以分为以下三个阶段。 第一阶段主要是九十年代中后期，主要是在企业网、互联网上提供小规模不保证 服务质量的语音通信；不支持与电信网之间的互通，或是通过企业网关作为用户接入 电信网，其信令控制协议主要是h 3 2 3 v l v 2 和m g c p ；该阶段的v 0 i p 网络不具备电 信运营的o s s 和商业运营模式。 从上世纪末至现在为发展的第二阶段，主要特点是部署大规模商用的v o i p 长途 业务网，可为用户提供有服务质量保证的长途语音通信；主要采用h 3 2 3 v 4 和h 2 4 8 作为其业务网技术体系，也有小规模的基于m g c p 或s i p 控制协议的v o i p 网络，通 过多组网守、多管理域组网方式组建业务大网，特别建设了承载网解决v o p 长途语 音业务网的q o s 问题；具备较为完善的o s s 支持长途语音业务和部分增值业务，具 有电信运营模式并实现与传统电信网的互联互通。 第三阶段是从现在开始将网络逐渐向n g n 演进。其主要特点是把网关向网络末 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 端延伸用以提供有服务质量保证的通信业务，并提供更丰富的语音增值业务，将业务 模式从单一语音业务向多媒体数据业务发展；完成固网和移动网络的通信业务融合， 电信业务和互联网业务的融合，解决组建n g n 网与现存各网之间的互联互通以及 n g n 网内各种媒体信号处理等问题；同时，组建统一业务平台，网络具备强大的o s s 以及良好的商业运营模式。 1 1 2v o i p 的发展现状 v o 口技术依据其采用的核心控制信令协议不同存在着两个主要发展方向，其一 是遵循i t u th 3 2 3 标准，另一是遵循t fs i p 协议1 3 4 j 。 i t u t 的h 3 2 3 标准是一种兼顾传统呼叫流程和i p 网特点发展而来的较为成熟 的开放标准体制。特点是吸取了许多电信网的组网、互联和运营经验，能够与p s t n 网，以及其他数据业务和应用网互联互通。采用h 3 2 3 技术体制开展v o i p 业务，运 营商可以基本上继承传统运营商的管理和运维模式。国内运营商组建的v o i p 网都是 全国性大网，而且对网络的扩展性和稳定性要求极高，组网必须多层多域，组建这样 的大网，采用h 3 2 3 技术是合适的选择 5 1 。 正1 1 f 倡导的s i p 协议是v o i p 技术遵循的另一个发展方向。s i p 协议的出发点是 想借鉴w e b 业务的成功经验，以现有的i n t e r n e t 为基础来构建i p 电话业务网。其网 络不是一个多层次的网络，而是一个扁平的单层次网络，呼叫流程与p s t n 网有所不 同，在s i p 网上依靠动态数据库的方式来寻址。因此，s i p 与h 3 2 3 有完全不同的设 计思想，s i p 是一个分散式的协议，将网络设备的复杂性推至网络边缘，核心网络仍 是一个尽力而为的传送通道。基于s i p 协议的v o m 优势在于能够和i n t e m e t 紧密结合， 能够快速开发各种与互联网相结合的语音新应用，并具备低成本、高灵活性、高生产 率等优点，但在组网、管理、运营、计费等方面还有待继续研究和完善。 1 1 3v o i p 的技术特点 v o i p 业务有着传统电话业务无法比拟的优势和长处1 6 j ，主要表现在： ( 1 ) 资费低廉 v o i p 是以口分组网络为承载，采用语音压缩编码技术，能够充分利用信道带宽 资源，同时，v o i p 的运营成本核算和计费方法与传统的p s t n 电话网络不同，可以 节省很多设备和投资成本。由于m 承载网络是全开放式的，只要能接入i p 网络即可 拨打全球范围的v o i p 电话而且不区分本地漫游、国际国内长途。因此，v o i p 电话 相对传统电话而言在资费上存在很大的优势。 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 ( 2 ) 提供丰富的增值业务 由于v o i p 是基于m 开放式网络传输的，并且v o i p 终端具备较高的智能化程度， 可同时支持语音、数据、图像等传输，易于实现和开展各种丰富的多媒体增值业务， 可通过软硬件设备实现v o i p 业务。而传统的p s t n 网因受限于终端能力和网络互通 能力，难以较快地提供和开发出各种新的增值业务。 ( 3 ) 便于建立企业内部的统一通信网络 企业网引入v o i p 之后，可实现企业话音网络和数据网络的统一，通过统一的企 业网络平台可以提供各种网络功能，无需添加额外的硬件设备即可通过升级软件或增 加新的应用软件来新增各种业务。同时，可以利用i p 网络提供的v p n 服务构建分布 式的企业网，不仅提高了企业协同工作的效率和客户服务水平，也可节省和降低各种 设备运行维护成本。 ( 4 ) 促进电信市场的拓展 在因特网高速发展的环境下，许多新的口业务提供商应运而生，由于受限于技 术和业务等因素，这些i s p 仅提供i n t e m e t 的接入，其营收只来源于网络租用。引入 v o i p 技术之后，各i s p 可以灵活地提供各种网络语音业务，开发和推广新的增值业 务，为i s p 提供了新的盈利模式。同时，随着网络融合化的发展，原来封闭的电信市 场也将趋于开放，进而促进电信市场的良性经营和发展。 ( 5 ) 推动网络技术的融合化发展 v o i p 采用了许多数字语音信号处理技术，通过对语音进行压缩编码处理，提高 了带宽资源的利用率，从而增加了系统线路的传输能力，并且各种宽带接入技术的发 展也促进了v o i p 的推广。同时，v o i p 的发展对网络质量、带宽和安全性提出了更高 的要求，进而也推动了网络向具有多业务融合、业务提供方式灵活和高可靠性等优点 的n g n 发展。 随着v o i p 技术和产业的不断发展和完善，以及网络技术的融合化发展趋势，可 以预见在不久的将来，v o m 将逐渐取代传统的p s t n 电话而成为未来人们通信生活 的重要组成部分。 1 2 课题简介 本课题所研究和实现的s i p v g w 网关用以提供n g n 网络v o i p 多媒体数据业务 的接入，为宽带网络接入系统添加v o i p 业务接入功能。 s i p - v g w 网关是基于s i p 协议，旨在能够通过该网关系统实现传统p s t n 网络 终端、s i p 电话终端以及其他n g n 接入设备的接入和互通，构建一个基于m 分组核 心网络承载的统一语音通信网络。整个系统由一个开发项目组通力合作完成，其中作 3 重庆邮电大学硕十论文第一章绪论 者承担和参与了部分软件模块的开发和实现，并负责软件的单元模块测试和系统功能 测试工作。 论文首先介绍了v o i p 的技术概述，深入分析了v o i p 技术的基本工作原理和系统 网络架构，同时对s i p 协议进行了详细的研究，在此基础上，根据设计开发要求完成 网关系统的架构设计和具体功能模块的实现。论文只对作者实际工作中参与的媒体网 关和信令网关两个核心模块作了详细的阐述，涉及模块功能、实现架构、工作流程、 关键接口实现等方面，但作为一个整体，对v o i p 网关中的其他组成模块也作了相应 的简单介绍。论文完成的另一部分工作是测试，主要是对网关系统开发中的单元模块 测试和系统功能测试进行了详细的描述，该部分内容是作者在项目工作中的另一重要 体现。 1 3 论文结构 论文共为七个章节，各章的内容安排如下： 第一章，概述了v o i p 技术的发展进程和技术特点，介绍了本文的课题情况，并 简述了作者在课题研究中所完成的主要工作。 第二章，详述了v o i p 技术的基本工作原理，对v o i p 系统组成结构进行了剖析， 重点讨论了v o i p 的网关功能分解模型，深入分析了v o i p 的几个关键技术。 第三章，深入研究了s i p 协议，包括s i pc s 结构、s i p 消息机制、s i p 呼叫机制 以及s i p 协议的扩展等，并对s i p 和h 3 2 3 两种应用于v o 口技术的协议进行了对比 分析。 第四章，主要剖析了本课题所开发系统的设计架构，研究了v o i p 网关设计和实 现的技术功能要求，并介绍了网关的总体网络结构和设计思想，对网关系统中所涉及 的数据通道和协议栈进行了重点阐述。 第五章，根据系统设计需求，详述了网关系统的具体实现过程，对信令网关和媒 体网关两个核心模块的具体实现进行了深入地剖析。 第六章，对所开发的v o i p 网关系统进行了测试，主要包括软件单元模块测试和 系统功能测试，包括测试原理、环境搭建、测试步骤等方面，并对测试结果进行了分 析。 第七章，对本文所完成的工作做出总结，简析工作中尚存在的问题，最后对课题 的后续工作进行了展望。 4 重庆邮电大学硕士论文第二章v o i p 的技术原理 第二章v o l p 的技术原理 2 1v o l p 的基本工作原理 v o m 的基本工作原理是，通过模数变换将接入到v o l p 系统的模拟语音信号转化 为数字语音信号，语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，并根据i p 相关协议 进行打包处理，经口网络把数据包传输到接收端；另一端将接收到的分组数据包重 新排序串接起来，经过语音解码解压缩处理，恢复出原来的语音数字信号，再经数 模变换还原为原始语音模拟信号 7 1 。其基本处理过程如图2 1 所示。 - - - 一 图2 1v o i p 基本工作原理图 经过v o p 系统的转换以及压缩编码处理，每路话音的传输速率约为8 1l k b i t s ， 而传统普通话音业务所使用的带宽为固定的6 4 k b i t s 。因此，采用v o i p 技术可以极大 地节省网络带宽，并降低网络运行的开销和成本，进而可大大降低电话费用i s 。 2 2v o i p 的系统结构 2 2 1v o l p 基本系统组成 v o l p 系统主要由网关( g w ) 、网守( g k ) 、终端设备( t e r m i n a l ) 和多点控制单 元( m c u ) g r i t 9 1 。系统结构如图2 2 所示： 5 重庆邮电大学硕士论文 第二章v o l p 的技术原理 图2 2 v o i p 系统结构图 ( 1 ) 网关( g a t e w a y ) ：v o i p 系统的接入设备，通常位于p s t n 和i p 网络之间， 是p s t n 的终结点，也是m 分组网络的起始点，为用户提供v o i p 业务，完成媒体和 信令的转换； ( 2 ) 网守( g a t ek e e p e r ) ：v o i p 系统的管理设备，提供地址解析、接入认证、带 宽管理和资源管理等功能； ( 3 ) 终端设备( t e r m i n a l ) ：i p 分组网络中能提供实时、双向通信的节点设备， 完成两个终端之间的控制指示、音视频或数据信息交换的通信过程； ( 4 ) 多点控制单元( m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t ) ：利用口分组网络实现多点通信， 使得口电话能够支持多方网络会议等多点应用的业务类型。 此外，网关与网守、网关与网关之间的信息都是通过i p 网络进行传输，网络层 协议采用m 协议，传输层协议采用t c p u d p 协议，语音信息采用实时传输协议r t p 进行封装之后经m 协议打包在网络中传输。 2 2 2v o i p 网关分离模型 v 0 i p 技术的核心部件是v o i p 网关，主要负责网络之间的消息和协议相互转换与 传输，从而实现网络之间的互通。由于v o 口网关集成了信令处理、媒体处理、路由 管理等方面的功能，同时又提供p s t n 连接的中继接口和i p 网络侧的网络接口。这 样的网关结构功能过于复杂，不利于系统的扩展和保证其可靠性，使v o i p 系统在进 行大规模部署时受到很大的制约。为此，通过引入网关功能分离思想，将原来高度集 成的网关分解成信令网关( s g ) 、媒体网关( m g ) 和媒体网关控制器( m g c ) 三个 组成部分【l ，如图2 3 所示。 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章v o l p 的技术原理 1 ，d j j l l 信令 口l -j， 控制 一兰b - 1s g 一二一一m o c 卜二一 i i n l 语音 口 i n m g 媒体 图2 3 网关分解模型图 ( 1 ) 媒体网关( m e d i ag a t e w a y ) ：负责媒体处理以及p s t n 和软交换两侧通路的 连接； ( 2 ) 信令网关( s i g n a lg a t e w a y ) ：负责信令转换，但仅进行信令的底层转换，并 不改变应用层消息； ( 3 ) 媒体网关控制器( m e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e r ) ：根据收到的信令负责控制媒 体网关呼叫连接的建立和释放，完成对信令消息的分析和处理，并进行应用层的互通 变换。 在实际的软交换网络当中，m g - c 一般由软交换设备来实现其功能，媒体网关控 制器和媒体网关之间通过媒体网关控制协议进行通信。这种分离的网关结构将呼叫控 制和媒体处理分离，一个m g c 可以控制多个m g ，并可通过冗余备份配置来提高网 络的可靠性。 2 3v o i p 的关键技术 v o 口语音业务属于实时业务，对时序、时延等均有严格的要求，但传统的p 网 络是通过采用尽力而为的、无连接的技术来传输分组数据业务，并没有服务质量保证， 因而存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况，需要采取一些有效措施来保障v o i p 的业务质量。v o m 的关键技术主要包括以下几个方面。 2 3 1 信令技术 v 0 m 网络需要通过统一的通信控制协议来实现成功的会话呼叫并保证语音质 量，当前被业界普遍认可和应用的v o i p 控制信令体系主要有i t u - t 的h 3 2 3 系列和 正t f 的s i p 协议。 i t u t 的h 3 2 3 系列建议定义了在无服务质量保证的因特网或其他分组网络上进 7 重庆邮电大学硕士论文第二章v o l p 的技术原理 行的多媒体通信协议和标准。h 3 2 3 最初是在局域网上作为不保证服务质量的多媒体 通信协议而提出的，后来逐步地发展成为能满足v 0 m 技术要求的系列协议集。其相 关的协议主要包括用于媒体控制的h 2 4 5 t 1 2 1 ，用于建立呼叫连接的h 2 2 5 0 等协议【1 3 】， 通过r a s 信令、h 2 2 5 0 信令以及h 2 4 5 信令来完成h 3 2 3 的呼叫建立过程。 s i p 是i e t f 标准体系中的一个应用层控制协议，用以建立、修改和终止多媒体 会话，以t c p u d p 作为其底层的传输协议。s i p 是一种基于文本的协议，具有很好 的灵活性和扩展性，s i p 仅完成会话呼叫过程中的初始化呼叫，并不负责传输具体的 媒体数据，这样易于v o m 业务的调试和实现，能够很好地与i p 其他应用相结合。 2 3 2 语音编码技术 语音编码技术是v o p 技术中的一个关键技术，是在保证一定语音质量的前提下 尽可能地降低编码比特率。在实际应用中，需要根据网络实际情况、用户需求和成本 等因素，综合考虑编码比特率、语音质量、时延以及编码算法复杂度等几个方面来选 择语音编码。当前应用于v 0 妒的编码技术主要有i t u t 定义的g 7 2 9 1 4 1 、g 7 2 3 ( g 7 2 3 1 ) 【l5 】等。g 7 2 9 可将经过采样的6 4 k b i 魄语音以近乎不失真的质量压缩至 8 k b i t s ：g 7 2 3 1 采用5 3 6 3 k b i t s 双速率语音编码，语音质量好但处理时延较大。考 虑到在口分组网络中开展的业务质量不能得到很好的保证，采用的语音编码技术要 求在编码速率、编码尺度上具有一定的灵活性以适应v o i p 业务的实现。 2 3 3 实时传输技术 v o l p 中采用r t p 实时传输协议来支持其语音、视频等实时信息的传输【1 6 1 。r t p 是针对口网络中的多媒体数据流而设计用于传输实时数据的传输协议，通过提供净 荷类型指示、数据分组序号、数据发送时间戳和数据源指示，接收端则能根据这些信 息正确地重组媒体流。r t p 提供了具有实时特性的端到端的数据传输服务，但并不能 提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制。v o i p 的可靠传送机制、流量 控制以及拥塞控制是通过r t c p 来提供的。r t c p 是支持r t p 协议的一个控制协议， 采用与数据分组同样的配送机制向r t p 会话中的所有与会者周期性地传送控制包， 从而提供数据传送网络服务质量的监测手段，并获知与会者的身份信息。 2 3 4 服务质量保证技术 v o i p 中的语音业务属于实时业务，对时序和时延等有严格的要求，而传统网 8 重庆邮电大学硕士论文第一二章v o l p 的技术原理 络的数据业务缺乏服务质量保证。因此，在v 0 妒中通过采用资源预留协议r s v p 、 区分服务、多协议标记交换m p l s 以及进行服务质量监控的实时传输控制协议r t c p 来避免网络拥塞，从而保障通话质量【1 7 】。 除此之外，v o i p 的关键技术还包括： 网络传输和安全技术：主要采用了t c p 和u d p 两种传输协议，还包括网关互联 技术、路由选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。同时，通过身份认 证、授权、加密、不可抵赖性保护以及数据完整性等方面来解决在i p 分组网络上的 安全问题。 静音检测技术：根据语音静默特性，检测到静音时不产生语音信号，检测到突发 的活动声音时才生成语音信号。通过静音检测可以去除在通话过程中的静默信号，降 低语音信号的占用带宽。 回波抵消和时延抖动消除技术：通过滤波器中的自适应方法估计回波信号的大 小，然后在接收信号中减去此估计值来消除通话中的回声干扰，提高通话的质量。同 时，采用抖动缓冲技术，在一定范围内可以有效地处理语音时延抖动，提高话音质量。 9 重庆邮电大学硕士论文 第三章s i p 协议 3 1s i p 协议概述 第三章s i p 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 o l ，会话初始化协议) ，是由i e t f 在1 9 9 9 年提出的 一种实时通信应用层控制协议，为各种口网络应用提供无所不在的接入，用来建立、 修改和终止有多方参与的多媒体会话。s i p 由于采用基于文本的编码格式，简单灵活、 易于扩展、便于实现，其诸多优点使其面世后得到了业界的青睐，正逐步成为下一代 网络n g n 和3 gp 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 ) 域的核心协议引。 s i p 在建立、维持和终止多媒体会话过程中主要提供以下几个方面的功能【1 9 1 ： ( 1 ) 用户定位( u s e rl o c a t i o n ) ：检查和确定通信用户终端所在的位置，无论被 叫方在哪里都能确保呼叫到达被叫方，实现任何描述信息到定位信息的映射。 ( 2 ) 用户有效性( u s e ra v a i l a b i l i t y ) ：检查用户参与会话的意愿程度，确定被叫 方是否愿意加入到会话。 ( 3 ) 用户通信能力( u s e rc a p a b i l i t y ) ：检查媒体和媒体的参数。它允许与呼叫有 关的组在支持的特征上达成一致。 ( 4 ) 建立会话( s e s s i o ns e t u p ) ：包括向被叫振铃，建立呼叫方和被叫方的会话参 数。 ( 5 ) 会话管理( s e s s i o nm a n a g e m e n t ) 发送和终止会话，修改会话参数，激活服 务等，以及包括呼叫重定向、呼叫转移、中止呼叫等呼叫中的特殊处理和控制。 i e t f 是以因特网作为范例来构思设计s i p 的，但它并不是一个完整集成的通信 系统。s i p 可作为i e t f 工具包中的一个工具，独立于传输层协议和其他会话控制协 议，可以与其他协议，如实时传输协议( r t p ) 、实时传输控制协议( i 玎c p ) 、会话 描述协议( s d p ) 、会话通告协议( s a p ) 、实时流协议( r t s p ) 等一起协同工作，为 终端用户提供完整的多种服务，但s i p 的基本功能组件并不依赖于这些协议。 s i p 借鉴了其他已经获得广泛应用的因特网协议，如h r r p 和s m t p 协议，并充分考虑 了其可扩展性，具有灵活的扩展机制和完善的能力协调机制i z o j 。 1 0 重庆邮电大学硕士论文 第三章s i p 协议 3 2s i p 网络组成 3 2 1s i p 网络体系结构 应用层 传输层 网络层 图3 1s i p 在网络体系中的位置图【2 1 】 如图3 1 所示，s i p 是一个应用层协议，与其他应用层协议( d h c p 、r t c p 、r t p 、 r t s p 、r s v p 等) 一起位于应用层，可以利用t c p u d p 传输协议来传输s i p 消息， 并独立于底层的其他协议，网络层可采用i p v 4 或i p v 6 协议。 3 2 2s i pc s 网络结构 图3 2s i p c s 网络模型 图3 2 所示的是s i pc s ( 客户机服务器) 网络结构模型，呼叫请求的发出方为 客户机，呼叫请求的接收和处理方为服务器，该结构中主要有s i p 用户代理( u s e r a g e n t ，u a ) 和s i p 网络服务器两类网络实体。 重庆邮电大学硕士论文 第三章s i p 协议 s i p 用户代理位于s i p 终端系统中，根据其在会话过程中所起的作用又将其分为 用户代理客户机u a c 和用户代理服务器u a s ，其中u a c 负责发起s i p 呼叫请求， u a s 负责响应s i p 呼叫请求。 s i p 网络服务器是进行呼叫控制和会话处理的网络设备，主要为用户代理提供注 册、认证、鉴权、路由、名字解析和定位等服务。在会话过程中主要存在着三类服务 器圈： ( 1 ) 代理服务器( p r o x ys e r v e r ) ：提供名字解析和路由功能，负责将s i p 用户请 求和响应转发到响应的下一跳，下一跳可能是代理服务器，亦可能是终端的用户代理 服务器。代理服务器在转发请求之前需要对原请求消息进行解释，在必要时还需重写 原请求消息。代理服务器可分为有状态和无状态两类。 ( 2 ) 重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) ：提供地址解析服务，接收用户请求但并不 将请求传递给下一服务器，而是将s i p 呼叫的目的地址映射成零个或多个新地址。在 获得下一跳地址后，通知主叫方的用户代理直接向下一跳的地址发出请求。 ( 3 ) 注册服务器( r e g i s t e rs e r v e r ) ：接收终端客户机的注册请求，完成终端用户 s i p 地址( s i p 切r l ) 和i p 地址的注册。用户终端启动后都需要进行注册，用于记录 当前位置信息，这种特性可以实现s i p 终端服务的移动化。 此外，在s i p 系统中还可通过位置服务器( l o c a t i o ns e r v e r ) 来提供定位服务， 为s i p 重定向服务器和代理服务器获得被叫方的可能位置信息。它可以和s i p 网络服 务器结合在一起，但位置服务器并不属于s i p 的范畴。 3 3s i p 消息机制 s i p 是一个与h 1 限和s m t p 类似的基于文本的信令协议，采用u t f - 8 字符集 ( i 江c 2 2 7 9 ) l 。s i p 消息分为两类：一类是由客户端发往服务器端，称之为请求消 息( r e q u e s t ) ：另一类是由服务器端发往客户端，称之为应答消息( r e s p o n s e ) 洲。 一个基本的s i p 消息( 请求消息和应答消息) 包括一个起始行、一个或多个消息 头字段、一个说明头字段结束的空行和一个可选的消息体。 t g e n e r i c m e s s a g e = s t a r t - l i n e m e s s a g e - h e a d e r c r l f 【m e s s a g e - b o d y l s t a r t - l i n e = r e q u e s t - l i n e s t a t u s - l i n e 奎 1 2 重庆邮电大学硕士论文第三章s i p 协议 起始行、每一个头字段、空行都必须以回车键结束，即使没有消息正文，也必须 有空行。 起始行( s t a r tl i n e ) 分为请求行和状态行两种格式，请求行规定了请求的类型， 而状态行则指出某个请求是成功还是失败。若请求失败，状态行则指出失败的类型或 原因。 消息头字段( m e s s a g eh e a d e r ) 提供了有关请求或应答的参数，包括消息的发起 方、接收方以及其他方面的信息。 消息体( m e s s a g eb o d y ) 通常描述将要建立的会话类型，包括所交换媒体的描述。 但s i p 并不具体定义消息体的内容或结构，而是通过使用另一个不同的协议来描述， 最常见的使用会话描述协议s d p 。 3 3 1s i p 消息类型 ( 1 ) s i p 请求消息 s i p 请求消息是通过一个请求行作为起始行开始的。请求行包含了方法、请求的 u r l 、协议版本号，三个部分中间都用s p ( 空格) 分开，行尾用一个c r l f 结束。 幸幸幸幸木宰幸幸木宰事幸枣 + 宰幸母幸宰，i + 幸幸 i 幸+ 宰幸枣木奉幸掌 宰 幸 r e q u e s t - l i n e = m e t h o ds pr e q u e s t - u r ls p s i p - v e r s i o nc r l f t 请求方法表示所发送的特定请求，用来说明客户机请求服务器执行的操作类型。 在r f c 3 2 6 1 中规定了六种不同的方法i 冽： 1 ) d i t e ( 邀请) ：用于主叫方向被叫方发出邀请呼叫会话请求； 2 ) a c k ( 证实) ：用于确认客户端对i n v i t e 的请求以及最终响应； 3 ) b y e ( 再见) ：用于客户端向服务器发送消息释放呼叫； 4 ) o p t i o n s ( 询问) ：用于查询服务器的功能和相关信息： 5 ) g i s t e r ( 登记) ：用于向注册服务器注册用户代理客户端的相关位置信息； 6 ) c a n c e l ( 取消) ：用于终止一个挂起的呼叫。 请求u i 也表示s i p 请求消息所经过的用户或服务器的地址，即表明下一跳请求 消息将被路由的地址。 协议版本号表示当前使用的s 口协议的版本，现在设定为s i p 2 0 。 ( 2 ) s i p 应答消息 s i p 应答消息是由服务器发往客户端的消息，是通过一个状态行作为起始行开始 的。状态行包含协议版本、状态码、相关的文本短语，三个部分中间也需用s p ( 空 格) 分开，行尾亦用一个c l e f 结束。 重庆邮电大学硕士论文第二章s i p 协议 牛幸幸幸掌, i c 幸幸幸s i t 宰宰木事事事 s t a t u s - l i n e = s 疆i v e r s i o ns ps t a t u s - c o d es pr e a s o n p h r a s ec r l f 幸幸+ 宰宰奉幸幸 幸，| + 枣掌幸奎木事掌幸事+ 宰宰幸幸奎 状态码( s t a t u s c o d e ) 为一个3 位十进制数字，是在r f c 2 5 4 3 中进行定义的， 说明处理请求的应答结果。其值在1 0 0 到6 9 9 之间，第一个数字表示应答的类型，其 余两个数字并不作分类使用。因此，状态码可分为“i x x 应答”、“2 x x 应答”等依此类 推，在s i p 2 0 版本中存在六类应答。 1 ) i x xp r o v i s i o n a l ( 临时应答) ：表示临时性的应答，说明当前对方服务器正在 处理请求，但还没做出最终的应答； 2 ) 2 x xs u c c e s s f u l ( 成功处理) ：表示请求成功，常用2 0 0 ( o k ) 来表示被叫方 已接受该呼叫： 3 ) 3 x xr e d i r e c t i o n ( 重定向) ：用于向用户提供新的位置信息，或者能够满足呼 叫的其他服务器； 4 ) 4 x x r e q u e s tf a i l u r e ( 请求失败) ：由服务器发出的表明请求失败； 5 ) 5 x xs e w e rf a i l u r e ( 服务器错误) ：表示服务器内部出错导致失败； 6 ) 6 x xg l o b a lf a i l u r e s ( 全局错误) ：表示服务器对指定用户的最终确定信息。 上述六种s i p 应答消息，除了i x x 是临时性应答，其余均为最终应答。 r e a s o n - p h r a s e 是对状态码所做出的文字简要说明，仅供用户查阅之用，对系统 处理s i p 应答无任何意义。 协议版本号与s i p 请求消息一样，表示当前使用的s i p 协议的版本，现设定为 s 妒2 o 。 3 3 2s i p 头字段与消息体 s i p 协议中定义了几十种头字段，但在一个s i p 消息中并非所有的头字段都会同 时用到，仅在请求消息中的头字段称为请求字段，只在响应消息中的头字段称为应答 字段，当消息头字段出现了不匹配的字段类型时，则消息接收