（信息与通信工程专业论文）基于sip协议的无线voip话机手持终端的设计与实现.pdf

摘要 摘要 、b 口( v o i c eo v c i i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 俗称口电话，是基于口网络的语音传输 技术。经过多年发展，口技术目前已趋于成熟并且商用。随着无线通信技术的 发展，p 技术呈现出与无线通信技术相结合的新趋势，出现了将v o l p 建立在无 线局域网和城域网上的v o w l a n 和v o w i m a x 等新兴的无线v o l p 技术。除此之 外，口与移动网络g p r s ，3 g 的结合，与其他短距离无线通信技术如蓝牙的结 合也在逐步的探索过程中。 与其他无线通信技术相比，低速率无线个域网技术( u o w e a n ) 具有发射功 率小，数据传输速率低，设各成本极低，能量消耗较小，组网灵活等特点。本文 主要提出了一种基于低速无线个域网技术和s i p 协议的无线v o i p 话机系统的设计 方案，与其他无线口话机设计方案相比，本方案具有实现简单，成本较低，功 耗较小的特点，适合于家庭，办公室范围内的无线语音通信。目前该方案已在飞 思卡尔处理器平台上实现。 本文着重介绍了该无线m 话机系统无线网络协议栈的设计和实现，手持终 端部分的硬件平台和软件平台的搭建，手持终端应用程序的设计和实现。本文还 给出了系统的测试方案和测试结果。测试结果表明，该无线、b 口话机能较好地完 成预期设计功能。 关键词：无线口话机，会话初始协议，低速率无线个域网，m c f 5 2 4 9 处理器 v o i p ( v o 妣o v e ri n t e m e tp r o t o c 0 1 ) t e c h n o l o g yw h i c hi sa l s oc a l l e di pp h o n ei sa k i n do fa d v a n c e dc o m m u n i c a t i o nm e t h o dt h a tc a nr e a l i z ev o i c ec o m m u n i c a t i o nb a s e do n i pn e t w o r k t h r o u g hd e c a d e so fd e v e l o p m e n t , t h e 、b i pt e c h n o l o g yn o wi sm a t u r ea n d w i d e l yu s e d w i t ht h ed e v e l o p m e n to f w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , an e w t r e n do f t h ec o m b i n a t i o no ft h ev o l pt e c h n o l o g ya n dw i r e l e s sc o m m n u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi s s h o w n , s u c ha sv o w l a ha n dv o w i m a xt e c h n o l o g i e sw h i c hb u i l d i po nw i r e l e s s l o c a la r e an e t w o r ka n dw i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r kr e s p e c t i v e l y b e s i d e s ，t h e c o m b i n a t i o no f 、b 口w i t hg p r so r3 gn e t w o r k sa n dw i t hs h o r tr a n g ew i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ys u c ha sb l u e t o o t hi sa l s oi ne x p l o r a t i o n c o m p a r e dw i t ho t h e rw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h el o w r a t ew i r e l e s s p e x s o n a la r e an e t w o r ko 且娟惝h a st h ef e a t u r e so fl o w e rt r a n s c e i v e rp o w e r , l o w e r d a t ar a t e ，l o w e rc o s t , a n dl o w e rp o w e rc o n s u m p t i 帆a n di sf l e x i a b l et of o r man e t w o r k t h i sp a p e rp r o p o s e dam e t h o dt od e s i g naw i r e l e s sv 0 i pp h o n eb a s e do ns i pp r o t o c o l a n dl r - w p a n c o m p a r e dw i t ho t h e rm e t h o d , t h i sd e s i g ni se a s yt or e a l i z ew i t hl o w c o s ta n dp o w e rc o n s u m p t i o n i ti ss u i t a b l ef o rw i r e l e s sv o i c ec o m m u n i c a t i o ni nh o m e a n do f 五c ce n v i r o n m e n t n o w , t h ed e s i g nh a sb e e nr e a l i z e do nt h ef r e e s c a l ep r o c e s s o r p l a t f o r m t h i sp a p e rf o c u so ni n t r o d u c i n gt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ew i r e l e s sn e t w o r k p r o t o c o ls t a c k , t h eh a r d w a r ep l a t f o r ma n d t h ei n t e g r a t i o no ft h es o f t w a r em o d u l eo ft h e h a n d s e to ft h ew i r e l e s s i pp h o n es y s t e m , a n dt h ea p p f i c a i t i o ns o f t w a r ed e s i g no ft h e h a n d s e t i nt h el a s tp a r t , t h i sp a p a rp r o p o s e dat e s tp l a na n da c h i e v e dt h et e s tr e s u l t t h e t e s tr e s u l ts h o w st h a tt h ew i r e l e s s 、j b 口p h o n ea c c o m p l i s h e st h ed e s i g ng o a l k e y w o r d s ：w i r e l e s s 口p h o n e ，s e s s i o ni n i t i a lp r o t o c o l , l o w - r a t ew i r e l e s sp e r s o n a l a r e an e t w o r k , m c f 5 2 4 9m i c r o p r o c e s s e r u 图目录 图1 - 1 图2 - 1 图2 2 图2 - 3 图2 - 4 图目录 无线邛网络层次一3 无线v o i p 话机系统结构示意图。6 手持终端与无线v o i p 网关网络层次结构一7 因特网体系结构8 s i p 网络的拓扑结构1 0 图2 - 5 注册操作过程1 2 图2 - 6 图2 7 图3 - 1 图3 - 2 图3 3 会话操作过程：。1 3 l r - w p a n 的网络拓扑妇1 7 m c f 5 2 4 9 开发板硬件资源图1 9 手持终端软件框架2 l 卢c o s i i 的体系结构图，。2 4 图3 4o sc p u h 中数据类型定义2 5 图3 - 5 新建任务的堆栈2 6 图3 6 图3 7 图3 8 状态寄存器s r 2 8 单个寄存器s p i 读时序3 0 单个寄存器s p i 写时序：3 0 图3 9q s p i 模块的结构框图3 1 图3 1 0q s p i 传输流程31 图3 1 1q s p i 传输时序_ 3 2 图3 1 2 键盘硬件连接图3 4 图3 1 3 常用键盘中断服务程序流程。3 4 图3 1 4g e t k e y 0 函数和键盘中断服务程序流程3 5 图3 1 5i i d 4 4 7 s 0 液晶控制芯片与m a 巧2 4 9 的硬件连接图3 6 图4 1 物理层模型一4 0 图4 2 物理层协议数据单元格式4 1 图钙 图“ 图4 5 图4 - 6 m a c 层模型一4 2 m a c 层协议数据单元。4 3 信标帧格式。4 4 数据发送描述项4 4 图4 7 命令帧格式4 4 图4 _ 8 关联请求命令格式。4 5 图4 - 9 关联响应命令格式一4 5 图4 - 1 0 解关联命令格式“。4 5 图4 - 1 1 挑战请求格式4 6 图4 - 1 2 挑战响应命令格式4 6 图4 - 1 3g t s 请求命令格式4 6 v i 图目录 g t s 响应命令格式4 7 数据帧格式4 7 确认帧格式4 8 超帧结构4 9 无需确认发送方式下m a c 层同物理层信息交互流程( 发送方) 5 0 无需确认发送方式下m a c 层同物理层信息交互流程( 接收方) 5 0 发送方无法收到确认帧的两种情况。5 1 需确认发送方式下m a c 层同物理层信息交互流程( 发送方) 5 1 需确认发送方式m a c 层- p - j 物理层信息交互流程( 接收方) 5 2 信道扫描流程图5 3 信道扫描m a c 层同物理层信息交互流程5 4 网络层协议数据单元格式5 6 请求入网过程设备端网络层同m a c 层信息交互5 7 请求入网过程p a n 协调器网络层同m a c 层信息交互二5 8 接收帧时间戳的获取6 0 超帧同步时序6 1 无线v o i p 网关发送需确认帧的传输时序6 3 需确认帧传输方式单向链表6 3 应用程序流程6 6 手持终端运行状态机6 7 应用层协议数据单元格式6 8 语音数据格式6 8 命令数据格式6 8 命令确认数据格式6 9 无线v o p 话机语音传输路径7 1 手持终端语音处理框图7 2 语音处理双缓存机制7 2 注册业务手持终端软件流程7 3 注册业务信令交互：，7 3 基本呼叫业务手持终端软件流程7 4 基本呼叫业务信令交互7 5 呼叫保持业务手持终端软件流程7 5 呼叫保持业务信令交互洳7 6 无线v o i p 系统测试拓扑7 7 测试环境实物图。7 8 手持终端捕捉到信标帧。7 9 手持终端扫描信道过程在串口终端打印信息8 0 手持终端同无线v o i p 网关超帧同步测试。8 1 入网过程手持终端串口打印信息8 1 入网过程无线v o i p 网关串口打印信息8 2 注册过程手持终端串e l 打印信息：8 2 m b插”鸺侈殂砣孔笱茄”丝四1 l 2 3 4 5 6 7 8 9 m n 心b m=。l 2 3 4 5 6 7 8护缸分禾“红“弘禾秘年乒缸孓白每岳白昏岳矗d每每每由岳岳每ao图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图 图目录 注册过程无线、b 口网关串口打印信息：8 3 e t h e r e a l 抓取注册过程中无线v o l p 网关同o n d os i ps e r v e r 间交互包8 3 o n d os i p $ e r v 盯记录的客户端注册信息8 4 基本呼叫业务手持终端串口打印信息8 4 基本呼叫业务无线、b 口网关串口打印信息8 5 o n d os i p $ c i n c i 记录会话处于振铃阶段。8 5 o n d os i p $ e i n c i 记录会话处于接通阶段8 6 呼叫保持业务手持终端串口打印信息8 6 呼叫保持业务无线v 0 口网关串口打印信息8 7 o 1 2 3 4 5 石 删m m m m m图图图图图图图图图 表目录 表目录 语音编码算法性能比较一1 5 c o d e w a r r i o r 编译器c 标准数据类型位数定义2 4 m c l 3 1 9 2 与m c f 5 2 4 9 的引脚连接3 2 m c l 3 1 9 2 驱动功能函数与m c f 5 2 4 9 控制引脚输出关系3 3 h d 4 4 7 8 0 液晶控制芯片引脚功能3 6 h d 4 4 7 8 0 写入控制指令时各引脚输入值。3 6 i e e e 8 0 2 1 5 4 的扩频和调制参数3 9 物理层常量。4 0 物理层p i b 属性4 0 m a c 层p i b 属性4 2 m a c 看净令4 4 无线、；b 口网关发送需确认帧各个时间域测量结果6 4 物理层接口函数5 9 m a c 层接口函数“ 网络层接口函数6 5 无线网内部呼叫控制信令7 1 各个无障碍阻隔距离下的掉帧错帧情况的测试结果8 8 i x 1 l 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 1 2 3 1 1 压孓孓孓孓孓事禾禾缸禾年孓孓孓岳一表表表表表表表表表表表表表表表表表 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 塞硷日期：2 0 d 8 年月2 徊 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：量睑导师签名： 日期：三d 移吕年5 月碑日 第一章绪论 第一章绪论 本章将介绍课题的选题背景和研究现状，根据当前、b m 技术发展的趋势提出 选题意义，给出作者在课题中主要完成的工作，最后对各章内容作出简单概括。 1 1 项目背景 1 1 1 口概念及发展现状 一直以来，p s t n 都是作为提供电话业务的主要载体，传统的电话业务采取电 路交换方式进行。它的基本特点是为通信双方分配一条固定带宽的通信电路。对 于语音通信，传统电话网的优点是能够保证足够带宽，确保低时延、低失真的实 时通信服务质量，缺点是网络带宽利用率不高，一旦电路被占用，无论用户是否 处于讲话状态，分配的电路始终被占用。 随着计算机技术和宽带网络技术的发展，尤其是i n t e m e t 的巨大成功，使得口 成为了未来信息网络的支撑技术。以口为核心的分组化和以移动通信为核心的无 线化已成为电信网络演进的主流方向近年来，在市场利益和计算机通信技术发 展的双重推动下，以分组交换方式在i n t e m e t 上传送话音的技术，即v o m ( 、b i c co v 盯 i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 技术得到了迅速的发展。其基本思想为：通过语音压缩算法对声 音进行压缩编码处理，然后将这些压缩语音数据按口等相关协议进行打包，通过 p 网络将数据包传送到目的地，再将这些语音数据包按序捧列，经过解压解码处 理后，恢复成原来的语音信号。从而达到由口网络传输语音的目的。相比与传统 电话业务，球电话在呼叫连接存在期间并没有实际占用某个物理信道，极大地提 高了的物理链路的利用率，从而能降低通话资费。 口电话的发展经历了下面几个阶段【l j ： 1 9 9 5 年一1 9 9 6 年的口电话软件阶段。这个时期的口电话只是一种i n t e r n e t 的 联机应用，用户利用客户端软件进行p c 到p c 的通话，语音质量很低。 1 9 9 7 年一1 9 9 8 年的d 电话网络设备阶段。这个阶段语音压缩技术有了很大突 破，网关设备开始出现，采用的协议都是1 t u 的h 3 2 3 协议，虽然各个厂家的产 品互通很难实现，难以适应大规模的业务开展，但口电话已开始进入商业。这时 电子科技大学硕士学位论文 i n t e m e t 的中继带宽有所改善，但仍不能提供服务质量，已有个别公司开始组建宽 带p 专用网来提供p 电话业务，可提供p c 到电话，电话到p c 和电话到电话的 语音业务 1 9 9 9 年- 2 0 0 0 年的口电话发展阶段。这个时期大量的p 电话新协议开始出现， 如s i p 协议和m g c p 协议等，不同协议以及不同厂商之间的设备开始有组织地进 行互连，传统的p s t n 设备商也加入口电话设备的研制，这些厂商通过自己开发 或收购数据设备厂商掌握口电话技术，结合自身对p s t n 的经验，推出基于交换 机的大容量的口电话设备。i n e t e r n e t 带宽进一步增加，口电话的服务质量开始有 一定保障。 2 0 0 0 年到目前，口技术日臻完善，已趋于成熟。各大通信电信服务商纷纷 介入到、i b 口业务，a t & t 公司从2 0 0 0 年底开始从使用电缆的本地电话服务转向包 交换的i n t e r a c t 服务，同时通过其w o r l d n e ti n t e r n e t 服务和全球i s p 一起推动口 电话应用的发展，将口电话业务扩展到4 0 多个国家。不少经营i p 电话的公司也 纷纷在亚洲地区开办此业务。 当前v 0 口主要有两种信令技术，一是早期由国际电信联盟主推的h 3 2 3 信令 协议l z j ，1 9 9 6 年i t u 第1 6 研究组制定了它的第一版，并于1 9 9 8 年发展为第二版。 h 3 2 3 制定了无o o s 保证的p b n ( p a c k e tb a s e dn e t w o r k s ) j ：的多媒体通信系统标准。 目前包括t ( 、p 幡、i p x 分组交换的以太网、令牌网、f d d i 技术以及使用p p p 等分 组协议通过电话交换网或i s d n 的拨号连接或点对点连接等大多数网络技术均能 在p b n 上进行实现。由于以上特点，h 3 2 3 在l a n 、w a n 、i n t e r n e t 中的多媒体 通信应用中具有广阔前景。 另一个是由i e t f 提出的s i p 会话初始协议【3 1 。该协议在很大程度上借鉴了其 他各种广泛存在的i n t e r n e t 协议如h i t p 、s m t p 等，和这些协议一样，s i p 采用了 基于文本的编码方式。s i p 具有很强的包容性，它既可以用于建立如音频，视频， 多方通话等各种会话，也可以用来传送即时消息和文本。s i p 协议具有很好的扩展 性，s i p 消息的三个基本部分消息类型，消息头，消息体都可以被不断扩展。s i p 基于文本的方式，使各种扩充工作变得十分简便。s i p 的动态注册机制，使s i p 协 议天然具有对移动性的支持。与h 3 2 3 集中层次控制的通信领域传统设计思想相 对比，s i p 在风格上遵循i n t e r n e t 一贯坚持的简练、开放、兼容、和可扩展等原则。 因此在下一代网络( n g n ) 的建设过程中，很多设备厂商都开始将其下一代网络 的协议标准向s i p 协议方向倾斜。 本项目采用了简单开放的s i p 协议作为实现v o i p 无线话机的控制信令技术。 2 第一章绪论 1 1 2 无线v o l p 概念和发展现状 随着口在全球的迅速发展，其对固定话音业务的侵蚀已经有目共睹。现在， 口已经不再局限于固定的宽带领域，无线和移动领域将成为口的下一个目标 市场1 4 1 。无线v o l p 技术主要是指利用无线口技术提供一定范围内的移动口话音 通信。无线v o 口技术是当前口技术与无线通信技术相结合的产物，它使得用 户可以既享受口带来的廉价通信，又不必受终端线缆的束缚。由于利用移动网 络( g p r s ，3 g ) 传送、b 口数据业务，不但成本高，而且占用网络资源。目前主 要是w i m a x ，w i f i ，蓝牙等较低成本无线网络与v o 口技术相结合形成的 v o w i m a x i 引，v o w l a n l 6 1 ，蓝牙无线接入v o l p 技术阴。 无线v o l p 网络层次【8 i 如图1 - 1 所示，其物理层技术可以是基于i e e e 8 0 2 1 6 p h y 标准，也可以是基于w i _ a np h y 系列标准和蓝牙物理层标准。m a c 层屏蔽物理层实现，向上提供统一链路访问。口的语音信号使用r t p 协议进行 封装，语音的解压缩编码可以有g 7 2 3 1 ，g 7 2 9 ，g 7 2 8 等。h 2 6 1 协议完成视频 传输的视频压缩解压协议。另外r t c p 完成控制r t p 通信的过程。信令控制方面 有h 3 2 3 和s 口等协议。 图1 1 无线v o l p 网络层次 1 1 3 低速率无线个域网技术简介 低速率无线个域网( l r w p a n ) 是一种简单，低成本的通信网络，它应用于 一些功率有限和对网络吞吐量无严格要求的设备之间的无线连接1 9 1 。l r - w p a n 的 目标是建立一个易于安装，有可靠的数据传输、通信距离短、成本低、极好电池 寿命这样的一个网络，并且它能保持简单灵活的网络协议。i e e e8 0 2 1 5 任务组4 3 电子科技大学硕士学位论文 负责针对低速无线个域网制定标准，其制定的i e e e8 0 2 1 5 4 协议是l r - w p a n 的 物理层和m a c 层标准。m a c 层之上的协议由z i g b e e 联盟负责，z i g b e e 联盟成 立于2 0 0 2 年8 月，由英国i n v e n s y s 公司、日本三菱、美国摩托罗拉以及荷兰飞利 浦公司组成，目前已经颁布了z i g b e e1 0 版协议标准，对u 己w p a n 的网络层、应 用层进行了进一步描述。 不同于其他无线通信技术，低速率无线个域网技术不去追求高速率，远距离， 而是针对特定的应用需求，锁定只以几十到几百k b p s 的速率，在几米到几十米的 距离实现无线组网通信。由于以上特点，其在智能家庭、智能建筑、工业农业自 动化，无线传感器网络以及医疗等领域得到广泛应用。由于其极低的数据传输率， 低速无线个域网在无线多媒体通信领域的应用比较少见。文献【l o 】提出了一种在 i e e e8 0 2 1 5 4 和z i g b e e 网络上传输j p e g 格式图像的实现方法。文献【1 1 】研究了在 i e e e8 0 2 1 5 4 和z i g a b e e 网络上传输多媒体信息包括实时语音信息的实现方法。 1 2 项目研究内容 本项目来源于我校的横向合作项目，旨在探索如何利用当前低速率无线个域 网技术实现一种基于s i p 协议的嵌入式无线口话机终端系统，并且对该系统进 行扩展设计后可作为家庭智能家电的控制系统。由于低速无线个域网上承载口网 络比较困难，所以采用v o w l a n ，v o w i m a x 的无线v 0 口实现框架不适合低速无 线个域网。本项目采用一种类似于电话子母机的方案来构建该嵌入式无线口话 机系统。该系统由一个沟通口网络和低速率无线个域网的无线、j b 球网关以及无线 手持终端组成。无线口网关同无线手持终端间的无线网络物理层采用低速，低 功耗的i e e e8 0 2 1 5 4 物理层，m a c 层和网络层根据系统特点自行设计。v o l p 信 令系统采用i e t f 的s i p 协议。系统最终要实现手持终端通过无线v 0 口网关可以 和口网络上的其他s i p 电话进行通话。 作者在该项目中主要负责无线网络m a c 层和网络层的设计，无线v 0 口话机 系统手持终端硬件平台和软件平台的设计与搭建。无线网络协议在手持终端上的 实现，手持终端与无线v 0 口网关间呼叫信令设计，手持终端应用层的设计和实现。 具体完成了以下工作： 移植嵌入式实时操作系统睡c o s i i 到m c f 5 2 4 9 处理器上 完成比c o s i i 下键盘驱动的编写。i , c d 驱动的编写，音频驱动，射频芯 片m c l 3 1 9 2 驱动的移植。 4 第一章绪论 集成g 7 2 6 语音编解码模块 设计并实现内部无线网络协议栈。 设计无线手持终端与无线口网关间呼叫控制信令 设计应用程序实现、b 口主流业务 在局域网上对话机功能进行了测试。 本论文各章内容是这样安排的，第一章绪论对项目背景和研究目的与内容作 出简单介绍。第二章介绍系统的总体设计框架和与设计密切相关的理论概念。第 三章详细介绍无线v 0 i p 话机系统中手持终端部分的硬件和软件平台的设计和实 现。第四章详细介绍无线网络协议的设计。第五章介绍如何在无线口话机系统 的手持终端上实现该无线网络协议第六章介绍无线、b 口话机系统手持终端应用 层软件的设计与实现，其中包括了无线口网关同手持终端问呼叫控制信令的设 计。第七章对整个系统的功能进行了测试和验证，测试结果表明该系统在功能上 达到了设计目标。第八章对整个论文工作做出了总结，并对下一步工作做出了一 些展望。 1 3 小结 本章主要介绍了课题的研究背景和研究意义。介绍了、b 口技术的概念和发展 现状，、b 口技术与无线网络技术结合的趋势及发展现状。提出了一种基于s i p 协 议和低速无线个域网技术的口话机系统的设计方案。最后给出了作者在课题中 所做的工作，并介绍了论文各章内容的安排。 电子科技大学硕士学位论文 第二章无线v o i p 话机系统整体概念和相关理论 本章对无线v 0 碑话机系统的整体概念作了介绍，并对与该无线v 0 口话机系 统密切相关的理论作了简单介绍。 2 1 无线v o l p 话机系统整体概念 该无线、b 口话机系统由两部分组成：固定端是一个无线、b 口网关，该网关 自身是一个完备的v 0 口终端，以有线方式接入口网络后可以完成s i t 客户端各种 主流业务；同时该网关又是沟通无线个域网和d 网络的桥梁，它具有信令网关和 媒体网关双重功能，可以将无线个域网上信令体系同m 网络上标准信令协议体系 进行转换，将无线个域网上使用的语音流媒体压缩格式与口网络上使用的语音流 媒体压缩格式进行转换。 移动端是无线手持终端，手持终端通过无线v 0 口网关以无线方式接入到口 网络，实现、b 口话机客户端各主流业务。本系统的无线网络采用星型结构，无线 口网关是该星型网络的中心节点，手持终端只能同无线v 0 口网关进行直接通信， 手持终端间的通信需要无线、b 口网关进行转发。无线、b 口话机系统的结构如图 2 1 所示： 无线 v o l p 话 机系统 图2 1无线v o l p 话机系统结构示意图 6 第二章无线i p 话机系统整体概念和相关理论 无线、b 口网关具有构成s i p 客户端完整的坤协议栈和无线网络协议栈。 v o i p 协议栈从下到上依次是物理层，数据链路层，网络层，传输层1 1 2 j 和应用层协 议包括s d p ，s i p ，r t p ，r t s p 等，无线网络采用低速率个域网技术构建，其协议 栈体系从下到上依次是i e e e8 0 2 1 5 4 物理层，无线m a c 层，无线网络层，应用 层包括g 7 2 6 编解码，呼叫控制模块。手持终端具有无线网络协议栈，网络层次与 无线口网关无线侧相同。手持终端与无线、b 口网关网络层次结构如图2 2 所 示： 手持终端无线v o i p 网关 应用层 g 7 2 6 呼叫控制 无线网络层 无线m a c 层 i e e e8 0 2 1 5 a 物理层 应用层 s d pg 7 l l舯 g 7 2 6 呼叫控制 s 口g 7 2 9r r i 无线网络层 传输层( t c p , u d p ) 网络层( 聊 无线m a c 层 新耀链改巨 - ， 砸e e8 0 2 1 5 4 物理层 物理层 图2 2 手挣终端与无线v o l p 网关网络层次结构 2 2 多媒体会话控制协议s i p 协议 在传统电话系统中，普通呼叫从呼叫连接建立到呼叫连接终止都需要一定的 控制信令来配合实现。同样，在口电话中，如何建立用户呼叫连接，如何按照彼 此的数据处理能力发送数据，也同样需要相应的信令系统来实现。本项目采用的 s i p ( s e s s i o ni n i t i a lp r o t o c o l 会话初始协议) ，是由i e t f 于1 9 9 9 年提出的一个基于 口网络的一种实时通信应用指令协议。s i p 工作在应用层，可以用来建立，修改和 终止多媒体会话。s i p 是下一代网络( n g n ) 中的核心协议之一，其最终目的是为 所有因特网成功的应用层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 协议并不是一个垂直集成的通信系统，它必须与其它协议一起工作才能构 建完整的多媒体通信框架。这些协议包括实时传输协议r t p ，实时传输控制协议 r t c p ，会话描述协议s d p ，实时流协议r t s p 等。不过s i p 的基本功能组件并不 依赖这些协议。 s i p 协议处于网络分层体系结构的应用层，与其他应用层协议一样，可以利用 t c p 和u d p 来传输s i p 消息。图2 3 是因特网体系结构模型，从图中可以看出s i p 7 电子科技大学硕士学位论文 协议在因特网协议栈中的位置【1 3 1 。 传输层 网络层 接入层 信令媒体应用 s d p 媒体编码 il ， h 3 2 3 l l s i p i ir t pl l r t c pi id n sl id h c p + 士5士i+0上上 l t c pu d p l 1 1 、，4 ，i p v 6 a t m , 以太网，g p r s , w l a n 2 2 1s i p 系统基本组成 图2 - , 3 因特网体系结构 按逻辑功能区分，s i p 系统由四种元素组成：用户代理，代理服务器，注册服 务器和重定向服务器。其中用户代理是呼叫的终端系统元素，其他三个元素是处 理与多个呼叫相关联信令的网络设备。 用户代理又分为两个部分，客户端( u s e ra g e n tc l i e n t ) 负责发起呼叫，用户 代理服务器( u s e ra g e n ts e r v e r ) 负责接受呼叫并做出响应一个用户代理既可以 发起呼叫，也可以接收呼叫并做出响应，所以用户代理应该具有u a c 和u a s 两 部分功能。 代理服务器，提供路由功能，负责将s i p 用户请求消息和响应转发到相应的 下一跳。代理服务器又分为有状态和无状态两类，有状态代理服务器会记录经其 转发的呼叫的状态信息，通常位于s i p 网络的边缘，一般是离用户代理最近的本 地设备，负责控制用户域；无状态代理服务器一旦将消息转发后就丢弃其状态信 息，位于网络核心，这是由于核心的代理服务器通常需要处理大量的s i p 呼叫， 不保留呼叫状态可以大大提高系统的处理能力。 重定向服务器就收请求后并不是将这些请求传递给下一个服务器，而是向呼 叫者发送响应消息，把被呼叫用户的地址告诉呼叫者。这样呼叫者可以利用得到 的用户地址，重新发起一个呼叫，直接联系在下一服务器上被呼叫方的地址。 注册服务器接受终端的登记请求，把由s i p 标识符标识的用户和用户所在的 s i p 终端绑定在一起。 8 第二章无线m 话机系统整体概念和相关理论 以上是在逻辑上对s i p 各个部件进行分类，实际上s i p 服务器完全是纯软件实 现，因此几种服务器可共存于一个物理实体中例如在实际应用中，注册服务器 和代理服务器通常集成在同一个物理服务器上，这样代理服务器就可以直接检索 注册数据库。 2 2 2s i p 的编址和系统拓扑结构 在s i p 网络中，用于唯一标识终端用户的标识符为统一资源标识符( u r i ) ， u r i 由用户名和主机名组成，两者间以 符号连接。用户名通常用于指定某个特点 的应用程序，而主机名用于唯一地标识s i p 网络中的某个主机。因此，可以用口 地址或完全限定域名作为主机名如果所有s i p 终端用户u r i 的主机名使用了口 地址或完全限定域名，那么终端可以直接用u r i 给出的目的终端用户的口地址或 通过d n s 解析得到的目的终端用户p 地址构成用于传输s i p 信息的p 分组，并 通过口网络将该p 分组送达目的终端。 但是在一个大型s i p 网络中，s i p 用户的数量是十分惊人的，对所有终端用户 分配完全限定域名，由d n s 负载解析出这些完全限定域名所对应的口地址，将大 大增加d n s 的处理负担。为解决这个问题，s i p 采用了划分域的方式。一个大型 s i p 网络划分成若干控制域，由域名唯一地标识每个域。而域当中的每个用户由用 户名唯一标识。这样。用户名 域名一就成了用于标识用户的u r i 如此一来， s i p 网络的终端用户具有搿用户名 域名刀这样的s i p 网络标识符，终端用户所在 的终端设备具有主机名为p 地址或完全限定域名的s i p 网络标识符。这两者之间 通过注册的方式在注册服务器的数据库中进行绑定。负责每个域的代理服务器就 可以根据这种绑定信息获得终端用户所在终端设备的口地址。 s i p 网络的拓扑结构如图2 _ 4 所示，该网络按域的方式划分，每个域内有自己 9 电子科技大学硕士学位论文 图2 _ 4s i p 网络的拓扑结构 的服务器和一定数量的s i p 电话机。s i p 电话机除拥有普通电话机所具有的人机接 口外，它必须是一个s i p 用户代理。服务器通常是将注册服务器，代理服务器和 重定位服务器的功能集合在一起的物理实体，负责对该域的管理。 2 2 3s i p 消息 s i p 是一个基于文本的协议，使用u i t - 8 字符集( r f c 2 2 7 9 ) s i p 把消息分为 两类，一种是从客户端发往服务器请求消息，一类是由服务器发往客户端的应答 消息。一个基本的s i p 消息包含起始行，一个或多个头字段，说明字段结束的空 。 行和一个可选的消息体【1 4 l 。如下所示： 消息= 起始行( 请求行状态行) 头字段 c r l f 【消息体】 起始行用于区分消息是请求消息还是应答消息，当起始行是请求行时，该消 息是请求消息。请求行格式如下： r e q u e s t - l i n e = m e t h o dr e q u e s t - u r i s i p - v e r s i o n 在r f c 3 2 6 1 中规定了六种方法m e t h o d ，分别是r e g i s t e r 用于登记联系信 息，i n v i t e ，a c k ，c a n c e l 用于建立会话，b y e 用于结束会话，o p t i o n s 用 于查询服务器的相关信息和功能。一个典型的s i p 请求消息如下所示： i n v i t es i p ：b o b b i l o x i o o ms i p 2 0 v i a ：s i p 2 o u d pp c 3 3 a t l a n t a c o m ；b r a n c h = z 9 h g 4 b k 7 7 6 a s d h d s m a x f o r w a r d s ：7 0 t o ：b o b f r o m ：a l i c e ；t a g = 1 9 2 8 3 0 1