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篇（1）

中圖分類號(hào)：TN915文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2009)05-072-03

Analysis and Research of sip Protocol and Its Security

BAI Yunjie,MU Weixin,LIU Runjie,SHEN Jinyuan

(Information Engineering College,Zhengzhou University,Zhengzhou,450001,China)

Abstract：Session Initial Protocol(SIP)is currently replacing H.323 to be the promising signaling protocol for VoIP network.In this paper,the function,structure and work flow of SIP protocol are reviewed.Then the security problems faced by SIP,the security mechanisms of SIP,such as IPSec,TLS,HTTP-Digest,S/MIME and so on are analysed and introduced,the virtues and shortcomings of all kinds of security mechanisms are pointed out by comparasion.At last,a conclusion of SIP security and security improvement direction for the future research work is given.

Keywords：session initial protocol;security;HTTP-Digest;secure/multi-purpose Interned mail extesion protocol

0 引 言

SIP(Session Initial Protocol)是一種應(yīng)用層協(xié)議,采用Client/Sever結(jié)構(gòu)的消息機(jī)制,分布式控制模式,呼叫建立過程簡(jiǎn)單。使用SIP作為VoIP(Voice over IP)網(wǎng)絡(luò)的核心信令控制協(xié)議,已成為未來發(fā)展趨勢(shì)。

SIP的設(shè)計(jì)充分考慮了協(xié)議的易用性和靈活性,卻在安全性方面存在缺陷。本文分析了基于

SIP網(wǎng)絡(luò)的安全問題,并提出改進(jìn)措施。

1 SIP介紹及其安全威脅

1.1 SIP簡(jiǎn)介

SIP是由IETF (Internet Engineering Task Force)的MMUSIC(Multiparty Multimedia Session Control)工作組于1999年提出的應(yīng)用層控制協(xié)議［1］。SIP用來創(chuàng)建、修改和終結(jié)兩個(gè)或多個(gè)參與者參加的會(huì)話。參與會(huì)話的成員可以通過組播方式、單播聯(lián)網(wǎng)或者兩者結(jié)合的形式進(jìn)行通信。

SIP實(shí)體主要由四部分組成［2］：用戶(User Agent,UA)、服務(wù)器 (Proxy Sever)、 重定向服務(wù)器 (Redirect Sever) 和注冊(cè)服務(wù)器(Register)。

有兩種類型SIP消息:請(qǐng)求消息和響應(yīng)消息。請(qǐng)求消息包含一個(gè)請(qǐng)求行、幾個(gè)消息頭(header)、一個(gè)空行和一個(gè)消息體。如:INVITE SIP:bob@biloxi.eomSIP/2.0。響應(yīng)消息包含狀態(tài)行、消息頭、空行和消息體。狀態(tài)行的格式為:版本號(hào)、狀態(tài)碼和原因短語(yǔ),如:SlP/2.0 180 Ringing［3］。圖1是SIP的會(huì)話建立流程。

1.2 SIP安全問題

SIP協(xié)議采用文本形式表示消息的詞法和語(yǔ)法,易于實(shí)現(xiàn),但也因此使得SIP容易被攻擊者加以模仿、篡改,加以非法利用。另外SIP用戶廣泛分布于IP網(wǎng)絡(luò)上,所有影響數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的攻擊都可能會(huì)影響到SIP的安全。具體來說,SIP的安全隱患有以下幾方面:

(1) 注冊(cè)攻擊(Registration Hijacking)

SIP允許第三方代表用戶注冊(cè)聯(lián)系信息,這就使攻擊者惡意注冊(cè)成為可能。攻擊者為一個(gè)URI的所有Contact地址,這樣所有到用戶的呼叫就全部被轉(zhuǎn)向攻擊者的設(shè)備。

(2) 偽裝服務(wù)器(Impersonating a Sever)

呼叫請(qǐng)求的目的域是在Request-URI中指定的。UA直接向域中的服務(wù)器發(fā)出呼叫請(qǐng)求,這就給攻擊者機(jī)會(huì)來偽裝成SIP服務(wù)器。

(3) 篡改消息體(Tampering with Message Bodies)

SIP的UA通過信任的Proxy來呼叫路由,UA通過SIP消息體來傳送體來傳送媒體會(huì)話加密的密鑰時(shí),惡意的Proxy就可以改動(dòng)消息體,或者作為中間人,或者直接改寫會(huì)話加密的安全特性。攻擊者可以改動(dòng)消息的SDP部分,將RTP媒體流指向分線設(shè)備,對(duì)通信進(jìn)行搭線竊聽。

(4) 終止會(huì)話(Tearing Down Sessions)

當(dāng)會(huì)話建立以后,通過發(fā)送消息可以修改通話狀態(tài)。例如會(huì)話被第三方截獲,獲得To，F(xiàn)rom內(nèi)容,然后在消息中插入BYE請(qǐng)求,用戶的正常會(huì)話就終止。

(5) 拒絕服務(wù)(Denial of Service,DoS)

DoS是指特定的網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送大量的信息而使系統(tǒng)破壞或暫時(shí)不可用。攻擊者要想攻擊網(wǎng)絡(luò)中的某臺(tái)主機(jī),可以通過偽造一條看似來自這臺(tái)主機(jī)的SIP消息,然后將這條消息發(fā)往大量的SIP服務(wù)器,通過SIP服務(wù)器,向要攻擊的目的主機(jī)發(fā)送大量的SIP應(yīng)答消息,從而使目的主機(jī)遭受拒絕服務(wù)攻擊。

2 SIP安全策略

防止攻擊的最好方法是保證信息的私密性和完整性,防止重放攻擊和信息欺騙,提供會(huì)話的驗(yàn)證和信息保密,防止拒絕服務(wù)攻擊。理論上,信息的完全加密可以為信令的機(jī)密性提供最好的保護(hù),但SIP請(qǐng)求和響應(yīng)不能在端到端的用戶之間完全加密,因?yàn)橄㈩^域(如Request-URI和Via)對(duì)服務(wù)器來說必須是可見的,同時(shí)Proxy需要修改消息的某些參數(shù)(如增加Via頭域值)。

SIP協(xié)議支持兩種加密方式。第一種是端到端(End to End)加密,針對(duì)一些不需要中間服務(wù)器處理且包含用戶信息的SIP消息頭和消息體可以進(jìn)行端到端的加密。另一種方法是逐跳(Hop by Hop)加密。這種加密方式可以通過SIP外部的安全機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。

2.1 網(wǎng)絡(luò)層IPSec協(xié)議

IPSec(Internet Protocol Security,Internet協(xié)議安全)是一種逐跳加密機(jī)制［4］,IPSec安全協(xié)議工作在網(wǎng)絡(luò)層,運(yùn)行在它上面的所有網(wǎng)絡(luò)通道都是加密的。IPSec為信息加密和鑒定提供許多選項(xiàng),如訪問控制,數(shù)據(jù)源認(rèn)證和抗重播等。它可以創(chuàng)建安全隧道來通過不信任的網(wǎng)絡(luò),從虛擬專用網(wǎng)VPN中進(jìn)行連接。一個(gè)加密的VPN隧道使得通信數(shù)據(jù)只能被通信雙方理解,因此可以有效的防止竊聽和其他攻擊。圖2為IPSec體系結(jié)構(gòu)。

IPSec的缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)實(shí)施復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)代價(jià)較高,而且存在擴(kuò)展性的問題,對(duì)于遍布在公網(wǎng)上的SIP終端來說建立IPSec通道是不現(xiàn)實(shí)的。

2.2 傳輸層TLS協(xié)議

TLS(Transport Layer Security,傳輸層安全)提供的是面向連接的傳輸層安全服務(wù)［5］。它是另一種逐跳加密機(jī)制。該協(xié)議分為兩層：TLS握手協(xié)議和TLS記錄協(xié)議。前者用于協(xié)商安全機(jī)制,后者具體執(zhí)行該安全機(jī)制。

TLS的工作流程如圖3所示。在SIP網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用TLS可以為需要逐條之間安全通信的主機(jī)提供安全服務(wù),保證會(huì)話的安全。它也為SIP實(shí)體提供對(duì)臨近服務(wù)器的鑒別服務(wù)。TLS的優(yōu)點(diǎn)是高層協(xié)議可以透明地建立在TLS協(xié)議層之上,而且不依賴于低層的傳輸協(xié)議,可以建立在任何能夠提供可靠連接的協(xié)議之上。其缺點(diǎn)是必須運(yùn)行在TCP之上,對(duì)于通常運(yùn)行在UDP之上的SIP服務(wù)器,同時(shí)維持大量的TLS連接會(huì)負(fù)荷較重。

2.3 PGP加密簽名

PGP(Pretty Good Privacy)是一種端到端的加密簽名算法［6］。SIP消息體和部分信息頭可以通過PGP進(jìn)行加密。PGP加密系統(tǒng)使用一對(duì)數(shù)學(xué)上相關(guān)的密鑰,其中一個(gè)(公鑰)用來加密信息,另一個(gè)(私鑰)用來解密信息。PGP采用的傳統(tǒng)加密技術(shù)部分所使用的密鑰稱為“會(huì)話密鑰”(SEK)。每次使用時(shí),PGP都隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)128 b的IDEA會(huì)話密鑰,用來加密報(bào)文。PGP的主要步驟如圖4所示。

PGP的缺點(diǎn)是加密機(jī)制實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜,缺少有效的密鑰分發(fā)和管理機(jī)制。

2.4 S/MIME

S/MIME(Secure/Multipurpose Internet Mail Extensions,安全/多用途Internet郵件擴(kuò)展)［7］協(xié)議的一般功能和PGP相似,它提供電子郵件消息的數(shù)字簽名和加密功能。

SIP消息可以攜帶MIME消息內(nèi)容,也采用S/MIME安全機(jī)制為MIME消息內(nèi)容提供安全保護(hù)。采用S/MIME可以為端到端的SIP消息內(nèi)容提供機(jī)密性和完整。當(dāng)UAS接到含有S/MIME的請(qǐng)求時(shí),首先對(duì)其數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證通過后將X.509簽名證書加入本地公鑰圈進(jìn)行保存。圖5為S/MIME在SIP中的基本流程。

S/MIME的一個(gè)缺陷是缺乏有效的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施,另一個(gè)缺陷是使用Tunneling SIP 時(shí)將產(chǎn)生非常長(zhǎng)的消息,此時(shí)雖然可以采用TCP 作為傳輸層協(xié)議,但是從網(wǎng)絡(luò)的利用率來講,還是不理想。

2.5 HTTP-Digest摘要認(rèn)證

HTTP摘要認(rèn)證［8］是SIP協(xié)議的基本認(rèn)證方式,它基于一種挑戰(zhàn)/響應(yīng)(challenge/response)模式,為SIP實(shí)體提供身份認(rèn)證。在SIP網(wǎng)絡(luò)中,HTTP摘要認(rèn)證方式可以被用于用戶到用戶(User-to-User)的認(rèn)證和服務(wù)器到用戶(Proxy-to-User)的認(rèn)證。圖6是SIP注冊(cè)用戶鑒權(quán)過程。用戶到用戶的認(rèn)證是指UAS、注冊(cè)服務(wù)器或重定向服務(wù)器對(duì)于UAC的認(rèn)證,使用401響應(yīng)狀態(tài)碼,服務(wù)器到用戶的認(rèn)證是指服務(wù)器對(duì)于UAC的認(rèn)證,使用407響應(yīng)狀態(tài)碼。

目前，HTTP摘要認(rèn)證僅能實(shí)現(xiàn)Server對(duì)本域內(nèi)

UA的認(rèn)證,無法實(shí)現(xiàn)UA對(duì)Server的認(rèn)證、Proxy對(duì)

Proxy的認(rèn)證和Proxy對(duì)域外UA的認(rèn)證。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著多媒體會(huì)議,VoIP,IMS等領(lǐng)域采用SIP協(xié)議為核心層信令控制協(xié)議,SIP成為一個(gè)應(yīng)用廣

泛、逐漸走向成熟的協(xié)議。

SIP協(xié)議雖然有開放、簡(jiǎn)易、可擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn),但其自身并沒有制定相應(yīng)安全策略,現(xiàn)有的安全機(jī)制還有不完善的地方。許多人正在研究新的方法來提高SIP安全,例如在S/MIME的框架下,采用SigComp［9,10］ (信號(hào)壓縮)技術(shù),選擇合適的壓縮算法(如基于字典模型的LZW或LZSS)壓縮SIP/SDP消息體,然后有選擇地加密部分消息體,這樣可以提高SIP消息傳輸?shù)挠行院桶踩浴＿@也是作者下一步的研究方向。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介 白蕓潔 女,1981年出生，河南鄭州人,碩士研究生。主要研究領(lǐng)域?yàn)橄乱淮W(wǎng)絡(luò)、信息安全。

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中圖分類號(hào)：TP302.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）02-0051-01

當(dāng)今社會(huì)是信息爆炸的社會(huì)，隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，電信網(wǎng)中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量越來越大。而目前許多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)還在傳統(tǒng)的公眾交換電話網(wǎng)（PSTN）上傳送，這些數(shù)據(jù)量很大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)給并不適合傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的電話網(wǎng)造成了巨大的壓力。因此，基于分組技術(shù)的數(shù)據(jù)網(wǎng)與電路交換網(wǎng)最終必將走向融合，產(chǎn)生下一代由業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)即下一代網(wǎng)絡(luò)。軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)交換的核心，如果說傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)是基于程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，而下一代網(wǎng)絡(luò)則是基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)。

1 軟交換

軟交換的概念最早起源于美國(guó)。當(dāng)時(shí)在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用戶采用基于以太網(wǎng)的電話，通過一套基于PC服務(wù)器的呼叫控制軟件（Call Manager、Call Server），實(shí)現(xiàn)PBX（Private Branch eXchange，用戶級(jí)交換機(jī)）功能（IP PBX）。對(duì)于這樣一套設(shè)備，系統(tǒng)不需單獨(dú)鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)，而只通過與局域網(wǎng)共享就可實(shí)現(xiàn)管理與維護(hù)的統(tǒng)一，綜合成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的PBX。由于企業(yè)網(wǎng)環(huán)境對(duì)設(shè)備的可靠性、計(jì)費(fèi)和管理要求不高，主要用于滿足通信需求，設(shè)備門檻低，許多設(shè)備商都可提供此類解決方案，因此IP PBX應(yīng)用獲得了巨大成功。受到IP PBX成功的啟發(fā)，為了提高網(wǎng)絡(luò)綜合運(yùn)營(yíng)效益，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更加趨于合理、開放，更好的服務(wù)于用戶。業(yè)界提出了這樣一種思想：將傳統(tǒng)的交換設(shè)備部件化，分為呼叫控制與媒體處理，二者之間采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（MGCP、H248）且主要使用純軟件進(jìn)行處理，于是，Soft Switch（軟交換）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。軟交換概念一經(jīng)提出，很快便得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)同和重視，ISC（International Soft Switch Consortium）的成立更加快了軟交換技術(shù)的發(fā)展步伐，軟交換相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議得到了IETF、ITU-T等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的重視。

2 SIP協(xié)議介紹

會(huì)話初始化協(xié)議SIP（Session Initiation Protocol）是一個(gè)面向Internet 會(huì)議和電話的簡(jiǎn)單信令協(xié)議。SIP協(xié)議是應(yīng)用層信令協(xié)議，定義了用戶間交互式媒體會(huì)話的發(fā)起，修改和終止過程，它的主要目的是為了解決IP網(wǎng)中的信令控制，以及同軟交換機(jī)的通信，從而構(gòu)成新一代的通信平臺(tái)。SIP協(xié)議最早由是由MMUSIC IETF工作組在1995年研究的，由IETF組織在1999年提議成為的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 SIP主要借鑒了Web網(wǎng)的HTTP和SMTP兩個(gè)協(xié)議。目前仍在不斷的發(fā)展之中。

SIP協(xié)議可用于發(fā)起會(huì)話，也可以用于邀請(qǐng)成員加入已經(jīng)用其它方式建立的會(huì)話，同時(shí)SIP協(xié)議的編碼采用的是最基本的文本編碼，使得它的通用性和保密性得到了很大的提升。同時(shí)SIP協(xié)議在信息交互時(shí)采用事務(wù)機(jī)制，每一個(gè)請(qǐng)求觸發(fā)Server的操作方法，請(qǐng)求和響應(yīng)構(gòu)成一個(gè)事務(wù)，事務(wù)間彼此獨(dú)立。在傳輸方面SIP協(xié)議承載在IP網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為IP，傳輸層協(xié)議可用TCP或UDP，推薦首選UDP。

用SIP來建立通訊通常需要有六個(gè)步驟（如圖1所示）：

（1）登記，發(fā)起和定位用戶；

（2）進(jìn)行媒體協(xié)商--通常采用SDP方式來攜帶媒體參數(shù)；

（3）由被叫方來決定是否接納該呼叫；

（4）呼叫媒體流建立并交互；

（5）呼叫更改或處理；

（6）呼叫終止。

這六個(gè)步驟需要會(huì)話發(fā)起者A與服務(wù)器，服務(wù)器與會(huì)話接受者B之間進(jìn)行11次會(huì)話協(xié)商，分別為：

（1）用戶摘機(jī)發(fā)起一路呼叫，終端A向該區(qū)域的服務(wù)器發(fā)起lnvitc請(qǐng)求；

（2）服務(wù)器通過認(rèn)證/計(jì)費(fèi)中心確認(rèn)用戶認(rèn)證已通過后，檢查請(qǐng)求消息中的Via頭域中是否已包含其地址。若已包含，說明發(fā)生環(huán)回，返回指示錯(cuò)誤的應(yīng)答；如果沒有問題，服務(wù)器在請(qǐng)求消息的Via頭域插入自身地址，并向lnvitc消息的To域所指示的被叫終端B轉(zhuǎn)送lnvitc請(qǐng)求；

（3）服務(wù)器向終端A送呼叫處理中的應(yīng)答消息，100Trying；

（4）終端B向服務(wù)器送呼叫處理中的應(yīng)答消息，100Trying；

（5）終端B指示被叫用戶振鈴，用戶振鈴后，向服務(wù)器發(fā)送180Ringing振鈴信息；

（6）服務(wù)器向終端A轉(zhuǎn)發(fā)被叫用戶振鈴信息；

（7）被叫用戶摘機(jī)，終端B向服務(wù)器返回表示連接成功的應(yīng)答（2000K）；

（8）服務(wù)器向終端A轉(zhuǎn)發(fā)該成功指示（2000K）；

（9）終端A收到消息后，向服務(wù)器發(fā)ACK消息進(jìn)行確認(rèn)；

（10）服務(wù)器將ACK確認(rèn)消息轉(zhuǎn)發(fā)給終端B；

（11）主被叫用戶之間建立通信連接，開始通話。

3 結(jié)語(yǔ)

SIP協(xié)議在軟交換網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用范圍非常廣泛。但是現(xiàn)在SIP對(duì)許多傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的支持能力還是有限，所以對(duì)SIP協(xié)議的研究也是任重而道遠(yuǎn)。由于SIP易于擴(kuò)展的特性，不同廠家的實(shí)現(xiàn)難免有許多自己的發(fā)揮，也加大了SIP協(xié)議互通的難度。但是無論如何，SIP的諸多優(yōu)點(diǎn)還是有目共睹的，SIP在軟交換網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用必然越來越廣泛。

篇（3）

中圖分類號(hào)：TN915.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 09-0000-01

SIP Protocol and Application Analysis in The IMS

Zheng Zhijun

(China Tietong Telecommunications Corporation,Hengshui Branch,Hengshui053000,China)

Abstract:IMS is a 3GPP Release 5 version of the proposed support for IP Multimedia Subsystem services,SIP is an application layer control protocol for creating,modifying and terminating one or many of the multimedia sessions,SIP is the basic control of IMS agreement.This paper briefly describes IMS and SIP protocol,SIP protocol and then introduce the basic IMS applications and extended application.

Keywords:SIP;IMS;Application

一、SIP介紹

SIP（Session Initiation Protocol）是一個(gè)會(huì)話層的信令控制協(xié)議，它獨(dú)立于底層協(xié)議，用于建立、修改和終止IP網(wǎng)上的雙方或多方的多媒體會(huì)話。1999年由IETF組織提出，它是一個(gè)在基于IP網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信應(yīng)用的一種協(xié)議。SIP支持、重定向、登記定位用戶等功能，支持用戶移動(dòng)，與RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等協(xié)議配合，可支持和應(yīng)用于語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體業(yè)務(wù)，同時(shí)可以應(yīng)用于presence（呈現(xiàn)）、instant message（即時(shí)消息）等特色業(yè)務(wù)。它的應(yīng)用非常靈活。

SIP有下面五個(gè)基本功能：

（一）確定用戶位置：確定被叫SIP用戶所在的位置。SIP的最強(qiáng)大之處就是用戶定位功能，它可以利用SIP終端在注冊(cè)服務(wù)器上的注冊(cè)信息實(shí)現(xiàn)用戶定位，也可以利用其他定位服務(wù)器，如DNS、LDAP等提供的定位服務(wù)來增強(qiáng)其定位功能。

（二）確定用戶可用性：確定被叫會(huì)話終端是否可以參加此會(huì)話。SIP支持多種地址描述和尋址方式，包括SIP-URI、Tel-URL和SIPS-URI。這樣，SIP主叫根據(jù)被叫地址，就可以識(shí)別出被叫是否在傳統(tǒng)電話網(wǎng)上，然后通過一個(gè)與傳統(tǒng)電話網(wǎng)相連的網(wǎng)關(guān)向被叫發(fā)起并建立呼叫。

（三）確定用戶能力：確定被叫終端可用于參加會(huì)話的媒體類型及媒體參數(shù)。SIP終端在消息交互過程中攜帶自身的媒體類型和媒體參數(shù)，這使得會(huì)話雙方都可以明確對(duì)方的會(huì)話能力。

（四）建立會(huì)話：建立主被叫雙方的會(huì)話。SIP會(huì)話雙方通過協(xié)商媒體類型和媒體參數(shù)，最終選擇雙方都具有的能力建立起會(huì)話。

（五）管理會(huì)話：可以更改會(huì)話參數(shù)或中止會(huì)話。SIP本身已經(jīng)從最初致力于P2P通信發(fā)展成為了下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）綜合協(xié)議體系的核心。

二、IMS系統(tǒng)

IMS（IP Multimedia Subsystem）是IP多媒體子系統(tǒng)，本質(zhì)上說是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。核心思想是在3G核心網(wǎng)中支持多媒體會(huì)話及其他基于SIP協(xié)議的業(yè)務(wù)，目的將蜂窩移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來，能提供綜合業(yè)務(wù)的下一代通信網(wǎng)絡(luò)，它獨(dú)立于接入和承載技術(shù)，即IMS的核心特點(diǎn)是采用SIP協(xié)議和與接入的無關(guān)性。

三、SIP協(xié)議在IMS中的應(yīng)用

IMS的主要功能實(shí)體包括呼叫/會(huì)話功能實(shí)體（CSCF）、原籍用戶服務(wù)器（HSS）、媒體網(wǎng)關(guān)控制實(shí)體（MGCF）和媒體網(wǎng)關(guān)（MGW）等。其中最重要的實(shí)體是CSCF和HSS。CSCF主要負(fù)責(zé)對(duì)多媒體會(huì)話進(jìn)行處理，其功能包括多媒體會(huì)話控制、地址翻譯以及對(duì)業(yè)務(wù)協(xié)商進(jìn)行服務(wù)轉(zhuǎn)換等，相當(dāng)于SIP服務(wù)器。CSCF分為CSCF（P-CSCF）、查詢CSCF（I-CSCF）和服務(wù)CSCF（S-CSCF）。P-CSCF是IMS系統(tǒng)中用戶的第一個(gè)接觸點(diǎn)，所有的SIP信令都必須通過P-CSCF。I-CSCF提供到歸屬網(wǎng)絡(luò)的入口，將歸屬網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潆[藏起來，并可通過歸屬用戶服務(wù)器HSS靈活選擇S-CSCF，并將SIP信令路由到S-CSCF。S-CSCF是IMS的核心，它位于歸屬網(wǎng)絡(luò)，提供UE會(huì)話控制和注冊(cè)服務(wù)。在SIP會(huì)話中他是SIP的服務(wù)器。HSS類似于現(xiàn)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的HLR，它是IMS中所有與用戶和服務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)的主要存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)在HSS中的數(shù)據(jù)主要包括用戶身份、注冊(cè)信息、接入?yún)?shù)和服務(wù)觸發(fā)信息等。

SIP信令消息從移動(dòng)用戶發(fā)起，經(jīng)UMTS（通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入核心網(wǎng)，通過SGSN（GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）和GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）到達(dá)CSCF，經(jīng)過處理后送往其他IMS網(wǎng)絡(luò)、MGCF/MGW網(wǎng)絡(luò)或外部IP網(wǎng)絡(luò)。在此過程中，SGSN和GGSN僅查看消息的目的IP地址，不分析消息的內(nèi)容，起到路由器的作用。

當(dāng)3GPP RS在規(guī)劃IMS時(shí)，由于SIP的靈活性和可擴(kuò)展性，決定采用SIP機(jī)制作為IMS網(wǎng)絡(luò)的會(huì)話初始化協(xié)議。3G網(wǎng)絡(luò)被分為3個(gè)不同的域：電路交換域、分組交換域和IP多媒體交換域。其中IP多媒體子系統(tǒng)域是3G中最重要的域，這個(gè)域采用SIP作為主要的信令協(xié)議向用戶提供基于因特網(wǎng)的多媒體服務(wù)。從邏輯上講，所有的3G終端都包含一個(gè)SIP用戶，IP多媒體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)就是SIP規(guī)范中所提到的。

篇（4）

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)14-3249-02

SIP Protocol Design Based on Integrated Access Device

JIANG Guo-song

(Huanggang Normal University,Huanggang 438000, China)

Abstract: IAD SIP module is part of the upper layer application software system to coordinate, control board SIP protocol stack and hardware between the work and information exchange process. In this paper, functional requirements IAD integrated access devices designed to SIP protocol module structure, and integrated access devices and software based on the exchange interaction between the media gateway controller, developed a way of processing interface and interfaces to achieve a comprehensive Access device and the seamless connection between the MGC.

Key words: soft switch; IAD; SIP; UA

隨著三網(wǎng)合一的發(fā)展，基于TDM的PSTN話音網(wǎng)必將和分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)融合，形成可以傳遞話音和數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)的新一代網(wǎng)絡(luò)。如何靈活，有效地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的PSTN網(wǎng)與分組交換網(wǎng)的互通，將PSTN逐步的向IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，其很重要的一點(diǎn)就是如何接入，即如何將PSTN信號(hào)轉(zhuǎn)化為能在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送的信號(hào)。由于軟交換是多種功能實(shí)體的的集合，是下一代電信網(wǎng)中語(yǔ)音/數(shù)據(jù)/視頻業(yè)務(wù)呼叫、控制、業(yè)務(wù)提供的核心設(shè)備，也是目前電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進(jìn)的主要設(shè)備之一。

1 SIP協(xié)議模型

IAD設(shè)備可以建立、修改和釋放多媒體會(huì)話，這些會(huì)話包括基本的電話呼叫、多媒體會(huì)議等。作為一個(gè)終端接入設(shè)備，IAD可以檢測(cè)到來自硬件板卡的交互信息，如設(shè)置物理端口的參數(shù)，打開、關(guān)閉一個(gè)物理端口，設(shè)置RTP會(huì)話的參數(shù)，打開、關(guān)閉一個(gè)RTP會(huì)話，在物理端口上發(fā)信號(hào)（如振鈴音），播放語(yǔ)音（可選功能），在物理端口上檢測(cè)事件（如DTMF），設(shè)置編碼方案，接收RTCP報(bào)告。IAD收到硬件板卡的交互信息后，控制SIP協(xié)議棧建立、修改和釋放呼叫，并接收對(duì)端IAD設(shè)備發(fā)送過來的呼叫指示信息。作為支持SIP協(xié)議的IAD設(shè)備，既可以作為主叫發(fā)起呼叫，也可以作為被叫接受呼叫。因此，SIP IAD的UA既具有UAC的功能，也應(yīng)具有UAS的功能。

分層次模型：采用層次化的組織方法，每一層向其上層提供服務(wù)，并利用下層的服務(wù)。在一些分層系統(tǒng)中，內(nèi)部層次全部被隱藏起來，只有外部層次和一部分精心選擇的功能可以被系統(tǒng)外部所見。在這種系統(tǒng)中，軟件部分是實(shí)現(xiàn)在層次結(jié)構(gòu)中的一些虛擬機(jī)，連接是層次與層次之間交互的協(xié)議。其主要優(yōu)點(diǎn)是它支持基于抽象程度遞增的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)者可以把一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)按遞增的步驟分解開；細(xì)節(jié)屏蔽，每層對(duì)其上層而言，都是一個(gè)比其下層更適用、更高效的虛擬存在。這使得其實(shí)現(xiàn)和調(diào)試可按層組織、功能擴(kuò)展也很方便，適用于多人分工、協(xié)作開發(fā)；支持功能增強(qiáng)，功能的改變最多影響相鄰的上下層；支持軟件復(fù)用。但是，并不是每個(gè)系統(tǒng)都可以很容易地劃分為分層次模型，甚至即使一個(gè)系統(tǒng)地邏輯結(jié)構(gòu)是層次化地，出于對(duì)系統(tǒng)性能地考慮，不得不把一些低級(jí)或高級(jí)地功能耦合起來。另外，很難找到一個(gè)合適地、正確地層次抽象方法。分層次模型最廣泛應(yīng)用于分層通信協(xié)議。

客戶/服務(wù)器模型：將軟件對(duì)資源的使用分成需者（客戶）和供者（服務(wù)器）兩個(gè)部分。服務(wù)器代表一個(gè)進(jìn)程，它對(duì)其他的進(jìn)程（客戶機(jī)）提供服務(wù)，它接收客戶的請(qǐng)求消息，然后發(fā)送響應(yīng)消息給客戶機(jī)?？蛻簦?wù)器模型的特點(diǎn)是各系統(tǒng)構(gòu)成部件小且自含，實(shí)現(xiàn)單一、可靠。另外，由于服務(wù)器可運(yùn)行在各種地方，使該結(jié)構(gòu)有很好的硬件結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力，特別適合于多處理系統(tǒng)的分散處理?？蛻?服務(wù)器模型用于人機(jī)界面與系統(tǒng)的關(guān)系和資源管理。

2 設(shè)計(jì)思想

從軟件工程的角度來分析，我們首先必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定軟件系統(tǒng)由哪些模塊組成，以及這些模塊之間的關(guān)系。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以選取最佳的軟件模型來實(shí)現(xiàn)的。軟件模型是將系統(tǒng)所提供的特性、服務(wù)以及系統(tǒng)所執(zhí)行的任務(wù)統(tǒng)一成一體的概括框架。軟件模型選擇和建立的適當(dāng)與否直接影響到軟件實(shí)現(xiàn)的難易和系統(tǒng)性能的高低。軟交換呼叫處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)采用了分層次模型、客戶/服務(wù)器模型和面向?qū)ο竽Ｐ停员ＷC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高效性、可靠性、可擴(kuò)展性。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和處理流程

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)描述和總體設(shè)計(jì)說明，結(jié)合SIP協(xié)議棧和硬件板卡的適配，有圖1的SIP IAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中SO層是SIP協(xié)議棧層，HR是RTP協(xié)議棧，PG是板卡適配層，呼叫控制層負(fù)責(zé)整個(gè)呼叫過程的控制，可以定義為SV層或者DS層（IAD SIP）。關(guān)于呼叫控制層與PG層、SO層的接口名按照Trillium的方法定義，既呼叫控制層和PG的接口名定義為Pgt，呼叫控制層與SO層的接口名定義為Sot。接口之間的原語(yǔ)名定義也完全按照Trillium的方式定義。

3.2 處理流程

以SIP IAD終端既可以做主叫發(fā)起呼叫，也可以做被叫接受呼叫?；赟IP的IAD和基于H.248的IAD有所不同，H.248 IAD必須有MGC的參與才能運(yùn)行，而基于SIP IAD對(duì)MGC可選，只有電信級(jí)的SIP IAD才需要MGC的參與。

圖2中假定IAD1為主叫，IAD2為被叫，IAD1和IAD2之間正常通信的最簡(jiǎn)單的一種情形，不設(shè)及地址解析和路由，沒有MGC的參與。實(shí)際主被叫IAD通信，可能要經(jīng)過MGC的控制，以便地址解析和呼叫計(jì)費(fèi)。

4 接口設(shè)計(jì)

SIP IAD模塊的接口分內(nèi)部接口和外部接口。內(nèi)部接口是指呼叫控制層SV和SIP協(xié)議棧SO層的接口Sot，外部接口是指呼叫控制層和PG層的接口Mgt以及呼叫控制層和HR的接口Hrt。對(duì)于內(nèi)部接口，主要是處理SV層控制SIP協(xié)議棧發(fā)送和接收SIP消息，而對(duì)于外部接口，主要是處理SV層和PG層的消息交互，實(shí)質(zhì)上是處理PG層消息和從SIP協(xié)議棧接收/發(fā)送消息的映射，同時(shí)將SIP的SDP中的媒體信息傳送給HR層，打開/關(guān)閉RTP端口。內(nèi)部接口和外部接口相互獨(dú)立，相互沒有本質(zhì)的聯(lián)系。此模塊要設(shè)計(jì)好，比較重要的一環(huán)是設(shè)計(jì)好外部接口原語(yǔ)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于外部接口，要處理好以下消息：

當(dāng)SV層收到PG發(fā)送來的消息時(shí)，首先判斷PG發(fā)送來的信號(hào)類型：

1）主叫摘機(jī)信號(hào)

2）被叫摘機(jī)信號(hào)

3）主叫掛機(jī)信號(hào)

4）被叫掛機(jī)信號(hào)

5）主叫電話號(hào)碼（地址）

6）被叫電話號(hào)碼（地址）

7）媒體通道信息（用來構(gòu)建SDP消息）

根據(jù)相應(yīng)的消息類型來構(gòu)建響應(yīng)消息來控制SIP協(xié)議棧發(fā)送相應(yīng)的SIP消息。同時(shí)，當(dāng)SV層收到SIP協(xié)議棧送來的消息時(shí)，根據(jù)消息的類型向PG層發(fā)送消息：

1）Alter tone消息

2）Ringing tone消息

3）掛機(jī)請(qǐng)求消息

由此構(gòu)建SV層和PG層交互的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SvEvnt如下：

struct SvEvnt

{CmMemListCp memLst；

UConnId spConnId；

UConnId suConnId；

TknStrOSXLcaller；

TknStrOSXLcallee；

PGMEDIADESC mediaDesc；

}typedef struct

{U8 pres;

U8 num;

U16port;

U8 fmt[PGMEDIA_FMT_LEN_MAX];,

}PGMEDIA_FMT;

typedef struct

{U8pres;

U8used; /* only for Pg,

TRUE=used,FALSE=nouse*/

CmInetIpAddraddr; /* sdp, c=...IPv4*/

PGMEDIA_FMT audio;/* sdp, m=audio ...*/

PGMEDIA_FMT video;/* sdp, m=video ...*/

}PGMEDIADESC;

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)軟交換系統(tǒng)下媒體網(wǎng)關(guān)控制和綜合接入設(shè)備之間的信令交互方式，采用了SIP協(xié)議規(guī)范，并根據(jù)中國(guó)電信規(guī)范的要求設(shè)計(jì)了綜合接入設(shè)備的SIP協(xié)議模塊，實(shí)現(xiàn)綜合接入設(shè)備的SIP協(xié)議注冊(cè)以及信令處理流程，實(shí)現(xiàn)了綜合接入設(shè)備與MGC之間的無縫對(duì)接，達(dá)到了語(yǔ)音的端到端數(shù)字化。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 信息產(chǎn)業(yè)部.Draft Recommendation H.248 (clean text).ITUT Study Group 16,15th June 2001.

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傳統(tǒng)的旅游信息是在Web網(wǎng)頁(yè)上的，可能存在很多缺點(diǎn)，比如：信息混亂，內(nèi)容復(fù)雜，廣告多，搜索時(shí)間長(zhǎng)，用戶界面的視覺效果差等等。用戶經(jīng)常花費(fèi)很多時(shí)間用來搜索信息，但是通常卻找不到他們想要的信息。手機(jī)對(duì)人們來說，或許已成為必不可少的一部分，因此對(duì)更多人來說其成本更低，使用更為方便快捷。目前，市面上并沒有一個(gè)完整的旅游信息平臺(tái)。

本文提出了一個(gè)基于Android技術(shù)的旅游信息系統(tǒng)應(yīng)用程序。旅游信息終端的通信架構(gòu)是基于SIP（會(huì)話初始協(xié)議）協(xié)議設(shè)計(jì)的，其中瀏覽旅游信息的音頻和視頻模塊是基于H.264協(xié)議和RTP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）設(shè)計(jì)的。旅游信息是通過區(qū)域?qū)崿F(xiàn)模塊分化的，用戶可以選擇景點(diǎn)并播放關(guān)于該景點(diǎn)的音頻或視頻信息，或者閱讀圖片和文本信息，從而選定最感興趣的景點(diǎn)游玩。

1.技術(shù)原理

旅游信息終端使用SIP協(xié)議作為基本層。SIP協(xié)議是由IETF（因特網(wǎng)工程任務(wù)組）制定的多媒體通信協(xié)議，廣泛用于控制交流會(huì)話。它依賴于傳輸層，其中會(huì)話可能由音頻信息和視頻信息共同構(gòu)成。

SIP模塊分為用戶，服務(wù)器和注冊(cè)服務(wù)器3部分。當(dāng)用戶發(fā)送一個(gè)音頻或視頻請(qǐng)求，用戶首先向注冊(cè)服務(wù)器發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求。當(dāng)注冊(cè)服務(wù)器通過注冊(cè)請(qǐng)求之后，音頻或視頻請(qǐng)求則被發(fā)送到服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求，以允許播放音頻或視頻信息。圖1顯示了一個(gè)基于SIP協(xié)議的音頻或視頻通信過程。

2.旅游信息終端的設(shè)計(jì)

本文提出的旅游信息終端系統(tǒng)采用當(dāng)前最熱的Android技術(shù)，如圖2所示。旅游信息終端的通信架構(gòu)是基于SIP協(xié)議設(shè)計(jì)的，其中瀏覽旅游信息的音頻和視頻模塊是基于H.264協(xié)議和RTP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)采用信號(hào)控制層和SIP協(xié)議共同完成信號(hào)控制。音頻和視頻信息傳輸層是實(shí)現(xiàn)層，包含了RTP傳輸模塊、媒體模塊及其他模塊等。

當(dāng)用戶想看多媒體的信息時(shí)，開放媒體線程的請(qǐng)求被發(fā)送到服務(wù)器。多媒體信息通過H.264協(xié)議編碼并壓縮，然后再使用RTP協(xié)議發(fā)送到響應(yīng)的接收線程中。通過H.264協(xié)議進(jìn)行解碼處理后，用戶打開音頻和視頻線程查看信息。圖3顯示了整個(gè)處理過程。

本文的旅游信息終端以天津這個(gè)城市為例。根據(jù)天津的區(qū)域分布，旅游信息終端在此基礎(chǔ)上按照其街區(qū)進(jìn)行劃分景點(diǎn)。天津市分為16個(gè)區(qū)，比如河北區(qū)、河西區(qū)、北城區(qū)、西青區(qū)等等（見圖4）。當(dāng)用戶打開軟件時(shí)，第一次使用會(huì)提示一個(gè)新手引導(dǎo)頁(yè)面。每個(gè)區(qū)域的景點(diǎn)都有完整的信息介紹。

用戶可以通過使用這個(gè)程序查看周邊景點(diǎn)信息，也可以瀏覽在其他區(qū)域的景點(diǎn)信息。這種一站式信息檢索可以為游客節(jié)省大量的時(shí)間，它讓用戶有更多的時(shí)間來制定一個(gè)更合理的旅行計(jì)劃。當(dāng)用戶查詢景點(diǎn)信息時(shí)，該軟件會(huì)向用戶提供多樣的景點(diǎn)介紹方式，比如文本信息、圖像信息、語(yǔ)音信息等等。當(dāng)用戶不方便閱讀文本信息時(shí)，多元化的信息服務(wù)為用戶提供了便捷的選擇，比如通過音頻信息來了解景點(diǎn)。

篇（6）

中圖分類號(hào)：TP393.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.07.025

0 SIP簡(jiǎn)介

SIP（會(huì)話初始協(xié)議，RFC3261）是IETF定義的通過IP網(wǎng)絡(luò)建立和管理多媒體會(huì)話的協(xié)議，它采用的是眾所周知的客戶機(jī)服務(wù)器模式，它借鑒了SMTP（簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議，RFC2821）以及HTTP（超文本傳送協(xié)議，RFC2616）的原理，而這兩個(gè)協(xié)議是因特網(wǎng)上最成功的協(xié)議，同時(shí)，SIP是一個(gè)基于文本的協(xié)議，這意味著它更易于擴(kuò)展、糾錯(cuò)和構(gòu)建各種業(yè)務(wù)。因此，在IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）中，選擇SIP作為其會(huì)話控制協(xié)議，更易于建立具有更大承載能力的業(yè)務(wù)。

根據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義及實(shí)際研制經(jīng)驗(yàn)，協(xié)議平臺(tái)的SIP協(xié)議分析劃分為以下幾部分內(nèi)容： SIP事務(wù)用戶層（TU，Transaction User），事務(wù)層（TR，TRansaction），傳輸層（TP，TransPort），編解碼模塊（SIP PARSER/SDPPARSER，SIP協(xié)議編解碼及SDP編解碼），信令壓縮模塊（SIGCOMP）幾個(gè)協(xié)議主體部分。除了這幾個(gè)協(xié)議主體以外，SIP還需要實(shí)現(xiàn)和上層業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及底層承載之間的接口，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)以及消息的交互。

SIP協(xié)議的TU層是SIP協(xié)議主體的重要組成部分，它的功能包含幾個(gè)方面：（1）負(fù)責(zé)SIP消息到上層應(yīng)用進(jìn)程的消息分發(fā)；對(duì)上層應(yīng)用屏蔽底層協(xié)議實(shí)現(xiàn)和分布式處理的細(xì)節(jié)；（2）對(duì)于需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)話的，維護(hù)對(duì)話的生命周期，管理對(duì)話的事務(wù)列表；（3）完成UAC， UAS或者pro xy的協(xié)議棧行為。

SIP采用的是一種offer/answer模型來描述會(huì)話。一個(gè)UA發(fā)起一個(gè)會(huì)話描述，稱為offer，另一個(gè)UA以另一個(gè)會(huì)話描述來進(jìn)行響應(yīng)則為answer，一個(gè)offer/answer在一個(gè)Dialog上下文中進(jìn)行交互，因?yàn)樵诰唧w實(shí)現(xiàn)SIP協(xié)議棧時(shí)，TU需要建立數(shù)據(jù)區(qū)來維護(hù)對(duì)話Dialog的相關(guān)信息，如圖1所示，TU是通過建立leg模型來維護(hù)dialog的，TU建立的數(shù)據(jù)區(qū)稱作leg，leg將會(huì)保存對(duì)于會(huì)話創(chuàng)建、會(huì)話釋放，處理請(qǐng)求、處理響應(yīng)所需要的一些關(guān)鍵信息，而這些信息是通過SIP消息從相應(yīng)的頭部中進(jìn)行提取，和會(huì)話相關(guān)的主要頭部From，To以及Call-ID中的信息將都會(huì)保存在leg中。

數(shù)據(jù)區(qū)的創(chuàng)建根據(jù)協(xié)議棧的行為分為UA和proxy兩種情況。

Proxy方式下會(huì)存在一人一出兩個(gè)Leg對(duì)象，人呼側(cè)由TU收到事務(wù)層的初始請(qǐng)求而創(chuàng)建人呼側(cè)Leg對(duì)象，消息通過人呼側(cè)Leg處理后上報(bào)上層應(yīng)用，上層應(yīng)用處理結(jié)束后，轉(zhuǎn)發(fā)初始請(qǐng)求到TU的出呼側(cè)，TU進(jìn)而創(chuàng)建出呼側(cè)Leg對(duì)象以及下發(fā)SIP消息。

UA方式下，作為被叫網(wǎng)元，TU協(xié)議棧收到事務(wù)的初始請(qǐng)求后，創(chuàng)建人呼Leg后，通過初始請(qǐng)求消息上報(bào)上層業(yè)務(wù)，上層業(yè)務(wù)處理完業(yè)務(wù)邏輯后，通過人呼Leg回送響應(yīng)到事務(wù)層。后續(xù)請(qǐng)求和響應(yīng)都是通過人呼Leg傳送。作為主叫網(wǎng)元，上層應(yīng)用調(diào)用發(fā)送初始請(qǐng)求接口到TU，TU創(chuàng)建出呼側(cè)Leg后，初始請(qǐng)求消息通過該Leg發(fā)送至事務(wù)層，后續(xù)請(qǐng)求和響應(yīng)都是通過出呼側(cè)Leg傳遞。

1 forking功能

fork即常說的分叉，一個(gè)請(qǐng)求可以分叉為發(fā)往多個(gè)目標(biāo)地址的請(qǐng)求。假定B用戶為一號(hào)多機(jī)用戶，即一個(gè)SIP用戶可以同時(shí)在很多終端上注冊(cè)，每種終端可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，比如便攜PC支持視頻而固定SIP電話可能功能簡(jiǎn)潔，B用戶多個(gè)終端同時(shí)在線，當(dāng)A用戶呼叫B用戶時(shí)，那么B用戶的多個(gè)終端都會(huì)收到呼叫請(qǐng)求，它的任意終端都可以去響應(yīng)這個(gè)呼叫。A最終會(huì)選擇一個(gè)終端創(chuàng)建會(huì)話。

在IMS中實(shí)現(xiàn)fork功能涉及到的網(wǎng)元類型分為終端（UA行為）以及服務(wù)器（proxy）行為，根據(jù)協(xié)議的描述，梳理不同網(wǎng)元的處理原則。

1.1 終端處理原則

（1）請(qǐng)求

根據(jù)協(xié)議的描述，只有初始對(duì)話（獨(dú)立事務(wù)）請(qǐng)求才會(huì)發(fā)生fork。終端可以在初始請(qǐng)求INVITE的碼流中的通過添加Request-Disposition頭部中指示進(jìn)行fork的相關(guān)處理。同時(shí)，當(dāng)被叫終端注冊(cè)了多個(gè)時(shí)，主叫終端可以添加Accept-Contact，Reject-Contact參數(shù)，指示選擇符合用戶偏好的被叫以及優(yōu)先級(jí)更高的被叫。

（2）響應(yīng)

當(dāng)fork發(fā)生時(shí)，多個(gè)被叫終端都會(huì)對(duì)主叫產(chǎn)生響應(yīng)，未創(chuàng)建對(duì)話前，主叫終端可以接受或拒絕任何被叫終端的Fork應(yīng)答，如果終端拒絕fork臨時(shí)應(yīng)答，那么必須發(fā)送cancel或者bye請(qǐng)求，這些請(qǐng)求是針對(duì)每個(gè)終端即每一個(gè)fork的分支都需要發(fā)出。

主叫終端如果接收到被叫終端一個(gè)fork分支的成功應(yīng)答即2xx響應(yīng)，開始創(chuàng)建會(huì)話；應(yīng)該釋放其他fork分支的早對(duì)話和非早對(duì)話，具體釋放的方式根據(jù)各個(gè)fork分支的不同而不同。其中對(duì)于已經(jīng)收到了臨時(shí)響應(yīng)的fork分支，不管是否建立起了早對(duì)話，則發(fā)送CANCEL請(qǐng)求來釋放；對(duì)于沒有收到任何的臨時(shí)響應(yīng)的fork分支，則不能發(fā)送CANCEL請(qǐng)求，通過TU設(shè)置的保護(hù)定時(shí)器超時(shí)，來釋放該分支的相關(guān)資源。

主叫終端只能收到一條最終響應(yīng)，如果收到2xx響應(yīng)，則建立對(duì)話，如果為2xx以上的響應(yīng)，則認(rèn)為無法建立呼叫，則需要釋放呼叫。

1.2 處理原則

（1）請(qǐng)求

提取碼流中fork和用戶喜好相關(guān)的字段，處理fork請(qǐng)求，比如到被叫的歸屬的服務(wù)器，需要將初始INVITE請(qǐng)求分叉為多個(gè)發(fā)送到被叫終端，對(duì)于非初始請(qǐng)求，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）響應(yīng)

立即轉(zhuǎn)發(fā)除100（Trying）以外的任何臨時(shí)響應(yīng)。立即轉(zhuǎn)發(fā)能成功建立對(duì)話的第一條2xx成功響應(yīng)，如果其中任意一個(gè)地址接收呼叫，該網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)該向其它地址發(fā)送CANCEL消息，如果由于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延而導(dǎo)致在服務(wù)器接收到多個(gè)200消息，服務(wù)器應(yīng)當(dāng)將后續(xù)的200消息拒絕掉，不應(yīng)當(dāng)后向轉(zhuǎn)發(fā)，這樣能保證只有一個(gè)終端能夠建立對(duì)話。

對(duì)于3xx類以上的非成功響應(yīng)，根據(jù)響應(yīng)碼的具體含義進(jìn)行處理，比如3xx需要優(yōu)先傳到主教終端進(jìn)行重定向，而對(duì)于4xx、5xx、6xx等非成功相應(yīng)，即先保存這些響應(yīng)，如果最后沒有收到任何2xx響應(yīng)，則根據(jù)協(xié)議規(guī)定的優(yōu)選的原則選擇響應(yīng)碼發(fā)送到主叫終端，結(jié)束整個(gè)會(huì)話。

2 SIP中fork的實(shí)現(xiàn)原理

SIP協(xié)議實(shí)現(xiàn)fork的基本邏輯功能：包括fo rk呼叫狀態(tài)維護(hù)，管理多個(gè)臨時(shí)響應(yīng)創(chuàng)建的對(duì)話，并在會(huì)話創(chuàng)建之前維持多個(gè)早對(duì)話出/人呼側(cè)消息的正確關(guān)聯(lián)關(guān)系。上層業(yè)務(wù)維護(hù)多個(gè)Contact的上下文與分叉呼叫之間的關(guān)系，分別對(duì)早對(duì)話進(jìn)行承載控制。

2.1 確定是否發(fā)生fork

當(dāng)被叫終端注冊(cè)了多個(gè)Contact地址時(shí)，SIP協(xié)議需要去提取碼流中的相關(guān)字段，通過Accept-Contact，Reject-Contact參數(shù)確定好被叫目標(biāo)集，并按照優(yōu)先級(jí)將多個(gè)被叫終端進(jìn)行排序，進(jìn)一步的提取Request-Disposition頭部的關(guān)鍵信息，對(duì)是否需要進(jìn)行fork進(jìn)行確定，該頭部的內(nèi)容如下：

proxy-directive=”proxy”

fork-directive="fork"/"no-fork"

parallel-directive="parallel"/"sequential"

其中proxy-directive確定當(dāng)前的網(wǎng)元是否為proxy，fork-directive是用來指示是否需要fork，當(dāng)指示為”no-fork”時(shí)，雖然被叫有多個(gè)，但是初始請(qǐng)求只會(huì)發(fā)送給優(yōu)先級(jí)最高的被叫終端并不會(huì)產(chǎn)生分叉，如果指示為”fork”時(shí)，則進(jìn)一步的讀取parallel-directive指示的值，parallel-directive若為“parallel”為并行fork，并行fork則需要被叫歸屬的服務(wù)器將初始的INVITE請(qǐng)求同時(shí)發(fā)送給多個(gè)被叫終端，既并行呼叫；若為“sequential”為串行fork，串行fork則不需要服務(wù)器將初始請(qǐng)求同時(shí)發(fā)送給多個(gè)被叫終端，而是逐個(gè)的發(fā)送，先發(fā)給第一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的被叫，如果接通，則不需要進(jìn)行后續(xù)處理，如果沒有成功接續(xù)，則繼續(xù)發(fā)送給第二個(gè)被叫，依次類推。

2.2 TU中會(huì)話的維護(hù)

從前面SIP的簡(jiǎn)介我們得知，TU需要去維護(hù)會(huì)話dialog，而對(duì)于dialog的維護(hù)，TU需要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)據(jù)區(qū)Leg去保存相應(yīng)的信息，fork情況下，可能存在同時(shí)發(fā)起多路fork分支的呼叫，而多個(gè)被叫終端的對(duì)話信息是不完全相同的，如果把所有的信息都保存在簡(jiǎn)單情況下的一個(gè)Leg數(shù)據(jù)區(qū)里，則容易引起一些誤操作，邏輯很不清楚，所以，可以采用TU維護(hù)多對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)的方式來解決。

普通呼叫情況下，SIP的TU層只需要維護(hù)人呼側(cè)和出呼側(cè)的一對(duì)Leg即可，這樣所有的消息都通過這一對(duì)Leg來進(jìn)行關(guān)鍵信息的記錄以及轉(zhuǎn)發(fā)。而fork情況下，由于終端有多個(gè)，而每個(gè)終端都可以傳送不同的請(qǐng)求和響應(yīng)到主叫終端，為了對(duì)每個(gè)終端的信息進(jìn)行彼此獨(dú)立的進(jìn)行保存，TU為每一個(gè)終端建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)Leg，具體如圖2所示，圖2和圖1比較可以看出，fork情況下，TU的人呼側(cè)和出呼側(cè)分別有多個(gè)Leg，而且人呼側(cè)和出呼側(cè)是一一對(duì)應(yīng)的，比如In Leg（0）和Out Leg（0）是對(duì)應(yīng)第一個(gè)被叫終端，用來記錄第一個(gè)別叫終端和主叫之間的會(huì)話信息，并進(jìn)行這一分支呼叫的消息轉(zhuǎn)發(fā)，而In Leg（l）和Out Leg（l）是為主叫終端和第二個(gè)被叫終端服務(wù)的。當(dāng)然，不管是fork的第一個(gè)分支還是第二個(gè)分支和主叫發(fā)生聯(lián)系，這都是屬于當(dāng)前的這一個(gè)完整的會(huì)話，因此兩路分支之間也可能有信息的交互，此時(shí)可以通過CALL這樣的一個(gè)空間來保存兩者的數(shù)據(jù)區(qū)索引，方便通過一個(gè)人呼叫的Leg能很快的訪問到另一個(gè)分支的Leg。

3 具體流程

SIP的具體流程要分為并行和串行兩種情形，分別進(jìn)行介紹：

3.1 并行流程

在并行流程中主叫的請(qǐng)求會(huì)同時(shí)被發(fā)送給兩個(gè)別叫用戶，具體流程如圖3所示，其中User AgentA為主叫用戶，User Agent B，C為被叫用戶，Proxy Server是IMS系統(tǒng)中的某個(gè)具體的網(wǎng)元，是服務(wù)器，主要是起到消息轉(zhuǎn)發(fā)以及完成fork功能的作用。

各步驟的具體含義如下：

主叫用戶A發(fā)起請(qǐng)求INVITE到服務(wù)器，對(duì)應(yīng)圖上消息（1）；

假定此服務(wù)器是被叫歸屬地的網(wǎng)元，它能檢測(cè)到有多個(gè)被叫聯(lián)系contact地址，同時(shí)通過Request-Disposition確定為發(fā)生并行fork，于是，向兩個(gè)被叫用戶B和C發(fā)起INVITE請(qǐng)求，對(duì)應(yīng)圖上消息（2）和（3）；

兩個(gè)被叫用戶收到INVITE請(qǐng)求后，提示用戶并振鈴，都發(fā)送180（ Ringing）消息通過服務(wù)器傳給主叫用戶，主叫用戶能同時(shí)聽到兩個(gè)被叫的回鈴音，對(duì)應(yīng)圖上消息（4）（5）（6）（7），此時(shí)，兩路別叫的180消息中的To頭部的tag值是不一樣的，這樣服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)SIP的TU層就可以維護(hù)兩個(gè)leg，來保存兩路的不同會(huì)話信息；

兩個(gè)被叫用戶都會(huì)送響應(yīng)，上圖中被叫用戶B接通呼叫，產(chǎn)生2000K的應(yīng)答，而被叫用戶C則回送4XX消息，顯示忙，服務(wù)器接收到兩個(gè)被叫的不同應(yīng)答，需要進(jìn)行處理，它主動(dòng)地對(duì)被叫用戶C回送ACK，以結(jié)束被叫用戶C之間的呼叫，同時(shí)將被叫用戶B的200 OK轉(zhuǎn)發(fā)到主叫側(cè)，具體對(duì)應(yīng)圖上的（8）（9）（10）（11）；

主叫收到成功響應(yīng)后，回送ACK消息到被叫用戶B予以證實(shí)，呼叫建立，對(duì)應(yīng)圖上的（12）和（13）；

主叫掛機(jī)，發(fā)送BYE消息，被叫回應(yīng)200 0K響應(yīng)，整個(gè)通話結(jié)束，對(duì)應(yīng)圖上的（14）（15）（16）（17）。

3.2 串行流程

在并行流程中主叫的請(qǐng)求會(huì)按照優(yōu)先級(jí)先后發(fā)送給兩個(gè)被叫用戶，具體流程如圖4所示：

各步驟的具體含義如下：

主叫用戶A發(fā)起請(qǐng)求INVITE到服務(wù)器，對(duì)應(yīng)圖上消息（1）；

假定此服務(wù)器是被叫歸屬地的網(wǎng)元，它能檢測(cè)到有多個(gè)被叫聯(lián)系co ntact地址，同時(shí)通過Request-Disposition確定為發(fā)生串行fork，就需要根據(jù)兩個(gè)被叫用戶的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)通過Accept-Contact，Reject-Contact等參數(shù)按照RFC3841協(xié)議規(guī)定的原則進(jìn)行權(quán)值的計(jì)算，假定用戶B的優(yōu)先級(jí)高于用戶C，服務(wù)器現(xiàn)將INVITE轉(zhuǎn)發(fā)給用戶B，對(duì)應(yīng)圖上消息（2）；

被叫用戶B收到INVITE請(qǐng)求后，提示用戶并振鈴，并發(fā)送180（Ringing）消息通過服務(wù)器傳給主叫用戶，主叫用戶能聽到被叫用戶B的回鈴音，對(duì)應(yīng)圖上消息（3）（4）；

被叫用戶B忙，因此回送4XX消息，服務(wù)器接收后，由于是fo rk情況，因此不將此失敗響應(yīng)發(fā)送給主叫用戶，直接給被叫用戶回送ACK確認(rèn)，并將此初始請(qǐng)求消息INVITE繼續(xù)發(fā)送到第二個(gè)用戶C，對(duì)應(yīng)圖上消息（5）（6）（7）；

被叫用戶C收到INVITE請(qǐng)求后，提示用戶并振鈴，并發(fā)送180（Ringing）消息通過服務(wù)器傳給主叫用戶，并進(jìn)一步的發(fā)送200 0K響應(yīng)接續(xù)通話，對(duì)應(yīng)圖上消息（8）（9）（10）（11）；

主叫收到成功響應(yīng)后，回送ACK消息到被叫用戶B予以證實(shí)，呼叫建立，對(duì)應(yīng)圖上的（12）和（13）；

篇（7）

主要內(nèi)容分析內(nèi)容：不同網(wǎng)絡(luò)之間的尋址與定位；消息的映射預(yù)處理；終端地址的轉(zhuǎn)換；硬件模塊的組成。

具體設(shè)計(jì)了網(wǎng)關(guān)會(huì)話層軟件程序的結(jié)構(gòu)和功能模塊的劃分，給出了實(shí)現(xiàn)互通時(shí)的外部通信流程與內(nèi)部消息流程，及硬件模塊化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：SIP；H.323；轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)

中圖分類號(hào)：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007—9599 （2012） 14—0000—02

一、SIP與H.323的區(qū)別

（一）協(xié)議的出發(fā)點(diǎn)：H.323的傳輸從電路交換方式變更為分組交換方式；SIP協(xié)議主要是完成了基于Internet上IP電話的應(yīng)用同時(shí)增加了QoS呼叫保障機(jī)制。

（二）消息編碼的不同：H.323采用壓縮編碼規(guī)則和ASN.1的二進(jìn)制方法；SIP是基于文本的協(xié)議，與H.323相比具有較強(qiáng)的優(yōu)越性。

（三）會(huì)話能力的協(xié)商和調(diào)整方法：

H.323利用H.245進(jìn)行能力協(xié)商的會(huì)話控制；

SIP采用SDP協(xié)議描述。

（四）Session管理的方式：

H.323的session由MCU執(zhí)行會(huì)議控制功能，參加會(huì)議的終端全部都向MCU發(fā)送控制消息；H.323設(shè)計(jì)便于計(jì)費(fèi)，對(duì)帶寬的管理也比較簡(jiǎn)單。

SIP session設(shè)計(jì)為分布式，他具有分布式的多播功能，多播功能能夠?qū)崿F(xiàn)更方便的會(huì)議控制，簡(jiǎn)化用戶定位、群組邀請(qǐng)等，節(jié)約帶寬。

通過以上對(duì)比分析，從協(xié)議互通角度考慮，SIP和H.323網(wǎng)絡(luò)互通需要解決以下問題：

H.323和SIP地址的轉(zhuǎn)換；尋址定位的實(shí)現(xiàn)；消息映射和呼叫過程同步。

二、H.323地址與SIP地址的轉(zhuǎn)換

SIP和H.323支持的地址格式不同：

H.323支持地址類型：H.323 ID、E—mail地址、IP地址和主機(jī)名，URL地址。

SIP地址由URL定義其結(jié)構(gòu)，用以指示主叫、被叫、重定向和請(qǐng)求目的地址，在SIP消息內(nèi)的From，To，Contact字段和Request—URL字段中。

因此，如果完成H.323和SIP網(wǎng)絡(luò)之間的互通，就必須要實(shí)現(xiàn)H.323和SIP網(wǎng)絡(luò)之間的地址解析和映射，當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到來自H.323網(wǎng)絡(luò)或SIP網(wǎng)絡(luò)的消息，需要在消息內(nèi)解析所包含的地址單元，再按地址映射表，轉(zhuǎn)換成對(duì)方網(wǎng)地址格式，然后封裝在需要發(fā)出的消息中。

SIP 地址轉(zhuǎn)換成 H.323地址的轉(zhuǎn)換規(guī)則：

（一）e164部分：當(dāng)SIP地址中userinfo為Tel格式例如+86—010—****@IP地址，這部分將被轉(zhuǎn)化成為H.323地址中e164部分，其中的+，—號(hào)會(huì)去掉。地址被轉(zhuǎn)化成H.323地址中e164部分，為“86010****”。

（二）h323—ID部分：SIP地址中的userinfo部分會(huì)直接轉(zhuǎn)成為h323—ID，例如sip：terminal@IP轉(zhuǎn)成h323— ID就是sip：jack@IP地址。

（三）url—ID部分：SIP地址中的存在類似的user@domain，可以直接轉(zhuǎn)化成為H.323 url—ID部分。sip：terminal@bell—轉(zhuǎn)為url—ID就是sip：terminal @bell—。

（四）email—ID部分：SIP地址存在user@group這中email地址格式，那么將email地址轉(zhuǎn)化為h.323地址的email—ID部分，如sip：terminal@IP地址可以轉(zhuǎn) terminal @IP地址。

（五）transport—ID部分：SIP地址中存在IP地址和端口的部分，H.323地址需要用transport—ID表示，如SIP地址如果是sip：terminal@IP，那么轉(zhuǎn)成H.323地址：transport—ID是IPAddress IP地址：端口號(hào)。

從H.323地址轉(zhuǎn)換到SIP地址時(shí)：

1.e164部分：e164部分轉(zhuǎn)換成一個(gè)電話號(hào)碼的SIP地址，規(guī)則是：sip：telephone@host：user=phone.

例如e164ID為86010****轉(zhuǎn)化成SIP地址就是：sip：+86—010—****@host：user=phone。

2.h323—ID部分：這部分可以轉(zhuǎn)化成為SIP地址的userinfo部分， 但是如果地址是terminal @IP地址這種類型的話，需要將mailto轉(zhuǎn)化成sip。

3.email—ID：需要將sip標(biāo)識(shí)符加在email—ID的前面，例如email—ID 是

terminal@IP變換到SIP地址就是：sip：terminal@IP。

4.url—ID ：需要將sip標(biāo)識(shí)符加在url—ID的前面，如url—ID是h323：

變換成SIP地址就是：sip：.

篇（8）

中圖分類號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2010)01-74-03

The Design and Implementation of Video Monitoring System Based on SIP

HUANG Lun-wen, CHENG Yong, LI Han

(Anhui Sun Create Electronics Co., Ltd, Hefei 230088, China)

Abstract: How to set up a remote network video connections, NAT penetration, efficient video stream encoding and decoding is the research in the field of video monitoring. MEPG4 video encoding formats, which is of high compression ratio, is used in the SIP-based network video monitoring system. The system supports multi-channel IP video, using soft-switching platform for centralized management of the video stream to achieve the establishment of a network video connection, video streaming encoding and decoding, encryption, transmission, and intelligent alarm, video capture, playback and other functions.

Key words: SIP; IP; MPEG4; soft switch; video monitoring

近年來,隨著各類如地震、冰雪等自然災(zāi)害和恐怖事件頻繁發(fā)生,公共安全已經(jīng)得到世界各國(guó)的高度重視。各級(jí)政府和單位投入大量的人力、物力研究新型安全防范系統(tǒng)。其中視頻監(jiān)控是安全防范的重要組成部分,它是一種可靠、防范能力極強(qiáng)的綜合系統(tǒng)[1-2]。

SIP(Session Initiation Protocol)會(huì)話初始協(xié)議是IETF制訂的,用于多方多媒體通信,是一個(gè)基于文本的應(yīng)用層控制協(xié)議,獨(dú)立于底層傳輸協(xié)議TCP/UDP/SCTP,用于建立、修改和終止IP網(wǎng)上的雙方或多方多媒體會(huì)話[3-4],與RTP、RTCP、SDP等協(xié)議結(jié)合可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、視頻通訊;SIP協(xié)議可在TCP或UDP之上傳送,由于SIP本身具有握手機(jī)制,可首選UDP。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)架和工作原理

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

該視頻調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)由視頻嵌入式終端、監(jiān)控管理平臺(tái)以及SIP服務(wù)器系統(tǒng)三部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中嵌入式終端是基于SIP信令構(gòu)建的系統(tǒng),在SIP網(wǎng)元中也可以把它看作是包含媒體通訊功能的UA客戶端。主要完成信號(hào)的采集、信號(hào)處理和前端攝像機(jī)的控制工作。

SIP服務(wù)器系統(tǒng)主要包括信令服務(wù)器(定位、、注冊(cè))、媒體服務(wù)器(轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)等)以及報(bào)警服務(wù)器等。當(dāng)有監(jiān)控中心向服務(wù)器發(fā)出監(jiān)控請(qǐng)求時(shí)能夠找到相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備,并且把請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到嵌入式終端。

監(jiān)控管理平臺(tái)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SIP設(shè)備,用戶除了可以觀看監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的圖像以外,通過擴(kuò)展SIP信令,還可以支持授權(quán)用戶對(duì)云臺(tái)系統(tǒng)的控制。這里的管理平臺(tái)可分為監(jiān)控中心(外接電視墻或電視機(jī)),軟件管理平臺(tái)(其中包括在本地局域網(wǎng)內(nèi)的客戶端)和支持SIP的移動(dòng)設(shè)備,如筆記本電腦、可視電話、SIP手機(jī)等。

1.2 系統(tǒng)的工作原理

嵌入式終端注冊(cè)到SIP服務(wù)器,如果監(jiān)控管理平臺(tái)需要監(jiān)控某個(gè)終端,可以發(fā)出接入請(qǐng)求,SIP服務(wù)器可以找到終端所在地,然后建立連接。連接建立后,嵌入式終端系統(tǒng)采集音視頻的模擬信號(hào),然后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),經(jīng)過編碼器編碼后(如MPEG-4編碼)傳送給視頻監(jiān)控服務(wù)器,視頻監(jiān)控服務(wù)器把視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行IP封裝后發(fā)送到監(jiān)控管理平臺(tái)。

2 嵌入式終端設(shè)計(jì)

嵌入式終端采用Z228芯片開發(fā),Z228是上海杰得微電子自主開發(fā)的多媒體應(yīng)用處理器,是中國(guó)第一款0.13微米的高度集成的低功耗的具有強(qiáng)大多媒體處理能力的 SoC 芯片,單芯片包含了ARM926EJ CPU和MPEG-4硬件編碼器[5]。嵌入式終端的主要功能是視頻的采集、A/D轉(zhuǎn)換、編碼、發(fā)送等功能。

2.1 硬件體系結(jié)構(gòu)

如圖2所示,攝像頭連接到視頻輸入接口,采集到的模擬視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入高性能處理芯片,高性能處理芯片集成了硬件編碼芯片和ARM處理器,數(shù)據(jù)經(jīng)過硬件編碼后成為高壓縮比的MPEG4數(shù)據(jù),通過RJ45接口傳送到網(wǎng)絡(luò)上。攝像頭連接到云臺(tái)上,使云臺(tái)帶動(dòng)攝像頭移動(dòng),攝像頭以及云臺(tái)的控制接口和控制器相連,控制器再和集成電路板上的485接口相連,這樣就可以用485協(xié)議通過控制器對(duì)云臺(tái)進(jìn)行移動(dòng)控制以及對(duì)攝像頭進(jìn)行變焦等操作。

2.2 MPEG-4編碼

系統(tǒng)采用的視頻編碼格式是MPEG-4。

編碼的過程如圖3所示:

1)初始化階段:初始一個(gè)實(shí)例,調(diào)用函數(shù):MP4EncInit;

2)選項(xiàng)配置:對(duì)編碼的碼率等參數(shù)進(jìn)行配置,調(diào)用函數(shù):MP4EncSetRateCtrl、MP4EncSetCodingCtr、MP4EnSetUsrData、MP4EncSetSmooth、MP4EncSetCrop;

3)采集視頻流:獲取產(chǎn)生MPEG4碼流的頭信息,調(diào)用函數(shù):MP4EncStrmStar;

4)數(shù)據(jù)編碼:每次得到Y(jié)UV的圖像幀后,產(chǎn)生這一幀的碼流。調(diào)用函數(shù):MP4EncStrmEncode;

5)輸出數(shù)據(jù):把編碼過的數(shù)據(jù)打包,經(jīng)過RTP傳到SIP服務(wù)器;

6)停止數(shù)據(jù)流:一個(gè)碼流數(shù)據(jù)的結(jié)束,調(diào)用函數(shù):MP4EncStrmEnd;

7)釋放資源:釋放初始化的實(shí)例,調(diào)用函數(shù):MP4EncRelease。

2.3 媒體數(shù)據(jù)的發(fā)送

SIP連接建立成功以后,雙方視頻通道建立,在IP層上進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)傳遞,利用RTP(實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)和RTCP(實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議)通過UDP傳輸數(shù)據(jù)。RTP和RTCP配合使用,能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化,故特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[6]。

RTP提供具有實(shí)時(shí)特征的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。在視頻數(shù)據(jù)前插入包含有載荷標(biāo)識(shí)、序號(hào)、時(shí)間戳和同步源標(biāo)識(shí)符的RTP包頭,然后利用數(shù)據(jù)報(bào)套接字(UDP)在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸RTP包。

RTCP負(fù)責(zé)管理傳輸質(zhì)量在當(dāng)前應(yīng)用進(jìn)程之間交換控制信息。在RTP會(huì)話期間,各參與者周期性地傳送RTCP包,包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)資料。SIP服務(wù)器可以利用這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率,甚至改變有效載荷類型。

3 SIP服務(wù)器

SIP用來建立,改變,認(rèn)證和終止基于IP網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)SIP的視頻接入。在此接入過程的基礎(chǔ)上很容易的實(shí)現(xiàn)多方的音視頻、文本等各種類型的媒體會(huì)話。參與會(huì)話的成員可以通過組播方式、單播連網(wǎng)或者兩者結(jié)合的形式進(jìn)行通信。SIP服務(wù)器包括信令服務(wù)器、媒體服務(wù)器、監(jiān)控服務(wù)器。

3.1 信令服務(wù)器

信令服務(wù)器用于響應(yīng)SIP終端注冊(cè)以及連接建立,圖4是一個(gè)完整的SIP視頻的建立流程[7-8]。

嵌入式終端和監(jiān)控管理平臺(tái)首先向Sip Proxy(SIP注冊(cè)服務(wù)器)發(fā)起注冊(cè);當(dāng)監(jiān)控中心要接入某路視頻時(shí),監(jiān)控軟件經(jīng)SIP服務(wù)器向特定嵌入式終端發(fā)起包含SDP(Session Description Protocol 會(huì)話描述協(xié)議)結(jié)構(gòu)的INVITE請(qǐng)求,嵌入式終端返回180響鈴消息,然后嵌入式終端返回包含SDP結(jié)構(gòu)的200OK數(shù)據(jù)包表示同意接聽,并且進(jìn)行媒體協(xié)商,最后監(jiān)控軟件向嵌入式終端發(fā)送ACK確認(rèn)包,此時(shí)通話建立;啟動(dòng)媒體和485總線的相關(guān)線程。

當(dāng)斷開某路視頻時(shí),監(jiān)控軟件向嵌入式終端發(fā)BYE消息,嵌入式終端返回200OK,則連接斷開。

3.2 媒體服務(wù)器

媒體服務(wù)器的主要作用是媒體流數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、錄像、點(diǎn)播等功能。

當(dāng)監(jiān)控管理平臺(tái)和嵌入式采集終端連接成功后,媒體服務(wù)器建立起映射關(guān)系,嵌入式采集終端采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像,進(jìn)行編碼打包后發(fā)送到媒體服務(wù)器,媒體服務(wù)器根據(jù)該連接的映射關(guān)系,把IP視頻包轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控管理平臺(tái);而監(jiān)控管理平臺(tái)通過同樣的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式采集終端的各種控制命令的發(fā)送。

媒體服務(wù)器的另一個(gè)重要功能是視頻流的存儲(chǔ)點(diǎn)播。媒體服務(wù)器可以把經(jīng)過該服務(wù)器的視頻數(shù)據(jù)保存到硬盤中,用戶可以對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和回放。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)比較龐大,一臺(tái)媒體服務(wù)器無法滿足整個(gè)系統(tǒng)需求時(shí),可以對(duì)媒體服務(wù)器進(jìn)行擴(kuò)展,使用多臺(tái)媒體服務(wù)器并發(fā)協(xié)作執(zhí)行。

3.3 監(jiān)控服務(wù)器

當(dāng)攝像機(jī)收集到異常信號(hào)(如探測(cè)到了高溫信號(hào),認(rèn)為發(fā)生了火災(zāi))后,將其通過監(jiān)控系統(tǒng)傳至報(bào)警聯(lián)動(dòng)裝置,再由報(bào)警聯(lián)動(dòng)裝置通過某種通信手段(如手機(jī)短信、E-mail等)自動(dòng)向監(jiān)控人員發(fā)出報(bào)警信號(hào),或者系統(tǒng)自動(dòng)地處理現(xiàn)場(chǎng)(如火災(zāi)時(shí)斷電等)。

4 監(jiān)控管理平臺(tái)

SIP監(jiān)控平臺(tái)的主要作用是連接并控制遠(yuǎn)程視頻,視頻流接收、解碼、回放等。

4.1 平臺(tái)構(gòu)成

監(jiān)控管理平臺(tái)包含SIP模塊、RTP模塊、XVID模塊、遠(yuǎn)程控制模塊等。分別實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻連接的建立、視頻流接收、解碼播放、遠(yuǎn)程控制等功能。每個(gè)監(jiān)控平臺(tái)可以同時(shí)監(jiān)控多路視頻,能夠?qū)σ曨l數(shù)據(jù)進(jìn)行拍照或錄像,對(duì)攝像頭和云臺(tái)進(jìn)行操控。對(duì)指定區(qū)域的情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警。

監(jiān)控平臺(tái)另一個(gè)重要的功能是通過圖像處理算法對(duì)比一段時(shí)間間隔的圖像數(shù)據(jù)的相似性,來識(shí)別指定區(qū)域是否有異常活動(dòng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、抓拍、跟蹤等功能。

4.2 MPEG-4解碼

從SIP服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)過來的的視頻流,需要解碼后,才能呈現(xiàn)圖象,解碼包含Decoder 和VPD 2 部分。其中Decode 用于數(shù)據(jù)的讀取和解碼,而VPD 用于圖像縮放、格式轉(zhuǎn)換等處理。

解碼流程如圖5所示:

1)初始化:初始化Decoder和VPD實(shí)例,調(diào)用函數(shù):MP4DecInit、VPDInit;

2)取數(shù)據(jù)頭信息:啟動(dòng)接收MPEG-4數(shù)據(jù)流,解出視頻數(shù)據(jù)的頭信息,調(diào)用函數(shù):MP4DecDecode;

3)預(yù)留視頻圖象處理空間;

4)配置VPD:根據(jù)頭信息中碼流的寬高等,配置VPD模塊。根據(jù)需要,將輸出配置為Framebuffer或者內(nèi)存。調(diào)用函數(shù):VPDGetConfig、VPDSetConfig;

5)解碼:根據(jù)頭信息接收解碼單元(一段數(shù)據(jù)),解碼單元內(nèi)的數(shù)據(jù)。一幀圖像解碼完畢則輸出顯示,否則繼續(xù)解碼,調(diào)用函數(shù):MP4DecDecode;

6)釋放資源:結(jié)束時(shí)候,釋放相關(guān)實(shí)例,調(diào)用函數(shù):VPDRelease、MP4DecRelease。

5 結(jié)束語(yǔ)

該文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種基于SIP的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用嵌入式設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng),傳輸方式采用了集中管理代替點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式,提高了監(jiān)控設(shè)備的可靠性、靈活性、易管理性。SIP監(jiān)控適合應(yīng)用于大規(guī)模分布式監(jiān)控,具有IPV4/IPV6雙協(xié)議棧,不僅應(yīng)用于現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò),也可平滑過度到下一代網(wǎng)絡(luò)。隨著SIP相關(guān)技術(shù)的成熟,SIP將成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域主流信令控制協(xié)議之一,具有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn):

[1] 錢龍華,呂強(qiáng),楊季文,等.基于ISP的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2007,27(7):1786-1788.

[2] 朱校海,楊從保,杜治國(guó).基于SIP的IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)探討[J].中國(guó)安防,2007(5):98-101.

[3] 司端鋒,韓心慧,龍勤,等.SIP標(biāo)準(zhǔn)中的核心技術(shù)與研究進(jìn)展[J].軟件學(xué)報(bào),2005,16(2):239-250.

[4] 張智江,張?jiān)朴?劉韻潔.SIP協(xié)議及其應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[5] 魏濤,柴曉東,王華彬,等.基于Z228嵌入式最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù),2007,31(8):32-34.

篇（9）

1 引言

基于SIP協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)在企事業(yè)單位使用較多，而隨著單位保密意識(shí)的提高，對(duì)數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全的重視，人們對(duì)防火墻訪問規(guī)則等安全策略的要求越來越嚴(yán)格，同時(shí)也限制了其基于計(jì)算機(jī)的各種應(yīng)用，阻礙了其業(yè)務(wù)的發(fā)展。本文采用HTTP Tunnel實(shí)現(xiàn)對(duì)防火墻的穿越，將TCP、UDP等非HTTP數(shù)據(jù)類型進(jìn)行HTTP偽裝和加密，在不改變單位的防火墻等安全策略的前提下，以隱蔽通信的方式完成應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸。

本文重點(diǎn)探討了HTTP Tunnel技術(shù)在以SIP協(xié)議為基礎(chǔ)的即時(shí)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，并提出相應(yīng)解決方案和參考應(yīng)用框架。旨在提升HTTP Tunnel技術(shù)的應(yīng)用范圍，加強(qiáng)應(yīng)用業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)安全與網(wǎng)絡(luò)安全。

2 應(yīng)用系統(tǒng)框架

HTTP Tunnel被稱之為HTTP暗道，原理是將數(shù)據(jù)偽裝成 HTTP的數(shù)據(jù)形式來穿過防火墻。

基于SIP協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)是以SIP為信令交互協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)，其應(yīng)用包括HTTP訪問、即時(shí)消息、語(yǔ)音通信、視頻通信等。該系統(tǒng)通過HTTP Tunnel可以不用改變防火前的安全策略，即可實(shí)現(xiàn)自由通信。其框架基本包括四個(gè)主要方面：

1） 基于SIP協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于TCP、UDP、HTTP等協(xié)議的即時(shí)通信功能；

2） Sock2HTTP服務(wù)器，該服務(wù)器實(shí)現(xiàn)非HTTP協(xié)議數(shù)據(jù)包的HTTP格式轉(zhuǎn)換，通信端口映射，擁塞控制等功能；

3） HTTP Tunnel系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于HTTP協(xié)議的雙向的虛擬數(shù)據(jù)連接，從而穿越防火墻；

4） HTTP2Sock服務(wù)器，該服務(wù)器實(shí)現(xiàn)需要轉(zhuǎn)換為其他格式的HTTP數(shù)據(jù)，通信端口的映射，擁塞控制等。

其拓?fù)鋱D如圖1：

圖1.基于SIP協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)的HTTP Tunnel應(yīng)用

3應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1基于SIP協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)

基于SIP協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)主要有兩部分組成。OpenSIPS服務(wù)器和oSIP客戶端。

3.1.1 OpenSIPS

OpenSIPS是成熟的開源SIP服務(wù)器，結(jié)構(gòu)非常靈活，其核心路由功能完全通過腳本來實(shí)現(xiàn)，可靈活定制各種路由策略，可靈活應(yīng)用于語(yǔ)音、視頻通信、IM以及Presence等多種應(yīng)用。

其主要功能如下：

 SIP注冊(cè)服務(wù)器/服務(wù)器/重定向服務(wù)器

 SIP presence agent

 SIP IM Server

3.1.2 oSIP

oSIP是使用標(biāo)準(zhǔn)c編寫的SIP協(xié)議棧。

主要包括兩部分的內(nèi)容：狀態(tài)機(jī)模塊、解析器模塊。

 狀態(tài)機(jī)模塊的功能：完成對(duì)某個(gè)事務(wù)（注冊(cè)過程，呼叫過程等等）狀態(tài)記錄，并在特定狀態(tài)下觸發(fā)相應(yīng)的事件或回調(diào)函數(shù)。

 解析器模塊的功能：該模塊主要完成對(duì)SIP消息結(jié)構(gòu)剖析、SDP消息的結(jié)構(gòu)剖析以及URI結(jié)構(gòu)的剖析；

圖2.oSIP結(jié)構(gòu)

oSIP為SIP協(xié)議的客戶端，OpenSIPS為SIP協(xié)議的服務(wù)器，二者共同搭建基于SIP協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)。

3.2 Sock2HTTP服務(wù)器和HTTP2Sock服務(wù)器

當(dāng)位于內(nèi)網(wǎng)的SIP終端訪問外網(wǎng)，則終端建立連接的端口不一定被防火墻開放，尤其是UDP端口，若使TCP與UDP等消息穿越防火墻則需要相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器，即Sock2HTTP和HTTP2Sock。

圖3.Sock2HTTP與HTTP2Sock

3.2.1功能描述

主要負(fù)責(zé)分配對(duì)應(yīng)的UDP端口；接收HTTP消息、解碼、以UDP的形式發(fā)送至目的地址；接收UDP消息、編碼、接收終端分配UDP端口的HTTP消息，返回生成的UDP端口；UDP端口與終端的對(duì)應(yīng)管理機(jī)制。

3.2.2設(shè)計(jì)說明

a．建立TCP套接字，與某端口綁定（可配置），監(jiān)聽該端口；

b．接收到請(qǐng)求后，fork子進(jìn)程處理該請(qǐng)求,請(qǐng)求包括要求分配端口的請(qǐng)求和其他請(qǐng)求兩類；

c．處理要求分配端口的請(qǐng)求，將分配的端口返回給終端，保持該TCP鏈接不斷開，直至通話結(jié)束或者終端注銷。

4結(jié)論

基于SIP協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)使用HTTP Tunnel技術(shù)，在企事業(yè)單位網(wǎng)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)自由通信。該應(yīng)用不僅提升HTTP Tunnel技術(shù)的應(yīng)用范圍，更加強(qiáng)應(yīng)用業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)安全與網(wǎng)絡(luò)安全。系統(tǒng)采用分布式設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)升級(jí)和集成提供很好的構(gòu)架基礎(chǔ)，是企事業(yè)單位業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)穿越防火墻的一種安全和高效的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] RFC 2543 3261SIP: Session Initiation Protocol.

篇（10）

1、ep 是Engineered Performance的縮寫。

2、字面意思是工程性能、工程表現(xiàn)，引申義可理解為設(shè)計(jì)性能有保障的產(chǎn)品，或者履行過工程監(jiān)督程序的產(chǎn)品，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品整體的工程性能表現(xiàn)。是高科技的象征，作為最輕最強(qiáng)大的籃球鞋子，它最初的技術(shù)是源自于跑釘鞋的蛻變，其超強(qiáng)勁的尼龍細(xì)絲為足夠提供精準(zhǔn)的支撐，它的制作原理就和造大橋是一樣的，材料只用于結(jié)構(gòu)中最必需的部位，從而保證了鞋子最輕的質(zhì)量。

3、ep什么意思并不是最重要的，最為重要的是獲得消費(fèi)者的青睞，ep這種高品質(zhì)的鞋子并不是隨便就可以生產(chǎn)出來的，而是需要經(jīng)過非常嚴(yán)格的測(cè)試，在跑步過程中測(cè)試運(yùn)動(dòng)鞋所承受的向前的沖力及壓力，經(jīng)過合理的分析設(shè)計(jì)鞋子的承重部分，在保證鞋子能夠完全符合實(shí)際情況的條件下再進(jìn)行最輕化的改進(jìn)。

（來源：文章屋網(wǎng) ）