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基于SIP协议的软交换系统的研究与实现

2014/04/30 meeteasy

一、引言

随着计算机网络及互联网的普及,利用网络来传送语音及各种多媒体的技术不端发展。目前在国际上,比较 有影响的IP电话方面的协议包括ITU—T提出的H.323协议和IETF提出的SIP协议。H.323和SIP协议都是用于在IP网络上提供多媒体服务的,使用TCP和UDP会话发 出信号并且使用RTP(实时协议)传输语音,视频流。H.323协议由于使用二进制代码编写,协议复杂,可扩展性较差。而SIP是一种基于文本的协议,由于其简单、易于扩展,目前在NGN(下一代网络)发展中得到广泛应用。

SIP协议主要用于发起会话,它定义了会话创建、修改以及终结的过程。所谓的会话,就是指用户之间的数据交换。在基于SIP协议的应用中,每一个会话可以是各种不同的数据,可以是普通的文本数据,也可以是经过数字化处理的音频、视频数据,还可以是诸如游戏等应用的数据,SIP的应用具有巨大的灵活性。基于SIP协议设计的系统由用户代理和网络服务器组成。用户代理包括UAC(用户代理客户机),UAS(用户代理服务器)。网络服务器包括:代理服务器,重定向服务器,注册服务器,定位服务器。

二、基于SIP协议的软交换系统的设计与实现

2.1软交换系统现状研究

软交换是下一代网络的最主要组成部分,软交换是一个开放标准的软件,能够实现呼叫控制与媒体传输分离,它能够在一个开放式的计算平台上执行分布式的通信功能,而且拥有传统的TDM电话交换的功能。软交换能够整合语音、数据与图像,它能在不同的网络之间如无线与有线系统之间进行协议转换。软交换把呼叫控制从媒体网关中分离出来,通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能,包括呼叫选路、管理控制、连接控制和信令互通。通过采用标准化协议和应用编程接口的开放体系结构,为第三方开发新应用和新业务敞开了大门。

目前,国内外软交换系统中使用的信令协议主要有H.323和SIP两种。H.323提出较早,采用的是传统的电话信令模式,在软交换市场上得到广泛的应用。但是,1999年IETF在吸取了H.323在实际应用中的一些失败经验后提出了SIP协议。SIP独立于低层协议,采用自己的应用层可靠性机制来保证消息的可靠传送。SIP采用分布式的呼叫控制与管理模型,利用已定义的消息头字段,进行简单必要的扩充就能支持各项新业务和智能业务,具有很强的灵活性和扩充性。越来越多的软交换系 统采用SIP协议作为标准,在软交换系统中,SIP协议用于软交换与SIP终端、软交换与应用服务器或软交换与SIP网络的互通。

软交换降低网络初始成本和运营成本,使网络具有多种接入能力,其最终目的是实现开放、分布、简化、扁平的网络架构,它将使基于电路交换的网络转型为基于分组交换的网络。在电话网向下一代网络演进的过程中,软交换已经成为运营商实现网络演进的重要技术手段。软交换系统的应用不但推进传统话音业务的发展,而且还能提供诸如:点对点的视频通信、集团客户短号码业务、个性化铃声服务等基于IP的增值业务。软交换系统在实践中将得到不断完善和发展。

2.2 基于SIP协议的软交换系统的设计

鉴于话音服务在电信业务中的基础性地位,以下以提供IP话音业务的软交换系统为例,说明基于SIP协议的软交换系统的设计方法。

根据建立呼叫连接的机制及媒体传输方式,可以将VoIP技术分为以下三种模式:信息集中模式,网状分散模式,终端混合模式。信息集中模式中媒体服务器与每个UA建立点对点的呼叫连接,并且接收和转发所有终端的媒体资料流。网状分散模式与信息集中模式最大的差口是没有媒体服务器集中处理RTP媒体资料相关信息。而是在两两UA之间建立SIP呼叫连接及传送RTP媒体资料流。终端混合模式的运作方式类似信息集中模式,但不同的是没有独立的媒体服务器装置,而是由呼叫发起方负责执行媒体服务器的工作。

根据上面分析以及RFC3261中关于SIP协议通信流程的定义,以下给出信息集中模式的软交换系统上实现语音通信的设计方案。该设计的要点是建立媒体服务器来管理、控制媒体流。系统主要包括SIP软终端(即用户代理UA),SIP代理服务器,计费服务器,媒体服务器,Web服务器,数据存储服务器,Gateway落地网关七个类型的功能实体。这七类功能实体共同组成了基于SIP协议的VoIP软交换系统。基于SIP协议的软交换系统逻辑拓扑结构如图1所示:

基于SIP协议的软交换系统逻辑拓扑结构

系统的功能主要是提供基于IP的点对点语音通信、三方通话、呼叫转移等基础语音通信功能。同时,本系统提供了增值语音通信接口,为进一步实现丰富的VoIP通信服务提供基础。下面我们详细介绍对每个功能实体的具体功能。

·SIP软终端—一供终端用户使用,作为VoIP呼叫的 发起方与接收方。

.SIP代理服务器—一提供呼叫控制功能。为完成基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能,包括呼叫处理、连接控制、智能路由呼叫和资源控制等。可以直接与SIP软终端进行连接,提供相应业务。

·媒体服务器—一提供媒体网关接入及处理RTP媒体流的功能。负责连接各种媒体网关,如PSTN中继媒体网关、用户媒体网关、数据媒体网关等,完成媒体呼叫控制及建立。处理RTP媒体流,提供音视频编解码转换、转发媒体流等功能。可以用多个媒体服务器集群来扩大系统容量,提升系统处理能力。

·计费服务器—一提供认证、授权、计费功能。控制终 端是否具备呼叫权限、限制终端通话时长等。

·Web服务器—网站服务器。用于高级管理员查系统当前状况,设置系统参数,SNMP网络管理,创建、开通、修改、删除VoIP账号,为账号

充值等功能;用于终端账户查询CDR,查询余额,查询语音信箱,设置呼叫转移等。

·数据存储服务器—一提供终端用户数据存储功能。

·Gateway落地网关—一提供VolP与PSTN传统电话网的互通功能。

2.3软交换系统中SIP协议的编程实现

基于SIP协议的软交换系统中,SIP代理服务器与SIP软终端(uA)之间控制信令的实现是系统实现的关键。编程实现信令控制就搭建起了整个系统的框架,系统的业务操作均在此基础上实现。SIP代理服务器与SIP软终端(UA)以及媒体服务器之间传递的信令控制消息称为事务(Transaction)。每个Transaction中包括发起者的地址信息,指向的地址信息以及事务操作的类型等。具体结构体定义如下:

struct osip_transaction
{
void*user_instance;/*用户定义的指针*/

int transactionid;/*内部事务标志*/

osip_fifo_t*transactionff; /*每起事务必须添加进这 个先人先出栈*/

osip_via_t topvia; /*消息头Ⅵa信息定义,指出经由的地址及端E1)*/

osip from_t*from;/*消息头From信息定义,指出发起者URL*/
osip_to_t*to; /*消息头To信息定义,这出指向者URL*/

osip_call-id-t*callid; /*所有由同一客户发出的事务应含有相同Call—ID*/

osip_cseq_t*cseq; /*具有相同Call—ID的事务的CSeq应该是递增的*/

osip_message—t*orig_request; /*初始请求*/

osip_message_t*last_response; /*末尾请求*/

osip_message_t*ack; /*ACK请求消息发送*/

state_t state; /*术当前事务处理状态*/

time_t birth_time; /*事务发起时间*/

time_t completed_time; /*事务结束时间*/

int in_scoket; /*输入消息的可选的socket*/

int out_scoket;/*输出消息的可选的socket*/

osip_fsm_type t ctx_type;/*事务类型*/
};

根据osip_transaction结构体的定义,当SIP代理服务 器发起一个会话邀请时就向所有被邀请的SIP用户代理 (UA)发送一个邀请事务

(INVITE Transaction),实例如下:

INVITE sip:UserA@exampleto.eom SIP/2.0
Via:SIP/2.0/UDP examplevia.com:5060
From:UserB
To:UserA
Call-ID:12345678@examplevia.con
CSeq:1 INVITE

基于SIP协议的软交换系统中其它的控制消息与邀请事务(INVITE Transaction)同样根据osip—transaction结构体定义的形式构造实例,不再赘述。

三、结束语

SIP作为一种基于文本的协议,由于其简单、易于扩展、便于实现等诸多优点越来越得到通信业界的青睐,正在成为NGN的核心协议之一。本文设计的基于SIP协议实现VoIP业务的软交换系统是一个面向IP分组交换网络的实时传输音频、视频、数据的系统。该系统管理模块集中化,整个软交换信令控制均由SIP代理服务器集中处理,这样便于系统的操作以及维护。同时SIP协议自身的易于扩充性使得该系统能够方便的在现有基础上添加新业务,更好的满足不同用户对软交换系统的特殊需求。

SIP协议, 软交换系统

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