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的软交换服务器的研究与实现陈坚,李绍胜北京邮电大学电信工程学院,北京(100876)E-mail:cj12345678900@163.com摘要:本文讲述基于SIP协议的多媒体软交换平台相关技术的研究与实现。简单介绍了软交换和SIP协议、消息流程及相关技术,重点讲述基于SIP的软交换服务器通信流程的实现和音频会议模块的研究与实现。基于SIP的多媒体软交换平台从系统结构上说包括网络摄像机、多媒体终端(PC或嵌入式设备)和服务器三部分。本文作者主要参与服务器软件设计和相关技术的研究与实现。关键词:SIP,软交换,编码,混频1.引言论文作者主要参与了“基于SIP的多媒体软交换平台的研究与实现”项目的工作。该项目采用基于SIP协议的软交换平台,将各种类型的多媒体终端如:网络摄像机,IP电话,视频会议终端等通过局域网或者广域网络连接在一起,构成企业办公,个人通信,网络会议的综合性网络平台,可大大提高公司的整体办公效率;同时,各级领导还可以利用整套系统对各个重要的部门和部位进行监测管理,及时发现问题,提高解决问题的效率。项目主要分为服务器端和终端两部分。本文作者主要负责服务器软件的设计和通信流程的实现,2.软交换软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关(传输层)中分离出来,通过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(建立/拆除会话)和信令互通,从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离,为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。[1]软交换位于网络控制层,通过与媒体层网关的交互,接收处理中的呼叫相关信息,指示网关完成呼叫。其主要任务是在各点之间建立关系,这些关系可以是简单的呼叫,也可以是一个较为复杂的处理。软交换技术主要用于处理实时业务,如话音业务、视频业务、多媒体业务等,此外还提供一些基本补充业务,与传统交换呼叫控制和基本业务的提供非常类似。软交换的主要功能包括媒体网关接入功能、呼叫控制功能、业务提供功能、资源管理功能、互连互通功能、SIP代理功能、信令网关功能(可选)和SCG功能(可选)等。软交换的引入带来了增强的业务框架结构,如图1所示[2]。软交换业务结构软交换提供基本的呼叫控制和信令,它管理资源,并且产生呼叫的详细记录,而应用服务器中有各种各样增强的业务。媒体网关提供电路交换资源(用户线、中继线)和分组网络(IP、ATM)之间的转换,包括话音压缩、传真转发、回声消除和数字检测。信令网关提供SS7信令网络(SS7链路)和分组网络之间的转换,其中包括协议ISUP、TCAP等的转换。信令网关通常和软交换合设在一处,也可以独立设置。应用服务器提供执行和管理增强业务的平台,处理与软交换的信令接口,它还提供API用于生成和拓展业务。3.SIP协议3.1SIP协议介绍SIP是IETF(国际互联网工程任务组)提出的应用层控制协议,用于在IP网上建立、修改以及终止多媒体会话或呼叫。SIP协议是采用UTF-8字符集来进行编码的文本协议。SIP协议消息分请求和响应两类,其中请求消息由客户机发往服务器,响应消息由服务器发往客户机。除选用的字符集以及语法定义外,请求和响应消息均采用RFC2822定义的基本格式进行编码。请求和响应消息格式由一个起始行、若干个头字段,以及一个可选的消息体组成。[1]请求消息主要有INVITE、ACK、BYE、CANCEL、REGISTER、OPTIONS等,响应消息为1xx、2xx、3xx、4xx、5xx、6xx状态。SIP协议的开发目的是用来帮助提供跨越Internet的高级电话业务。SIP将成为NGN中的核心控制协议,对NGN的大规模商用具有十分重要的意义。3.2SIP体系结构SIP是基于客户机/服务器结构的,分为用户代理(UA)和网络服务器两个主要的结构元素。其中用户代理(UserAgent)包括用户代理客户端(UserAgentClient)和用户代理服务器(UserAgentServer);网路服务器(NetworkServer)包括代理服务器(ProxyServer),重定向服务器(RedirectorServer),注册服务器(Registrar)。下图2是SIP的体系结构图。[1]图2SIP体系结构图3.3SIP呼叫信令流程图下图3描述了一个典型的SIP呼叫过程中信令消息的流程图:图3代理呼叫的SIP信令过程4.基于SIP的软交换平台的实现4.1平台简介本系统采用基于SIP协议的软交换平台,将各种类型的多媒体终端如:网络摄像机,IP电话,视频会议终端等通过局域网或者广域网络连接在一起,构成企业办公,个人通信,网络会议的综合性网络平台。系统由图像监控前端(包括网络摄像机),多媒体终端和运行在服务器上的软件与音视频媒体处理模块构成。系统结构如图4所示:协议的服务器端功能结构介绍服务器上的软件的功能是完成系统中的逻辑控制功能,具体来说包括:完成呼叫接续功能以实现两用户之间的消息、音频、视频以及数据交互,完成最多四方的会议控制功能,用户数据管理(用户注册、注销,权限管理)。主要由下面5大功能模块组成:1:音视频处理模块:在管理软件的控制之下完成音频的接收、存储、混合、转发,完成视频的接收、存储、合成、转发。2:两方通信:接入系统的任一用户具有自己的唯一标识与密码(密码可选)。服务器完成普通的呼叫接续和消息传递功能。用户终端之间使用RTP直接通信,媒体信息不再通过主机服务器。3:用户管理:主机服务器上以数据库的形式存储用户的各类信息。4:会议功能:会议发起用户呼叫会议号码,建立一个最多四个用户的会议。会议中的其他参与者由会议发起者邀请,或者在会议建立时指定,或者在会议过程中邀请加入(使用SIP的Invite消息与re-Invite消息)。非会议发起者不能主动加入会议,可以任意退出会议。当会议发起者退出会议之后,会议结束(不论会议中是否还有其他参与者)。会议的发起者充当会议管理者的角色,可以指定任意一个会议参与者为会议主席。初始情况下,会议的发起者为会议主席。会议主席可以决定屏蔽某一会议参与者的语音,即在主机服务器在音频处理时不接收该会议参与者的语音。会议主席可以指定会议的发言者,即可以指定保留哪一个会议参与者的语音,屏蔽所有其他会议参与者的语音。5:网页浏览:主机服务器实现Web服务器功能,终端实现浏览器功能。可以通过这个机制向用户提供各种服务。提供服务时需要使用到主机服务器上的用户数据。这个功能与以上各个功能的实现是完全独立的。4.3服务器端的软件各模块设计服务器软件用C++语言开发,运行于Linux操作系统,软件基于Vovida的VocalSIP协议栈,采用MySQL数据库记录用户和会议信息,并有一个强大的多媒体处理模块完成视频和音频的编解码及混频,消息转换和控制模块将SIP消息转换为本地消息并进行消息的处理和转发。服务器软件结构如下图5所示:图5服务器软件结构其中,底层SIP协议栈处理SIP消息的接收和发送,这是由VocalSIP完成的。VocalSIP是前Vovida公司开发的开源SIP协议栈。消息转换模块将VocalSIP收到的SIP消息转换成本地消息,便于上层应用使用,同时也使应用不依赖于某一个SIP协议栈。消息控制模块负责处理消息的信息提取和转发。数据库记录用户和会议信息,包括用户ID、会议ID、会议成员、会议状态等,采用MySQL实现,简单高效。4..4音视频处理模块的具体实现音视频处理模块是服务器的重要部分,负责音视频的编解码和混频,它和控制模块一起完成MCU的功能,处理消息和多媒体流的收发。对与会者而言,按照是否参与发言分为发言人和普通与会者两部分,程序的语音数据处理也是按照相应这两类人而有所不同。1.对于发言人而言,会议处理流程如下:确定某人为发言人后,服务器接收发言人rtp端口传入的语音数据流将接收到的语音数据存储至合适大小的Recbuf中根据接收语音数据多少来同步混音算法(确定是否丢弃来迟的数据)解码Recbuf中的语音数据至Decbuf中分析当前会议是否有其他发言人,如果没有则继续1)步骤如果还有其他发言人则混合其他几位发言人语音至Mixbuf编码Mixbuf中的语音数据至RtpSendbuf中发送发言人本人的Rtpsendbuf的至发言人大致流程图6所示:.对于普通与会者,会议处理流程如下:1)确定本次会议发言人数目和相应发言人2)从发言人的recbuf中读入语音数据并混频3)编码混频好的数据并放入sendbuf中4)将sendbuf中的语音数据发送至该与会者大致流程图7如下:网络的迅速反展,由IEFT提出的SIP协议已经成为NGN/软交换网络、3G的IP多媒体子系统(IMS)、下一代互联网(IPv6)非常重要甚至核心的信令控制协议。[3]SIP提供了一种在异构网络上部署流媒体业务和视频会议业务时通用的信令控制协议,使得流媒体、视频会议、VoIP、IPTV等这些基于会话控制的业务与具体的接入手段和底层网络无关。这就为在NGN网络上、3G网络上以及IPv6网络上利用统一的技术架构和业务平台来提供这些多媒体业务成为可能。参考文献[1]万晓榆,樊自甫.《下一代网络的业务生成技术》[M],北京:北京邮电大学出版社,2005[2]赵慧玲,叶华.《以软交换为核心的下一代网络技术》[M],北京:人民邮电出版社,2003[3]C.Kalmanek,W.Marshall,“ReliabilityofProvisionalResponsesinSessionInitiationProtocol(SIP)”[J],IEEEInfocom,Mar.2000TheresearchanddevelopmentofSIP-basedSoft-switchserverChenJian,LiShaoshengDepartmentofTelecommunication,BeiJingUniversityofPostsandTelecommunications,BeiJing(100876)AbstractThisarticleintroducestheresearchanddevelopmentofSIP-basedMultimediaSoft-switchPlatform.ItbrieflyintroducesSoft-switch,SIPprotocol,theSIPcommunicationflows,andthedevelopmentofthetechnologies,focusesontheresearchanddevelopmentofSIPcommunicationflowsandaudiomixmodule.TheSIP-basedMultimediaSoft-switchPlatformincludesthenetworkcameras,themultimediaterminals(PCsandembeddeddevices)andaserver.Intheserverteam,mymaintaskistodesigntheserver
本文标题:基于SIP的软交换服务器的研究与实现
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