维普资讯 http://www.cqvip.com 通信论坛 计算机与网络创新生活 ４７ ＳＩＰ协议语音网关的设计与实现 高渲１，２高福祥 （１东北大学信息科学与工程学院 辽宁沈阳１１０００４） （２唐山钢铁集团有限责任公司计控处河北唐山０６３０００） 【摘要】讨论了基于会话初始协议（ｓＩＰ），通过ＩＰ网传输语音的网关的设计。首先，对ＩＰ电话技术及ＳＩＰ协议在网关中的应 用作了介绍；其次，详细阐述了语音网关的设计与实现，包括系统方案设计，硬件设计，软件设计；最后，讨论了ＳＩＰ协议应用于 该系统中的呼叫流程。该设计为企业拨打ＩＰ电话提供了解决方案。 【关键词】ＩＰ 网关 ＳＩＰ 软交换 流的编解码功能，并将压缩编码后的话音业务流打成包，通过 １引言 ＩＰ承载网传给目的网关。它跨接在电路交换网和ＩＰ网之间， 负责电路交换到分组交换之间的转换。 随着ＩＰ网络的普及与飞速发展，各种基于ＩＰ网络的应 ＩＰ电话的管理层面主要负责用户的接入认证、地址解析、 用应运而生 。利用ＩＰ网络拨打语音电话，可以为许多企业节 计费结算等工作。 约大量的通话成本，已经成为中国计算机领域研发的一个热 点。因此，提供一套基于ＩＰ网络进行语音通话的解决方案具 ３ ＳＩＰ协议在语音网关中的应用 有相当的现实意义。 本设计的语音网关实现了３路内线交换及１路外线交 基于ＩＰ的分组网络上传输语音，语音网关需将模拟的语 换，提供实时的高质量的基于ＩＰ网络传输的语音服务。语音 音信号转换为一定长度的数字化语音分组，采用存储一转发的 网关利用ＳＩＰ协议，通过ＩＰ网络实现了Ｐｈｏｎｅ到Ｐｈｏｎｅ， 方法，以分组的形式在分组网络上进行交换和传输。这个过程 Ｐｈｏｎｅ到ＰＣ通话。本设计极大地弥补了传统交换机的缺点， 需要先进行Ａ／Ｄ转换，变成ＰＣＭ码，然后经过数据压缩，最 投入市场后，会有良好的应用前景。 后打上ＩＰ数据包在网络上传输。常采用的编码协议有Ｇ．７１１， Ｇ．７２９，Ｇ．７２３．１等等。 ２ 电话网络结构 ＳＩＰ协议作为语音网关的通信协议，用于建立、修改和终 止ＩＰ网上的双方或多方多媒体会话圈。ＳＩＰ是ＩＥＴＦ制订的．是 一ＩＰ电话网总体框架主要由ＩＰ电话网关、ＩＰ网、ＩＰ电话网 个基于文本的应用层控制协议，用于多方多媒体通信。按照 管理层面以及电路交换网接入部分组成Ｈ，ｔＰ电话网的总体框 ＩＥＴＦＲＦＣ２５４３的定义，于底层传输协议ＴＣＰ／ＵＤＰ／ 架如图１所示。 ＳＣＴＰ，ＳＩＰ协议借鉴了ＨｒｒＰ、ＳＭＴＰ等协议，支持代理、重定 向及登记定位用户等功能。通过与ＲＴＰ／ＲＴＣＰ、ＳＤＰ、ＲＴｓＰ 等协议及ＤＮＳ配合，ＳＩＰ协议支持语音、视频、数据等。 ＳＩＰ协议中有２个要素，ＳＩＰ用户代理和ＳＩＰ网络服务 ⑤ 器【３］。用户代理是呼叫的终端系统元素，而ＳＩＰ服务器是处理 与多个呼叫相关联信令的网络设备。用户代理本身具有一客 户机元素（用户代理客户机ＵＡＣ）和一服务器元素（用户代理 图１ ＩＰ电话网的总体框架 服务器ＵＡＳ）。由于呼叫者未必知道被呼叫方的ＩＰ地址或主 电话网、ＩＳＤＮ和数字移动通信网，构成了ＩＰ电话的主 机名，ＳＩＰ服务器的主要功能是提供名字解析和用户定位。 要接入部分。ＩＰ网是用于传送ＩＰ电话的承载网，它可以是公 基于ＳＩＰ协议的语音网关是网络中的用户代理，用于发 网也可以是专网。 起和接收呼叫，实现点到点语音通话。在多台网关的模式中． ＩＰ电话网关主要功能是完成对来自ＰＳＴＮ的语音业务 网关向ＳＩＰ服务器查询被叫地址，进行重定向，从而实现多台 定稿日期：２００７－１１—１６ ２００７年第２４期《计算机与厨络》 维普资讯 http://www.cqvip.com 通信论坛 ４８ 计算机与网络创新生活 网关间的通信。ＳＩＰ用户拔打ＩＰ电话需要事先在ＳＩＰ服务器 进行注册。ＳＩＰ用户呼叫时先由服务器监权，然后查询被叫ＩＰ 地址，最后选择通话路由，实现双方点到点通话。ＳＩＰ协议以其 器为低功耗的３２位ＲＩＳＣ处理器。．ＶＰ１０１系列数字信号处理 器特为应用于中低密度处理用户设备的基于语音包交换的宽 带系统做了优化设计，此系列芯片基于ＤＳＰ Ｇｒｏｕｐ的可编程 简单灵活的优势越来越受到青睐。 ＴｅａｋＬｉｔｅ ＤＳＰＣｏｒｅ（ｒ），并且集成了所有必需的外设硬件及片上 软件。它可将模拟或ＰＣＭ语音，传真与调制解调器数据流语 ４系统方案设计 本设计的语音网关提供实时的高质量的基于ＩＰ网络传 输的语音服务。该设备具有对语音的编解码、回音抵消、信号 音频带的处理工作接于运行基于包协议的数据网络。ＶＰ１０１ 这一芯片连接模拟话路接口和主处理器。 各ＳＬＩＣ接口将普通电话所产生的模拟语音信号引入到 ＶＰ１０１ＢＱＣ的复用器，通过它的内部逻辑选定话路，并将其信 号送入ＡＤＣ；同样，ＤＡＡ将电话局送出的信号以相同的原理 送人ＡＤＣ。然后，ＶＰ１０１ＢＱＣ进行数字信号处理，再将处理后 的数字信号通过ＤＡＣ，送至特定的ＳＬＩＣ或ＤＡＡ。完成一次 音的产生和识别：包括ＤＴＭＦ、ＦＳＫ、传真信号音、呼叫进程 音，可通过ＳＩＰ协议与软交换网络通信。该设备可提供语音通 话、语音信箱、来电显示、呼叫等待等业务。 系统的网络结构图如图２所示。在图２中Ａｄｄｔｒａｎｓ服务 器用于多台语音网关的动态地址解析。网关根据用户拨打的 号码。通过ＳＩＰ消息。寻找被叫用户所在的网关或软电话的ＩＰ 地址，实现通话路由的选择。它的网络侧通过以太网口接入 通话语音包的交换。系统硬件结构如图３所示。 ＩＰ网络，它的用户侧有３个ＦＸＳ口可以下挂３个话机，一个 ＶＰ１０１ＢＱＣ ＤＳＰ ＦＸＯ口可接一个用户程控交换机（ＰＢＸ）的用户线，ＰＢＸ可下 挂分机。Ｓｏｆｔ－ｐｈｏｎｅ为安装在ＰＣ机上的软电话。 此模式可以实现ＦＸＳ口下挂分机之间的内线通话，也可 Ａ／Ｄ／Ａｌ ｌＡ／Ｄ／Ａ ｌ ｌ ＮＤ／Ａ ｌ ｌＡＩＤＩＡ ＧＰＩ ｌ ｌ ＭＵＸ 通过ＦＸＯ口拨打ＰＢＸ下挂的分机。在有２台以上网关的情 况下，语音模块将模拟话音编码后，生成语音数据包通过以太 ｊ Ｉ 同Ｙ Ｙ 网’ 睡姻Ｔ 图３系统的硬件结构图 ： 网接口传输到局域网的另一台对等网关中，完成分布式交换 的功能。此模式中也可实现网关电话与软电话的通信，以及２ 台软电话的通信。该设备接人ＩＰ网络，支持ＴＣＰ／ＵＤＰ／ＩＰ协 议和ＲＴＰ／ＲＴＣＰ协议。作为下一代网络中的接人层设备，支 持ＳＩＰ协议。若将此一个以上的语音网关接人以太网，便可利 甩ＳＩＰ协议进行呼叫建立、呼叫释放等操作，实现各交换机之 间的互通，构成分布式交换的框架Ｉ引。 在有２台以上设备的情况下，￥３Ｃ４５１０Ｂ主处理器将 ＶＰ１０１ＢＱＣ生成的语音数据包通过以太网接口传输到ＩＰ网 络的另一台对等网关中，完成分布式交换的功能。 ６系统软件设计 实时性是软件平台的重要指标。系统采用了ＶｘＷｏｒｋｓ实 时操作系统，它包括一个微内核、强大的网络支持，以及文件 系统和Ｉ／Ｏ管理、ｃ＋＋支持的各种模块。它的多任务、抢占调 度、快速上下文切换、低中断延迟和快速灵活的通信机制更是 ＶｘＷｏｒｋｓ的突出优点［１１。该操作系统也具有线程调度器、ＴＣＰ／ ＩＰ网络协议栈等，完全满足实际需要。 图２系统的网络结构图 本系统的开发采用了嵌入式实时操作系统开发工具 Ｔｏｒｎａｄｏ ｏＴｏｒｎａｄｏ具有集成开发环境。包括图形化的交叉调试 器ＣｒｏｓｓＷｉｎｄ，支持任务级和系统级的调试，支持混合代码和 ５系统硬件设计 本设计所选用的￥３Ｃ ４５１０Ｂ是一种ＡＲＭ７系列微处理 汇编代码显示，支持多目标机同时调试。 软件分６个模块。包括应用模块、ＳＩＰ模块、配置模块、ＳＩＰ 协议栈模块、ＶＰ协议栈模块、内核模块。 《计算机与网络》２００７年第２４期 维普资讯 http://www.cqvip.com 通信论坛 计算机与网络创新生活 ＶｘＷｏｒｋｓ内核模块是整个项目的人口程序，一些ＢＳＰ的 态，推动呼叫过程的进行。 驱动程序也在这个项目中。系统上电后最先执行的是引导过 程，ＣＰＵ初始化，ＶｘＷｏｒｋｓ复制到内存中ｌ１】。然后是内核激活 ７ ＳＩＰ语音呼叫流程 的准备，初始化依赖于目标板的硬件，禁止硬件中断。接着激 活内核，初始化系统内存池，激活根任务，完成初始化过程，解 网关作为用户代理，既具有客户机元素（用户代理客户机 锁中断。最后创建设备，安装设备驱动程序，安装中断处理程 ＵＡＣ）也具有服务器元素（用户代理服务器ＵＡＳ）。用于发起 序．激活中断，初始化ＶｘＷｏｒｋｓ库程序，调用应用程序启 和接收呼叫，实现点到点语音通话。由于呼叫者未必知道被呼 动代码。 叫方的ＩＰ地址或主机名，Ａｄｄｔｒａｎｓ服务器的提供名字解析和 ｖＰ协议栈模块主要完成语音、传真数据的编解码， 用户定位。ＳＩＰ的通信机制的核心是请求——响应日。在２台网 ＤＴＭＦ的检测。对ＤＳＰ的底层驱动和ＲＴＰ、ＲＴＣＰ协议的实 关的连接模式中，一个基本的ＳＩＰ呼叫的过程可分为以下３ 现均由协议栈实现。首先是启动过程，主要完成ＴＤＭ配置， 部分。 用户通道的配置，启动程序和内核程序的下载。接着是轮询 ①网关１检测到用户Ａ摘机，向Ａｄｄｔｔｒａｎｓ服务器发起查 ＤＳＰ循环检测ＤＳＰ是否来包了。如果来了包则读出数据，打 询，查询被叫当前的位置信息，写入被叫的ＳＩＰ ＵＲＩ地址。网 成ＲＴＰ的包，发送到ＩＰ网络。如果收到ＲＴＰ包或ＲＴＣＰ包， 关１的用户代理客户机ＵＡＣ向网关２用户代理服务器 则解出数据。 ＵＡＳ）发出呼叫“邀请”，ＵＡＣ在请求消息起始行中写入Ｉ卜 所有ＳＩＰ标准协议的定义都在ＳＩＰ协议栈模块中完成。 ＶＩＴＥ，在头部字段Ｔｏ中写入被叫的ＳＩＰ ＵＲＩ地址．在ＣａｌＩｌＤ ＳＩＰ消息分为请求消息和响应消息２种，这２大类消息都由３ 字段中生成唯一的呼叫标识，在Ｆｒｏｍ字段中写入主叫用户的 部分构成：起始行（ＳｔａｒｔＬｉｎｅ）、头域（Ｈｅａｄｅｒ）、消息体（Ｍｅｓｓａｇｅ— ＳＩＰ ＵＲＩ地址，在Ｖｉａ字段中写入自己的主机名或者网络地 Ｂｏｄｖ）。其中，现有的请求消息有ＡＣＫ、Ｂｙｅ、Ｃａｎｃｅｌ、Ｉｎｖｉｔｅ、 址，消息体内ＳＤＰ写明ＵＡＣ／ＵＡＳ所支持的媒体类型以及网 Ｏｐｔｉｏｎ、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ、Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅ、Ｍｅｓｓａｇｅ、Ｎｏｔｉｆｙ等９种类型。配置 络地址和端口号； 模块完成终端ＳＨＥＬＬ的配置功能。所有配置参数都保存在 ②网关２的用户代理服务器ＵＡＳ收到ＩＶＮＩＴＥ请求消 ＤＡＴＡ—ＳＡＶＥ结构中。 息后回送响应。响应分为２种类型：一类是中间响应．报告呼叫 应用模块是整个软件的核心。它从配置模块的ＤＡ— 进展情况，如用户空闲、正在振铃等；一类是最终响应，包括成 ＴＡ—ＳＡＶＥ结构中读取配置参数，进行硬件和ＤＳＰ的初始化， 功响应和异常失败响应。响应根据请求消息中的Ｖｉａ字段，原 创建定时器任务ＴＩＭＥ，开始启动动态地址解析任务．创建话 路返回主叫ＵＡＣ。对于表示成功的响应．ＵＡＣ使用“确认” 音信道控制任务ＡＭＣＴ。完成系统时钟的检测任务。实现振 （ＡｃＫ）方法向被叫ＵＡＳ发请求消息，被叫ＵＡＣ收到确认消 铃任务。完成动态ＩＰ地址解析，实现路由功能。系统设计是基 息后，主被叫间会话建立．双方通过ＲＴＰ协议互发信息： 于消息驱动的，所有的消息都会在这里处理。创建ＳＩＰＣｏｎ— ③通信结束后，任何一方向对方发送”再见”（ＢＹＥ）请求． ｎｅｃｔｌＤ＿ｓｍ二进制信号量，创建ＡＣＣ＿Ｑ消息队列，创建振铃 请求终止会话，接收方回送成功响应，则会话结束。在通信过 任务，创建ＳＩＰ消息监听任务，创建ＴＣＰ接收任务．创建 程中，任何一方如果想更改会话的状态可以再次发起呼叫 ＵＤＰ接收任务，创建Ｓｈｅｌｌ配置任务，创建编码检测任务，创 ＩＮＶＩＴＥ请求，使用相同的ＣａｌｌＩＤ，并在命令序列字段Ｃｓｅｑ中 建硬件轮询任务。启动ＡＣＣ—Ｑ消息队列的接收。根据消息类 对原有请求的Ｃｓｅｑ加１，请求的接收方根据收到的头部信息 型转入其它各个子模块的执行。 和消息体，调整相应的状态和媒体参数。 ＳＩＰ模块实现了ＳＩＰ协议。当一用户希望呼叫另一用户， 呼叫者用ＩＮＶＩＴＥ请求初始呼叫，请求包含足够的信息用以 被呼叫方参与会话。ＳＩＰ消息的构建和解析是两个互逆的过程 。 ８结束语 在构建ＳＩＰ消息的过程中，首先根据用户输入的消息内容，判 断消息类型，然后根据输入的消息字符串和给定消息类 语音网关是为解决中小型企业拨打ＩＰ电话设计的网关Ｉ４１。 型的整数值创建ＳＩＰ消息。创建消息对象后，请求消息的 其中涉及的领域包括ＳＩＰ通信协议、ｖＰ协议栈、以及ＲＴＰ、 起始行、头域、消息体等部分的创建也将完成。解析消息 ＲＴＣＰ实时数据接收协议的实现。 时，按照消息中的标识符将消息分段，解析出各参数的 语音网关具有以下特点：①支持语音业务，有传真业务 值，以便将这些参数的值应用到当前呼叫，改变实体状 接口，可以进行扩展；②语音提示，并提供录音功能。可提供 集中管理式的ＩＰ电话服务；③支持使用超级终端进行功能 ２００７年第２４期《计算杌与网络》 维普资讯 http://www.cqvip.com ■ ＿丌舁 Ｌ匈哪篓瞢础耕歪７古 ・ ／ 配置和软件升级，配置简便易用，升级方便；④个人或企业可 利用本地廉价的网络资源来经营电信业务，构建ＩＰ超市，ＩＰ 话吧或企业专线等。 邮电出版社．２００４． ［２］谢耐．ＮＧＮ中的ＳＩＰ技术们江西通信科技，２００５，（３）： ．１０—１２． 综上所述，该设计为企业拨打ＩＰ电话，降低长途通话费 用，提供了良好的解决方案。如果在将来的应用中，对该系统 ［３］强磊．基于软交换的下一代网络组网技术【Ｍ】北京：人民邮 ．电出版社．２００５． 的功能做进一步的扩展，对存在的不足做进一步的改善，将会 有更美好的市场前景。 ［４】潘伟，王秀华．ｖｏＩＰ协议分析ⅡＪ、宜宾学院学报２００６，（６）： ，６７—７０． ［５］郑俊辉，周绪川．下一代网络一ＮＧＮ们，西南民族大学学报， 参考文献 ２００６，３２（３）：６２４—６２６． ［１陈智育，温彦军．１】ＣＶｘＷｏｒｋｓ程序开发实践［Ｍ】．北京：人民 ＢＵＦＦＡＬＯ ＴｕｒｂｏＵＳＢ再掀移动存储市场竞争热潮 自从２００６年ＩＴ硬件市场再现势不可挡的苏复迹 象，随后受到各路资本追捧，一向不被看重的移动存储 行业也风声水起。例如，ＢＵＦＦＡＬＯ Ｉｎｃ等国际品牌纷纷 强势介入，来势汹汹，转眼之间，存储行业又如同另一个不能放过。ＭｉｎｉＳｔａｔｉｏｎ同样采用了ＴｕｒｂｏＵＳＢ技术，然而数据 传输速度更是相比同类产品提高了６４个百分点，当然对于 工作效率的提升则是更加显著，相对Ｄｒｉｖｅ Ｓｔａｆｆｏｎ，ＭｉｎｉＳｔａ－ ｄｏｎ更为显著的亮点则是他的防震外壳，将硬盘被包裹在减 美洲新，受到众多英豪的追捧。随着时代的进步，最 初单纯的移动存储工具的定义，已经完全不能适应消费 者们的需求。数据的安全性、硬件的稳定性、使用效率等 方面逐步成为了消费者关注的焦点。其中ＢＵＦＦＡＬＯ公 震材料中间，“悬浮设计”更是为了吸震和最大限度地减少震 动，从设计上看，设计风格大气，富有现代感，边圆角润，表面 还经过了特殊的处理，看上有点颗粒感，使用长时间也不容 易显旧，手感圆润光滑。选用的抗冲击材质，增强了产品耐 司更是在２００７年频推新品，强化服务。 时间就是金钱，这句话对于我们来说已经并不陌生，对 于数据的安全性、硬件的稳定性以及使用效率上的不断追 求，ＢＵＦＦＡＬＯ更是将功夫做到了家。作为ＢＵＦＦＡＬＯ Ｔｕｒ－ ｂｏＵＳＢ今年最为闪亮的两款产品，Ｄｒｉｖｅ Ｓｔａｔｉｏｎ（３．５”移动存 储）和ｉｉｎｉＳｔａｔｉｏｎ（２．５”移动存储）移动存储无论在工作效率 用、防摔性。为那些经常携带移动存储设备外出工作的人员． 提供了更加安全稳固的技术保障。 对用户而言，用移动硬盘盒与笔记本硬盘ＤＩＹ移动硬盘 是极具价格吸引力的。据技术专家介绍，出其不意的外部震 动、主控芯片异常带来的数据读写错误、偶然的数据被盗等 因素，都将可能为您的数据带来不可估量的损失。而用户在 还是安全性上来讲，都已经走到了时代技术的尖峰。其中 Ｄｒｉｖｅ Ｓｔａｔｉｏｎ采用的ＴｕｒｂＵＳＢ插口技术，相比同类型产品在 传输速率上高出了３７个百分点，也就是说，在传送同样大小 的文件时，Ｄｒｉｖｅ Ｓｔａｄｏｎ至少将为您节省３７％的时间，大大地 市场上购买的移动硬盘盒，绝大部分都只是由转接芯片和外 壳两部分组成的，不但没有额外的减震技术来抵御外部震 动，就更不要说数据保护措施。这样的移动硬盘在使用时 包含了太多的不确定因素，其商用价值也大打折扣。很显然， 提高了工作效率。同时采用Ｓｅｉｒａｌ ＡＴＡ７２００ＲｐＭ的硬盘，外 加独特的敖热底盘，以及随用随插免驱动的技术，更加彰显 随着移动存储的概念日益深入人心，数据的安全性、硬 件的稳定性以及超大容量、高效的传输速率正在逐渐成 了ＢＵＦＦＡＬＯ对产品各方面技术领先性的追求。它内含 Ｍｅｍｅｏ（啪∞自动备份软件，以及数据加密软件Ｓｅｃｕｒｅ Ｌｏｃｋ Ｗａｒｅ（￣）同时为数据做到双重保护，使得数据自然丢失被盗为消费者追求的第一目标。ＢＵＦＦＡＬＯ今后将在中国市场陆 续推出带有ＴｕｒｂｏＵＳＢ功能的“ＨＤ ＤＶＤ Ｄｒｉｖｅ”，“Ｂｌｕ一Ⅲｙ Ｄｒｉｖｅ”，以及“ＤＶＤ Ｄｒｉｖｅ”等产品。我们相信：便捷与高效的使 的概率在ＢＵＦＦＡＬＯ ＴｕｒｂｏＵＳＢ相关商品上降到了最低。 既然说过了Ｄｒｉｖｅ Ｓｔａｄｏｎ，对于ｉｉｎｉＳｔａｉｆｏｎ我们自然也 用效率加上先进的数据保护措施必等于更加轻松的新时代 数字生活。 ＜计算祝与厨络＞２００７年第２４期
