嵌入式系統(tǒng)中SIP協(xié)議在V0IP的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

常海濱

（陜西學(xué)前師范學(xué)院陜西西安710100）

嵌入式系統(tǒng)中SIP協(xié)議在V0IP的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

常海濱

（陜西學(xué)前師范學(xué)院陜西西安710100）

VOIP（Voice over IP）技術(shù)可以將傳統(tǒng)電信語(yǔ)音信號(hào)在IP網(wǎng)上傳輸，通過互聯(lián)網(wǎng)連接不同地理位置的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)語(yǔ)音通話網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)絡(luò)的資源共享。為了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)的互聯(lián)，各網(wǎng)關(guān)之間需要使用SIP協(xié)議完成傳統(tǒng)語(yǔ)音通信中需要的信令傳遞。針對(duì)VOIP技術(shù)中對(duì)SIP協(xié)議應(yīng)用的需求，文中研究了SIP協(xié)議的框架和編程實(shí)現(xiàn)方案。通過搭建基于SIP協(xié)議的VOIP通信系統(tǒng)，并重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)使用SIP協(xié)議進(jìn)行用戶代理的建立和斷開功能，從而介紹了在VOIP通信系統(tǒng)中SIP協(xié)議的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。文中介紹了一個(gè)基于ARM嵌入式系統(tǒng)的SIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)信令處理部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)運(yùn)行在1inux2.6版本的嵌入式操作系統(tǒng)中。在S3C2440核心處理器的開發(fā)板中，編譯并移植整個(gè)SIP協(xié)議庫(kù)。編寫SIP協(xié)議應(yīng)用軟件，完成傳統(tǒng)語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)在IP網(wǎng)絡(luò)傳輸中所需要的控制過程。經(jīng)過測(cè)試，本文所設(shè)計(jì)的SIP用戶代理（SIP UA）實(shí)現(xiàn)了建立會(huì)話、維護(hù)會(huì)話和終止會(huì)話等信令控制功能。

VOIP；SIP；ARM；嵌入式1inux；語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，一種可以通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸語(yǔ)音、視頻等業(yè)務(wù)的VoIP技術(shù)迅速發(fā)展，而且廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的各種場(chǎng)合。VOIP是建立在IP技術(shù)基礎(chǔ)上的分組化、數(shù)字化傳輸技術(shù)，其基本原理是通過語(yǔ)音壓縮算法對(duì)話音進(jìn)行壓縮編碼處理。然后把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)按IP等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行打包，經(jīng)IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥康牡兀侔堰@些語(yǔ)音數(shù)據(jù)包串起來(lái)，經(jīng)過解碼解壓處理恢復(fù)成原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，從而達(dá)到由IP網(wǎng)絡(luò)傳送話音的目的。

各個(gè)網(wǎng)關(guān)之間互聯(lián)形成一個(gè)voip通信系統(tǒng)，這不僅要求有著高可靠性的語(yǔ)音傳輸能力，還需要有自己的控制信令，實(shí)現(xiàn)各個(gè)終端的鏈接。本文在一個(gè)基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)中，通過移植嵌入式1inux操作系統(tǒng)完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能的支持，并通過使用SIP協(xié)議來(lái)完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制。SIP（Session Initiation Protoco1，會(huì)話初始協(xié)議）是IETF提出來(lái)的用來(lái)建立、維護(hù)和終止多媒體會(huì)話的應(yīng)用層協(xié)議，主要完成用戶定位，用戶支持媒體類型協(xié)商，呼叫建立和呼叫維護(hù)等功能。它繼承了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的設(shè)計(jì)理念，與H.323協(xié)議相比，具有簡(jiǎn)單靈活，便于擴(kuò)展的特點(diǎn)。控制信號(hào)的同步傳輸技術(shù)主要是信令的解析，一般用SIP會(huì)話初始協(xié)議實(shí)現(xiàn)而且SIP協(xié)議還可以封裝SDP會(huì)話描述協(xié)議實(shí)現(xiàn)媒體流的協(xié)商，尤其適用于多媒體信號(hào)的傳輸［1_2］。

1　SIP呼叫流程

SIP會(huì)話的建立方式主要有無(wú)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模式和代理服務(wù)器模式兩類。下面主要介紹無(wú)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模式的呼叫流程［3］。

1）無(wú)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模式

在無(wú)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模式下，UAC向UAS直接呼叫，雙方都知道最放的IP地址和端口，并存于本機(jī)內(nèi)。假設(shè)A想給B打電話，呼叫流程如圖1所示，具體描述如下：

A向B發(fā)送INVITE呼叫請(qǐng)求，A必須知道B的具體URL，例如：B@192.168.0.114：5060

B的UAS在收到來(lái)自A的INVITE請(qǐng)求后振鈴，通知B有呼叫請(qǐng)求，并發(fā)送180 Ringing響應(yīng)信息給A。

B接聽電話的同時(shí)向A發(fā)送200 OK響應(yīng)，表明B已經(jīng)接聽呼叫，并準(zhǔn)備好建立語(yǔ)音通話。

A收到B的200 OK響應(yīng)后，發(fā)送ACK確認(rèn)，表明已經(jīng)準(zhǔn)備好語(yǔ)音通話。至此，呼叫雙方的通道建立，A和B開始通話。

B想終止會(huì)話，他的UAS向A發(fā)送BYE請(qǐng)求。

A收到B的BYE請(qǐng)求后，回復(fù)200 OK響應(yīng)向B確認(rèn)，通話結(jié)束。

圖1　無(wú)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模式呼叫流程

2）代理服務(wù)器模式

代理服務(wù)器模式是基于無(wú)服務(wù)器模式基礎(chǔ)上的，讓主機(jī)與從機(jī)都存儲(chǔ)服務(wù)器的IP和端口，組成兩對(duì)無(wú)服務(wù)器模式機(jī)制。現(xiàn)在假設(shè)A和B分別在兩個(gè)不同的局域網(wǎng)中，并且都已向所在域的位置服務(wù)器注冊(cè)。A的URL為A@at1anta.com，該域的SIP代理服務(wù)器為proxy.at1anta.com。B的URL為B@newyork. com，該域的SIP代理服務(wù)器為proxy.newyork.com。A呼叫B的呼叫流程如圖2所示。

2　協(xié)議棧移植

嵌入式平臺(tái)的資源一般比較有限，不是協(xié)議棧中的每個(gè)功能都支持。為了在嵌入式平臺(tái)上使用各開源協(xié)議棧，首先要進(jìn)行協(xié)議棧的移植。移植的主要工作是對(duì)協(xié)議棧進(jìn)行交叉編譯和裁剪。各協(xié)議棧的版本為：1ibosip2_2.2.2、ortp_0.7.0、1ibeXosip2_1.9.1_pre16。下面是各個(gè)協(xié)議棧的交叉編譯過程［4_5］：

交叉編譯osip2：

./configure__host=arm_1inux__target=arm_1inux__ disab1e_static

make

make insta11

交叉編譯eXosip：

./configure__host=arm_1inux__target=arm_1inux__ disab1e_static

__disab1e_g1ib__with_osip=/usr/1oca1__diab1e_josua

make

make insta11

下面介紹各個(gè)參數(shù)的作用：

__with_osip=/usr/1oca1來(lái)指定osip2所在的位置。因?yàn)閑Xosip是osip2的擴(kuò)展協(xié)議棧，所以eXosip的交叉編譯必須在osip2的基礎(chǔ)上進(jìn)行，而且osip2的交叉編譯必須在eXosip的交叉編譯之前。

__diab1e_josua參數(shù)裁剪掉了eXosip中SIP用戶代理josua的部分。

這是因?yàn)閖osua的交叉編譯要求嚴(yán)格，版本不匹配等細(xì)節(jié)都會(huì)導(dǎo)致編譯失敗，且josua是一個(gè)完整的SIP用戶代理例子占用空間大而且對(duì)開發(fā)而言不是必須的。

交叉編譯完成后，在默認(rèn)目錄/usr/1oca1下面有各協(xié)議棧的庫(kù)文件，頭文件等。最后將相應(yīng)的庫(kù)文件掛載到開發(fā)平臺(tái)上即可使用。

圖2　代理服務(wù)器模式呼叫流程

3　模塊實(shí)現(xiàn)

SIP信令模塊分為SIP用戶代理客戶端和SIP用戶代理服務(wù)器端。SIP用戶代理客戶端的主要功能是：發(fā)起呼叫，媒體流協(xié)商，終止會(huì)話和主叫用戶接口。SIP用戶代理服務(wù)器端的主要功能是：接聽呼叫，終止會(huì)話，媒體流協(xié)商，呼叫錯(cuò)誤處理。

SIP用戶代理客戶端的流程如圖3所示［6］。

SIP用戶代理客戶端的主要代碼如下：

eXosip_ca11_bui1d_initia1_invite（&invite，dest_ca11，source_ca11，NULL，″This is a ca11 invite″）j

osip_message_set_body（invite，tmp，str1en（tmp））j

osip_message_set_content_type（invite，″app1ication/spy″）j

eXosip_ca11_send_initia1_invite（invite）j

SIP用戶代理服務(wù)器端的流程如圖4所示。

SIP用戶代理服務(wù)器端的主要代碼如下：

je=eXosip_event_wait（0，200）j

圖3　SIP用戶代理客戶端流程

圖4　SIP用服務(wù)器端程序流程

4　SIP信令模塊測(cè)試

SIP信令模塊測(cè)試，主要針對(duì)語(yǔ)音中繼網(wǎng)關(guān)的基本呼叫流程和媒體流協(xié)商進(jìn)行測(cè)試，重點(diǎn)集中在驗(yàn)證SIP信令過程的有效控制，即事務(wù)狀態(tài)機(jī)對(duì)SIP信令過程的解析和驗(yàn)證。測(cè)試內(nèi)容和數(shù)據(jù)如下：

SIP用戶網(wǎng)關(guān)的呼叫流程

由A向B發(fā)起呼叫（192.168.0.115呼叫192.168.0.114），呼叫建立過程通過Wireshark抓包監(jiān)測(cè)。通過Wireshark實(shí)際抓包得到的SIP信令過程如圖5所示。

5　結(jié)論

圖5　SIP信令流程

由圖5可見，兩個(gè)嵌入式網(wǎng)絡(luò)終端可以根據(jù)對(duì)方的IP地址和端口完成回話的建立。SIP呼叫建立過程的信令過程完整，符合預(yù)期效果。后續(xù)可以展開對(duì)嵌入式語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)的后續(xù)工作，如底層外部接口驅(qū)動(dòng)和語(yǔ)音通信的改進(jìn)等下一步工作。

［1］肖勇軍，李海標(biāo)，楊文，等.基于SIP的嵌入式語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2009（8）：120_123.

［2］洪斌，王利霞，孫紅嶺，等.基于ARM和DSP的VoIP網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.通信技術(shù)，2008，41（8）：173_178.

［3］王古.基于軟交換技術(shù)的RoIP網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，320（9）：72_74.

［4］李振軍，曾凌云.嵌入式SIP終端的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（4）：141_144.

［5］王慶磊.基于SIP的嵌入式音頻傳輸系統(tǒng)的研究［D］.江蘇：江南大學(xué)，2009.

［6］李洵.基于ARM9的嵌入式SIP終端研究與實(shí)現(xiàn)［D］.河南：鄭州大學(xué)，2007.

［7］黃建林，劉國(guó)勇，張慶輝，等.一種嵌入式配電網(wǎng)防誤方案研究［J］.供用電，2015（4）：68_71.

［8］范明天，張毅威，張祖平，等.歐洲的智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作［J］.供用電，2015（3）：34_40.

Deslgn and lmPlementatlon of SIP on embedded system of V0IP

CHANG Hai_bing
（Shanxi Xueqian Normal University，Xi'an 710100，China）

VOIP（Voice over IP）techno1ogy can transmit te1ecom signa1s of voice over the Internet in IP，to rea1ize the Internet connection through re1ay gateway in different geographic 1ocations.By this way，traditiona1 te1ecom voice communication network and the IP network can share their resource.In order to achieve traditiona1 te1ecom voice communication network and the IP network，interconnecting gateways with each other via the protoco1 of SIP is essentia1.Most of the subjects studied in this paper focus on how the protoco1 of SIP works in VOIP and how this app1ied.By bui1ding a communication system of VOIP with SIP which wi11 bui1d up and de1ete a session，the princip1e and the imp1ementation is discribed.This artic1e describes a system based on ARM embedded voice gateway SIP protoco1 part of the design and imp1ementation of software.This system runs in an embedded OS of Linux.Based on embedded deve1opment with S3C2440 core，we comp1ete configuration of the SIP，compi1ing the 1ibrary of SIP and writing the app software of SIP.In this way to make the gateways can signa1ing to each other.After testing，the paper designed SIP user agent（SIP UA）to achieve the estab1ishment of a session，maintain and terminate a session the session contro1 functions such as signa1ing，in the session is estab1ished to carry out two_way audio streaming data communication.

VOIPj SIPj ARMj embedded Linuxj voice gateway

TN916

A

1674_6236（2016）10_0094_03

2015_06_02稿件編號(hào)：201506033

常海濱（1981—），男，陜西西安人，碩士，講師。研究方向：信號(hào)與信息處理、信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)。