基于综合接入设备的SIP协议设计

摘要：SIP模块是IAD软件体系的上层应用部分，负责协调、控制SIP协议栈和硬件板卡之间的正常工作和信息交互过程。该文通过IAD的功能需求设计了综合接入设备的SIP协议模块架构，同时根据综合接入设备与软交换的媒体网关控制器之间的交互方式制定了接口以及接口的处理流程，实现了综合接入设备与MGC之间的无缝对接。

关键词：软交换；综合接入设备；简单会话协议；用户

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：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

随着三网合一的发展，基于TDM的PSTN话音网必将和分组交换数据网融合，形成可以传递话音和数据等综合业务的新一代网络。如何灵活，有效地实现现有的PSTN网与分组交换网的互通，将PSTN逐步的向IP网络演进，其很重要的一点就是如何接入，即如何将PSTN信号转化为能在IP网络上传送的信号。由于软交换是多种功能实体的的集合，是下一代电信网中语音/数据/视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备，也是目前电路交换网向分组网演进的主要设备之一。

1 SIP协议模型

IAD设备可以建立、修改和释放多媒体会话，这些会话包括基本的电话呼叫、多媒体会议等。作为一个终端接入设备，IAD可以检测到来自硬件板卡的交互信息，如设置物理端口的参数，打开、关闭一个物理端口，设置RTP会话的参数，打开、关闭一个RTP会话，在物理端口上发信号（如振铃音），播放语音（可选功能），在物理端口上检测事件（如DTMF），设置编码方案，接收RTCP报告。IAD收到硬件板卡的交互信息后，控制SIP协议栈建立、修改和释放呼叫，并接收对端IAD设备发送过来的呼叫指示信息。作为支持SIP协议的IAD设备，既可以作为主叫发起呼叫，也可以作为被叫接受呼叫。因此，SIP IAD的UA既具有UAC的功能，也应具有UAS的功能。

分层次模型：采用层次化的组织方法，每一层向其上层提供服务，并利用下层的服务。在一些分层系统中，内部层次全部被隐藏起来，只有外部层次和一部分精心选择的功能可以被系统外部所见。在这种系统中，软件部分是实现在层次结构中的一些虚拟机，连接是层次与层次之间交互的协议。其主要优点是它支持基于抽象程度递增的系统设计，使得设计者可以把一个复杂系统按递增的步骤分解开；细节屏蔽，每层对其上层而言，都是一个比其下层更适用、更高效的虚拟存在。这使得其实现和调试可按层组织、功能扩展也很方便，适用于多人分工、协作开发；支持功能增强，功能的改变最多影响相邻的上下层；支持软件复用。但是，并不是每个系统都可以很容易地划分为分层次模型，甚至即使一个系统地逻辑结构是层次化地，出于对系统性能地考虑，不得不把一些低级或高级地功能耦合起来。另外，很难找到一个合适地、正确地层次抽象方法。分层次模型最广泛应用于分层通信协议。

客户/服务器模型：将软件对资源的使用分成需者（客户）和供者（服务器）两个部分。服务器代表一个进程，它对其他的进程（客户机）提供服务，它接收客户的请求消息，然后发送响应消息给客户机。客户／服务器模型的特点是各系统构成部件小且自含，实现单一、可靠。另外，由于服务器可运行在各种地方，使该结构有很好的硬件结构适应能力，特别适合于多处理系统的分散处理。客户/服务器模型用于人机界面与系统的关系和资源管理。

2 设计思想

从软件工程的角度来分析，我们首先必须进行结构设计，确定软件系统由哪些模块组成，以及这些模块之间的关系。软件系统结构是以选取最佳的软件模型来实现的。软件模型是将系统所提供的特性、服务以及系统所执行的任务统一成一体的概括框架。软件模型选择和建立的适当与否直接影响到软件实现的难易和系统性能的高低。软交换呼叫处理系统的设计和实现采用了分层次模型、客户/服务器模型和面向对象模型，以保证系统设计的高效性、可靠性、可扩展性。

3 系统结构和处理流程

3.1 系统结构

根据系统描述和总体设计说明，结合SIP协议栈和硬件板卡的适配，有图1的SIP IAD系统结构图。其中SO层是SIP协议栈层，HR是RTP协议栈，PG是板卡适配层，呼叫控制层负责整个呼叫过程的控制，可以定义为SV层或者DS层（IAD SIP）。关于呼叫控制层与PG层、SO层的接口名按照Trillium的方法定义，既呼叫控制层和PG的接口名定义为Pgt，呼叫控制层与SO层的接口名定义为Sot。接口之间的原语名定义也完全按照Trillium的方式定义。

3.2 处理流程

以SIP IAD终端既可以做主叫发起呼叫，也可以做被叫接受呼叫。基于SIP的IAD和基于H.248的IAD有所不同，H.248 IAD必须有MGC的参与才能运行，而基于SIP IAD对MGC可选，只有电信级的SIP IAD才需要MGC的参与。

图2中假定IAD1为主叫，IAD2为被叫，IAD1和IAD2之间正常通信的最简单的一种情形，不设及地址解析和路由，没有MGC的参与。实际主被叫IAD通信，可能要经过MGC的控制，以便地址解析和呼叫计费。

4 接口设计

SIP IAD模块的接口分内部接口和外部接口。内部接口是指呼叫控制层SV和SIP协议栈SO层的接口Sot，外部接口是指呼叫控制层和PG层的接口Mgt以及呼叫控制层和HR的接口Hrt。对于内部接口，主要是处理SV层控制SIP协议栈发送和接收SIP消息，而对于外部接口，主要是处理SV层和PG层的消息交互，实质上是处理PG层消息和从SIP协议栈接收/发送消息的映射，同时将SIP的SDP中的媒体信息传送给HR层，打开/关闭RTP端口。内部接口和外部接口相互独立，相互没有本质的联系。此模块要设计好，比较重要的一环是设计好外部接口原语及相应的数据结构。对于外部接口，要处理好以下消息：

当SV层收到PG发送来的消息时，首先判断PG发送来的信号类型：

1）主叫摘机信号

2）被叫摘机信号

3）主叫挂机信号

4）被叫挂机信号

5）主叫电话号码（地址）

6）被叫电话号码（地址）

7）媒体通道信息（用来构建SDP消息）

根据相应的消息类型来构建响应消息来控制SIP协议栈发送相应的SIP消息。同时，当SV层收到SIP协议栈送来的消息时，根据消息的类型向PG层发送消息：

1）Alter tone消息

2）Ringing tone消息

3）挂机请求消息

由此构建SV层和PG层交互的数据结构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 结束语

本文通过对软交换系统下媒体网关控制和综合接入设备之间的信令交互方式，采用了SIP协议规范，并根据中国电信规范的要求设计了综合接入设备的SIP协议模块，实现综合接入设备的SIP协议注册以及信令处理流程，实现了综合接入设备与MGC之间的无缝对接，达到了语音的端到端数字化。

参考文献：

[1] 信息产业部,2001.软交换设备总体技术要求[S].

[2] 信息产业部,2000.IP电话网关设备技术要求[S].

[3] 信息产业部,2000.IP电话网关设备互通技术要求[S].

[4] 信息产业部,2000.IP电话网关设备测试方法[S].

[5] 信息产业部.Draft Recommendation H.248 (clean text).ITUT Study Group 16,15th June 2001.

[6] M.Arango et.Media Gateway Control Protocol (MGCP),October,1999.

[7] draft-ietf-megaco-callflows.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文