一種適合無線信道的無中心呼叫接續信令

張運福，鐘志強，陳宏波

（重慶金美通信有限責任公司，重慶400030）

·微機網絡與通信·

一種適合無線信道的無中心呼叫接續信令

張運福，鐘志強，陳宏波

（重慶金美通信有限責任公司，重慶400030）

針對無線信道數據傳輸不可靠以及無線網絡拓撲動態變化的特點，分析了目前基于SIP在無線信道應用中存在的信令長度較長、壓縮不夠徹底，從而浪費無線信道資源的問題。針對傳統有中心的SIP會話協議不再適合無中心的無線網絡，提出一種適合無線信道的無中心呼叫接續信令。介紹了無中心呼叫接續信令的設計方法，分析了該信令的特點，并詳細介紹了無中心呼叫接續信令的格式和呼叫接續流程。該信令極大縮短了接續信令長度，從而節約了寶貴的無線信道資源，提高了在惡劣無線環境中話音呼叫的接通率，最后給出了該設計的測試結果和結論。

無中心；動態拓撲；接續信令；SIP協議；IP電話；無線信道

1 引 言

SIP（Session Initiation Protocol）會話初始協議，是IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任務組）推出的用于IP電話的信令協議［1－2］。其基本功能是通信會話的建立、釋放、修改以及終端通信能力的協商。在基于SIP協議的應用中，每一個會話可以是各種不同的內容，可以是文本數據、音視頻數據，也可以是諸如游戲等應用數據［3］。由于其靈活性、可擴展性以及處于發展階段，使其可以比較容易的實施。3GPPR5明確提出采用它作為網絡會話控制協議。

SIP是一個應用層控制協議，其最初是為了帶寬資源豐富的Internet網絡環境設計的，沒有過多的考慮帶寬問題。但由于SIP信令過于冗長，直接用于帶寬寶貴的無線網絡中，使得呼叫建立花費太多時間，不利于其應用與發展［3］。

2 SIP在無線信道應用中存在的問題

SIP的消息長度一般為幾百到幾千字節，即使采用SigComp［4］等信令壓縮技術，壓縮率達到50%，SIP消息的長度也依舊很大，而且壓縮與解壓縮也會占用一定的時間。而無線網絡的帶寬是有限的，在有限的帶寬中應用SIP，不但浪費寶貴的無線資源，而且會造成較大的傳輸時延，會話的建立時間也會激增。

在SIP標準中，節點在會話建立前需在注冊服務器上成功注冊，但是在無線網絡特別是多跳的無線網絡中，如果節點與注冊服務器通信質量差導致注冊不成功，節點將無法與其他節點建立會話［5－8］。

3 無中心呼叫接續信令設計

3.1 節點功能

針對無線網絡的特點，為解決上述問題，需要考慮以下幾點：①信令盡可能短，整個數據包控制在100字節以內；②信令要考慮重傳和三次握手；③信令呼叫采用點到點傳輸，不需要服務器處理；④盡量降低使用無線帶寬。

根據上述設計原則，設計了一種適合無線信道的無中心呼叫接續信令（NCHS，Non－center Handshake Signalling）。

節點功能：①廣播本機號碼以及呼叫號碼；②號碼管理，查找目的號碼所在的IP地址；③用戶呼叫與被呼叫狀態維護；④通話過程中發送維護信令。

無中心無線網絡連接與信令流如圖1所示。

圖1 無中心無線網絡連接與信令流

3.2 呼叫流程

NCHS用于建立和刪除通話。包括呼叫、呼叫處理、振鈴、摘機、摘機應答、掛機、掛機應答。節點成功設置號碼后，可以呼叫其他節點。節點呼叫前廣播查詢號碼，收到查找成功的應答后信令就可以端到端發送。其中，呼叫處理包括呼叫應答和應答確認信令。假如節點1客戶端呼叫節點2客戶端，正常會話建立以及刪除的具體流程如圖2所示。

其中，維護信令用于節點到節點話音狀態的維護，在通話過程中，節點周期地發送維護信令，如果節點用戶在規定的時間內沒收到與之通話節點的話音維護信令消息，該節點用戶就掛斷與之通話的用戶相關話音。

圖2 呼叫流程

3.3 信令格式

NCHS使用IP＋UDP＋信令的封裝方式，UDP的源和目的端口號使用固定端口號，信令內所有數據采用網絡字節序封裝。如表1－4所示，查詢、呼叫、掛機及維護消息在最長的情況下，也只有35個字節左右，加上信令的消息頭部也只有不到80個字節，遠遠低于SIP中幾百甚至上千個字節的長度。

表1 查詢信令格式

表2 呼叫信令格式

表3 掛機信令格式

表4 維護信令格式

3.4 信令狀態機

無中心呼叫接續信令有兩個關鍵狀態機，主叫狀態機（如圖3所示）和被叫狀態機（如圖4所示）。

圖3 主叫狀態機

圖4 被叫狀態機

4 性能分析

如表5所示，相對傳統基于SIP的方式以及壓縮信令的方式而言，該無中心接續信令在很大程度上縮短了信令長度，從而節約了稀缺的無線網絡資源。

表5 信令長度對比

如圖5所示，在不同的無線網絡環境質量下，呼叫1000次，對呼通率進行仿真的結果。

圖5 節點呼通率

如圖5所示，無中心接續信令在不同的無線網絡環境質量下，都高于其他兩種方案的呼通率。因此無中心接續信令能夠在無線網絡環境下，更好地保證話音業務的順利進行。

5 結束語

分析SIP會話控制協議應用在無線網絡環境中所存在的問題，為了解決在無中心無線網絡中傳統有中心的SIP會話協議不再適用，以及解決SIP信令過長的問題，提出了一種適合無線信道的無中心呼叫接續信令。詳細介紹了無中心接續信令的設計。通過對比分析以及仿真，可以看出無中心接續信令不僅極大程度地縮短了信令長度，節省了稀有的無線網絡資源，而且在無線通信質量不好的情況下，提高了話音業務呼通率，保證了話音業務在惡劣環境下的正常運行。

［1］ 賈宏，萬曉榆，樊自甫.IMS中基于LZSS的SIP信令壓縮算法研究［J］.計算機應用，2007，27（6）：1320－1322.

JIA Hong，WAN Xiao－yu，FAN Zi－fu.Research of SIP signaling compression algorithm based on LZSS in IMS［J］.JOURNAL OF COMPUTER APPLICATIONS，2007，27（6）：1320－1322.

［2］ 3GPP TS24.229 v6.0.0 IP Multimedia Call Control Protocol based on Session Initiation Protocol（SIP）and Session Description Protocol（SDP）stage 3（release 6）（2003－09）.

［3］ 柯金水，王芙蓉，戴彬，等.SIP信令壓縮的研究及其在3G無線網中的應用［J］.數據通信，2004（3）：36－39.

KE Jin－shui，WANG Fu－rong，DAIBin，et al.Research of SIP Signal Compression and its Application in the 3G Wireless Network［J］.DATA COMMUNICATIONS，2004（3）：36－39.

［4］ PRICER，MANOR R，BORMANNC.Signaling Compressing（SigComp），RFC3320［S］.2003.

［5］ 何青林，陳朝武，盧煜，等.基于SIP的視頻監控聯網系統的設計與實現［J］.電視技術，2009，33（5）：116－117.

HEQing－lin，CHEN Chao－wu，LU Yu，et al.Design and Implementation of SIP－based Video Surveillance Network System［J］.VIDEO ENGINEERING，2009，33（5）：116－117.

［6］ 竇萬春，席曉鵬，許列飛，等.面向意外處理的工作流系統建模與執行［J］.計算機學報，2003，26（9）：1094－1103.

DOUWan－Chun，XIXiao－Peng，XULie－Fei，et al.Exception Handling Oriented Workflow Modeling and Its Performance［J］.CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS，2003，26（9）：1094－1103.

［7］ 趙蘊龍，單寶龍，高振國，等.無線Mesh網骨干層2－終端可靠性計算策略［J］.計算機學報，2009，32（3）：424－431.

ZHAO Yun－Long，SHAN Bao－Long，GAO Zhen－Guo，et al.2－Terminal Reliability Computing Strategy for Backbone of Wireless Mesh Networks［J］.CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS，2009，32（3）：424－431.

［8］ Zhao Lian－chang，Kong Fan－jia.New formula and an algorithm for reliability analysis of networks［J］.Mieroclectronics Reliability，1997，37（3）：511－518.

A Non－center Handshake Signaling for Radio Channel

Zhang Yunfu，Zhong Zhiqiang，Chen Hongbo
（Chongqing Jinmei Communication Co.，Ltd.，Chongqing 400030，China）

According to the characteristics of wireless channel unreliability and wireless network topology dynamic changing，based on the current SIP applications in wireless channel，the paper analyzes such problems as the long signaling，insufficient compression and wasting of the valuable source of the radio channel.As the traditional central SIP protocol is not suitable for the non－center wireless net，a non－center handshake signaling for radio channel is proposed in this paper.The design method of the non－center handshake signaling is introduced，the characteristic of the signaling is analyzed and the detail of the signaling format and the continual process are introduced.The length of the handshake signaling is reduced，so the source of the radio channel is saved and the put－through probability of calling is enhanced in the bad radio environment.Finally，the simulation results and the conclusions of the design are shown aswell.

Non－center；Dynamic topology；Handshake signaling；SIP protocol；IP phone；Radio channel

10.3969/j.issn.1002－2279.2015.06.007

TN9

A

1002－2279（2015）06－0026－03

張運福（1983－），男，廣東廣州市人，學士，助理工程師，主研方向：無線網絡及協議設計。

2015－05－13