基于SIP的實時網絡傳真的研究和設計

張志龍

【摘要】實時網絡傳真將傳統 PSTN傳真引入到互聯網上進行傳輸，充分利用了互聯網的費用低廉的優點，逐漸被廣大用戶所喜愛。本文結合嵌入式技術和基于 SIP的網絡傳真通信技術，開發實現了在嵌入式平臺下基于 PJSIP協議的實時網絡傳真（ FOIP）。本文以 AT91SAM9263主處理器為硬件平臺，采用了 Redboot作為底層引導程序，構建嵌入式 Linux系統平臺。在此基礎上提出基于嵌入式 Linux系統下的軟件設計方案，并對 PJSIP和 Spandsp的移植做了描述。目前，這種實時網絡傳真方案已經應用到實際產品中。研究和實踐表明，該方案具備良好的性能，適用于一些特定行業和領域中。

【關鍵詞】傳真； SIP；實時網絡傳真； PJSIP；Spandsp

[Abstract] FOIP， which allows to transmit traditional PSTN fax via the Internet， is gradually getting popular because of the low cost associated with the Internet. This project developed and implemented the FOIP based on embedded platform and SIP protocol by combining embedded technology with sip. This project accomplished the embedded Linux system platform， which is based on AT91SAM9263， and use the Redboot underlying bootstrap program. Based on this， a software design scheme which is based on embedded Linux is proposed. Currently， this real time network facsimile scheme has been applied in real products. The research and practice show that this scheme has superior quality and is suitable for certain branches and fields.

[Key word] Fax， SIP， Real-time FOIP， PJSIP， Spandsp

1.引言

隨著互聯網通信技術還有信息處理技術的發展，傳統電信業務的網絡化得到迅速發展。基于 IP的多媒體業務紛紛涌現。比如 IP電話取代傳統電話，Email取代普通信件，微信取代傳統短信，以及 IP視頻會議的廣泛應用。這些網絡應用無時不刻的影響著人們的現代生活。傳真技術也逐漸由傳統的電話網傳真過渡到網絡傳真。網絡傳真的出現，使得人們更加高效，便捷的收發傳真，且成本低廉。

傳真通信向高速、高效、移動、網絡化和集中管理方向發展[1]；而傳真報文由簡單的文件傳輸向彩色圖像傳輸發展。在這種發展形勢下，傳統傳真通信已經無法滿足企業或個人的要求，越來越暴露出它的缺點。

網絡傳真的主要優點是節省巨大的長途電話的開支。當用戶使用網絡傳真時，傳真報文以 IP包數據的形式在 IP網上傳輸。這些 IP網可以是國際互聯網，或者是企業內部網等等。

本文從實時網絡傳真的系統架構，硬件以及各功能模塊的設計等方面進行了研究和探索。

2.方案設計

實時網絡傳真的框架由三部分組成：底層硬件、內核空間、用戶空間。底層硬件，負責物理數據的收發和處理；內核空間通過 TCP/IP棧和相關驅動提供網絡通信服務和硬件控制；用戶空間則通過軟件實現網絡實時傳真的主體功能。在用戶空間，同樣也有用戶協議棧，如 SIP棧、T4/T6等，完成協議的編碼與解析。整體架構采用一個主控進程和其他若干后臺通信進程組成。主要模塊有三個：主控模塊、 SIP信令控制管理模塊和 T.38通信模塊。由主控進程負責調度管理各通信任務。由 T.38通信進程負責完成通信，如圖 1所示。

2.1 硬件設計

本方案的硬件平臺主 CPU采用 AT91系列的 AT91SAM9263，其采用 ARM926EJ-S處理器，主頻可高達 240MHz，擁有豐富的外設接口；具有 DMA控制器，能夠以盡量少的 CPU時鐘執行大批量的數據傳輸；具有 MMU（存儲管理單元），適合運行多任務操作系統；同時，AT91SAM9263工作溫度范圍達-40℃～+85℃，完全能滿足苛刻的工作環境要求。

外設存儲器 SDRAM選用 MT48LC16M32A2，16位總線，128Mbit空間；flash存儲器選用 SST39VF6401，Norflash類型，64Mbit空間。網絡接口芯片采用 DM9161，可支持 10M/100M的速率。硬件框圖如圖 2所示：

2.2 軟件設計

操作系統采用 Linux，內核為 2.6.23，根據硬件平臺定制。編譯選用 arm-linux交叉編譯工具鏈。引導程序采用 Redboot。根文件系統制作工具選用 Buildroot和 Busybox。

在網絡傳真會話的建立時，采用 SIP協議，本文采用 PJSIP作為實時網絡傳真的信令控制管理模塊。在 SIP會話建立后，本文采用 Spandsp作為 T.38傳輸模塊。Spandsp是數字信號處理的一套庫函數，用于將圖像轉換為音頻信號，或將音頻信號轉換為圖像。

軟件共分為三個部分：主控模塊、 SIP信令控制管理模塊和 T.38通信模塊。主控模塊作為調度管理通信過程的主要模塊，起著非常大的作用。它負責接收人機界面的命令，通知 SIP信令控制管理模塊開始建立網絡傳真鏈接，同時負責監控管理通信狀態，并隨時上報給人機交互模塊。主控模塊與 SIP信令控制管理模塊的交互采用管道方式。在發送端，通過命令管道，啟動 SIP信令控制管理模塊，通過響應管道，SIP信令控制管理進程告知其通信狀態；在接收端，SIP信令控制管理進程監控 socket套接字，一旦有網絡傳真連接，則開始通信過程，同時通過管道告知通信狀態。SIP信令控制管理模塊經過建鏈、協商，連接成功后，將啟動 T.38通信進程進行傳真過程。

T.38建議中規定了 SIP/SDP的呼叫建立規程[2]。中，SIP呼叫建立用于 IP環境下僅進行傳真通信，在此環境下不提供話音通信。 SIP信令控制管理模塊采用單獨的 TCP/UDP端口發送 T.38傳真呼叫，缺省值為 5060，用于呼叫信令。當建立網絡傳真連接后，使用一個隨機的 TCP端口傳送傳真信息。SIP呼叫建立共有 5個階段過程：用戶位置，用戶能力，用戶有效性，呼叫建立和呼叫處理[3]。雙方采用 SDP進行能力協商，以確定網關或終端支持和使用哪些選項。SDP會話描述是采用 UTF-8文本字符。當使用 UDPTL和 TCP傳送時，采用特定的 T.38相關的屬性來標識其能力[4]。

PJSIP的各個組件通過接口函數 pjsip_endpt_register_module（*endpt，*module）向各 SIP終端實例注冊，并且進行初始化。SIP終端將傳輸層接收到的消息分發到事務層、會話層及應用層[5]。

在模塊的結構體定義中，收到請求回調函數 on_rx_request（）和收到響應回調函數 on_rx_response（）是模塊從 SIP終端或其他模塊收到 SIP信息的主要函數。它用非零返回值來表明該 SIP消息是否被模塊正確處理[6]。

在一個 SIP消息發送之前，傳輸模塊管理器將調用發送請求回調函數 on_tx_request（）和發送響應回調函數 on_tx_response（）。根據需要，其他模塊對 SIP消息進行修改，最后再發送出去。

T.38通信模塊主要包括 T.30引擎、T.30消息模擬和控制、IFP組包和解包、UDPTL、 RTP、IAX2、TPTK組包和解包。如圖 3所示。

3.結束語

實時網絡傳真作為基于 IP技術的應用，已經得到廣泛的關注與發展。隨著網絡技術的迅速發展，傳真技術與網絡結合的趨勢不可阻擋。通過可擴展性和可移植性良好的 SIP信令控制模塊，實現實時網絡傳真將具有相當的現實意義。

本文提出的實時網絡傳真的實現方案具有良好的可移植性和可擴展性，已經應用到某些領域中。測試結果證實，該實現方案完全滿足使用需求。

參考文獻

[1]劉立柱，網絡傳真通信原理與技術，北京，國防工業出版社，2006，4

[2] ITU-T，T.38 “Procedures for real-time Group 3 facsimile communication over IP networks”， 2007，04

[3] IETF，RFC3261 “SIP： Session Initiation Protocol”， 2002，6

[4] IETF，RFC2327 “SDP： Session Description Protocol”，1998，4

[5] 黃月祥，基于 PJSIP的嵌入式 VoIP終端的研究和實現 [D]，昆明，昆明理工大學，2011， 35.

[6] Bennylp，“PJSIP-Dev-Guide Version 0.5.4”， 2006，3