一種基于SIP協(xié)議的梯口機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

張念　陳碧偉

摘要摘要：會話初始化協(xié)議SIP是一種應用層控制協(xié)議，可方便地創(chuàng)建、修改和釋放多媒體會話，目前已被應用于移動互聯(lián)智能家居，其特點是易用、低成本。基于此，利用SIP作為網絡傳輸協(xié)議、SPI作為串口通訊接口，采用Eclipse和Android作為開發(fā)工具，實現(xiàn)一套支持多媒體播放，能夠與智能手機交互的梯口機系統(tǒng)。運行結果表明，該系統(tǒng)不僅能夠遠程獲取和管理訪客信息，而且可以隨時隨地接收社區(qū)廣播及各種推送信息，有效提高社區(qū)生活的安全性、便捷性和智能化水平。

關鍵詞關鍵詞：SIP協(xié)議；SPI接口；移動互聯(lián)；梯口機

DOIDOI：10.11907/rjdk.162834

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）005007204

0引言

梯口機，又稱門口機或對講主機，是指樓宇單元門口裝的對講系統(tǒng)。梯口機系統(tǒng)，又叫梯口機交互系統(tǒng)，用來完成梯口機（主機）與終端之間的信息交換。上世紀90年代以來，隨著國內房地產行業(yè)的蓬勃發(fā)展，門禁及樓宇對講系統(tǒng)快速發(fā)展，許多先進的技術，如生物識別技術（指紋識別、虹膜識別等）逐步應用于門禁系統(tǒng)。

近年來，隨著電子技術、計算機技術、通訊技術的快速發(fā)展，樓宇對講系統(tǒng)也從早期的模擬系統(tǒng)逐步轉化為數字系統(tǒng)。此外，隨著物聯(lián)網、云計算、移動互聯(lián)網的快速發(fā)展，尤其是智能手機的普及，利用手機端與梯口機進行信息交互成為可能。與傳統(tǒng)梯口機終端相比，智能手機不僅攜帶方便，而且可以遠距離接收梯口機發(fā)來的各種信息（如訪客信息、社區(qū)公告等），非常安全、便捷。

基于此，本文探討基于Eclipse平臺及Android技術，運用SIP協(xié)議實現(xiàn)梯口機與智能手機間的通訊，設計一套具有多媒體播放功能、能夠進行無線互聯(lián)的梯口機交互系統(tǒng)。

1基本概念

1.1SIP協(xié)議

1999年，IETF（Internet Engineering Task Force，因特網工程任務組）提出了SIP（Session Initiation Protocol，會話初始化協(xié)議）。基于該協(xié)議，可以方便地創(chuàng)建、修改和釋放（終止）一個或多個參與者的會話。SIP協(xié)議廣泛應用于下一代網絡（NGN，Next Generation Network）、電路交換（CS，Circuit Switched）及IP多媒體子系統(tǒng)（IMS，IP Multimedia Subsystem）[1，2]。

SIP是一個基于文本的控制協(xié)議，工作于應用層，借鑒HTTP協(xié)議，特別適合用來實現(xiàn)基于因特網的多媒體會議系統(tǒng)。SIP協(xié)議采用C/S架構，主要通過代理服務器來完成用戶呼叫的建立過程，易于擴展，也容易實現(xiàn)。SIP協(xié)議支持代理、定位、重定向、登記（注冊）等功能，支持移動用戶，與RTP/RTCP、RTSP、SDP、DNS等配合，可支持和應用于語音、視頻、數據等多媒業(yè)務，同時可應用于Instant Message（即時消息，與QQ類似）等特色業(yè)務。圖1為SIP網絡系統(tǒng)基本構成。

由圖1可以看出，SIP網絡系統(tǒng)主要由5個部分組成：用戶代理（User Agent）、代理服務器（Proxy Server）、位置服務器（Location Server）、重定向服務器（Redirect Server）、登記（注冊）服務器（Registrar Server），分別描述如下：

（1）用戶代理。一個發(fā)起和終止會話的實體，包含兩個功能實體：用戶代理客戶端（UAC，User Agent Clients）和用戶代理服務端（UAS，User Agent Server）。其中，UAC為發(fā)起SIP事務請求的功能實體，UAS為接收SIP事務請求的功能實體，二者都有權終止呼叫。

（2）代理服務器。與位置服務器和重定向服務器有聯(lián)系，為其它的客戶機提供代理服務，進行SIP消息接收與轉發(fā)功能，對SIP請求及響應進行路由。

（3）位置服務器。是一個數據庫，用于存放終端用戶的當前位置信息，為代理服務器或重定向服務器提供被叫用戶可能的位置信息。

（4）重定向服務器。與位置服務器有聯(lián)系，將用戶新的位置返回給呼叫方，呼叫方可根據得到的新位置重新呼叫。與代理服務器不同的是，重定向服務器不會發(fā)起對自己的呼叫；與用戶代理不同的是，重定向服務器不會主動終止呼叫，也不接受呼叫終止。

（5）登記服務器。接受Register注冊請求，完成用戶地址的注冊，可以支持簽權功能。

1.2SPI接口

SPI （Serial Peripheral Interface，串行外圍接口）是摩托羅拉公司開發(fā)、用以實現(xiàn)微控制器（MCU，Microcontroller Unit）與外圍設備之間數據交換的低成本、易用接口。與標準串行接口不同，SPI是一個同步協(xié)議接口，全雙工通信，所有傳輸參照同一個共同的時鐘，該同步時鐘信號由主機產生[3]。

SPI有3個寄存器：控制寄存器SPCR，狀態(tài)寄存器SPSR，數據寄存器SPDR。外圍設備包括閃存、網絡控制器、LCD顯示驅動器等。

SPI總線一般有4根，分別為：串行時鐘線SCLK、主機輸入/從機輸出數據線MISO、主機輸出/從機輸入數據線MOSI和低電平有效的從機選擇線NSS。

在點對點通信中，SPI接口由于不需要尋址操作，顯得非常高效。本文采用SPI作為數字單元機（數字廣告單元機）與主板上MCU之間的通訊規(guī)范。

1.3Eclipse平臺及Android技術

Eclipse是著名的跨平臺自由集成開發(fā)環(huán)境（IDE），最初由IBM開發(fā)，用以替代Visual Age for Java，2001年11月貢獻給開源社區(qū)，現(xiàn)在由Eclipse基金會（一個非營利性軟件供應商聯(lián)盟）管理。Eclipse最初主要用于Java語言開發(fā)，現(xiàn)在，通過安裝不同插件，Eclipse可以支持不同的計算機語言，比如Python和C++等開發(fā)工具。Eclipse本身只是一個框架平臺，但由于眾多插件都支持Eclipse，使其具有其他許多IDE所不具備的靈活性。目前，許多軟件開發(fā)商基于Eclipse架構開發(fā)自己的IDE[4，5]。

Android是一種以Linux為核心、免費、開放源代碼的操作系統(tǒng)，最早由Andy Rubin創(chuàng)辦，2005年被谷歌收購。Android平臺主要包括應用程序（Application）、應用程序框架（Application Framework）、庫（Libraries）、Android運行時（Android Runtime）和Linux內核（Linux Kernel）。Android最早應用于智能手機，后來逐漸擴展到平板電腦及其它領域，如電視、游戲機、數碼相機等[6]。

2需求分析

仔細分析社區(qū)住戶及社區(qū)管理需求，并參考多種梯口機系統(tǒng)，提出本系統(tǒng)的兩大功能需求。分別如圖2、圖3所示。

（1）智能門禁對講。訪客可以通過梯口機終端設備的鍵盤輸入已注冊的房間號（或住戶手機號），呼叫住戶，住戶可通過手機APP接收來自梯口機終端設備的呼叫請求，7×24小時接聽門禁來電，掌握全部訪客信息，提高系統(tǒng)的便捷性和安全性，提高社區(qū)智能化水平。

（2）多媒體實時播放。社區(qū)物業(yè)可通過梯口機平臺發(fā)布物業(yè)公告、社區(qū)新聞、圖片、視頻等信息，也可播放住戶關心的民生信息，還可播放一些觀賞性廣告信息。用戶無論在家與否，均可方便接收上述信息。

3系統(tǒng)設計

3.1門禁對講模塊

采用SIP協(xié)議實現(xiàn)梯口機與終端之間的通訊，主要包括如下兩部分：

（1）SIP信息獲取及注冊。首先獲取設備參數信息，然后訪問SIP信息獲取接口，獲取相關住戶信息、通話參數、設備SIP信息。注冊前確認SIP賬號是否更換，確認SIP賬號是否已經測試并登錄，若處于登錄狀態(tài)則重置SD，保存上述信息至數據庫。圖4為獲取設備SIP信息及用戶信息的流程。

（2）SIP撥號。核實輸入是否有誤，有誤則彈出“輸入有誤”的窗口并語音提示；撥號前確認撥號模式是否為“梯口機/圍墻機”，若設備類型為“梯口機”則可以撥房號/手機號，若設備類型為圍墻機，則只可撥手機號碼。查找數據庫，若數據庫中無此用戶則給予提示，相關的SIP回調通知在這個MysipReceiver廣播中（SIP消息推送、SIP通話狀態(tài)、DTMF指令）。

3.2串口通訊模塊

串口通信模塊主要關注廣告單元機MCU與主控芯片A20之間的通訊。MCU與A20通過SPI接口進行通訊，其中ARM為主控芯片，MCU為從芯片（接收主芯片發(fā)送來的控制信號及數據）。A20平臺硬件模塊如圖5所示。

3.3播控模塊

播控模塊由后臺控制，一旦物業(yè)管理部門推送節(jié)目，梯口機便可接到推送通知，接口聯(lián)網即可獲取節(jié)目清單與即時插播清單。在網絡正常情況下，上述資源會先行下載到梯口機本地文件目錄下；網絡信號不好或中斷時，則停止下載，重新聯(lián)網后可繼續(xù)下載。全部資源下載完成后，發(fā)送廣播信息給播放端。

播放端接收到廣播信息后，直接到梯口機本地目錄下讀取節(jié)目信息，并解析JSON數據信息，判斷節(jié)目列表是否為空，“是”則播放播放本地默認目錄下的素材；“否”則繼續(xù)判斷素材類型（視頻or圖片），再檢測MD5校驗碼是否正確，正確則繼續(xù)播放素材資源，每播完一個素材均要進行一次MD5校驗，當出現(xiàn)MD5不正確的時候又開始播放本地默認目錄下的素材。

還有一種情況是即時插播節(jié)目，該節(jié)目優(yōu)先級較高，一旦接收到此命令，梯口機終端便開始下載該資源，下載完成即刻播放（原來播放的節(jié)目暫時中止）。即時插播節(jié)目播完，梯口機終端又回到插播前狀態(tài)。播放流程處理如圖7所示。

3.4設置模塊

設置模塊用于完成設備信息切換、網絡切換、基礎信息查看與設置。該模塊分為基礎設置、網絡設置、門禁模塊、區(qū)域管理、恢復出廠設置、重啟應用、重啟系統(tǒng)等功能設置

設置界面的按鍵操作主要是在串口通訊的基礎上通過虛擬按鍵傳值并通過廣播發(fā)送動作指令，在SettingBaseActivity活動中接收廣播動作，定義虛擬按鍵傳值函數以供其它Activity調用，其中，設置模塊的各個Activity都繼承SettingBaseActivity并調用定義的傳虛擬按鍵的函數來做按鍵響應。表1為虛擬鍵值與梯口機終端按鍵的對應關系。

4結語

經過多輪測試，上述梯口機系統(tǒng)滿足系統(tǒng)需求，能夠實現(xiàn)梯口機與智能手機終端的對講功能；社區(qū)管理人員可根據需要對梯口機系統(tǒng)進行設置；播放功能較流暢，能夠滿足社區(qū)信息自動推送功能。運行結果表明，該系統(tǒng)可以幫助用戶通過手機直接與梯口機訪客通信，及時掌握訪客信息，既方便又安全；多媒體播放功能可以實時播放民生信息，增強社區(qū)服務水平；物業(yè)信息等可以通過圖片、視頻等無紙化手段推送，提高了小區(qū)智能化水平，同時減少紙張帶來的環(huán)境污染問題。綜上所述，該系統(tǒng)的使用，會大大增強社區(qū)管理與服務的便捷性、智慧性、規(guī)范性和安全性。

系統(tǒng)設計中也存在一些待完善的地方，如網絡設置中與WiFi連接時，有時會因為WiFi網絡不穩(wěn)定而掉線。為解決這一問題，今后可以在梯口機網絡連接硬件、WiFi連接算法兩方面進行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性。

參考文獻參考文獻：

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[2]陳賓，馬大瑋，尹才華，江雪銀.基于SIP的無線網絡移動性管理研究與OPNET仿真[J].計算機科學，2015，42（s2）：289291.

[3]羅莉，夏軍，鄧宇.通用SPI Flash控制器的設計與驗證[J].計算機工程，2011，37（8）：2224.

[4]閆志貴.基于Eclipse的嵌入式調試軟件的研究與實現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學，2010.

[5]鄭曉梅.一個基于Eclipse的通用Java程序插樁工具[J].計算機科學，2011（7）：139142.

[6]卿斯?jié)h.Android安全研究進展[J].軟件學報，2016，27（1）：4571.

責任編輯（責任編輯：陳福時）