一種SIP協議在無線專網下的轉換方法

羅有平+周炳然

摘要：隨著統一通信系統從固網向無線專網的應用延伸，SIP協議的轉換問題成為了關鍵技術之一。首先介紹了無線專網環境的特點、SIP協議功能，然后提出一種SIP協議轉換方法，該方法基于XML編碼、編碼映射，解決SIP協議在無線專網環境下的輕量化問題。試驗結果表明該轉換方法可實現統一通信系統應用于資源受限的無線專網中。

關鍵詞：SIP協議；無線專網；轉換；輕量化

中圖分類號：TN915.04 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）09-0041-03

1 引言

統一通信系統打破原有“煙囪”式的業務提供模式，把計算機技術與傳統通信技術融為一體，提供VoIP（Voice over Internet Protocol）、視頻通信、即時通信、協同辦公等業務能力，通過多樣化的終端，向用戶提供隨時隨地、隨心隨意的融合語音、視頻和數據的多媒體通信[1]。

為提供自由、高效的溝通與信息共享，統一通信系統需要從固網延伸到無線專網。由于國內外各大廠商提出的統一通信方案均采用SIP（Session Initiation Protocol）協議進行會話控制，采用IP（Internet Protocol）協議進行數據傳輸，通過應用服務器AS（Application Server）提供各項統一通信應用業務，如何解決SIP協議在無線專網下的輕量化問題成為關鍵技術之一。

2 無線專網環境

無線專網的通信環境與固網存在較大差別。當前固網通信環境一般都會配備大量固定通信基礎設施，如光纖、網線、電話線、蜂窩移動網、無線接入點等，網絡帶寬高且連接穩定。但無線專網環境不同，首先無線通信信道多樣，包括超短波、散射、衛星等，這些不可靠的通信鏈路，即使完全發揮功效，其帶寬也要比固網中的帶寬低很多，其次是傳輸帶寬從幾十M到幾十K急劇變化，帶來時延抖動，再次是環境惡劣。

無線專網由于資源受限、環境惡劣、通信帶寬低且不穩定等特點，決定了SIP協議不能直接應用于無線專網，這為實現統一通信系統在無線專網的延伸應用帶來了一定困難。需要針對無線專網的自身特點和特殊需求，借鑒二進制消息、XML（eXtensible Markup Language）和XMPP（eXtensible Messaging and Presence Protocol）協議，設計一種SIP協議在無線專網下的轉換方法。

3 SIP協議

SIP協議是一種在IP網絡中建立、修改和終止多媒體會話的應用層協議，它是因特網工程任務組IETF（Internet Engineering Task Force）在多媒體協議體系的一部分[2-4]。其應用包括語音、視頻、消息、呼叫控制和狀態呈現等。

SIP協議采用IP網絡的客戶機/服務器網絡結構，通過客戶機和服務器之間的請求和響應完成呼叫控制和信息傳送任務[5]。其獨立于傳輸協議，可以在TCP、SCTP和UDP上承載，SIP協議的結構如圖 1所示。

SIP協議共定義了14種方法：INVITE、ACK、BYE、CANCEL、REGISTER、SUBSCRIBE、PUBLISH、NOTIFY、UPDATE、MESSAGE、PRACK、INFO、REFER和OPTIONS。該協議是基于文本的協議，與互聯網中HTTP（HyperText Transfer Protocol）協議基本一致，易于調試排錯，結構靈活，便于擴展，語法簡單[6]。SIP在傳送呼叫信令的同時，利用會話描述協議SDP（Session Description Protocol）在消息體中承載媒體類型等信息，即呼叫和媒體控制信息同時傳送，實現用戶之間的媒體協商功能。

4 SIP協議轉換方法

4.1 私有協議框架

通過借鑒二進制編碼，XMPP協議架構和數據字典等各自技術優點，采用基于XML編碼和數據字典映射的方法，將SIP協議轉換為一種適用于無線信道傳輸的私有協議。其消息結構為：

……

……

4.2 Attribute字典

私有協議中m元素必須，h、b元素可選，消息體中各字段含義見表 1，分別與SIP消息體中各頭域字段對應，由于篇幅受限，僅列出部分屬性字典。

4.3 Value字典

本轉換方法包含了統一通信系統中的SIP、XCAP和MSRP協議的映射值，分別以1XXX、2XXX、3XXX進行編碼，私有協議編碼映射見表 2，這里僅列出部分SIP協議消息編碼值的映射。

5 試驗結果和分析

5.1 試驗環境

引入sigTransProxy軟件模塊，實現統一通信系統中SIP、XCAP及MSRP協議與基于XML格式的私有協議的相互轉換，便于在專網無線信道下傳輸。SIP協議轉換的試驗網絡圖如圖 2所示。

可以將sigTransProxy部署在下列應用場景中：

（1）如果終端與CSCF之間是無線信道，則部署在終端與CSCF之間；

（2）如果域間是無線信道，則部署在跨域的CSCF之間，域間CSCF接入點變為sigTransProxy的地址和端口號；

（3）如果CSCF與應用服務器之間是無線信道，則部署在CSCF與應用服務器之間。

5.2 信令轉換壓縮

下面以INVITE事務為例，會話過程信令流程消息轉換如圖 3所示，消息轉換長度對比見表 3。可見壓縮比極高。其他REGISTER事務、SUBSCRIBE事務、MESSAGE事務、XCAP事務、MSRP消息轉換與INVITE事務類似。endprint

5.3 對比試驗

在誤碼率為1.00E-04，帶寬為2M，時延為100ms的無線信道環境下，針對即時消息、音視頻呼叫分別進行10次業務測試，測試數據見表 4。測試結果的成功次數表明：未進行協議轉換，統一通信系統在無線專網下基本不可用，引入協議轉換模塊后，業務成功率極大提高，統一通信系統達到可用的程度。

6 結語

本文提出的基于XML編碼、編碼映射轉換方法，是對統一通信系統中呈現信息、群組管理、即時消息、音視頻會話等業務的信令協議進行壓縮，大幅降低統一通信系統協議傳輸開銷，解決了SIP協議在無線專網環境下的輕量化問題。試驗結果表明，該轉換方法可實現將統一通信系統應用于環境受限的無線專網中。

參考文獻

[1]陳立水，王俊芳，趙進平，等.統一通信技術研究及展望[J].無線電通信技術，2014，40（2）：1-3.

[2]Rosenberg J， Schulzrinne H， Camarillo G， et al. RFC 3261SIP ： Session initiation protocol[J]. Encyclopedia of Internet Technologies & Applications， 2012， 58（2）：1869 - 1877.

[3]Rosenberg J， Schulzrinne H. Reliability of Provisional Responses in Session Initiation Protocol （SIP）[M]. RFC Editor， 2002.

[4]Holmberg C. This document defines how an endpoint can indicate exclusive support of RTP/RTCP multiplexing using the Session Description Protocol （SDP）.[J].2015.

[5]逄海川，王學剛，李廣林.SIP協議的研究[J].科技視界，2013（6）：36-37.

[6]常海濱.嵌入式系統中SIP協議在VOIP的應用及實現[J].電子設計工程，2016，24（10）：94-96.endprint