一种SIP协议在无线专网下的转换方法

罗有平+周炳然

摘要：随着统一通信系统从固网向无线专网的应用延伸，SIP协议的转换问题成为了关键技术之一。首先介绍了无线专网环境的特点、SIP协议功能，然后提出一种SIP协议转换方法，该方法基于XML编码、编码映射，解决SIP协议在无线专网环境下的轻量化问题。试验结果表明该转换方法可实现统一通信系统应用于资源受限的无线专网中。

关键词：SIP协议；无线专网；转换；轻量化

中图分类号：TN915.04 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）09-0041-03

1 引言

统一通信系统打破原有“烟囱”式的业务提供模式，把计算机技术与传统通信技术融为一体，提供VoIP（Voice over Internet Protocol）、视频通信、即时通信、协同办公等业务能力，通过多样化的终端，向用户提供随时随地、随心随意的融合语音、视频和数据的多媒体通信[1]。

为提供自由、高效的沟通与信息共享，统一通信系统需要从固网延伸到无线专网。由于国内外各大厂商提出的统一通信方案均采用SIP（Session Initiation Protocol）协议进行会话控制，采用IP（Internet Protocol）协议进行数据传输，通过应用服务器AS（Application Server）提供各项统一通信应用业务，如何解决SIP协议在无线专网下的轻量化问题成为关键技术之一。

2 无线专网环境

无线专网的通信环境与固网存在较大差别。当前固网通信环境一般都会配备大量固定通信基础设施，如光纤、网线、电话线、蜂窝移动网、无线接入点等，网络带宽高且连接稳定。但无线专网环境不同，首先无线通信信道多样，包括超短波、散射、卫星等，这些不可靠的通信链路，即使完全发挥功效，其带宽也要比固网中的带宽低很多，其次是传输带宽从几十M到几十K急剧变化，带来时延抖动，再次是環境恶劣。

无线专网由于资源受限、环境恶劣、通信带宽低且不稳定等特点，决定了SIP协议不能直接应用于无线专网，这为实现统一通信系统在无线专网的延伸应用带来了一定困难。需要针对无线专网的自身特点和特殊需求，借鉴二进制消息、XML（eXtensible Markup Language）和XMPP（eXtensible Messaging and Presence Protocol）协议，设计一种SIP协议在无线专网下的转换方法。

3 SIP协议

SIP协议是一种在IP网络中建立、修改和终止多媒体会话的应用层协议，它是因特网工程任务组IETF（Internet Engineering Task Force）在多媒体协议体系的一部分[2-4]。其应用包括语音、视频、消息、呼叫控制和状态呈现等。

SIP协议采用IP网络的客户机/服务器网络结构，通过客户机和服务器之间的请求和响应完成呼叫控制和信息传送任务[5]。其独立于传输协议，可以在TCP、SCTP和UDP上承载，SIP协议的结构如图 1所示。

SIP协议共定义了14种方法：INVITE、ACK、BYE、CANCEL、REGISTER、SUBSCRIBE、PUBLISH、NOTIFY、UPDATE、MESSAGE、PRACK、INFO、REFER和OPTIONS。该协议是基于文本的协议，与互联网中HTTP（HyperText Transfer Protocol）协议基本一致，易于调试排错，结构灵活，便于扩展，语法简单[6]。SIP在传送呼叫信令的同时，利用会话描述协议SDP（Session Description Protocol）在消息体中承载媒体类型等信息，即呼叫和媒体控制信息同时传送，实现用户之间的媒体协商功能。

4 SIP协议转换方法

4.1 私有协议框架

通过借鉴二进制编码，XMPP协议架构和数据字典等各自技术优点，采用基于XML编码和数据字典映射的方法，将SIP协议转换为一种适用于无线信道传输的私有协议。其消息结构为：

……

……

4.2 Attribute字典

私有协议中m元素必须，h、b元素可选，消息体中各字段含义见表 1，分别与SIP消息体中各头域字段对应，由于篇幅受限，仅列出部分属性字典。

4.3 Value字典

本转换方法包含了统一通信系统中的SIP、XCAP和MSRP协议的映射值，分别以1XXX、2XXX、3XXX进行编码，私有协议编码映射见表 2，这里仅列出部分SIP协议消息编码值的映射。

5 试验结果和分析

5.1 试验环境

引入sigTransProxy软件模块，实现统一通信系统中SIP、XCAP及MSRP协议与基于XML格式的私有协议的相互转换，便于在专网无线信道下传输。SIP协议转换的试验网络图如图 2所示。

可以将sigTransProxy部署在下列应用场景中：

（1）如果终端与CSCF之间是无线信道，则部署在终端与CSCF之间；

（2）如果域间是无线信道，则部署在跨域的CSCF之间，域间CSCF接入点变为sigTransProxy的地址和端口号；

（3）如果CSCF与应用服务器之间是无线信道，则部署在CSCF与应用服务器之间。

5.2 信令转换压缩

下面以INVITE事务为例，会话过程信令流程消息转换如图 3所示，消息转换长度对比见表 3。可见压缩比极高。其他REGISTER事务、SUBSCRIBE事务、MESSAGE事务、XCAP事务、MSRP消息转换与INVITE事务类似。endprint

5.3 对比试验

在误码率为1.00E-04，带宽为2M，时延为100ms的无线信道环境下，针对即时消息、音视频呼叫分别进行10次业务测试，测试数据见表 4。测试结果的成功次数表明：未进行协议转换，统一通信系统在无线专网下基本不可用，引入协议转换模块后，业务成功率极大提高，统一通信系统达到可用的程度。

6 结语

本文提出的基于XML编码、编码映射转换方法，是对统一通信系统中呈现信息、群组管理、即时消息、音视频会话等业务的信令协议进行压缩，大幅降低统一通信系统协议传输开销，解决了SIP协议在无线专网环境下的轻量化问题。试验结果表明，该转换方法可实现将统一通信系统应用于环境受限的无线专网中。

參考文献

[1]陈立水，王俊芳，赵进平，等.统一通信技术研究及展望[J].无线电通信技术，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，王学刚，李广林.SIP协议的研究[J].科技视界，2013（6）：36-37.

[6]常海滨.嵌入式系统中SIP协议在VOIP的应用及实现[J].电子设计工程，2016，24（10）：94-96.endprint