王 冬 ，班正宇

（1.瓊州學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，海南 三亞 572022；2.海南省嵌入式系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 三亞 572022）

傳統(tǒng)程控交換使用硬件電路實(shí)現(xiàn)硬交換，而軟交換是指用軟件實(shí)現(xiàn)電話(huà)交換能力，軟交換則采用服務(wù)器+軟件的形式實(shí)現(xiàn)電話(huà)的尋號(hào)/接續(xù)/呼叫流程處理。VoIP（Voice over Internet Protocol）是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)字化或分組化的語(yǔ)音傳輸技術(shù)，會(huì)話(huà)發(fā)起協(xié)議（SIP）是VoIP中常用的控制協(xié)議。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，移動(dòng)設(shè)備用戶(hù)可根據(jù)需要連接互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)今移動(dòng)設(shè)備終端中最流行的操作系統(tǒng)是Android系統(tǒng)，因此，只要在Android系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)支持SIP協(xié)議的軟件，就能夠運(yùn)用VoIP技術(shù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話(huà)。

目前已有的SIP軟交換系統(tǒng)的硬件由SIP服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備（如交換機(jī)）和SIP電話(huà)機(jī)構(gòu)成，因此存在成本過(guò)高、終端設(shè)備易損壞、攜帶不便等缺點(diǎn)，而本研究實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)則由SIP服務(wù)器、Wi-Fi和智能手機(jī)構(gòu)成。這樣使智能手機(jī)軟件代替了終端設(shè)備的電話(huà)機(jī)，節(jié)省了成本，軟件實(shí)現(xiàn)方面，本系統(tǒng)結(jié)合SIP軟交換系統(tǒng)和SIP數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用Android系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端設(shè)備的語(yǔ)音通話(huà)功能，擴(kuò)展了SIP軟交換系統(tǒng)的功能和服務(wù)質(zhì)量[1-2]。

1 系統(tǒng)需求分析

從功能可將系統(tǒng)劃分為以下兩部分。

（1）服務(wù)器功能。服務(wù)器是為用戶(hù)提供信息交換和信息處理而開(kāi)發(fā)的，所以它必須具備信息處理功能和信息交換功能。

（2）Android客戶(hù)端功能?？蛻?hù)端必須具備連接服務(wù)器IP地址的功能、發(fā)送語(yǔ)音消息功能以及解析收到的數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)還原為語(yǔ)音消息的功能。

頂層數(shù)據(jù)流圖如圖1所示。

圖1 SIP系統(tǒng)軟件頂層數(shù)據(jù)流圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 Proxy Server的運(yùn)作模式

以圖 2為例，A（201@192.168.6.5）先送出一個(gè)INVITE信息呼叫 B（201@192.168.6.3），Proxy Server收到后則進(jìn)行查詢(xún)，由查詢(xún)結(jié)果可知目前B實(shí)際的地址為202@192.168.6.3，于是 Proxy Server便會(huì)再以 202@192.168.6.3發(fā)出INVITE信息，B在回復(fù)200 OK時(shí) （200表示服務(wù)器回送的響應(yīng)狀態(tài)碼，OK表示請(qǐng)求成功），會(huì)將200 OK的Response（響應(yīng)）傳給 Proxy Server，再由 Proxy Server轉(zhuǎn)送給A。

圖2 代理服務(wù)器運(yùn)作模式

2.2 Android外線呼叫運(yùn)作模式

Android外線呼叫運(yùn)作模式如圖3所示。其關(guān)鍵步驟與內(nèi)線呼叫類(lèi)似，主要區(qū)別步驟在于：F8、F9網(wǎng)關(guān)向Proxy回送183 Session Progress響應(yīng)，表示呼叫已在處理[3]。

圖3 Android外線呼叫時(shí)序圖

2.3 系統(tǒng)可移植性

軟件的可移植性是指在一定程度上，軟件從一種環(huán)境移植到另一種環(huán)境后還能正常工作的能力，屬于軟件質(zhì)量的范疇，良好的可移植性可延長(zhǎng)軟件的生命周期。

原有的SIP軟交換系統(tǒng)大部分模塊均采用跨平臺(tái)的Java開(kāi)發(fā)，但也有部分模塊或局部地區(qū)是采用C開(kāi)發(fā)的，如版權(quán)認(rèn)證模塊。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的可移植性，最簡(jiǎn)單的方法就是完全采用Java來(lái)開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)。

版權(quán)認(rèn)證模塊的改良與設(shè)計(jì)：對(duì)于服務(wù)器軟件，版權(quán)認(rèn)證最重要的就是能試用于多網(wǎng)卡和群服務(wù)器，并且認(rèn)證文件不被篡改、破解，這里使用serial（序列號(hào)）+MAC（地址）+max（最大用戶(hù)數(shù)）+expiration（到期日期）+key（許可證密匙）的認(rèn)證方式，通過(guò) license.xml文件來(lái)承載認(rèn)證信息，將license.xml文件傳給客戶(hù)，復(fù)制到系統(tǒng)的特定位置，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)通過(guò)構(gòu)造XML解析器來(lái)解析license.xml文件核對(duì)信息完成認(rèn)證[4]。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)E-R圖

SIP服務(wù)器的實(shí)體E-R圖如圖4所示。

圖4 網(wǎng)關(guān)E-R圖

其主要屬性如下。（1）Android客戶(hù)：記錄每個(gè)連接到服務(wù)器的客戶(hù)端 IP地址；（2）IP地址：SIP服務(wù)器 IP地址；（3）客戶(hù)端編號(hào)：客戶(hù)端連接服務(wù)器后，服務(wù)器將分配一個(gè)短號(hào)給客戶(hù)端，客戶(hù)端可通過(guò)短號(hào)相互呼叫；（4）最大連接數(shù)：連接到服務(wù)器的客戶(hù)端最大數(shù)量；（5）時(shí)間：服務(wù)器啟動(dòng)的時(shí)間；（6）服務(wù)器記錄：記錄服務(wù)器運(yùn)行信息；（7）網(wǎng)關(guān)：撥打外線電話(huà)時(shí)，需要通過(guò)網(wǎng)關(guān)。

Android客戶(hù)端實(shí)體E-R圖如圖5所示。

圖5 Android客戶(hù)端E-R圖

其主要屬性如下。（1）手機(jī)IP：每個(gè)連入網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)都分配唯一的IP地址。（2）服務(wù)器地址：SIP服務(wù)器IP地址。（3）被尋呼者：記錄被呼叫的另外一個(gè)客戶(hù)端別名（編號(hào)）。（4）客戶(hù)端編號(hào)：本手機(jī)的客戶(hù)端編號(hào)。（5）服務(wù)器類(lèi)型：即SIP服務(wù)器。（6）解碼編碼器：客戶(hù)端撥打電話(huà)時(shí)，需要將語(yǔ)音消息編碼成二進(jìn)制代碼，而被呼叫的客戶(hù)端收到信息時(shí)需要將二進(jìn)制代碼解碼為原來(lái)的語(yǔ)音消息。

3.2 數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)一共使用了47張數(shù)據(jù)表，由于表與表之間的關(guān)系過(guò)于復(fù)雜，因此只選出其中具有代表性的兩張表。注意SIP服務(wù)器表和Android客戶(hù)端的表并沒(méi)有列出來(lái)，以下的兩張表足以說(shuō)明SIP服務(wù)器和Android客戶(hù)端的關(guān)系，spm_job表用于保存服務(wù)器運(yùn)行時(shí)的信息，id為主鍵。如表1所示。

表1 spm_job表

t_gw_extension主要用來(lái)保存網(wǎng)關(guān)信息記錄，gw_id為主鍵，如表2所示。

表2 t_gw_extension表

4 系統(tǒng)運(yùn)行與測(cè)試

4.1 SIP軟交換系統(tǒng)健壯性和穩(wěn)定性運(yùn)行與測(cè)試

在以太網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜的環(huán)境下，SIP軟交換系統(tǒng)作為服務(wù)器軟件，必須能穩(wěn)定運(yùn)行并對(duì)用戶(hù)提供可靠高效的服務(wù)。系統(tǒng)除了能處理正常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還應(yīng)該能夠及時(shí)識(shí)別和丟棄以太網(wǎng)中“非法”的無(wú)用數(shù)據(jù)包，即系統(tǒng)本身應(yīng)該具有數(shù)據(jù)包的過(guò)濾方法與策略。

為研究SIP數(shù)據(jù)包的格式，本設(shè)計(jì)抓取某SIP軟交換系統(tǒng)服務(wù)器網(wǎng)卡收發(fā)的SIP協(xié)議的數(shù)據(jù)包。利用網(wǎng)絡(luò)抓包工具Wireshark（一款免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議檢測(cè)程序）。抓取數(shù)據(jù)包的步驟如下。（1）選取抓獲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備列表；（2）打開(kāi)一個(gè)接口開(kāi)始捕獲數(shù)據(jù)包；（3）數(shù)據(jù)包的過(guò)濾設(shè)置；（4）捕獲數(shù)據(jù)包；（5）在捕獲到所需數(shù)據(jù)包后，根據(jù)需要進(jìn)行后續(xù)工作[5]。

在接收到一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時(shí)，在協(xié)議棧的數(shù)據(jù)從底部啟動(dòng)，同時(shí)消除對(duì)報(bào)文協(xié)議報(bào)頭的層。協(xié)議必須檢查每一個(gè)數(shù)據(jù)包的協(xié)議標(biāo)識(shí)符頭，以確定上層協(xié)議來(lái)接收數(shù)據(jù)，然后分析可定制的規(guī)則事先需要的內(nèi)容，如數(shù)據(jù)包的源IP、目的IP和源端口號(hào)等，如圖6所示。

圖6 SIP數(shù)據(jù)包情況

4.2 SIP數(shù)據(jù)包的預(yù)過(guò)濾策略的測(cè)試和運(yùn)行

參照SIP數(shù)據(jù)包的分析，只有請(qǐng)求消息是SIP終端發(fā)向服務(wù)器的，即對(duì)服務(wù)器存在的數(shù)據(jù)包只可能是請(qǐng)求消息。因而只需要解析請(qǐng)求消息，在服務(wù)器正式解析之前提前識(shí)別并過(guò)濾有可能影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)包，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行[6]。具體步驟如下。

（1）解析前預(yù)處理方法：限制“合法”數(shù)據(jù)包最小長(zhǎng)度，小于最小長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包全部丟棄，最小長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活確定。

（2）檢索數(shù)據(jù)是否含有行結(jié)束標(biāo)志 CRLF（Windows）或者 LF（UNIX/Linux）。

（3）檢索 Request-Line中是否含有 SIP版本信息（如SIP/2.0）。

（4）檢索 Request-Line中是否包含 Method關(guān)鍵字。

（5）檢索Request-Line中Request-URI是否符合規(guī)定格式。

SIP系統(tǒng)本身也要對(duì)正常業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，在解析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包異常并及時(shí)丟棄，這樣既能保證系統(tǒng)的健壯性，又能節(jié)約系統(tǒng)解析這些異常數(shù)據(jù)包時(shí)的開(kāi)銷(xiāo)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)也保證了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)濾策略處理后，基本可以過(guò)濾掉非SIP數(shù)據(jù)包，接下來(lái)的“非法”數(shù)據(jù)包應(yīng)該就是偽SIP包或者是因?yàn)槟撤N原因?qū)е率У腟IP數(shù)據(jù)包，而這一類(lèi)數(shù)據(jù)包暫時(shí)不必進(jìn)行過(guò)濾，可將其視為正常數(shù)據(jù)包[7]。運(yùn)行效果如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)包的過(guò)濾運(yùn)行圖

圖7說(shuō)明SIP軟交換系統(tǒng)能抓取所有的網(wǎng)絡(luò)流量，過(guò)濾出SIP消息，測(cè)試SIP消息能否能順利發(fā)出。

本研究對(duì)SIP軟交換系統(tǒng)在Android平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)始終遵循審視問(wèn)題、分析問(wèn)題、升華問(wèn)題、解決問(wèn)題、總結(jié)擴(kuò)展的方針路線，從軟件品質(zhì)擴(kuò)展的角度對(duì)SIP軟交換系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)包過(guò)濾策略可對(duì)服務(wù)器軟件的維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)安全的構(gòu)筑提供參考和借鑒。而系統(tǒng)硬件則由SIP服務(wù)器、Wi-Fi和智能手機(jī)構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)中小企業(yè)網(wǎng)內(nèi)智能手機(jī)免費(fèi)通話(huà)，同時(shí)也可撥打外線電話(huà)，可降低企業(yè)內(nèi)通信成本，具有進(jìn)一步挖掘的市場(chǎng)潛力。

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