張運(yùn)福，鐘志強(qiáng)，陳宏波

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶400030）

·微機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信·

一種適合無(wú)線信道的無(wú)中心呼叫接續(xù)信令

張運(yùn)福，鐘志強(qiáng)，陳宏波

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶400030）

針對(duì)無(wú)線信道數(shù)據(jù)傳輸不可靠以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，分析了目前基于SIP在無(wú)線信道應(yīng)用中存在的信令長(zhǎng)度較長(zhǎng)、壓縮不夠徹底，從而浪費(fèi)無(wú)線信道資源的問(wèn)題。針對(duì)傳統(tǒng)有中心的SIP會(huì)話協(xié)議不再適合無(wú)中心的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，提出一種適合無(wú)線信道的無(wú)中心呼叫接續(xù)信令。介紹了無(wú)中心呼叫接續(xù)信令的設(shè)計(jì)方法，分析了該信令的特點(diǎn)，并詳細(xì)介紹了無(wú)中心呼叫接續(xù)信令的格式和呼叫接續(xù)流程。該信令極大縮短了接續(xù)信令長(zhǎng)度，從而節(jié)約了寶貴的無(wú)線信道資源，提高了在惡劣無(wú)線環(huán)境中話音呼叫的接通率，最后給出了該設(shè)計(jì)的測(cè)試結(jié)果和結(jié)論。

無(wú)中心；動(dòng)態(tài)拓?fù)?；接續(xù)信令；SIP協(xié)議；IP電話；無(wú)線信道

1 引 言

SIP（Session Initiation Protocol）會(huì)話初始協(xié)議，是IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任務(wù)組）推出的用于IP電話的信令協(xié)議［1－2］。其基本功能是通信會(huì)話的建立、釋放、修改以及終端通信能力的協(xié)商。在基于SIP協(xié)議的應(yīng)用中，每一個(gè)會(huì)話可以是各種不同的內(nèi)容，可以是文本數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)，也可以是諸如游戲等應(yīng)用數(shù)據(jù)［3］。由于其靈活性、可擴(kuò)展性以及處于發(fā)展階段，使其可以比較容易的實(shí)施。3GPPR5明確提出采用它作為網(wǎng)絡(luò)會(huì)話控制協(xié)議。

SIP是一個(gè)應(yīng)用層控制協(xié)議，其最初是為了帶寬資源豐富的Internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)的，沒(méi)有過(guò)多的考慮帶寬問(wèn)題。但由于SIP信令過(guò)于冗長(zhǎng)，直接用于帶寬寶貴的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，使得呼叫建立花費(fèi)太多時(shí)間，不利于其應(yīng)用與發(fā)展［3］。

2 SIP在無(wú)線信道應(yīng)用中存在的問(wèn)題

SIP的消息長(zhǎng)度一般為幾百到幾千字節(jié)，即使采用SigComp［4］等信令壓縮技術(shù)，壓縮率達(dá)到50%，SIP消息的長(zhǎng)度也依舊很大，而且壓縮與解壓縮也會(huì)占用一定的時(shí)間。而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的帶寬是有限的，在有限的帶寬中應(yīng)用SIP，不但浪費(fèi)寶貴的無(wú)線資源，而且會(huì)造成較大的傳輸時(shí)延，會(huì)話的建立時(shí)間也會(huì)激增。

在SIP標(biāo)準(zhǔn)中，節(jié)點(diǎn)在會(huì)話建立前需在注冊(cè)服務(wù)器上成功注冊(cè)，但是在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特別是多跳的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，如果節(jié)點(diǎn)與注冊(cè)服務(wù)器通信質(zhì)量差導(dǎo)致注冊(cè)不成功，節(jié)點(diǎn)將無(wú)法與其他節(jié)點(diǎn)建立會(huì)話［5－8］。

3 無(wú)中心呼叫接續(xù)信令設(shè)計(jì)

3.1 節(jié)點(diǎn)功能

針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，為解決上述問(wèn)題，需要考慮以下幾點(diǎn)：①信令盡可能短，整個(gè)數(shù)據(jù)包控制在100字節(jié)以內(nèi)；②信令要考慮重傳和三次握手；③信令呼叫采用點(diǎn)到點(diǎn)傳輸，不需要服務(wù)器處理；④盡量降低使用無(wú)線帶寬。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了一種適合無(wú)線信道的無(wú)中心呼叫接續(xù)信令（NCHS，Non－center Handshake Signalling）。

節(jié)點(diǎn)功能：①?gòu)V播本機(jī)號(hào)碼以及呼叫號(hào)碼；②號(hào)碼管理，查找目的號(hào)碼所在的IP地址；③用戶呼叫與被呼叫狀態(tài)維護(hù)；④通話過(guò)程中發(fā)送維護(hù)信令。

無(wú)中心無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接與信令流如圖1所示。

圖1 無(wú)中心無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接與信令流

3.2 呼叫流程

NCHS用于建立和刪除通話。包括呼叫、呼叫處理、振鈴、摘機(jī)、摘機(jī)應(yīng)答、掛機(jī)、掛機(jī)應(yīng)答。節(jié)點(diǎn)成功設(shè)置號(hào)碼后，可以呼叫其他節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)呼叫前廣播查詢號(hào)碼，收到查找成功的應(yīng)答后信令就可以端到端發(fā)送。其中，呼叫處理包括呼叫應(yīng)答和應(yīng)答確認(rèn)信令。假如節(jié)點(diǎn)1客戶端呼叫節(jié)點(diǎn)2客戶端，正常會(huì)話建立以及刪除的具體流程如圖2所示。

其中，維護(hù)信令用于節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)話音狀態(tài)的維護(hù)，在通話過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)周期地發(fā)送維護(hù)信令，如果節(jié)點(diǎn)用戶在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)收到與之通話節(jié)點(diǎn)的話音維護(hù)信令消息，該節(jié)點(diǎn)用戶就掛斷與之通話的用戶相關(guān)話音。

圖2 呼叫流程

3.3 信令格式

NCHS使用IP＋UDP＋信令的封裝方式，UDP的源和目的端口號(hào)使用固定端口號(hào)，信令內(nèi)所有數(shù)據(jù)采用網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序封裝。如表1－4所示，查詢、呼叫、掛機(jī)及維護(hù)消息在最長(zhǎng)的情況下，也只有35個(gè)字節(jié)左右，加上信令的消息頭部也只有不到80個(gè)字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SIP中幾百甚至上千個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度。

表1 查詢信令格式

表2 呼叫信令格式

表3 掛機(jī)信令格式

表4 維護(hù)信令格式

3.4 信令狀態(tài)機(jī)

無(wú)中心呼叫接續(xù)信令有兩個(gè)關(guān)鍵狀態(tài)機(jī)，主叫狀態(tài)機(jī)（如圖3所示）和被叫狀態(tài)機(jī)（如圖4所示）。

圖3 主叫狀態(tài)機(jī)

圖4 被叫狀態(tài)機(jī)

4 性能分析

如表5所示，相對(duì)傳統(tǒng)基于SIP的方式以及壓縮信令的方式而言，該無(wú)中心接續(xù)信令在很大程度上縮短了信令長(zhǎng)度，從而節(jié)約了稀缺的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源。

表5 信令長(zhǎng)度對(duì)比

如圖5所示，在不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境質(zhì)量下，呼叫1000次，對(duì)呼通率進(jìn)行仿真的結(jié)果。

圖5 節(jié)點(diǎn)呼通率

如圖5所示，無(wú)中心接續(xù)信令在不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境質(zhì)量下，都高于其他兩種方案的呼通率。因此無(wú)中心接續(xù)信令能夠在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，更好地保證話音業(yè)務(wù)的順利進(jìn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

分析SIP會(huì)話控制協(xié)議應(yīng)用在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中所存在的問(wèn)題，為了解決在無(wú)中心無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)有中心的SIP會(huì)話協(xié)議不再適用，以及解決SIP信令過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，提出了一種適合無(wú)線信道的無(wú)中心呼叫接續(xù)信令。詳細(xì)介紹了無(wú)中心接續(xù)信令的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)比分析以及仿真，可以看出無(wú)中心接續(xù)信令不僅極大程度地縮短了信令長(zhǎng)度，節(jié)省了稀有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源，而且在無(wú)線通信質(zhì)量不好的情況下，提高了話音業(yè)務(wù)呼通率，保證了話音業(yè)務(wù)在惡劣環(huán)境下的正常運(yùn)行。

［1］ 賈宏，萬(wàn)曉榆，樊自甫.IMS中基于LZSS的SIP信令壓縮算法研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007，27（6）：1320－1322.

JIA Hong，WAN Xiao－yu，F(xiàn)AN Zi－fu.Research of SIP signaling compression algorithm based on LZSS in IMS［J］.JOURNAL OF COMPUTER APPLICATIONS，2007，27（6）：1320－1322.

［2］ 3GPP TS24.229 v6.0.0 IP Multimedia Call Control Protocol based on Session Initiation Protocol（SIP）and Session Description Protocol（SDP）stage 3（release 6）（2003－09）.

［3］ 柯金水，王芙蓉，戴彬，等.SIP信令壓縮的研究及其在3G無(wú)線網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.數(shù)據(jù)通信，2004（3）：36－39.

KE Jin－shui，WANG Fu－rong，DAIBin，et al.Research of SIP Signal Compression and its Application in the 3G Wireless Network［J］.DATA COMMUNICATIONS，2004（3）：36－39.

［4］ PRICER，MANOR R，BORMANNC.Signaling Compressing（SigComp），RFC3320［S］.2003.

［5］ 何青林，陳朝武，盧煜，等.基于SIP的視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電視技術(shù)，2009，33（5）：116－117.

HEQing－lin，CHEN Chao－wu，LU Yu，et al.Design and Implementation of SIP－based Video Surveillance Network System［J］.VIDEO ENGINEERING，2009，33（5）：116－117.

［6］ 竇萬(wàn)春，席曉鵬，許列飛，等.面向意外處理的工作流系統(tǒng)建模與執(zhí)行［J］.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2003，26（9）：1094－1103.

DOUWan－Chun，XIXiao－Peng，XULie－Fei，et al.Exception Handling Oriented Workflow Modeling and Its Performance［J］.CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS，2003，26（9）：1094－1103.

［7］ 趙蘊(yùn)龍，單寶龍，高振國(guó)，等.無(wú)線Mesh網(wǎng)骨干層2－終端可靠性計(jì)算策略［J］.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2009，32（3）：424－431.

ZHAO Yun－Long，SHAN Bao－Long，GAO Zhen－Guo，et al.2－Terminal Reliability Computing Strategy for Backbone of Wireless Mesh Networks［J］.CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS，2009，32（3）：424－431.

［8］ Zhao Lian－chang，Kong Fan－jia.New formula and an algorithm for reliability analysis of networks［J］.Mieroclectronics Reliability，1997，37（3）：511－518.

A Non－center Handshake Signaling for Radio Channel

Zhang Yunfu，Zhong Zhiqiang，Chen Hongbo
（Chongqing Jinmei Communication Co.，Ltd.，Chongqing 400030，China）

According to the characteristics of wireless channel unreliability and wireless network topology dynamic changing，based on the current SIP applications in wireless channel，the paper analyzes such problems as the long signaling，insufficient compression and wasting of the valuable source of the radio channel.As the traditional central SIP protocol is not suitable for the non－center wireless net，a non－center handshake signaling for radio channel is proposed in this paper.The design method of the non－center handshake signaling is introduced，the characteristic of the signaling is analyzed and the detail of the signaling format and the continual process are introduced.The length of the handshake signaling is reduced，so the source of the radio channel is saved and the put－through probability of calling is enhanced in the bad radio environment.Finally，the simulation results and the conclusions of the design are shown aswell.

Non－center；Dynamic topology；Handshake signaling；SIP protocol；IP phone；Radio channel

10.3969/j.issn.1002－2279.2015.06.007

TN9

A

1002－2279（2015）06－0026－03

張運(yùn)福（1983－），男，廣東廣州市人，學(xué)士，助理工程師，主研方向：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議設(shè)計(jì)。

2015－05－13