时间：2022-08-03 12:38:54
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇sip协议，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
中图分类号：TN915
SIP协议作为应用层信令控制协议，其连同其他协议为用户提供服务。SIP协议运用UDP传输，利用自身应用层可靠性机制确保传输信息的准确性和可靠性。SIP协议是当前使用较为广泛的VoIP协议，控制实现IP网络信令。SIP协议设计之初将协议灵活性和易用性考虑在内，却忽略了SIP协议安全性的重要性，致使，目前SIP协议安全性存在缺陷。
1 SIP协议存在的安全隐患
1.1 注册劫持
SIP协议注册指的是用户终端将自己信息注册到某个注册服务器上，在这个注册服务器上，根据address-of-record能找到该用户地址，该注册服务器可查看Register消息From字段确定消息能否修改注册用户的注册地址。但From字段可能被UA拥有者修改，这就为恶意修改注册信息提供了可能。比如，恶意攻击者可模拟UA，以检查的名义修改address-of-record相关联系地址，恶意攻击者首先注销原有合法用户注册信息，接着，修改From字段，让自己设备地址成为“合法注册用户”，通过这种修改，可让自己设备成功访问当前合法用户可访问的位置。这种形式的攻击是对无请求发送数字签名的攻击，通常情况下，大概所有的SIP UAs希望认证收到的请求，从而控制对自身资源的访问。正是这种恶意威胁的存在让SIP实体对原始请求做安全认证成为了一种必然。
1.2 伪装服务器
伪装服务器是攻击者实现攻击的一种手段，恶意攻击者常常将自己伪装成远端服务器，用户终端UA错误地被截获。例如，恶意攻击者在区域，重定向服务器在区域，恶意攻击者常将自己伪装成为在区域，一旦用户UA向区域发送消息，在区域的恶意攻击者便截获用户发往区域的请求，并假冒区域的重定向服务器向用户回答伪造的应答。这种恶意攻击严重地威胁着相当大一部分成员，一旦用户发送给区域的信息被区域截获，同时应答给用户一个伪造的应答，这样一来，以后用户UA所有的Register请求会发到区域。攻击者将应答From字段改为重定向服务器就可实现伪装服务器的目的，这就需要用户UA认证接受请求的服务器安全性[1]。
1.3 篡改消息
篡改消息分为篡改SIP消息体和篡改SIP消息头字段两种类型。篡改SIP消息体是指攻击者修改SIP消息的加密密钥，SIP UA路由必然请求通过信任的proxy服务器，UA信任proxy服务器转发请求，虽然，proxy服务器被信任，但它不希望proxy服务器得到会话密钥，这是因为，一旦proxy服务器有恶意的存在，其就会像中间人一样修改会话密钥，从而破坏原始请求UA安全。篡改消息带来的威胁不只是针对会话密钥，其对SIP端到端的内容都有一定的威胁，比如，对SDP、向用户展示的MIME包体以及电话信令等等。如果攻击者修改SDP包体，比如在RTP媒体流中安装窃听设备，那么就可以达到窃听语音通信的目的。为了保护一些重要的SIP消息头字段，UA要加密SIP包体，同时对端端之间的头字段做限制，比如对于Subject主题字段，可能出现攻击者将Subject重要请求改为次要请求，对于这种篡改SIP消息头字段的恶意攻击必须有一种安全机制来保护。但并非所有的头字段需要保护，有一部分头字段在proxy服务器处理请求的过程中合法更改的[2]。
1.4 恶意修改或结束对话
SIP根据BYE请求结束会话，有的恶意攻击者会伪造这种请求，如果伪造的请求被接收到，会话会提前被结束。比如，非会话方的恶意攻击者获得初始信息，这些初始信息包括会话双方在会话过程中的参数，一旦恶意攻击者在会话过程中发送BYE请求，当BYE请求被接收到后，会话会提前结束。除了会话终止还有恶意修改等，比如，发送re-INVITE请求改变会话。恶意攻击者之所以能恶意修改会话或者提前终止会话都是因为其在会话双方建立会话阶段捕获了一些初始消息，获取了一些重要的会话参数，比如，From字段、To字段等等，如果这些重要的会话参数被加密传输，恶意攻击者就不能伪造请求了。
1.5 拒绝服务
拒绝服务是指攻击者通过转发网络通讯堵塞其网络接口，从而使某个特定的网络节点不能正常工作，因攻击受害的可能是网络、联网主机或路由器等。常见的拒绝服务有以下两种[3]：（1）对SIP中间服务器的攻击；（2）对SIP终端系统的攻击。
2 SIP协议安全对策
2.1 网络层和传输层的安全保护
为确保消息的安全性和可靠性，要对消息进行完全加密，理论上，SIP协议由其自身底层安全机制确保自身安全，比如利用网络层IPSec、传输层TLS等加密SIP消息。但基于IPSec网络的复杂性，这种方法的成本较高，所以，考虑TLS，TLS可能遭受IP欺骗，但其作为一个能确保会话安全性的手段，可以考虑采用TLS加密SIP消息。TLS工作在应用程序和TCP层之间，面向TCP以上传输层的安全，在传输过程中，得益于其TLS套接口，消息的可靠性和机密性得到了保证。然而，对SIP服务器来说，不能维持过量的TLS负荷，其的扩展性是应该考虑的问题。
2.2 HTTP摘要认证
SIP协议常采用HTTP摘要认证机制来完成身份的认证，HTTP摘要认证可有唯一确定的用户名及密码认证一个用户，其认证机制主要有Proxy-to-User和User -to-User两种模式。其中，User -to-User只实现Register-to-User情况，因此，通过ser -to-User实现UA之间认证的可靠性并不能保证。目前，HTTP摘要认证只能实现Server在本区域UA认证，不能实现Proxy对域外UA认证、Proxy之间的认证以及UA对Server的认证。
2.3 应用层端到端加密
SIP协议可利用PGP加密方式和S/MIME加密方式来完成应用层端到端的加密，这是因为PGP和S/MIME均是公私钥和单向散列算法相结合的加密体系，均能提供数字签名、鉴别以及保密的功能，这样可确保被加密信息的机密性和真实性。但考虑到一些SIP消息头域只有对Proxy可见才行，所以，端到端的加密不一定能完成对SIP消息的完全加密。
3 结束语
本文详细地阐述了当前SIP协议存在的安全威胁，并提出了提高SIP协议安全性的一些认证机制，但这些提出的安全策略都存在一定的弊端，随着信息网络技术的不断发展，对SIP协议及其安全性要进行更深入地探讨。
参考文献：
[1]俞志春，方滨兴，张兆心.SIP协议的安全性研究[J].计算机应用，2007（11）：2124-2125.
[2]司端锋，潘爱民.IP电话中的安全性研究[J].计算机工程，2007（03）：105-107.
[3]黄元飞，金丽萍.网络与信息安全标准化现状及下一步研究重点[J].电信科学，2008（01）：23-26.
[4]薛晓飞，陈璐等.RTP基于SIP和RTP的VOIP通信[J].指挥信息系统与技术，2012（01）：68-71.
[5]赵鑫.采用无比特率编码的可管理P2P流媒体分发模式[J].指挥信息系统与技术，2012（05）：40-45.
关键词：软交换 SIP
中图分类号：TP302.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0051-01
当今社会是信息爆炸的社会，随着网络业务的飞速发展，电信网中的数据业务量越来越大。而目前许多的数据业务还在传统的公众交换电话网（PSTN）上传送，这些数据量很大的数据业务给并不适合传送数据业务的电话网造成了巨大的压力。因此，基于分组技术的数据网与电路交换网最终必将走向融合，产生下一代由业务驱动的网络即下一代网络。软交换是下一代网络交换的核心，如果说传统电信网络是基于程控交换机的网络，而下一代网络则是基于软交换的网络。
1 软交换
软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的电话，通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件（Call Manager、Call Server），实现PBX（Private Branch eXchange，用户级交换机）功能（IP PBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的PBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IP PBX应用获得了巨大成功。受到IP PBX成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是，Soft Switch（软交换）技术应运而生。软交换概念一经提出，很快便得到了业界的广泛认同和重视，ISC（International Soft Switch Consortium）的成立更加快了软交换技术的发展步伐，软交换相关标准和协议得到了IETF、ITU-T等国际标准化组织的重视。
2 SIP协议介绍
会话初始化协议SIP（Session Initiation Protocol）是一个面向Internet 会议和电话的简单信令协议。SIP协议是应用层信令协议，定义了用户间交互式媒体会话的发起，修改和终止过程，它的主要目的是为了解决IP网中的信令控制，以及同软交换机的通信，从而构成新一代的通信平台。SIP协议最早由是由MMUSIC IETF工作组在1995年研究的，由IETF组织在1999年提议成为的一个标准。 SIP主要借鉴了Web网的HTTP和SMTP两个协议。目前仍在不断的发展之中。
SIP协议可用于发起会话，也可以用于邀请成员加入已经用其它方式建立的会话，同时SIP协议的编码采用的是最基本的文本编码，使得它的通用性和保密性得到了很大的提升。同时SIP协议在信息交互时采用事务机制，每一个请求触发Server的操作方法，请求和响应构成一个事务，事务间彼此独立。在传输方面SIP协议承载在IP网，网络层协议为IP，传输层协议可用TCP或UDP，推荐首选UDP。
用SIP来建立通讯通常需要有六个步骤（如图1所示）：
（1）登记，发起和定位用户；
（2）进行媒体协商--通常采用SDP方式来携带媒体参数；
（3）由被叫方来决定是否接纳该呼叫；
（4）呼叫媒体流建立并交互；
（5）呼叫更改或处理；
（6）呼叫终止。
这六个步骤需要会话发起者A与服务器，服务器与会话接受者B之间进行11次会话协商，分别为：
（1）用户摘机发起一路呼叫，终端A向该区域的服务器发起lnvitc请求；
（2）服务器通过认证/计费中心确认用户认证已通过后，检查请求消息中的Via头域中是否已包含其地址。若已包含，说明发生环回，返回指示错误的应答；如果没有问题，服务器在请求消息的Via头域插入自身地址，并向lnvitc消息的To域所指示的被叫终端B转送lnvitc请求；
（3）服务器向终端A送呼叫处理中的应答消息，100Trying；
（4）终端B向服务器送呼叫处理中的应答消息，100Trying；
（5）终端B指示被叫用户振铃，用户振铃后，向服务器发送180Ringing振铃信息；
（6）服务器向终端A转发被叫用户振铃信息；
（7）被叫用户摘机，终端B向服务器返回表示连接成功的应答（2000K）；
（8）服务器向终端A转发该成功指示（2000K）；
（9）终端A收到消息后，向服务器发ACK消息进行确认；
（10）服务器将ACK确认消息转发给终端B；
（11）主被叫用户之间建立通信连接，开始通话。
3 结语
SIP协议在软交换网络中的应用范围非常广泛。但是现在SIP对许多传统业务的支持能力还是有限，所以对SIP协议的研究也是任重而道远。由于SIP易于扩展的特性，不同厂家的实现难免有许多自己的发挥，也加大了SIP协议互通的难度。但是无论如何，SIP的诸多优点还是有目共睹的，SIP在软交换网络中的应用必然越来越广泛。
参考文献
【关键词】SIP；H.323；XMPP；VOIP电话
【中图分类号】TP3 11.1 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01―0085―02
1 引言
VOIP（基于网络的语音传送）是语音通信发展的趋势。大多数电信厂商均认为，虽然目前VOIP在语音通信流量中只占很少的比例，但随着时间的推移和技术的发展，VOIP电话语音所占比例正快速增长。作为实现VOIP系统的软交换协议，会话控制协议（SIP）和H.323、XMPP协议就是其中的三大主流技术，其中，SIP信令控制协议正越来越受到人们的关注。
2 SIP协议
SIP最早源于二十世纪九十年代中期哥伦比亚大学提出的研究成果，后经IETF的一个标准化应用控制（信令）协议。众所周知，它可用来建立、修改以及终止多个参与者参加的多媒体会话进程。参与会话的成员可以通过单播连网、组播方式或者两者结合的形式进行通信。并能动态调整和修改会话属性（如会话带宽要求、传输的媒体类型、媒体编解码格式等）。
SIP协议中有客户机和服务器之分。客户机是向服务器发送sIP请求并能够与服务器建立连接的终端应用程序。用户（User Agent）和（Proxy）中都包含客户机的应用。服务器是一个逻辑实体，它响应客户机发出的SIP请求，提供接收、拒绝和重定向等服务，并回送应答的应用程序，主要包括用户服务器、服务器、重定向服务器、注册服务器等四类服务器：
SIP协议最初规定了六种信令：REGISTER、INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTIONS。其中REGISTER用于客户端向注册服务器等级和绑定用户的位置等消息；INVITE和ACK用于创建会话呼叫，成功建立呼叫会话，或者用于改变已经建立以后会话属性；BYE用以终结和断开已经建立的会话；CANCEL用于终止已经发起但还未完全建立会话的请求；OPTIONS用于查询其它用户和服务器能力。
SIP在设计上充分考虑了对其它协议的扩展适应性。它支持许多种地址描述和寻址，包括用户名@主机地址；被叫号码@PSTN网关地址；Tel：010-5 9988888普通电话的描述等。这样，SIP主叫按照被叫地址就可以识别出被叫在模拟电话网络上的位置，然后通过一个与模拟电话网络相连的语音网关发起请求呼叫。
SIP主要支持三种方式建立呼叫，包括：由用户客户机（UAC）直接向用户服务器（UAS）发起的呼叫，由用户客户机在重定向服务器的协助下进行的重定向呼叫和由服务器代表用户客户机向被叫发起呼叫。图1是由SIP建立呼叫的模型。
3 SIP和H.323、XMPP协议的比较
SIP和H.323、XMPP协议都是作为多媒体通信的应用层控信令协议设计的。H.323试图用VOIP电话替换传统的模拟通信，且只是传输方式由原来的电路交换变成了分组交换，就如同模拟传输变成数字传输。XMPP（可扩展通讯和表示协议）以Jabber协议为基础，可用于服务类实时通讯、表示和需求响应服务中的XML数据元流式传输。而SIP协议侧重于将IP电话作为因特网上的一个应用，相比较于较其它协议（如FTP，E-mail等），虽然都利用RTP作为媒体传输的协议，但H.323是一个相对复杂的协议，增加了信令和QoS的要求。
H.323采用基于抽象语法标记ASN.1和压缩编码规则的简洁的二进制编码规则发送其各种形式的信息。XMPP是基于可扩展标记语言（XML）的协议，它继承了在XML环境中灵活的扩展性，因此，基于XMPP的应用具有超强的可扩展性。而SIP以文本形式描述的协议，类似于HTTP。基于文本的编码协议，能够显而易见的表示其头域的意义，如From、To、Subject等域名。过去的实践，已经充分证明了这种不需要复杂文档说明的标准的优越性。
在电话会议支持方面，由于H.323协议中规定由多点控制单元（MCU）集中控制会议各种功能，要求所有参加会议终端都将控制消息发送到MCU，MCU极有可能成为电话会议的瓶颈；另外H.323协议只支持信令的单播功能，而不支持组播功能，限制了协议的可扩展性，同时也降低了可靠性。虽然XMPP是支持组播的消息类型，但协议本身仍需为创建方便和高效的多人视频会议进行完善。而SIP协议设计之初就设立了分布式的呼叫机制，其组播功能不仅能够便于会议控制，而且简化了用户的定位、邀请群组等，并且节约了宽带的占用。
H.323中专门定义了用于增值业务的协议，比如H.450.1、H.450.2和H.450.3等。XMPP协议经过扩展以后，可以通过发送扩展的信息来处理用户的需求，以及在XMPP的顶端建立如内容系统和基于地址的服务等应用程序。同样，SIP协议也可以非常方便地支持补充业务或智能业务。只要充分利用SIP已定义的方法和头域，就可以轻松实现对这些业务的支持。对于无法通过现有的方法和头域实现的业务，因SIP本身就是一种可扩展的协议，所以也可以通过扩展特定的方法和头域实现相应的智能业务，并在体系结构中增加业务，提供一些补充服务或与智能网设备的接口。
在H.323中，呼叫建立过程涉及到三条信令信道的协调，呼叫建立所需的时间很长。XMPP使用订阅协议管理多方通信中的带内通信（主要是多方数据通信），并为带外多方通信提供基础平台。在SIP中，会话请求过程是和媒体信道协商过程等一起建立的。尽管第二版的H.323协议，已经优化了呼叫请求的过程，缩短了呼叫建立会话的时间，但仍无法与SIP只需要1.5个回路时延建立呼叫相提并论。并且，H.323的呼叫信令通道和H.245控制信道需要依赖可靠的传输协议。而SIP独立于低层协议，一般使用UDP协议，通过利用自己信令层的可靠性机制来保证消息的可靠传输。
4 企业SIP电话设计方案
考虑SIP在企业网中的实际应用，本文按照SIP协议规范提出了一套VOIP电话系统设计方案，SIP终端不仅可以在企业内部网络正常应用，也可以透过企业防火墙借助互联网进行应用，图2其系统结构示意图。也就是说，企业IP电话网络中使用私有地址的SIP终端可以作为被叫被外界SIP终端呼叫。这样VOIP在企业网络的应用才有意义。
4.1 系统基本工作流程
用户注册：用户通过客户机自动向SIP服务器端发送注册信息；该服务器的SIP注册服务模块接收注册信息后，要先对客户端进行身份验证，确认其合法后再对该用户的状态信息、IP地址信息等进行更新。
会话建立：用户A准备发起一次与用户B通话时，首先A通过其用户客户机将会话请求传至SIP服务器，之后通过该服务器进一步查找用户B的有关信息，并进行精确定位，服务器判定用户B是否具有接通能力，如果可以则将用户A的呼叫请求直接转发给用户B，否则服务器直接向A返回拒绝信息。
通话过程：如果A和B之问的通信链路建立成功，则他们之间直接进行通信直至会话结束，通话结束时向服务器发送会话结束请求。
4.2 系统协议结构
由于SIP仅是会话初始化协议，不能像H.323协议的通信系统那样提供全部的语音会话业务，必须协同其他协议共同来建立一个完整的多媒体业务体系结构，本方案采用的协议结构如图3。在应用层，SIP协议主要负责会话的建立、管理以及性能协商等任务，由于SIP协议本身提供了可靠的响应机制，故在传输层选用UDP协议也能保证信令的正确传输。实时流协议（RTSP）用于控制“一点到多点”的多媒体数据流。系统采用了资源预留协议（RSVP）和实时传输控制协议（RTCP），以确保系统具有较高的服务质量。资源预留协议规定和分配了IP网络的资源保护技术，可将资源预留给一个或多个给定的会话，并且该会话优先于任何试图参与双方之间的其它媒体交换；实时传输控制协议用来检测并潜在地解决发送问题，从而监控会话质量和检测网络问题以达到对QoS的监控。
实时传输协议（RTP）用来实现端到端的语音数据的实时传输业务。由于使用UDP协议，得到了端到端的QoS支持，基于SIP协议的IP电话系统，在网络带宽被其它业务负载较重时，可以降低在超时连接时导致呼叫建立的延迟，因此本方案在传输层选用无状态的UDP来传送语音信息。这里以将RTP看作是在UDP协议上运行应用服务，构成支持实时数据传递所需的传输功能的不同部分。
5 国内外SIP协议的应用
自2000年6月，瑞典举行的Voice On the Net 2000展示会以来，VOIP主流通信协议的发展和变化一直为人们所重点关注。
目前，采用H.323的VOIP服务对终端设备的要求较高。XMPP协议是IETF近期的标准，有待进一步完善。而SIP协议优势非常明显，它简单灵活、分布控制，而且极易与其它服务集成。因此，在开发VOIP产品的同时，要关注SIP的发展，借鉴其有用之处。不可否认，在整个电信网络中，一直存在采用H.323协议统一VOIP实现的呼声，不过，电信厂商和运营公司均承认SIP的灵活性，并已采取行动利用SIP协议开发相关应用产品。
微软公司：早在2000年，微软公司就推出了基于SIP协议的即时通信产品，经过不断优化和升级，其最新的版本是LYNC 2013，LYNC 2013提供了在线状态、即时消息、语音、视频、WEB会议等功能，已经占据了国际统一通信大部分市场。
AVAYA：从2004年就已经开始着手基于SIP的产品及解决方案的研发，而Avaya在SIP上的定位也非常明确，所以在解决方案的规划上，Avaya力求把SIP和原有的应用层解决方案紧密融合。并在原有应用的基础上扩展由于SIP的引入而增加的新的功能。CCS服务器是Avaya最新的SIP服务集成解决方案，CCS服务器集成了SIP中几乎所有的主要服务器功能，为企业基于SIP的通信网络提供集成的服务。
华为公司：近年来，华为公司认为随着基于SIP的VoIP实现门槛越来越低，语音业务将逐步退出主导地位，成为一种最基本的业务。因此，华为公司不仅仅了基于SIP的语音网关产品，如：迅时MX51系列语音网关；还推出了基于SIP的融合通信产品eSpace。
据美国一家资讯公司对VOIP相关协议的实际应用情况和未来前景的预测，到2015年，SIP应用将达到全部VOIP相关安装协议的46%，而H.323今后的应用比例将逐步下降。
【关键词】SIP协议PJSIP协议栈音视频通信FFMPEGSDL
一、SIP简述
SIP称为会话初始化协议，是由Internet工程任务组IETF于1999年提出的一个实现实时通信应用的信令协议。这里，会话是指用户之间的实时数据交换。SIP协议作用于建立、修改、释放多媒体会话。其中，会话可以是不同的数据，例如：数字化后的音、视频数据等。因此，SIP的应用具有很大的灵活性。
二、设计方案
SIP的主要部件包括用户、服务器、重定向服务器以及注册服务器。SIP呼叫建立正是依赖这些功能实体来实现。用户由用户客户端和用户服务器组成。前者只用于初始SIP请求，并负责发起呼叫；后者主要实现呼叫的接收并做出相应的响应。服务器具有解析能力，主要用于接收用户发来的请求，根据网络策略将请求发给相应的服务器，并根据服务器的应答对用户做出响应，也可以将收到的消息做适当的修改后再发出。重定向服务器将获得的呼叫的下一跳地址信息告诉呼叫方，呼叫方由此地址直接向下一跳发出申请，而重定向服务器则退出这个呼叫控制过程。注册服务器用来完成用户服务器的登录。在SIP系统中所有的用户服务器都要在网络上注册、登录，以便用户客户通过服务器能找到。
基于SIP协议的音视频终端的实现主要由信令控制协议-SIP协议协同音视频处理模块、媒体传输控制模块、界面控制模块这四个模块。在整个设计中，界面控制建立起用户与底层实现的桥梁，主要使用C#来进行相应的界面布局。信令控制模块由SIP协议来实现，用于实现呼叫建立、更新会话和拆除会话等功能，并向界面控制模块提供一些必要的接口。音视频处理模块主要实现的音视频数据的采集、多媒体数据流编解码、图片渲染、音频播放。媒体控制协议由RTP/RTCP协议来实现，RTP主要负责流媒体数据的封装，以及媒体流的实时传输，而RTCP主要负责不同通信实体之间交换控制信息，管理传输的质量，提供流量的控制以及拥塞控制等服务。
2.1SIP通信控制模块
在信令控制控制中，本设计采用开源的PJSIP协议栈。首先是因为PJSIP的代码层次非常的清晰，从低级到高级都提供很方便的接口调用以供开发，而且对接口提供了详细丰富的文档说明和相当多的测试案例，大大缩短开发周期；其次，它高度的可移植性也为开发人员带来了极大的便利，只需要编译一次就可以在多种平台上运行；再次，它高效的性能也保证了在低配置的终端也能带来良好的通话体验。最后，PJSIP支持多种SIP功能及扩展功能，例如多人会话、即时消息、IMS等等。
2.2音视频处理模块设计
由于是基于windows系统平台开发，所以音视频数据的采集都采用Windows自带的API函数库。音频的采集和播放采用的就是Windows Multimedia API，waveInXXX类的函数用于采集，waveOutXXX类函数用于播放。而视频的采集采用的是Windows的DirectShow，运用DirectShow我们可以很方便的从支持WDM驱动模型的采集卡上捕获数据，并且进行相应的后期处理乃至存储到文件中。视频的渲染则是采用SDL来完成，SDL是一个跨平台的音视频渲染库，可以实现Linux，MAC，IOS，Android以及windows平台的音视频渲染。
音视频数据的数据量通常比较大，未经过压缩编码的视频在因特网上的传输效率十分低下，而且占用大量的网络资源，造成网络堵塞。音视频编码方面，本设计采用开源框架FFMPEG，这是一款非常强大的视频处理的开源框架。它支持丰富的视频编解码种类如VP8，H.263，H.264等，编解码效率高效。音频的编解码主要实现了G711，G729，iLBC，Speex等标准。
三、结束语
SIP协议简单、通用性好，而且移植性强等特点得到大家的关注。基于SIP协议的软交换新技术的研究和应用，将使视频通信进入一个新的发展和应用时期。
参考文献
[1] BUR GOODE.Voice Over Internet Protocol.ProCeeding of the IEEE.2003
[2]司瑞峰，韩心慧，龙勤，潘爱民. SIP标准中的核心技术与研究进展.软件学报. 2005
[3]白建军，彭晖，田敏. SIP揭秘.北京：人民邮电大学. 2003
关键词：Android系统；SIP协议；旅游信息终端；RTP
传统的旅游信息是在Web网页上的，可能存在很多缺点，比如：信息混乱，内容复杂，广告多，搜索时间长，用户界面的视觉效果差等等。用户经常花费很多时间用来搜索信息，但是通常却找不到他们想要的信息。手机对人们来说，或许已成为必不可少的一部分，因此对更多人来说其成本更低，使用更为方便快捷。目前，市面上并没有一个完整的旅游信息平台。
本文提出了一个基于Android技术的旅游信息系统应用程序。旅游信息终端的通信架构是基于SIP（会话初始协议）协议设计的，其中浏览旅游信息的音频和视频模块是基于H.264协议和RTP（实时传输协议）设计的。旅游信息是通过区域实现模块分化的，用户可以选择景点并播放关于该景点的音频或视频信息，或者阅读图片和文本信息，从而选定最感兴趣的景点游玩。
1.技术原理
旅游信息终端使用SIP协议作为基本层。SIP协议是由IETF（因特网工程任务组）制定的多媒体通信协议，广泛用于控制交流会话。它依赖于传输层，其中会话可能由音频信息和视频信息共同构成。
SIP模块分为用户，服务器和注册服务器3部分。当用户发送一个音频或视频请求，用户首先向注册服务器发送注册请求。当注册服务器通过注册请求之后，音频或视频请求则被发送到服务器响应请求，以允许播放音频或视频信息。图1显示了一个基于SIP协议的音频或视频通信过程。
2.旅游信息终端的设计
本文提出的旅游信息终端系统采用当前最热的Android技术，如图2所示。旅游信息终端的通信架构是基于SIP协议设计的，其中浏览旅游信息的音频和视频模块是基于H.264协议和RTP（实时传输协议）设计的。该系统采用信号控制层和SIP协议共同完成信号控制。音频和视频信息传输层是实现层，包含了RTP传输模块、媒体模块及其他模块等。
当用户想看多媒体的信息时，开放媒体线程的请求被发送到服务器。多媒体信息通过H.264协议编码并压缩，然后再使用RTP协议发送到响应的接收线程中。通过H.264协议进行解码处理后，用户打开音频和视频线程查看信息。图3显示了整个处理过程。
本文的旅游信息终端以天津这个城市为例。根据天津的区域分布，旅游信息终端在此基础上按照其街区进行划分景点。天津市分为16个区，比如河北区、河西区、北城区、西青区等等（见图4）。当用户打开软件时，第一次使用会提示一个新手引导页面。每个区域的景点都有完整的信息介绍。
用户可以通过使用这个程序查看周边景点信息，也可以浏览在其他区域的景点信息。这种一站式信息检索可以为游客节省大量的时间，它让用户有更多的时间来制定一个更合理的旅行计划。当用户查询景点信息时，该软件会向用户提供多样的景点介绍方式，比如文本信息、图像信息、语音信息等等。当用户不方便阅读文本信息时，多元化的信息服务为用户提供了便捷的选择，比如通过音频信息来了解景点。
打开应用程序后，用户可以看见一些天津特色景点的推荐。用户可以通过点击景点图片从而浏览任意景点，也可以在主页面搜索景点。例如，天津五大道景点，用户可以输入天津第五大道后搜索，打开相应的景点介绍页面。在景点介绍页面，用户可以看到关于第五大道的文本、图片和视频信息。这些可以让用户更加了解第五大道，并帮助用户决断是否去参观该景点，如图5所示。
关键词:下一代网络（NGN）；软交换；SIP协议
引言
目前传统的公众交换电话网（PSTN）上传送着许多数据业务，由于快速增长的数据业务给并不适合传送数据业务的电话网造成了很大的压力。因此，基于分组技术的数据网与电路交换网最终必将走向融合，产生下一代由业务驱动的网络。软交换是下一代网络交换的核心，如果说传统电信网络是基于程控交换机的网络，而下一代网络则是基于软交换的网络。
1系统开发的技术基础
1.1软交换的概念
我国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是：“软交换是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。”
1.2 SIP协议介绍
会话初始化协议SIP（Session Initiation Protocol）是一个面向Internet 会议和电话的简单信令协议，SIP最初由IETF MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) 工作组提出。它的主要目的是为了解决IP网中的
信令控制，以及同软交换机的通信，从而构成新一代的通信平台。
2 系统的总体设计和实现
2.1系统的层次结构
软交换采用业务与交换分离的设计思想，在系统设计结构上将软交换技术应用设计为三层结构，底层为用户接入层，中间为交换支撑层，最上面是业务实现层。系统的层次结构如图1所示。
2.2呼叫管理服务器的设计与实现
呼叫管理服务器处于该体系结构中的网络控制层，它是软交换系统的核心部分。呼叫管理服务器除了完成呼叫控制、连接控制和协议处理功能外，还将提供原来由网守设备提供的资源管理、路由以及认证、计费等功能。
软交换系统的运行需要SIP协议栈和SDP协议栈。客户端应该能够产生INVITE和ACK请求，能够产生和解析Call-ID，Content-Length，Content-Type，Cseq，From和To头部字段。呼叫管理服务器应该能够接收INVITE，ACK，BYE，CANCEL和REGISTER请求，应该能够产生和解析Call-ID，Content-Length，Content-Type，Cseq，Expires，From，Max-Forwards，Via和To头部字段。为了能够使客户端和服务端能够使用RTP传输语音流，SDP协议应该能够产生和解析v，o，s，c，t，m和a头部字段。
本系统以面向对象的方法设计了一个满足系统要求的最小SIP和SDP协议栈。SIP协议栈支持INVITE，ACK，BYE，REGISTER和CANCEL请求，支持100，180，200，300，400，500和600状态应答，支持Subject，Contact，Call-ID，Content-Length，Content-Type，Cseq，Expires，From，Max-Forwards，Via和To头部字段。SDP协议栈支持v，o，s，c，t，m和a头部字段。SIP和SDP中的头部字段都是以类的形式实现的，所支持的头部字段都是从一个抽象类Header继承而来。抽象类Header的定义如下：
class Header
{
public:
Header();
virtual ~Header() = 0;
virtual string encode() const = 0;
virtual void decode(const string& headerString) = 0;
virtual string getName() const = 0;
};
其中最主要的方法为decode，主要用来对相应的头部字段进行解析，getName方法返回当前的头部字段类的类名，encode方法用来产生相应的头部字段的字符串。
其中SIP协议栈的结构如图2所示：
解析层是对SIP消息进行解析和构造。解析层实现的关键在于各个头部字段类的设计及其相应decode方法的实现。解析层的实现借鉴了VOCAL开放源码中SipStack的头部字段类的设计方法，VOCAL的SipStack对RFC2543完全支持，但协议栈非常的庞大，设计的过程中参考了VOCAL的SipStack的头部字段类的设计形式实现了一个简洁，实用的SIP协议栈，SIP协议栈的大小还不到VOCAL的SipStack的1/10。
3 结束语
总之，基于SIP协议软交换系统的前景非常广阔，在这个领域，有许多技术难题等待人们去解决。相信在大家的共同推动之下，软交换系统的应用将得到快速的发展。
参考文献
[1]强磊等编著.基于软交换的下一代网络组网技术[M].人民邮电出版社，2005
[2]秦维佳.C/C++程序设计教程[M].机械工业出版社，2007
关键词：全模式； H.323；SIP；穿越；NAT
中图分类号：TN919文献标识码：B 文章编号：1009-3044(2007)16-30934-02
The Full Proxy Mode Traverse NAT Based on SIP/H.323
YI Jun
(College of Computer Science and Engineering, Chongqing 610051, China)
Abstract:The full proxy mode traversing system structure is introduced, and message processing flow is mostly analyzed when NAT based on SIP/H.323 is traversed by full proxy mode。
Key words:Full Proxy Mode; H.323 protocol; SIP protocol ; traverse ; NAT
1 引言
目前的NAT/FW大多支持HTTP的数据应用协议穿透，而不支持会话业务的控制与媒体NAT/FW穿透。业界提出了各种穿越方法，其中全模式（Full Proxy）在性能，可扩展性，组网应用方面都有更大的优势，同时它不需要对现有设备进行改造，并能保证安全性和QoS要求。
2 概述
全模式采用Agent/Server 结构体系, Agent 设备和 Server 设备分别部署,不依赖于防火墙/NAT设备而存在。在企业网内部部署 Agent 端设备,在公网上部署Server设备,在Agent 和Server之间建立透传数据信道。透传支持TCP+UDP模式，信令通过TCP传输，媒体流通过UDP传输；为兼容各类设备和网络类型，缺省情况下均采用通用TCP和UDP端口，比如TCP端口可采用80或者443，UDP端口可采用1080等。
以下介绍全模式下对H.323协议各消息的处理流程，对于SIP 也可类似处理。
全穿透系统结构图如图1所示。
图1 全穿透系统结构图
2.1全穿透系统实现流程
2.1.1RAS消息处理
2.1.1.1GRQ消息
终端发GRQ消息给 Agent，Agent直接回复SCF或者GRJ。见图2。
2.1.1.2RRQ消息
RRQ消息的处理是Agent 与Server之间通信最重要的一步。在收到终端的RRQ请求时，Agent会先向Server建立一条TCP连接。这条连接用于后续的所有Agent和Server交换的RAS，Q931和H. 245消息。在终端注销时，该连接才被销毁。在建立TCP连接以后, Agent在该TCP连接上发送RRQ消息给 Server，Server将RCF/RRJ 消息通过TCP连接上发送给 Agent，Agent再转发给终端。见图3。
图2 GRQ消息处理
图3RRQ消息处理
2.1.1.3ARQ/ACF/ARJ消息
转发流程与RRQ类似。
2.1.1.4URQ消息
应该关闭该终端对应的TCP连接。见图4。
图4 URQ消息处理
2.1.1.5IRQ消息
IRQ消息是由Server 通过TCP连接发给Agent，Agent 转发给终端的。终端的IRR发给Agent，再通过Agent转发到Server。见图5。
图5IRQ消息处理
2.1.2 Q.931消息处理
Q．931消息的转发也是通过RRQ时建立的TCP连接完成的。如果Agent下面的终端做主叫，终端在收到ACF以后会向 Agent 建立连接，发送Setup消息，Agent将该Setup消息通过TCP连接转发给Server。后续的所有消息的转发流程与Setup类似。如果Agent 下面的终端做被叫，Server会在TCP连接上发送Setup 消息给 Agent ，然后由Agent将消息转发到终端。后续的消息流程与 Setup类似。见图6。
图6 Q931消息处理
2.1.3 H.245消息处理
如果 Agent下面的终端做主叫，在Agent返回给终端的Connect消息中包含了Agent监听的H. 245地址，终端向该地址建立 H. 245 连接，终端通过该H.245连接发送H。245消息给Agent, Agent使用RRQ时建立的TCP连接发送H.245消息。Agent和Server之间采用部分自定义消息。如果Agent 下面的终端做被叫，Server会给Agent发送一条Start H.245 的 Facility消息，Agent在收到该消息以后，向终端建立H. 245连接。这样H. 245通道就建立起来了。见图7。
RTP包在使用UDP传输时采用标准协议，使用UDP转发时，需要进行相应的端口转换工作。 Agent 和Server之间采用部分自定义消息。
3全穿透系统优势
3.1 适用范围广泛，充分利用公用开放端口，对防火墙不提出特殊端口要求，只要企业网开放公用TCP及UDP端口，为用户提供基本网络服务，即可使用可视电话业务。
图7H. 245 消息处理
3.2 终端设备要求简单，不改变H.323/SIP 标准协议，仅要求标准的H.323和SIP终端支持，不要求终端上进行任何对私有协议的支持修改。
3.3 可穿透多级NAT/FW 设备。
3.4 通用性好，可用于目前大多数企业私网的情况，不受不同类型的FW/NAT设备的限制，适宜运营级业务应用。
3.5 不会对企业网引入新的安全漏洞。
3.6 网络结构简单，可方便地实现语音及视频数据的穿透。
3.7 支持多端口设定，由于端口或者地址转换至通用端口后造成多种网络数据流量抢占带宽，因此系统支持多端口设定，在条件许可的情况下，可设定为专用多端口，独占带宽，提供良好的视讯通话质量。
3.8 系统支持信令控制和数据分离的模式，针对不同的呼叫情况，提供合理的话务路由。
3.9 系统扩展后将支持更多类型的网络，比如IE Proxy方式， PPPoE + web认证方式等。
4结束语
全模式由于不用对企业网和用户驻地网现有的网络设备进行任何改造,具有很强的适应性,而且组网灵活,可满足VoIP网络多样化的用户接入,除了解决NAT问题外,功能可以大大扩展,同时可完成在接入层对会话业务QoS和安全的处理,可以发展成为一个VoIP业务的用户接入平台。
参考文献：
[1]ITU-TH.323.基于包交换的多媒体通信系统，2000.
[2]ITU-TH.225.基于包交换的多媒体通信系统的信令协议和打包方法，1999.
关键词:SIP;IP;MPEG4;软交换;视频监控
中图分类号:TP393文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2010)01-74-03
The Design and Implementation of Video Monitoring System Based on SIP
HUANG Lun-wen, CHENG Yong, LI Han
(Anhui Sun Create Electronics Co., Ltd, Hefei 230088, China)
Abstract: How to set up a remote network video connections, NAT penetration, efficient video stream encoding and decoding is the research in the field of video monitoring. MEPG4 video encoding formats, which is of high compression ratio, is used in the SIP-based network video monitoring system. The system supports multi-channel IP video, using soft-switching platform for centralized management of the video stream to achieve the establishment of a network video connection, video streaming encoding and decoding, encryption, transmission, and intelligent alarm, video capture, playback and other functions.
Key words: SIP; IP; MPEG4; soft switch; video monitoring
近年来,随着各类如地震、冰雪等自然灾害和恐怖事件频繁发生,公共安全已经得到世界各国的高度重视。各级政府和单位投入大量的人力、物力研究新型安全防范系统。其中视频监控是安全防范的重要组成部分,它是一种可靠、防范能力极强的综合系统[1-2]。
SIP(Session Initiation Protocol)会话初始协议是IETF制订的,用于多方多媒体通信,是一个基于文本的应用层控制协议,独立于底层传输协议TCP/UDP/SCTP,用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话[3-4],与RTP、RTCP、SDP等协议结合可实现语音、视频通讯;SIP协议可在TCP或UDP之上传送,由于SIP本身具有握手机制,可首选UDP。
1 视频监控系统的构架和工作原理
1.1 系统构成
该视频调度监控系统由视频嵌入式终端、监控管理平台以及SIP服务器系统三部分组成。其结构如图1所示。
其中嵌入式终端是基于SIP信令构建的系统,在SIP网元中也可以把它看作是包含媒体通讯功能的UA客户端。主要完成信号的采集、信号处理和前端摄像机的控制工作。
SIP服务器系统主要包括信令服务器(定位、、注册)、媒体服务器(转发、存储等)以及报警服务器等。当有监控中心向服务器发出监控请求时能够找到相应的监控设备,并且把请求转发到嵌入式终端。
监控管理平台是一个标准的SIP设备,用户除了可以观看监控现场的图像以外,通过扩展SIP信令,还可以支持授权用户对云台系统的控制。这里的管理平台可分为监控中心(外接电视墙或电视机),软件管理平台(其中包括在本地局域网内的客户端)和支持SIP的移动设备,如笔记本电脑、可视电话、SIP手机等。
1.2 系统的工作原理
嵌入式终端注册到SIP服务器,如果监控管理平台需要监控某个终端,可以发出接入请求,SIP服务器可以找到终端所在地,然后建立连接。连接建立后,嵌入式终端系统采集音视频的模拟信号,然后转化为数字信号,经过编码器编码后(如MPEG-4编码)传送给视频监控服务器,视频监控服务器把视频数据进行IP封装后发送到监控管理平台。
2 嵌入式终端设计
嵌入式终端采用Z228芯片开发,Z228是上海杰得微电子自主开发的多媒体应用处理器,是中国第一款0.13微米的高度集成的低功耗的具有强大多媒体处理能力的 SoC 芯片,单芯片包含了ARM926EJ CPU和MPEG-4硬件编码器[5]。嵌入式终端的主要功能是视频的采集、A/D转换、编码、发送等功能。
2.1 硬件体系结构
如图2所示,摄像头连接到视频输入接口,采集到的模拟视频数据经过A/D转换后进入高性能处理芯片,高性能处理芯片集成了硬件编码芯片和ARM处理器,数据经过硬件编码后成为高压缩比的MPEG4数据,通过RJ45接口传送到网络上。摄像头连接到云台上,使云台带动摄像头移动,摄像头以及云台的控制接口和控制器相连,控制器再和集成电路板上的485接口相连,这样就可以用485协议通过控制器对云台进行移动控制以及对摄像头进行变焦等操作。
2.2 MPEG-4编码
系统采用的视频编码格式是MPEG-4。
编码的过程如图3所示:
1)初始化阶段:初始一个实例,调用函数:MP4EncInit;
2)选项配置:对编码的码率等参数进行配置,调用函数:MP4EncSetRateCtrl、MP4EncSetCodingCtr、MP4EnSetUsrData、MP4EncSetSmooth、MP4EncSetCrop;
3)采集视频流:获取产生MPEG4码流的头信息,调用函数:MP4EncStrmStar;
4)数据编码:每次得到YUV的图像帧后,产生这一帧的码流。调用函数:MP4EncStrmEncode;
5)输出数据:把编码过的数据打包,经过RTP传到SIP服务器;
6)停止数据流:一个码流数据的结束,调用函数:MP4EncStrmEnd;
7)释放资源:释放初始化的实例,调用函数:MP4EncRelease。
2.3 媒体数据的发送
SIP连接建立成功以后,双方视频通道建立,在IP层上进行视频数据传递,利用RTP(实时传输协议)和RTCP(实时传输控制协议)通过UDP传输数据。RTP和RTCP配合使用,能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化,故特别适合传送网上的实时数据[6]。
RTP提供具有实时特征的、端到端的数据传输服务。在视频数据前插入包含有载荷标识、序号、时间戳和同步源标识符的RTP包头,然后利用数据报套接字(UDP)在IP网络上传输RTP包。
RTCP负责管理传输质量在当前应用进程之间交换控制信息。在RTP会话期间,各参与者周期性地传送RTCP包,包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。SIP服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率,甚至改变有效载荷类型。
3 SIP服务器
SIP用来建立,改变,认证和终止基于IP网络的多个SIP的视频接入。在此接入过程的基础上很容易的实现多方的音视频、文本等各种类型的媒体会话。参与会话的成员可以通过组播方式、单播连网或者两者结合的形式进行通信。SIP服务器包括信令服务器、媒体服务器、监控服务器。
3.1 信令服务器
信令服务器用于响应SIP终端注册以及连接建立,图4是一个完整的SIP视频的建立流程[7-8]。
嵌入式终端和监控管理平台首先向Sip Proxy(SIP注册服务器)发起注册;当监控中心要接入某路视频时,监控软件经SIP服务器向特定嵌入式终端发起包含SDP(Session Description Protocol 会话描述协议)结构的INVITE请求,嵌入式终端返回180响铃消息,然后嵌入式终端返回包含SDP结构的200OK数据包表示同意接听,并且进行媒体协商,最后监控软件向嵌入式终端发送ACK确认包,此时通话建立;启动媒体和485总线的相关线程。
当断开某路视频时,监控软件向嵌入式终端发BYE消息,嵌入式终端返回200OK,则连接断开。
3.2 媒体服务器
媒体服务器的主要作用是媒体流数据的转发、录像、点播等功能。
当监控管理平台和嵌入式采集终端连接成功后,媒体服务器建立起映射关系,嵌入式采集终端采集现场实时图像,进行编码打包后发送到媒体服务器,媒体服务器根据该连接的映射关系,把IP视频包转发至监控管理平台;而监控管理平台通过同样的方法实现对嵌入式采集终端的各种控制命令的发送。
媒体服务器的另一个重要功能是视频流的存储点播。媒体服务器可以把经过该服务器的视频数据保存到硬盘中,用户可以对视频数据进行检索和回放。当监控系统比较庞大,一台媒体服务器无法满足整个系统需求时,可以对媒体服务器进行扩展,使用多台媒体服务器并发协作执行。
3.3 监控服务器
当摄像机收集到异常信号(如探测到了高温信号,认为发生了火灾)后,将其通过监控系统传至报警联动装置,再由报警联动装置通过某种通信手段(如手机短信、E-mail等)自动向监控人员发出报警信号,或者系统自动地处理现场(如火灾时断电等)。
4 监控管理平台
SIP监控平台的主要作用是连接并控制远程视频,视频流接收、解码、回放等。
4.1 平台构成
监控管理平台包含SIP模块、RTP模块、XVID模块、远程控制模块等。分别实现远程网络视频连接的建立、视频流接收、解码播放、远程控制等功能。每个监控平台可以同时监控多路视频,能够对视频数据进行拍照或录像,对摄像头和云台进行操控。对指定区域的情况实时监测报警。
监控平台另一个重要的功能是通过图像处理算法对比一段时间间隔的图像数据的相似性,来识别指定区域是否有异常活动,实现自动报警、抓拍、跟踪等功能。
4.2 MPEG-4解码
从SIP服务器转发过来的的视频流,需要解码后,才能呈现图象,解码包含Decoder 和VPD 2 部分。其中Decode 用于数据的读取和解码,而VPD 用于图像缩放、格式转换等处理。
解码流程如图5所示:
1)初始化:初始化Decoder和VPD实例,调用函数:MP4DecInit、VPDInit;
2)取数据头信息:启动接收MPEG-4数据流,解出视频数据的头信息,调用函数:MP4DecDecode;
3)预留视频图象处理空间;
4)配置VPD:根据头信息中码流的宽高等,配置VPD模块。根据需要,将输出配置为Framebuffer或者内存。调用函数:VPDGetConfig、VPDSetConfig;
5)解码:根据头信息接收解码单元(一段数据),解码单元内的数据。一帧图像解码完毕则输出显示,否则继续解码,调用函数:MP4DecDecode;
6)释放资源:结束时候,释放相关实例,调用函数:VPDRelease、MP4DecRelease。
5 结束语
该文设计和实现了一种基于SIP的视频监控系统。该系统使用嵌入式设备代替传统的监控系统,传输方式采用了集中管理代替点对点的方式,提高了监控设备的可靠性、灵活性、易管理性。SIP监控适合应用于大规模分布式监控,具有IPV4/IPV6双协议栈,不仅应用于现在的网络,也可平滑过度到下一代网络。随着SIP相关技术的成熟,SIP将成为视频监控领域主流信令控制协议之一,具有广阔的发展空间。
参考文献:
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