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會(huì )話(huà)初始協(xié)議(SIP協(xié)議)是一種用于IP網(wǎng)絡(luò )多媒體通信的應用層控制協(xié)議，可建立、修改、和終止多媒體會(huì )話(huà)。SIP具有良好的互操作性和開(kāi)放性，支持多種服務(wù)且具有多媒體協(xié)商能力，能夠在不同設備之間通過(guò)SIP服務(wù)器或其他網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器進(jìn)行交互。同時(shí)SIP易于擴展，支持用戶(hù)移動(dòng)性，能夠充分滿(mǎn)足設備對移動(dòng)性服務(wù)的需求，而且SIP簡(jiǎn)單靈活，計算量小，尤其適合在嵌入式應用環(huán)境中應用。因此，將SIP引入到嵌入式應用中，憑借SIP自身的特性可有效提高嵌入式網(wǎng)絡(luò )設備的互操作性和接入網(wǎng)絡(luò )的便利性。但SIP協(xié)議本身只給出SIP消息的文法定義以及自然語(yǔ)言描述的消息處理，并未給出SIP協(xié)議棧的實(shí)現機制。這里討論在嵌入式終端設備上建立嵌入式Linux系統，并完成SIP的嵌入式，以及代碼的嵌入式移植和測試。 1 嵌入式LilIHX系統開(kāi)發(fā) 1．1 建立交叉編譯環(huán)境 本文使用的是實(shí)驗室的ARMSYS2410-B開(kāi)發(fā)板。準備好必要的軟件包后，建立交叉編譯環(huán)境實(shí)際上就是對cross2．95．3．tar．bz2的解壓過(guò)程。具體過(guò)程如下： 1)在編譯Linux之前，先安裝交叉編譯toolclhain，在／usr／local目錄下建立名為ann的目錄，進(jìn)入該目錄，執行解包： cd／usr／local／armtar xjvf／mnf／cdrom／linux／toolchain／cross-2．95．3．tar．bz2 2)編輯／etc／profile，找到pathmunge／usr／local／sbin，在其下面添加一行： Pathmunge／usr／local／arm／2．95．3／bin這樣，內核或其他應用程序均可使用arm-linux-來(lái)指定使用該交叉編譯器。 1．2 Boot Loader移植 Boot Loader是在嵌入式Linux操作系統內核運行之前運行的一段小程序。通過(guò)這段程序可以將內核從Flash存儲器拷貝到RAM，并執行內核。還要完成初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，從而將系統的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)。用燒錄軟件jflash-s3c2410通過(guò)JTAG口向硬件板下載Boot Loader二進(jìn)制文件，向硬件板Flash中下載引導程序，這樣Boot Loader就可以成功運行。 1．3 重新編譯內核 從官方網(wǎng)站上下載的內核不能直接在硬件平臺上運行，需要根據具體的硬件平臺重新裁剪、編譯內核，根據硬件平臺特性編寫(xiě)相關(guān)代碼，將Linux移植到平臺上。以下是對內核代碼的修改：1)修改內核目錄樹(shù)根下的Makefile，指明交叉編譯器；2)配置Flash分區，修改arch-／arm／mach-s3c2410／devs．c，用以指明分區信息，該文件的內容建立Nand Flash分區表；修改arch／arm／machs3c2410／machsmdk241-0．c文件指定啟動(dòng)時(shí)初始化，kernel啟動(dòng)時(shí)依據對分區的設置進(jìn)行初始配置：3)配置和編譯內核，在Linux源文件目錄下，執行make menuc-onfig命令，配置內核產(chǎn)生config文件。然后依次運行#make clean；#make dep；#make zImage，完成對內核的編譯。 2 嵌入式SIP協(xié)議棧的設計與實(shí)現 2．1 嵌入式下實(shí)現SIP協(xié)議棧 嵌入式環(huán)境下SIP協(xié)議的開(kāi)發(fā)，主要需要考慮嵌入式系統資源有限的局限性，需根據系統應用的特點(diǎn)，在設計時(shí)充分考慮CPU、存儲空間等系統資源的利用。由于資源的限制，嵌入式系統一般作為用戶(hù)終端設備，故這里主要實(shí)現協(xié)議棧中用戶(hù)代理(UAC／UAS)的功能。 首先是協(xié)議棧的簡(jiǎn)化。根據RFC3261中定義的SIP協(xié)議棧模型可知，SIP是一個(gè)分層體系結構的協(xié)議。該協(xié)議主要由4層組成，底層為語(yǔ)法編解碼層(Syntax&Encoding)；第2層是傳輸層(TransportLayer)，該層定義網(wǎng)絡(luò )上的客戶(hù)機和服務(wù)器如何接收請求和發(fā)送響應；第3層為事務(wù)層(Transaction)，負責事務(wù)處理；最上面一層為事務(wù)用戶(hù)層(Transaction User)，每個(gè)SIP實(shí)體都是事務(wù)用戶(hù)，當一個(gè)事務(wù)用戶(hù)希望發(fā)送請求時(shí)，就創(chuàng )建一個(gè)客戶(hù)機事務(wù)實(shí)例以發(fā)送請求。 這種協(xié)議棧的設計實(shí)現方法應用到嵌入式環(huán)境中有以下不足：1)協(xié)議棧設計層次過(guò)多會(huì )增加系統堆棧的開(kāi)銷(xiāo)。為了不過(guò)多占用堆棧，在系統資源分配時(shí)需分配較大的堆�？臻g。而嵌入式環(huán)境下的空間資源是有限的，SIP模塊占用過(guò)多的堆�？臻g，會(huì )造成其他任務(wù)空間分配受到限制。2)層次與層次之間的調用會(huì )增加系統的延時(shí)，降低系統的實(shí)效性。而作為用戶(hù)終端設備，快速響應是設計的重要準則。 2．2 SIP協(xié)議棧的總體結構 根據以上分析，在設計中需對SIP協(xié)議棧進(jìn)行修改和裁剪，使其盡量少地占用資源并能最大限度地實(shí)現快速響應。本文設計的嵌入式SIP協(xié)議棧模型如圖1所示。 協(xié)議棧主要分成傳輸層和事務(wù)層。傳輸層主要負責收發(fā)消息，它管理套接字(socket)和網(wǎng)絡(luò )連接，使用TCP或UDP傳送數據。事務(wù)層則負責創(chuàng )建并管理事務(wù)對象。每個(gè)事務(wù)對象負責維持狀態(tài)，并發(fā)消息和使用傳輸層重傳消息。事務(wù)層也需要將從傳輸層傳來(lái)的消息映射到相應的事務(wù)。 SIP協(xié)議棧管理層負責系統配置、分配內管理資源、提供登錄協(xié)議棧和進(jìn)行管理的命令以及所有其他層的初始化和關(guān)閉。應用程序使用該協(xié)議棧前，必須先調用該層的初始化接口以初始化要使用的層，在結束應用程序前，必須調用該層的關(guān)閉接口關(guān)閉相應的層。 SIP編碼解析是協(xié)議棧運行過(guò)程中比較耗費時(shí)間的一個(gè)模塊，為滿(mǎn)足嵌入式環(huán)境，該協(xié)議棧使用了一種“懶漢”解析策略，當從網(wǎng)絡(luò )上收到一個(gè)原始的SIP消息時(shí)，消息被解析成很多“關(guān)鍵字和關(guān)鍵字值對”，關(guān)鍵字是請求行或SIP頭域名，關(guān)鍵字值是沒(méi)有解析的請求行和頭域值。到事務(wù)層，在應用程序要訪(fǎng)問(wèn)請求行或某個(gè)頭域時(shí)，才會(huì )對其完全解析，這種策略可有效提高SIP解碼的速度，極大提高那些需要處理繁重網(wǎng)絡(luò )流量的應用。 2．3 事務(wù)層和傳輸層的實(shí)現 圖2為事務(wù)層和傳輸層的軟件結構。這2層都使用SIP消息編碼解析層的功能處理SIP消息。其中傳輸層包含3個(gè)模塊：1)TcpConn模塊使用TCP實(shí)現收發(fā)消息功能；2)UdpConn模塊使用UDP現收發(fā)消息功能；3)SipMessageSendRcv模塊利用TcpConn和UdpConn向應用程序提供統一的消息收發(fā)接口。在TcpConn和UdpConn中，都會(huì )創(chuàng )建2個(gè)線(xiàn)程，分別負責接收和發(fā)送SIP消息。 事務(wù)層創(chuàng )建并管理事務(wù)對象。TransactionSendRcv提供發(fā)送不同SIP消息的接口，并以回調函數的方式在收到消息時(shí)通知應用程序。Tr-ansactionSendRcv使用傳輸SipMessageSendRcv提供的收發(fā)消息功能收發(fā)SIP消息，并根據收發(fā)的消息類(lèi)型產(chǎn)生事件，將事件以及事件體(主要是SIP消息)作為參數傳遞給相應模塊UACTransactFSM和UASTransactlFSM。事務(wù)層的核心就是這2個(gè)模塊，分別表示UA客戶(hù)端和服務(wù)器端收到不同消息的處理流程，具體的狀態(tài)轉換如圖3所示。 3 SIP協(xié)議棧的測試結果 本文實(shí)現的系統將在A(yíng)RM9平臺的設備終端上運行，將交叉調試好的程序燒寫(xiě)到ARM9的Flash存儲模塊中，再進(jìn)行調試和運行測試。其測試方法是在A(yíng)RM9平臺上實(shí)現一個(gè)簡(jiǎn)單的SIP終端系統，該系統利用SIP偵聽(tīng)程序，當一段用戶(hù)發(fā)起呼叫時(shí)，雙發(fā)的SIP模塊開(kāi)始通信。利用SIP信令主動(dòng)發(fā)起呼叫或接收對方呼叫建立會(huì )話(huà)連接，連接建立好后傳送RTP數據，直到一方用戶(hù)提出結束請求，終止該次會(huì )話(huà)，系統恢復SIP偵聽(tīng)狀態(tài)。SIP終端之間呼叫流程如圖4所示，開(kāi)始時(shí)主叫(IP=192．168．36．1)向代理服務(wù)器(IP=192．168．51．24)發(fā)起呼叫，當主叫與被叫的鏈路搭建成功后，主叫與被叫開(kāi)始語(yǔ)音通信，語(yǔ)音通信采用的標準是G．729，主叫發(fā)送SIP信令給代理服務(wù)器采用UDP傳輸協(xié)議，主叫與代理服務(wù)器之間在SIP呼叫過(guò)程中也同時(shí)進(jìn)行媒體協(xié)商，采用網(wǎng)絡(luò )協(xié)議分析工具Ethereal抓包分析，結果如表l～表3所示。 由表2可見(jiàn)，代理服務(wù)器向被叫發(fā)起呼叫，并同時(shí)對主叫作出響應。被叫對呼叫代理作出響應主要采用SIP／SDP協(xié)議，是為了使主叫和被叫的媒體協(xié)商達成一致。由表3可見(jiàn)，被叫對主叫所發(fā)起的呼叫能夠作出響應，主叫與被叫之間能夠實(shí)現SIP呼叫，并進(jìn)行語(yǔ)音通信。測試結果證明，SIP協(xié)議棧在嵌入式Linux系統平臺下，運行良好，基本滿(mǎn)足設計需要。 4 結束語(yǔ) 本文探討了SIP協(xié)議在嵌入式環(huán)境下的應用，討論了嵌入式SIP協(xié)議棧的設計方法。完成了在A(yíng)RMSYS2410-B的實(shí)驗室開(kāi)發(fā)板上建立嵌入式Linux系統并在其上實(shí)現SIP協(xié)議棧主要模塊的主要工作。測試結果表明：該協(xié)議棧占用空間小，呼叫建立時(shí)間短，呼叫成功率高，滿(mǎn)足嵌入式式設備對實(shí)時(shí)性、可靠性和存儲空間小的要求，具有良好的性能。 |
