基于oSIP的嵌入式SIP終端的研究與實現

1、 引言

目前，IETF的SIP協(xié)議(Session Initiate Protocol, 會話初始協(xié)議)已獲得業(yè)界越來越多的關注和支持，正逐步成為下一代網絡(NGN)中的核心協(xié)議之一^[1]。SIP協(xié)議相對簡單、易于實現、可擴展性強、更適合IP網絡，被廣泛的用于VoIP系統(tǒng)的組建^[2]。oSIP及其擴展eXosip作為開源的SIP協(xié)議棧，以其結構簡單、功能豐富、易于移植等優(yōu)點成為在嵌入式系統(tǒng)上構建VoIP應用的首選。本文分析了oSIP協(xié)議棧的運行機制，設計實現了將oSIP協(xié)議棧移植到嵌入式操作系統(tǒng)并以此為基礎開發(fā)嵌入式SIP客戶端的方案。

2、 oSIP協(xié)議棧

2.1 SIP協(xié)議

SIP協(xié)議是一個用于建立、更改和終止多媒體會話的應用層協(xié)議?，F在的協(xié)議文本是IETF于2002年7月發(fā)表的RFC3261。SIP分別從用戶定位、用戶狀態(tài)查詢、用戶能力查詢、會話建立、會話管理五個方面實現對多媒體通信的控制。作為一種信令控制協(xié)議，它需要和IETF的其它協(xié)議如SDP、RTP、RTSP和SAP等協(xié)同工作。SIP會話中的媒體交換可以使用任何傳輸協(xié)議，但工程上一般都以RTP(Real-time Transmit Protocol，實時傳輸協(xié)議)作為傳輸協(xié)議。

SIP采用C/S模式的工作方式，包含兩類元素：SIP用戶代理(User Agent, UA)和SIP服務器。根據用戶代理在會話中扮演的角色不同又可分為用戶代理客戶機(User Agent Client, UAC)和用戶代理服務器(User Agent Server, UAS)，前者發(fā)起呼叫請求，后者響應呼叫請求。

2.2 oSIP協(xié)議棧

oSIP是遵循IETF標準，使用ANSI C編寫，源代碼開放的SIP協(xié)議棧。oSIP主要有下列優(yōu)點：

(1)結構小巧簡單，只有400K左右，適合在嵌入式系統(tǒng)上應用；

(2)可移植性好，已被成功的應用于Solaris、HP Unix、VxWorks、Windows和GNU/Linux^[3] (2.2.16和2.4.7)等系統(tǒng)中；

(3)工作穩(wěn)定、兼容性強。

oSIP主要由解析模塊、工具模塊和狀態(tài)機模塊構成，其核心是狀態(tài)機模塊^[4](如圖1所示)。

圖1 oSIP結構

解析模塊完成對SIP請求和響應進行封裝與解析處理。解析模塊又可分為SIP解析、SDP解析與URL解析。

工具模塊主要提供一些處理工具用于對話管理和SDP協(xié)商。

狀態(tài)機模塊負責對某個事務(如注冊過程、呼叫過程等)狀態(tài)的維持及處理，并在特定的狀態(tài)下觸發(fā)響應的事件或回調函數。根據RFC描述中關于SIP協(xié)議事務層的定義，oSIP

協(xié)議棧有4種狀態(tài)機：客戶端邀請事務(ICT)，客戶端非邀請事務(NICT)，服務器端要求事務(IST)，服務器端非邀請事務(NIST)。前兩種狀態(tài)機是由客戶端發(fā)起的，后兩種狀態(tài)機是由服務器發(fā)起的，這4種狀態(tài)機涵蓋了SIP的各種事務類型。其中ICT（如圖2所示）是SIP客戶端中最常見的事務。

圖2 ICT狀態(tài)機狀態(tài)轉換圖

圖2中，cb_ict_xxx_xxx表示oSIP中ICT狀態(tài)機回調函數，當ICT從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)時oSIP協(xié)議棧將調用此函數。

oSIP專注于SIP底層解析，這使得它具有很高的效率。但另一方面，由于沒有提供高層的SIP會話控制API，使得上層應用在調用協(xié)議棧時很破碎，降低了易用性。為此oSIP的開發(fā)者們又在oSIP的基礎上開發(fā)了eXosip。eXosip是oSIP的擴展，它部分封裝了oSIP協(xié)議棧，使得它更容易被使用。eXosip實現了作為單個SIP終端的大部分功能。

3、 嵌入式SIP終端系統(tǒng)體系結構

3.1 嵌入式SIP終端的功能

嵌入式SIP終端是一個運行在嵌入式操作系統(tǒng)上的SIP用戶代理，主要包括SIP電話的注冊、呼叫、接聽、掛斷等功能。它直接與用戶交互，接收輸入信息，進行格式檢查，根據用戶的動作初始化SIP消息，同時得到本地語音媒體接口信息，形成SDP描述，完成UDP或TCP封裝。

3.2 系統(tǒng)軟硬件平臺的選擇

為選擇合適的軟硬件平臺，我們收集了大量相關資料，經過反復比較并結合現有實驗條件做出了如下選擇：

(1)嵌入式處理器種類繁多，我們選擇了三星的S3C2410A微處理器。該處理器基于ARM920T內核，主頻最高為203MHz。是一款高性價比、低功耗、高集成度的CPU，專為手持設備和網絡應用設計，能滿足嵌入式系統(tǒng)低功耗、高性能、小體積的要求。同時，S3C2410系列處理器已得到廣泛使用，技術資料豐富，這也是采用S3C2410平臺進行開發(fā)的有利條件。此外，我們還選用了帶有的觸摸屏的SHARP L35T23 3.5”液晶顯示器作為系統(tǒng)輸入/輸出設備。

(2)嵌入式操作系統(tǒng)方面，考慮到GUI界面開發(fā)的難易程度，我們選擇了Microsoft的Windows CE.NET 4.2。WinCE 4.2版本在內核、實時性和網絡支持等方面做了很大的優(yōu)化和增強，同時還為基于WinCE的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)提供了強大的工具――Platform Builder 4.2(PB 4.2)。這些特性有助于我們快速開發(fā)嵌入式系統(tǒng)。

(3)在開發(fā)工具的選擇上，我們選用了與Windows CE.NET 4.2同時推出的Microsoft Embedded Visual C++ 4.0(eVC 4.0)。這個開發(fā)環(huán)境和VC6.0十分類似，易于掌握，同時還包含有許多WinCE專用的標準開發(fā)工具和遠程調試工具。

3.3 系統(tǒng)體系結構

我們設計的嵌入式SIP終端系統(tǒng)總體結構如圖3所示：

圖3 嵌入式SIP終端系統(tǒng)體系結構

整個系統(tǒng)分為3個層次：

(1)系統(tǒng)平臺層：包括硬件平臺及運行在其上的嵌入式操作系統(tǒng)，這是整個系統(tǒng)的基礎。

(2)協(xié)議棧層：運行SIP協(xié)議棧，為用戶程序提供調用。RTP模塊我們采用了開源的jrtplib。jrtplib采用C++編寫，可以方便的移植到WinCE系統(tǒng)上。移植jrtplib到嵌入式操作系統(tǒng)不是本文的重點，具體做法在此不再贅述。

(3)用戶程序層：負責接收用戶的輸入，根據用戶請求類型調用協(xié)議棧層功能，同時實現oSIP的回調函數，并將結果反饋給用戶。

4、 嵌入式SIP終端的實現

4.1 系統(tǒng)平臺層實現

本系統(tǒng)開發(fā)使用的硬件設備都直接向設備供應商購買，但由于嵌入式系統(tǒng)是軟硬件高度結合的系統(tǒng)，還需要根據硬件條件定制一個WinCE平臺。在PB中可以定制出滿足各種不同需求的CE系統(tǒng)。我們使用設備供應商提供的BSP，利用PB平臺創(chuàng)建向導新建了一個WinCE映象文件并將其下載到開發(fā)板中固化。

4.2 協(xié)議棧層的實現

oSIP協(xié)議棧在設計之初就考慮到了滿足嵌入式操作系統(tǒng)的的特定要求，這使得只需做很少量的修改(主要是需要加入一些針對WinCE的頭文件)就能將oSIP移植到WinCE系統(tǒng)中。

另外，WinCE的API中沒有time()函數的實現，我們需要自己實現這個函數，代碼如下：

#ifdef _WIN32_WCE

SYSTEMTIME t;

#endif

……

#ifdef _WIN32_WCE

GetSystemTime(t);

now = (int)((t.wYear-1970)*365*24*3600+t.wMonth*30*24*3600+t.wDay*24*3600+t.wHour*3600+ t.wMinute *60+t.wSecond);

#else

now = time(NULL);

#endif

完成必要的修改后，重新編譯就可以得到能在WinCE系統(tǒng)上使用動態(tài)鏈接庫。

4.3 用戶程序層的實現

在系統(tǒng)啟動過程中，用戶程序首先根據用戶配置對系統(tǒng)全局變量進行賦值操作，然后向oSIP協(xié)議棧注冊回調函數，并啟動數據包監(jiān)聽線程。一旦接受到數據包，則調用協(xié)議棧功能生成相應事件并判斷該事件的處理事務是否存在，若存在則將事件放入該事務中，否則生成新的事務，啟動事務執(zhí)行線程。同時根據用戶動作生成相應事件交由協(xié)議棧處理。

oSIP通過狀態(tài)機回調函數與用戶程序通信，向用戶程序通告事件的發(fā)生及事務狀態(tài)。用戶程序調用oSIP協(xié)議棧API發(fā)起oSIP動作(添加事件，事件處理等)。

5、 結束語

本文提出了一個基于ARM9核心的處理器平臺，以oSIP協(xié)議棧為基礎的嵌入式SIP終端設計方案，并就嵌入式系統(tǒng)平臺搭建、協(xié)議棧移植、SIP用戶代理的實現等問題進行了討論。測試結果表明，根據該方案實現的嵌入式SIP終端系統(tǒng)能實現預想的功能和性能。有理由相信，隨著SIP協(xié)議的廣泛應用和嵌入式技術的不斷發(fā)展，嵌入式SIP終端將具有美好的前景。

本文作者創(chuàng)新點：本文討論并實現了oSIP協(xié)議棧在WinCE系統(tǒng)上的移植和應用，提出了一個嵌入式SIP終端的系統(tǒng)分層結構同時指出了上述分層結構中各層次在實現時要注意的主要問題。

參考文獻

[1] 司端鋒,韓心慧,龍勤等.SIP標準中的核心技術與研究進展[J].軟件學報.2005 16(2).

[2] 劉志軍,王風著,張孟輝等.軟交換技術協(xié)議SIP及其在VoIP中應用[J].微計算機信息.2006,09-3:169-172

[3] 盧華,王保保.oSIP協(xié)議棧的研究及應用[J].電子科技.2006.2.

[4] libosip Documentation 2.2.0.http://www.gnu.org/software/osip/doc/html/