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26页
SIP协议因其简单、灵活的技术特点,正在逐步代替原有的H.323协议成为IP语音技术(VoIP)的信令核心协议,基于SIP的VoIP终端研究也随之成为一个热点。然而,目前大多数终端的研究都集中在软终端上,对于嵌入式终端的研究还存在很少。为此,本文探讨了以S3C2410处理器为平台,构建VoIP嵌入式终端的一种方法。 本文研究的终端系统,搭建了一个基于S3C2410处理器为中心的硬件平台,分析了嵌入式Linux操作系统并成功移植,最后在这个平台上成功移植Linphone。它主要采用基于SIP的信令技术来建立语音会话,利用事务状态机模型进行信令控制,使用SDP媒体协商技术进行语音协商,结合RTP实时传输技术,实现了端到端的语音实时传输。最后,进行系统的整体测试并根据测试得出结论,证明了系统的实际结果达到预期目标。
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嵌入式 VOIP 终端开发
摘 要
SIP 协议因其简单、灵活的技术特点,正在逐步代替原有的 H.323 协议成
为 IP 语音技术(VoIP)的信令核心协议,基于 SIP 的 VoIP 终端研究也随之成为
一个热点。然而,目前大多数终端的研究都集中在软终端上,对于嵌入式终端
的研究还存在很少。为此,本文探讨了以 S3C2410 处理器为平台,构建 VoIP
嵌入式终端的一种方法。
本文研究的终端系统,搭建了一个基于 S3C2410 处理器为中心的硬件平
台,分析了嵌入式 Linux 操作系统并成功移植,最后在这个平台上成功移植
Linphone。它主要采用基于 SIP 的信令技术来建立语音会话,利用事务状态机
模型进行信令控制,使用 SDP 媒体协商技术进行语音协商,结合 RTP 实时传
输技术,实现了端到端的语音实时传输。最后,进行系统的整体测试并根据测
试得出结论,证明了系统的实际结果达到预期目标。
关键词:VoIP ;SIP ;嵌入式终端;
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Embedded VoIP Terminal Development
Abstract
With the simple and flexible advantages, SIP protocol has been gradually taking
the place of the original H.323 protocol and becomes the core protocol in VoIP, thus,
the research on VoIP terminals based on SIP becomes a hot issue. However, most
recent research is put on soft terminals, the research of embedded terminals are still
few. For this purpose, the investigation and discussion of this paper take S3C2410
processor as platform, brought forward one kind of method structuring VoIP
embedded terminals.
The terminal this thesis research on sets up a hardware platform based on
S3C2410 processor and analysis Linux operating system thoroughly and successful
transplanting. At last, we transplant Linphone successfully on this platform. It uses sip
signal technology to set up the voice session and complete the signal control, with the
SDP and RTP transport technology, the terminal achieves the real-time voice
communication from end to end. At last, we do tests about the system and make a
conclusion to meet the anticipation.
Key words: VoIP ; SIP ; embedded Terminal
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目 录
论文总页数:27 页
1 引言.................................................................................................................................................1
1.1 VoIP 电话背景.........................................................................................................................1
1.2 VoIP 研究现状.........................................................................................................................1
1.3 VoIP 的技术优势.....................................................................................................................2
1.4 本课题研究的意义..................................................................................................................3
2 嵌入式系统与 Linux......................................................................................................................3
2.1 嵌入式系统简介......................................................................................................................3
2.1.1 嵌入式系统的定义...........................................................................................................3
2.1.2 嵌入式系统的特点...........................................................................................................4
2.1.3 嵌入式系统的应用...........................................................................................................4
2.2 移植 Linux 到 ARM 平台........................................................................................................4
2.2.1 S3C2410 硬件平台...........................................................................................................4
2.2.2 构建交叉开发环境...........................................................................................................5
2.2.3 BootLoader 的设计思想...................................................................................................6
2.2.4 Ramdisk 文件系统的制作................................................................................................6
2.2.5 下载映像文件到硬件平台...............................................................................................7
3 基于 SIP 的 VoIP 系统....................................................................................................................7
3.1 VoIP 基本原理.........................................................................................................................8
3.2 VoIP 关键技术.........................................................................................................................8
3.3 SIP 的 VoIP 系统及其业务环境..............................................................................................9
3.3.1 基于 SIP 的 VoIP 系统......................................................................................................9
3.3.2 基于 SIP 的 VoIP 业务环境............................................................................................10
4 嵌入式终端的软件实现...............................................................................................................10
4.1 SIP 信令模块的实现.............................................................................................................10
4.1.1 Linphone 开源协议栈.....................................................................................................10
4.1.2 SIP 消息...........................................................................................................................11
4.1.3 SIP 消息解析器...............................................................................................................12
4.1.4 SDP 协商.........................................................................................................................13
4.1.5 传输层.............................................................................................................................14
4.1.6 对话处理.........................................................................................................................14
4.2 实时语音处理模块的实现....................................................................................................15
4.2.1 语音处理的流程.............................................................................................................15
4.2.2 语音处理的编解码.........................................................................................................16
4.2.3 语音的 RTP 实时传输....................................................................................................17
4.3 应用管理模块的实现............................................................................................................17
4.3.1 终端注册.........................................................................................................................18
4.3.2 与其他终端会话.............................................................................................................19
5 测试及结果...................................................................................................................................20
结 论.................................................................................................................................................21
参考文献..........................................................................................................................................22
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1 引言
1.1 VoIP 电话背景
随着 Internet 的发展和后 PC 时代的到来,嵌入式系统已经成为当前 IT 产
业的焦点之一。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及
面向行业应用的突出特征,目前已经广泛地被应用于军事国防、消费电子、网
络通信、工业控制等各个领域,呈现了巨大的市场需求。但同时大量的嵌入式
应用也对嵌入式设备的性能和功能提出了更高的要求。
VoIP(Voice over Internet Protocol)是建立在互联网技术基础上的基
于分组交换的语音通信系统,也称为 IP 电话或网络电话。其基本原理是:通过
语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理,然后把这些语音数据按 TCP/IP
标准进行打包,通过 IP 网络把数据包送至接收地,再把这些语音数据包经过解
压处理后,恢复成原来的语音信号,从而达到在互联网上传送语音的目的。
VoIP 通过分组交换极大提高网络带宽利用率,从而大幅降低语音业务的成
本,因此在全球引起了极大的关注,并得到了迅速的发展。特别是在 VoIP 电话
网关出现之后,公众电话网(PSTN)和 IP 网之间实现了语音互通,VoIP 也从
PC-PC 扩展到了 Phone-Phone,PC-Phone,Phone-PC 等多种业务形式,为 VoIP
在通信领域提供了广阔的发展前景。
1.2 VoIP 研究现状
随着 VoIP 相关研究的深入和技术的积累,目前可用来实现 VoIP 的协议有
H.323,SIP,H.248,MGCP 等。而 H.323 和 SIP 是目前 VoIP 技术中起主导地位
的两大信令协议。
国内原有的 VoIP 网络几乎全部基于 H.323 协议构建的。基于 H.323 协议的
VoIP 系统本身是从电信级网络的角度规划的,它有着传统电信的各种优点,比
如易于构建大规模网络、系统的可运营及可管理性较好、不同厂商设备之间的
互通性好等。但 H.323 协议过程比较复杂,设备成本高,投资建设成本高,并
且协议的扩展性差,到目前有停滞不前的感觉,IP 电话从业务开展以来一直是
单一的业务形式,就是简单的打电话,因此运营商需要更丰富的业务形式。
SIP(Session Initiation Protocol,会话初始化协议)协议由于其便于理解和
实现简单的特点,越来越得到业界的重视,该协议由 IETF(Internet Engineering
TaskForce,Internet 工程任务组)的 SIP 工作组制定。1999 年推出了第一版本,
2002 年又在第一版本的基础上修订并完善出了第二版。它主要是用于建立、修
改和终止 IP 网上的双方或多方进行多媒体通信的应用层控制协议。基于该协议
开发的系统,用户终端无论在何处接入互联网,都可以通过域名找到其归属的
服务器并进行语音通信。自从 3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代
合作伙伴计划)在 Release5 的 IMS(IP Multimedia Subsystem,IP 多媒体子系
统)中宣布将以 SIP 为核心协议,ETSI(European Telecommunications Standards
Institute,欧洲电信标准协会)又在其 NGN 体系中采用了 IMS 以来,SIP 协议
一下子就成为人们关注的热点前沿。
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由 于 SIP 具 有 可 扩 展 性 、 灵 活 性 、 简 单 和 易 实 现 等 优 点 , 相 对 于
H.323,SIP 更具应用前景。根据权威机构调研预测,预计在未来几年内,SIP
协议的占有率将从目前的 20%提高到 70%左右,SIP 将逐渐取代 H.323 成为基于
VoIP 终端的研究与实现的核心信令协议。在运营商方面,基于 SIP 的 NGN
Voice 方案已经成为发展趋势,各大运营商普遍接受,美洲运营商招标建设基于
SIP 的 NGN Voice 网络,Embratel 认同基于 SIP 的 VoIP 解决方案,日本宽带运
营商的 VoIP 网关设备均基于 SIP;在软件厂商方面,固定和移动终端操作系统
WinXP、WinCE、Symbian 纷纷宣布支持 SIP,基于 SIP 协议的多媒体业务平台
是 未 来 NGNS ( 下 一 代 网 络 的 新 型 业 务 , Next Generation Network-based
Service)的主流业务平台,尤其在 NGN(下一代网络)更为合适。
目前,已经有不少值得关注的、比较有代表性的 SIP 应用,例如 Siemens
已经正式向业界推出了采用 SIP 协议的 VoIP 电话。该产品完全符合 SIP 的要求,
呼叫可以从 PSTN、Intranet 或者 Internet 发起。此类电话产品,包括电话机、客
户程序和通信服务器、网关都可应用于企业通信系统和电信规模的 IP 电话系统。
总的来说,SIP 技术现在还处于发展阶段,可以预计,当 SIP 技术逐步成熟
并市场化后,将会给电信界带来一次空前革命,将给各行各业提供更好的增值
业务。并且,依据 VoIP 技术的发展趋势,SIP 协议因其较低的复杂性、较好的
扩展性将逐渐代替 H.323 协议,成为 VoIP 技术的核心协议,因此,基于 SIP 的
VoIP 终端研究代表着未来通信技术应用研究的趋势。
1.3 VoIP 的技术优势
VoIP 发展主要的原因是它相对于传统的电路交换的电话网络具有不可比拟
的优势。对于公众业务来说,使用 VoIP 技术和 PSTN 公话网络相比,VoIP 技术
主要有以下优点:
节省带宽:VoIP 电话的原理与传统电话完全不同,其最大区别在于 VoIP 电
话的语音是以分组数据包的方式在数据网中传输,而传统电话则是用电路交换
技术在公用电话交换网上传送。两者采用不同的方式实现相同的功能。由于传
统电话采用电路交换,消耗的带宽为 64kbps,而 VoIP 电话可以只需要 6~
8kbps,从而大大节省了带宽,降低了成本。
通话费用低:成本降低,通话费用自然随之下降,尤其体现在长距离通信
中。这是 VoIP 电话进入市场的首要因素,其根本原因:一是 VoIP 电话均采用
压缩语音编码和分组统计复用,带宽利用率高,二是 IP 运营商都是采用租用线
路的方式运行,其成本核算和计费方法与传统的电信运营商不同。现在已经有
一些 ISP 开始提供 VoIP 电话服务,并且价格低廉,可以比传统的电话低 40%~
70%。
可以灵活地提供多种增值服务:价格优势是 VoIP 电话进入市场的原始动力,
而增值业务则是 VoIP 电话得以发展的真正动力。现在 VoIP 电话技术的应用很
广泛,特别是与电话网、多媒体技术的结合,扩展出了许多业务。
有利于企业建立高效综合服务内部网:VoIP 电话引入企业网后,可以将数
据网和电话网合一,可以很容易地在已有数据网的平台上加入语音信箱、交互
式语音提示、自动话务员等功能,构筑计算机电话集成(CTI)系统,无需另
外增添设备,只需要加入相应的应用软件即可。企业采用 IP 电话的另一个好处
是可以取代传统的 PBX(Private Branch Exchange),降低设备运行维护成本 。
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