论文研究-一种基于SIP和移动IP的切换机制的研究 .pdf

所需积分/C币:6 2019-08-15 11:46:04 426KB .PDF

一种基于SIP和移动IP的切换机制的研究,林张瑜,孙文生,SIP作为应用层的信令协议,是下一代网络(NGN)当前研究的热点。本文介绍了SIP和移动IP的基本原理及概念,并对SIP和移动IP的切换机制��
山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 器返回个最终响应,则认为请求已经完成)。 OPTIONS方法用于向服务器查询其能力。如果服务器认为它能与用户联系,则可用 个能力集响应 OPTIONS请求。对于代理服务器和重定向服务器只要转发此请求,不用显示 其能力 BYE方法用于客户端向服务器表明它想释放呼叫。BYE请求可由主叫方发出也可由被 叫方发出,呼叫一方在释放(挂断)呼叫前必须发出BYE请求,收到BYE请求的一方也必 须立刻停止发送媒体流给发出BYE请求的一方。 另外还有几个扩展的SIP方法,例如:INFO用于传递会话中产生的与会话相关的控制 信息,如ISUP和ISDN信令消息等;re-ⅠNITE用于改变会话参数; PRACK与ACK方法 作用相同,但用于临时响应; UPDATE允许客户更新一个会话的参数而不影响该会话的当 前状态; REFER用于指示接收方通过使用在请求中提供的联系地址信息联系第三方,如呼 叫转移; MESSAGE用于通过在消息体中承载即时消息内容实现即时通信; SUBSCRIBE用 于发起订阅请求,向远端端点预定其状态变化的通知; NOTIFY用于通告当前资源状态,发 送消息通知预定者它所预定的状态的变化。 22SIP响应 SIP响应使用 Status-Line作为 其消息格式如下: Status-Line= SIP-Version sp status-Code sp reason -Phrase crle status-Codc:响应码。3位整数,包括1XX、2xx、3xx、4xx、5xx、6 · Reason-Phrase:原因短语。这个字段是对 Status-Code字段的一个文本描述。 Status-Code 用于计算机处理, Reason- Phrase则是给用户看的。协议中对每种 Status-Code定义了相应的 英文文本含义,但在实现的时候,可以选择不用的文本,不用的语言来描述 响应码的第一个数字用来给响应消息进行分类。在SIP/2.0中第一个数字有6个值,定 义如下2 lxx( Provisiona):临时响应一表明请求已经接收,正在继续进行处理。 2x( Success)}:成功响应一请求已经成功收到,理解并接受。 3xx( Redirection):重定向响应一还需要附加的操作才能完成这个请求,本请求转发到其 他的服务器上处理。 4x( Client error):客户端错误一请求包含错误的格式或者不能在这个服务器上完成。 5xx( Server error):服务器错误一服务器不能正确的处理这个显然合法的请求 6xx( Global error):仝局错误一请求不能被任何服务器处理。 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 23SIP的代理服务器方式呼叫流程 LAC Proxy server l Proxy Server 2 1NvII上 (207 Proxy Authentication Required (4)INVITE SINVITE (6100 Trying (7)INVTTE ryIng (9)180R1 (10)180 Ringing (11)180 Ringing 12)200OK (13)200oK (ISACK (I6ACK (IACK ta session (1&BYE (19)BY上 (20)BYE (22)ACK (23)ACK 图1代哩服务器方式的呼叫流程 如图1呼叫流程所示, (1)主叫用户发 INVITE到代埋服务器 (2)代理服务器收到INVE请求,发现没有包含鉴权证书,向主叫响应407, Proxy Authentication Rcquircd,要求客户端向代理鉴定身份 (3)(4)客户端收到407响应,以ACK请求证实,)重发包含鉴权证书的NVTE请求; (5)(6)代理服务器将INⅥITE请求发给被叫代理服务器,其中可能要执行DNS查询, 并向主叫返回100 trying响应,标识已绎收到 INVITE请求并在处理; (⑦)(8)被叫代理服务器收到Ⅰ VITE凊求,响应100 Trying消息,查询定位服务器得到 被叫IP地址,然后向被叫发ⅠVITE请求 (9)(10)(11)被叫用户收到 INVITE请求,提示用户并振铃,180 ringing响应通过代理 服务器传给主叫用户,主叫用户可能听到回铃或显示相关信息: (12)(13)(14)被叫用户应答时,2000K响应通过代理服务器传给主叫代里服务器 (15)(16)(17)主叫用户收到2000K响应,回应ACK请求予以证实,该响应通过代理 服务器传给被叫用户 (18)(19)(20)被叫用户想终止会话,通过自己的代理服务器向对方发送BYF请求; (21)(22)(23)主叫用户回应200OK响应。 3.移动IP技术 移动技术,就是移动用户在跨网络随意移动和漫游中,使用基于TCP/P协议的网络 时,不用修改计算机原来的地址,突破了TCPP协议不支持网络设备移动的限制,实现 移动节点在全球网终范围内自由移动同时继续享有原网终中一切权限。移动IP主要有以下 山国利技记文在线 http://www.paper.edu.cn 儿个特点:强大的漫游功能、双向通信、网终透明性、应用透明性、良好的安全性、实现虚 拟企业网功能和链路无关性等3。 31移动IP的基本原理 使用传统IP技术的主机使用固定的P地址和TCP端口号进行相互通信,在通信期间 它们的IP地址和TCP端口号必须保持不变,否则IP主机之间的通信将无法继续。而移动 IP的基木问题是IP主机在通信期问可能需要在网路上移动,它的P地址也许经常会发生变 化。而IP地址的变化最终会导致通信的中断。 如何解决因节点移动(即P地址的变化)而导致通信中断的问题?蜂窝移动电话提供 个非常好的解决问题的宄例。因此,解决栘动I冋题的基本思路与处瑆蜂窝移动电话 呼叫相似,它将使用漫游、位置登记。隧道技术、鉴权等技术。从而使移动节点使用固定不 变的P地址,一次登录即可实现在任意位置(包括移动节点从一个IP(子)网漫游到另一 个P(子)网时)上保持与邗P主机的单一链路层连接,使通信持续进行。 (1)移动代理( Mobility Agent):又分为归属代理( HA. Home agent)和外区代理 ( FA: Foreign Agent)两类。HA是归属网上的移动代理,它全少有一个借口在归属K上。其责 任是当移动节点移动到外区网时,截收发往该点的数据包,并使用隧道技术将这些数据包转 发到移动节点的转交节点。FA位」移动节点所在的当前外区网上,它负责解除原始数据包 的隧道封装,取出原始数据包,并将其转发到该移动节点、 (2)移动P地址:移动IP节点拥有两个I地址。个是归属地址,是移动节点与归 属网连接时使用的地址,不管移动节点移至网络何处,其归属地址保持不变。:是转交地址, 就是隧道终点地址,转交地址可能是FA转交地址,也可能是驻留本地的转交地址。通常用 的是FA转交地址。在这种地址模式中,FA就是隧道的终点,它接收隧道数据包,解除数 据包的隧道封裝,然后将原始数据包转发到移动节点 (3)位置登记( Registration):移动节点必须将其位置信息向其HA进行脊记,以便 被找到。有两种不同的登记规程。一种是通过FA,移动节点向FA发送登记请求报文,然 后将报文中继到移动节点的HA;HA处理完登记请求报文后向FA发送登记答复报文(接 受或拒绝登记请求),FA处理登记答复报文,并将其转发到移动节点。另一种是直接向HA 进行登记,即栘动节点向其HA发送登记请求报文,HA处理后向移动节点发送登记答复报 文 (4)代理发现( Agent Discovery):一是被动发现,即移动节点等待本地移动代理周 期性的广播代理通告报文;二是主动发现,即移动节点广播一条请求代理的报文。 (5)隧道技术( Tunneling):当移动节点在外区网上时,HA需要将原始数据报转发 给已登记的FA。这是,HA使用IP隧道技术,将原始IP数据包封装在转发的IP数据包中, 从而使原始I数据包原封不动的转发到处于隧道终点的转交地址处。在转交地址处解除隧 道,取出原始数据包,并将原始数据包发送到移动节点。当转交地址为主流本地的转交地址 时,移动节点本身就是隧道的终点,它自身进行解除隧道,取出原始数据包的工作。 32移动IP的切换 当移动节点在两个外地网终间漫游时,需要将移动节点的通信由一个外地路由转交至另 一个外地路由的过稈即为移动IP的切换,即移动节点正在与通信对端通信时从一个外地子 网移动到另外一个外地子网或者从一种接入网络移动到另外一种接入网络的过程。 山国利技记文在线 http://www.paper.edu.cn 切换实际包括两层协议切换过程 (1)链路层切换:当移动节点由一个网络接入点改接到另一个接入点(可能同属一个 子网,也可能分属不同子网)时,首先需要进行数据链路层的切换。这一层的切换过程是由 各个子网所使用的底层通信技术决定的。 (2)IP层切换:当移动节点判断出自己已经移动到新的外地子网时,它将从外地子网 获得转交地址,并发送注册请求向HA注册新的转交地址。HA收到注册请求后给移动节点 发送注册应答,这样就完成了一次新的注册过程。之后,HA开始将日的地址为移动节点的 IP包通过隧道发送到移动节点的当前位置,隧道的出口即为新的转交地址,从而完成了 次完整的切换。但在移动节点切换后还没有注册成功之前,发送给移动节点的数据包将被 HA发送给原转交地址。在现有移动IP机制下,当移动节点连续三次未吹到它当前注册的 FA的代理广播消息吋,才向新的FA发出请求获得新的转交地址,并向HA注册其新的转 父地址 4.基于SIP和移动IP的切换机制 41单独基于SIP解决方案的不足 MN moves CN moves 国国4温温 +=t.:=::: MNMN CNCNCN (lp1)(p2)|(p3)Proxy MN rOxy CN(p1)()(lp3) Re-INVITE Re-INVITE Re-INVITE 20K 2000K ACKWillLost Re-INVITE Re-INVITE Re-INVITE ACK Session will lost tRe-INVITE Re-INVITE will last Re-INVITE 图2SmP系统结构 移动节点离开当前网络,进入新的网络,其P地址会发生改变,这一过程称为切换。 先断开再连接称为硬切换,而先连接再断开称为软切换。而SI是基于应用层的一和轻量级 协议,其针对终端移动的具体解决方案只是在切换完成后及时把移动节点的最新IP地址通 知给对端节点。对硬切换来说,只是通过告知对端节点连接地址的变化无法解决切换过程中 的数据可靠传输问题。而且,对基于TCP协议且对连接可靠性要求较高的应用来说,SIP 也无法保证一个固定的IP连接。另外,对通信双方都是移动节点的快速移动,SIP协议更 难保证可靠服务。如图2所小,两个SIP用户因为移动过快,导致 Re-invite信令难以传递 到通信对端节点最新的位置,从而导致原有的会话丢失。 4.2单独基于移动IP解决方案的不足 因为采用了隧道机制,移动IP存在路山冗长的缺陷。移动IPv4解决方案本来存在三角 路由问题,即通信对端发给移动节点的数据必须经由HA传递给移动节点,而移动节点发给 6 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 通信对端的数据包可以通过FA直接传递给通信对端。此外,随着卜·代网络对网络安全性 要求的提髙,存在入口过滤的外地网络不允许FA直接转发源地址为移动节点家乡地址的数 据包到通信对端,导致岀现比三角路由更耗费网络资源的双向隧道路由。而现有网络对ⅴ6 路由优化的支持还不充分,导致部分IP√6节点也得采用双向隧道路由传输机制,移动节点 的数据传递必须经过HA中转 43系统构成 基」对以上两种解决方案的分析,SIP与移动P技术在通信节点的IP移动性支持上具有 较明显的互补性。在移动IP应用中,数据包通常是先路由到HA,再以隧道方式传递到移动 节点。HA是固定的,因此,移动节点之间的数据传递可靠性能够保证。而SP提供的是移动 节点的当前地址,不存在路由优化问题,对于实时性要求较高的、基于UDP的应用来说十 分合适。另一方面,SIP作为一种应用层协议,具有很强的可扩展性,对未来移动迸信支持 的方式较多。基于SIP和移动IP的切换机制系统主要有以下几个组成部分 1.SI服务器 SIP服务器是一个注册服务器,它能够记求用户的信息,以实现对用户的认证和管理 能为移动终端提供完善的切换策眳。而且SIP服务器要能够为用户与应甪服务尜之间建立路 由。应用服务器独立」SIP服务器。应用服务器可以先为用户提供服务的列表,用户将他想 要亨受的服务以SP消息为承载发给SP服务器,向SIP服务器中请该项服务,再由SP服务器 向用户终端提供相应服务的具体位置。 2.归属代理IA( Home Agent IA可以是路由器上的一个以太网接口。考虑到GPRs,由于终端接入时得到的mP地址是 运营商GGSN分配的内网地址,所以HA必须具有公网地址。为了安全性考虑,HA必须进行 移动安全联合的设置,包括SPI( Sccurity Paramctcr Index)、共享密钥和加密算法,以实现 对报文的认证和加密,保证报文安仝、可靠的传输。SP是一个为数据报识别安仝关联而产 生的32位伪随机值。0到255的SPI值被保留,不允许在任何移动安全关联中使用。共享密钥 是HA和移动节点共享的一串最长为16字节的十六进制数或字符,它经过加密算法 (HMAC-MD5算法)计算出定长为16宇节的消息摘要,移动节点把消息摘要放入注册请求 消息的扩展头的认证域中,组成一个具认证和完整性检査功能的注册请求消息。当此消息到 达HA后,HA利用和移动节点共享的密钥计算消息得到消息摘要,把它与消息认证域中的消 息摘要比较,如果相等,则说明是真正移动节点发出的注册请求,并且这个请求在传送过程 中没有被篡改;如不相等,则丢弃这个数据分组。IA向移动节点返回的注册应答消息同样 采用消息摘要的方法 3.无线接入点AP AP( Acess point)是传统的有线局域网终与无线局域网终之间的桥梁,是必不可少的设 备,它是终端连接Inτ ernet的接入点,同时也可作为DHCP服务器为终端分配I地址。冋样的, 出于安全性的考虑,AP必须进行加密设置。WPA和WPA2虽然能够吏好的解决无线网络的 安全问题,但是由」部分AP和大多数移动终端都不支持这两个协议,尤其是WPA2,所以系 统中仍采用的是WEP( Wired equivalent Privacy)加密的方式,所有经过WFi认证的设备都 支持该安全协定。它采用64位或128位加密密钥的RC4加密算法,保证传输数据不会以明文 方式被截获 4.流媒体服务器 山国武技记文在线 http://www.paper.edu.cn 为终端提供媒体列表,提供媒体文件在SP服务器上的虚拟地址;同吋向SP服竻器提 供媒体的真实地址,并提供媒体源。 5.移动终端 综合考虑到因为目前国内没有3G的环境,以及 Linux系统开发资源丰富以及源代码开放 的特点,所以终端可以选择Iinx系统的wi-i和GPRS双模手机,其处理器能达到使媒体播 放器流畅运行即可。现有的移动终端并不能满足系统的全部需求,终端上必须具备三方面功 能:移动IP的移动节点功能,SP终端功能,和流媒体播放功能。即系统应用程序应集成移 动P协议栈、SIP协议栈和流媒体播放器,并最终可在于机GUI程序菜单中点击图标快捷方 式运行。 该移动终端的程序界面应该为用户提供以下几个选项: (1)注册(用于向SIP服务器进行注册 (2)提取服务列表。(从应用服务器获得各项服务在SP服务器上的对应位置 (3)媒体播放、暂停、停止。 (4)设置。可以设置的相关参数有:运营商提供的AP列表;SI服务器的P地土和服务端 口号;用于向SIP服务器注册认证得用户名和密码;预约间隔,终端重新向SIP服务器预约的 时间间隔,与预约有效期相同;扫描间隔,终端在网络信号徳定的正常情况下扫摧网络的时 间;应用服务器的P地址和服务端口号;HA的IP地址,SPI,共亨密钊:家乡网终的网络前 缀和子网掩码;家乡地址的获取方式,静态配置或者通过NAI的方式;优选网终,WiFi或者 GPRS。 5.结论 SIP协议作为NGN通信的核心协议,将有着极人的市场潜丿和应用前景。SIP借鉴了 其他 Internet标准和协议的设计思想,有其突出的优点。首先,它是基于文本的协议,因此, SIP对以文本形式表小的消息的词法和语法分析就比较简单。其次,SIP会话请求过程和媒 体协商过程等是一起进行的,因此呼叫建立时间短。SIP只要充分利用已定义的头域,必要 时对头域进行简单扩展就能很方使地支持补充业务或智能业务。而且SIP类似于其他的 Internet协议,设计上就为分布式的呼叫模型服务的,具有分布式的组播功能,便于控制大 型会议电话。而将SIP与IP技术相结合,止使得数据通信发生与语音通信样的深刻变荦。 虽然现有的移动I技术还有很多不足之处,I6方案也还没有最终完善。但是有一点是可 以肯定的,那貮是基于移动I技术和SIP相结合,提供高速、高质量的多媒体通信业务必 将是大势所趋。 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 参考文献 [1 Rosenberg J, Schulzrinne H, Camanilo G. SIP: Session Initiation Protocol[S], IETF RFC3261, June 2002 [2 Rosenberg J, Schulzrinne H. An Extension to the Session Initiation Protocol (SIP)for Symmetric Response RoutingS], IetF RFC3581, August 2003 3K.Tachikawa. A Perspective on the Evolution of Mobile Communications IEEE Communications Magazine October 2003 Research of a new handover mechanism for sip and Mobile ip Lin Zhangyu, Sun Wensheng Telecommunication Engineering Department of Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing(100876) Abstract SIP, a signal protocol of application layer, is the hot aspect of research in the ngn nowadays. This paper introduces the basic concept of SIP and mobile IP, and analyses its handover mechanism Keywords: SIP, Mobile IP, Handover Mechanism 9

...展开详情
img

关注 私信 TA的资源

上传资源赚积分,得勋章
最新资源