基于SIP對(duì)應(yīng)用層移動(dòng)性支持的研究

陳雪蓮

摘要：文章首先介紹了SIP協(xié)議的特點(diǎn)以及基本工作原理；然后詳細(xì)描述了SIP對(duì)應(yīng)用層移動(dòng)性支持的工作過程，并著重分析了SIP對(duì)應(yīng)用程序提供的終端、個(gè)人、會(huì)話和服務(wù)移動(dòng)性的支持。

關(guān)鍵詞：SIP協(xié)議；移動(dòng)性；應(yīng)用層

1.移動(dòng)性研究

隨著Internet的迅猛發(fā)展，用戶對(duì)移動(dòng)性的要求越來越高，移動(dòng)IP實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶移動(dòng)的透明性的支持，但是也存在一些局限性，尤其在對(duì)延遲敏感的多媒體應(yīng)用上，如三角路由、三角注冊(cè)、需要home地址和隧道管理等。初始對(duì)話協(xié)議（Session Initiation Protocol，SIP）是一種應(yīng)用層協(xié)議，用于建立和釋放單播或多播的多媒體會(huì)話。IETF對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化用于多播會(huì)議IP電話呼叫?；赟IP，本文提出一種獨(dú)立于底層技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)來支持多媒體服務(wù)的移動(dòng)性。

2.SIP基本原理

SIP是一個(gè)應(yīng)用層控制協(xié)議，它能夠允許兩方或多方建立、修改、終止多媒體流的會(huì)話或呼叫。媒體流可以是音頻、視頻或者任何基于Internet的通信機(jī)制，比如分布式游戲、共享應(yīng)用和共享的文本編輯器等。IETF等對(duì)SIP進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，并在Internet電話有了很多的應(yīng)用。

SIP主要有兩種結(jié)構(gòu)元素：用戶代理uA和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。uA駐留在SIP的終端站中，它包含兩個(gè)部分：用戶代理客戶端（User Agent Client，UAC），該部分負(fù)責(zé)發(fā)布SIP請(qǐng)求；用戶代理服務(wù)器（User Agent Server，UAS），它負(fù)責(zé)響應(yīng)SIP請(qǐng)求。其中，用戶代理服務(wù)器有3種不同類型：重定向服務(wù)器、代理服務(wù)器和注冊(cè)服務(wù)器?；維IP呼叫不需要服務(wù)器，但其他一些增強(qiáng)特性需要服務(wù)器的支持。

3.SIP支持移動(dòng)性的原理

SIP協(xié)議中所包含的SIP代理服務(wù)器和SIP重定向服務(wù)器，接受用戶的注冊(cè)并保存用戶的位置信息，為用戶提供移動(dòng)性支持。用戶有一個(gè)公開的地址，如peter@domain.com，并在其家網(wǎng)絡(luò)中SIP服務(wù)器上注冊(cè)，當(dāng)用戶移動(dòng)到其他網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用戶會(huì)及時(shí)更新在自己家網(wǎng)絡(luò)中的SIP服務(wù)器上的注冊(cè)的位置信息，這樣，當(dāng)有對(duì)該用戶的呼叫時(shí)，服務(wù)器能夠找到該用戶。

當(dāng)一個(gè)會(huì)話建立起來以后，如移動(dòng)用戶從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)到一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)它的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)發(fā)生了變化，如IP地址，為了保持通信，移動(dòng)用戶必須用原來的Call-ID向通信對(duì)方發(fā)出一個(gè)新的INVITE，并在contact字段中告訴對(duì)方自己現(xiàn)在所用的新的地址，同時(shí)在請(qǐng)求頭中的SDP的連接數(shù)據(jù)字段里，告訴對(duì)方將媒體流重定向到移動(dòng)用戶的新地址。

4.終端移動(dòng)性

終端移動(dòng)性允許一個(gè)設(shè)備在IP子網(wǎng)中移動(dòng)，使其所屬的子網(wǎng)改變時(shí)，仍然可以接收到請(qǐng)求的信息，并且保持會(huì)話，為了在子網(wǎng)改變以后，能夠再保持會(huì)話，這個(gè)子網(wǎng)需要DHCP和動(dòng)態(tài)DNS。

在應(yīng)用層，SIP的注冊(cè)機(jī)制可以被看作是與移動(dòng)IP的注冊(cè)機(jī)制等價(jià)的。移動(dòng)IP綁定一個(gè)固定的IP地址到一個(gè)臨時(shí)的IP地址來標(biāo)識(shí)主機(jī)，而SIP則給臨時(shí)的IP地址綁定一個(gè)用戶的標(biāo)識(shí)符。SIP對(duì)終端移動(dòng)性的支持包括3個(gè)階段：呼叫前（pre-call）、呼叫中（mid-call）的移動(dòng)性和從網(wǎng)絡(luò)分割中恢復(fù)。

4.1呼叫前的移動(dòng)性（pre-call mobility）

SIP移動(dòng)性最容易的部分是呼叫前的移動(dòng)性。在接收和開始一個(gè)呼叫之前，移動(dòng)主機(jī)需要一個(gè)新的地址。每獲得一個(gè)新的IP地址，移動(dòng)主機(jī)都只需要重新向它的家網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)新的IP地址，如圖2所示。具體的執(zhí)行流程為：

Step 1：通信主機(jī)向重定向服務(wù)器發(fā)送SIP請(qǐng)求。

Step 2：重定向服務(wù)器向通信主機(jī)返回一個(gè)302響應(yīng)消息。

Step 3：通信主機(jī)向移動(dòng)主機(jī)發(fā)送一個(gè)SIP請(qǐng)求。

Step 4：移動(dòng)主機(jī)向通信主機(jī)發(fā)送一個(gè)OK，向應(yīng)消息。

Step 5：通信主機(jī)向移動(dòng)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息。

4.2呼叫中的移動(dòng)性（mid-call mobility）

對(duì)呼叫中的移動(dòng)性，正在移動(dòng)的主機(jī)發(fā)送另一個(gè)INVITE消息給通信的主機(jī)，而不通過任何中間的代理。在呼叫開始建立階段，如果SIP代理通過插入一個(gè)Record-Route來成為未來信令消息循環(huán)的一部分，這樣SIP代理就可以被穿越。這個(gè)INVITIE請(qǐng)求包含一個(gè)新的IP地址的更新的會(huì)話描述，因此當(dāng)移動(dòng)主機(jī)的應(yīng)用程序發(fā)現(xiàn)它獲得了一個(gè)新的IP地址時(shí)，位置更新有一個(gè)單項(xiàng)的延遲。對(duì)寬帶接入，這個(gè)延遲可能等于傳播延遲加上幾毫秒，但是在低帶寬的系統(tǒng)中可能會(huì)增加幾十毫秒的延遲。

可以通過以下的方式實(shí)現(xiàn)快速移交。移動(dòng)主機(jī)不通告它自己的地址作為媒體流的目的地址，而是采用代理或者代理相關(guān)的RTP轉(zhuǎn)換器的地址來代替。同樣，在包含INVITE請(qǐng)求的會(huì)話描述中，代理也可以重寫網(wǎng)絡(luò)地址，所以這種機(jī)制不一定需要終端系統(tǒng)的支持。RTP轉(zhuǎn)換器截取媒體包，然后把他們傳遞給移交后的新地址。此外，這樣一個(gè)轉(zhuǎn)換器也可以轉(zhuǎn)換媒體代碼為低帶寬或者增加進(jìn)一步的錯(cuò)誤校驗(yàn)。例如，sIP代理可以使用Megaco或者M(jìn)GCP。在實(shí)現(xiàn)中，SIP信令是分開的，網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)服務(wù)器可以在呼叫方終止呼叫，這個(gè)服務(wù)器然后再通知移動(dòng)主機(jī)。RTP轉(zhuǎn)換器的插入減少了移交延遲。

在應(yīng)用層支持IP層的軟移交方法是比較困難的，通信主機(jī)必須分別發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)流給新的IP地址和原來的IP地址。采用RTP轉(zhuǎn)換器的方法能夠?qū)υ撘平徊僮饔袔椭榱吮ＷC軟交的安全性，SIP使用3種認(rèn)證機(jī)制：HTTP、使用共享密鑰和PGP的數(shù)字認(rèn)證、使用公共密鑰的加密。一個(gè)防止入侵者的根本方法是使用一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的呼叫標(biāo)識(shí)符。

4.3網(wǎng)絡(luò)分割

如果網(wǎng)絡(luò)分割持續(xù)的時(shí)間少于30秒，SIP不需要其他的機(jī)制就可以恢復(fù)，當(dāng)沒有回應(yīng)的消息時(shí)，只要重傳這個(gè)請(qǐng)求就可以了。如果網(wǎng)絡(luò)分割持續(xù)的時(shí)間更長(zhǎng)，更新有可能丟失，而且其他主機(jī)也可能移動(dòng)了位置。在這種情況下，為了重新建立連接，每一方都應(yīng)該將SIP的INVITE請(qǐng)求寫為規(guī)范的地址，發(fā)送給另一方的家代理。如果SIP的UA實(shí)現(xiàn)了SIP會(huì)話定時(shí)機(jī)制：可以根據(jù)用戶配置的間隔時(shí)間定時(shí)刷新會(huì)話。

4.4分級(jí)注冊(cè)

缺省情況下，注冊(cè)的請(qǐng)求是發(fā)給本地的SIP服務(wù)器的。任何位置的改變都會(huì)引起一個(gè)SIP注冊(cè)請(qǐng)求和應(yīng)答被發(fā)送。如果SIP服務(wù)器為很多主機(jī)服務(wù)，那么這種注冊(cè)請(qǐng)求會(huì)增加服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，因此可以采用分級(jí)注冊(cè)的方法。在一個(gè)最近的SIP服務(wù)器注冊(cè)，而它指導(dǎo)應(yīng)該如何轉(zhuǎn)發(fā)或重定向注冊(cè)請(qǐng)求。分級(jí)注冊(cè)請(qǐng)求原理如圖3所示。

5.結(jié)語

本文介紹了應(yīng)用層的移動(dòng)性可以部分或全部代替網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性，包括終端、個(gè)人、會(huì)話和服務(wù)移動(dòng)性。本文提出的算法適用于所有基于IP的應(yīng)用程序，而不僅是針對(duì)Internet電話和會(huì)議。