基于SIP的B2BUA服務(wù)器設(shè)計(jì)

莊偉胤　唐余亮

【摘要】 Session Initiation Protocol（SIP）是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心控制協(xié)議，用于在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上建立、改變和結(jié)束多媒體會話。SIP服務(wù)器作為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，它的實(shí)現(xiàn)就顯得尤為重要。一種方法是代理服務(wù)器Proxy，它只在SIP交互時保存狀態(tài)，而不是在整個呼叫中維護(hù)狀態(tài)，這限制了代理服務(wù)器更大范圍的應(yīng)用。另一種方法是背對背的用戶代理（B2BUA，Back-to-Back User Agent）服務(wù)器，它在整個呼叫過程中都維護(hù)狀態(tài)。文章從SIP協(xié)議的基本原理出發(fā)，利用reSIProcate協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)SIP B2BUA服務(wù)器并對其做了壓力測試。

【關(guān)鍵詞】 RFC 3261 SIP B2BUA

一、SIP協(xié)議

SIP是2001年推出的IETF標(biāo)準(zhǔn)（RFC 3261），用于在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上建立、改變和結(jié)束多媒體會話。SIP系統(tǒng)采用C/S模型，定義了服務(wù)器和用戶代理。SIP系統(tǒng)的端系統(tǒng)稱為用戶代理（User Agent，UA），包含用戶代理客戶端（User Agent Client，UAC）和用戶代理服務(wù)器（User Agent Server，UAS）。UAC負(fù)責(zé)呼叫的發(fā)出，而UAS負(fù)責(zé)呼叫的接收。

典型的基于Proxy的呼叫過程為：主叫方向被叫方發(fā)出INVITE請求消息，開始建立會話。Proxy接收到這條消息時會回復(fù)一條100 Trying告訴主叫方消息正在處理，然后INVITE消息經(jīng)過Proxy路由轉(zhuǎn)發(fā)到被叫方，被叫方回復(fù)100 Trying 和180 Ringing響鈴，被叫方接聽回復(fù)200 OK，主叫方回復(fù)ACK，會話建立。要結(jié)束會話時，其中一方發(fā)送BYE消息，另外一方回復(fù)200 OK。

二、B2BUA服務(wù)器介紹

按照RFC 3261中的定義，B2BUA是一個邏輯實(shí)體，它就像UAS一樣接收和處理請求。為了決定該如何應(yīng)答一個請求，B2BUA又像UAC一樣工作，并且發(fā)出請求。但是它不像Proxy，它維持對話狀態(tài)，并且參與已經(jīng)建立的對話中的每一個請求。

B2BUA系統(tǒng)主要由三個邏輯單元組成，兩個UA和一個會話控制邏輯單元；邏輯單元之間通過事件進(jìn)行交互，每一個UA代表著一個狀態(tài)機(jī)，它從終端接收消息，并根據(jù)接收到消息的類型和當(dāng)前UA的狀態(tài)觸發(fā)相應(yīng)事件。而會話控制邏輯單元充當(dāng)橋梁，它根據(jù)自己當(dāng)前的狀態(tài)和每個UA之間的狀態(tài)，在UA之間傳遞相應(yīng)事件。因此，本文使用B2BUA實(shí)現(xiàn)SIP服務(wù)器。

三、B2BUA服務(wù)器設(shè)計(jì)框架

B2BUA服務(wù)器總體設(shè)計(jì)的框架如圖1所示，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)從上到下分為事務(wù)用戶層、事務(wù)層、傳輸層。傳輸層定義服務(wù)器如何接收請求和發(fā)送應(yīng)答。事務(wù)層處理應(yīng)用層的重發(fā)、匹配請求的應(yīng)答以及應(yīng)用層的超時。在事務(wù)層之上是事務(wù)用戶，每次它發(fā)送一個請求就創(chuàng)建一個客戶事務(wù)實(shí)例并且和請求一起發(fā)送。事務(wù)用戶可以創(chuàng)建事務(wù)也可以取消事務(wù)。

服務(wù)器架構(gòu)中的數(shù)據(jù)庫存儲本地的用戶信息；WebThread對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行配置，包括添加刪除用戶等；事務(wù)層中的TransactionConTroller負(fù)責(zé)與事務(wù)用戶層進(jìn)行交互，TransportSeletor負(fù)責(zé)跟傳輸層的交互；事務(wù)用戶層中的Register處理用戶注冊消息，B2B模塊則是B2BUA服務(wù)器設(shè)計(jì)的核心，它負(fù)責(zé)處理會話的消息，包括會話的建立會話的拆除等。因此，它的合理設(shè)計(jì)對服務(wù)器的性能有很大的影響，所以B2B模塊采用多線程的設(shè)計(jì)模式，包含兩個線程，一個是MyDUMThread，一個是B2BCallThread。這兩個線程的同步并發(fā)處理實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器優(yōu)越的性能。

四、服務(wù)器性能測試

SIPp是一個測試SIP協(xié)議性能的工具軟件。它是一個GPL的開放源碼軟件。首先，SIPp包含了一些基本的用戶代理工作流程（UAC和UAS），并可使用INVITE和BYE建立和釋放多個呼叫。統(tǒng)計(jì)服務(wù)器性能數(shù)據(jù)，包括：呼叫速率、信號來回的延遲，以及消息統(tǒng)計(jì)等。另外，SIPp實(shí)現(xiàn)對許多實(shí)際的SIP設(shè)備的自動測試，如對SIP代理服務(wù)器、B2BUA服務(wù)器等設(shè)備的測試，檢測所開發(fā)設(shè)備是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，幫助開發(fā)人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題。

SIP B2BUA的測試環(huán)境如圖2所示。服務(wù)器的PC機(jī)硬件配置是：Intel（R） Xeon（R） CPU E3-1240 v2 @ 3.4 GHz、 2.0 GB的內(nèi)存物理地址擴(kuò)展、Broadcon NetXtreme Gigabit Ethernet網(wǎng)卡。操作系統(tǒng)采用Ubuntu 12.04。UAC與UAS處理消息的機(jī)制是：UAC給服務(wù)器發(fā)送INVITE，然后會等待服務(wù)器回復(fù)的180 Ringing和200 OK，當(dāng)收到200 OK之后，UAC給服務(wù)器發(fā)送ACK，此時UAC啟動2000ms定時器，模擬RTP傳輸。2000ms之后，UAC給服務(wù)器發(fā)BYE。當(dāng)收到服務(wù)器回復(fù)200 OK，表明一個完整的會話呼叫建立和終止過程就此結(jié)束。而UAS是首先等待服務(wù)器發(fā)過來的INVITE消息，當(dāng)接收到INVITE消息時，給服務(wù)器回復(fù)180 Ringing，再回復(fù)200 OK。然后繼續(xù)等待服務(wù)器發(fā)過來的ACK及BYE消息，收到BYE后給服務(wù)器回復(fù)200 OK，這樣UAS一個完整的呼叫過程建立和結(jié)束會話也結(jié)束了。最后測得服務(wù)器的最大負(fù)載是110cps，也就是說服務(wù)器可以處理的最大能力是終端每秒鐘110個INVITE消息請求。

五、結(jié)論

文章從SIP的基本原理出發(fā)，說明Proxy只是事務(wù)有狀態(tài)的，因此它不具備很多B2BUA服務(wù)器的特性，這對實(shí)現(xiàn)服務(wù)器增值業(yè)務(wù)功能非常不利?；谶@個原因，文章詳細(xì)闡述了B2BUA服務(wù)器的設(shè)計(jì)，并對服務(wù)器做了測試，證明實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器優(yōu)越的性能。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] J.Rosenberg，H.Schulzrinne，G.Canarillo etal，SIP：session Initiation Protocol，RFC 3261，December，2002

[2] 黃永鋒，李建慶等. 下一代網(wǎng)絡(luò)核心控制協(xié)議-SIP及其應(yīng)用[M]. 人民郵電出版社. 2009

[3] Trac.SIP B2BUA[EB/OL].[2012-3-20]. http：//www.b2bua.org/wiki/B2BUADocumentation