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基于软交换的SIP网关的设计与实现

2020-12-16阅读(538)

基于软交换的SIP网关的设计与实现

论文摘要

在电信技术高速发展的时代,基于传统PSTN(Public Switched Telephone Network)的电信网络已经无法满足用户的需求;另外一方面,考虑到成本优势,传统的电信运营商和新兴的服务提供商都希望把低成本的、非电信级的、不太可靠的VoIP(Voice over IP),即时通讯等新兴技术应用到电信级的业务服务中。对于设备提供商,也希望可以提供一整套的解决方案和硬件设备,NGN(Next Generation Network,下一代网络)就此诞生并逐渐发展。NGN在近几年的发展速度很快,但也遇到了不少挑战,其中比较大的困难是基于软交换的用户接入问题,NGN需要将各种媒体网关、信令网关、智能终端、媒体服务器等接入到整个网络中。考虑到目前IPv4的地址资源越来越少,很多公司都会在内网使用私网地址,拥有这些私网地址的终端或者服务器在NGN网络上很难被公司外网的用户或者应用访问到;另外大部分公司都会在内、外网间加上防火墙来保护公司内部资源,从而更加增加了公司内外网间进行语音和视频通信的难度。因此,研究一个成熟的低成本解决方案急不可待。在此背景下,本文通过研究NGN、软交换平台所使用的各种ITU(International Telecommunication Union)、IETF(Internet Engineering Task Force)协议标准,设计出一个基于SIP(Session Initiation Protocol)协议的软交换平台;进而在这个平台的基础上,通过比较现有NGN防火墙穿越解决方案,分析其各自的优缺点,提出并实现了一种智能的、低成本的、安全的、有较高扩展性的基于SIP协议及其协议簇的网关设计方案,搭建一套比较完整的NGN安全智能网络,保护客户在网络安全产品上已有的巨额投资,并提供灵活的扩展功能,使网关能无缝连接到其他安全、认证、计费系统中去。本文的具体工作包括:1)从软交换平台的功能出发,开发出一个基于SIP协议的,支持语音、视频、文字沟通的软交换平台;2)分析现有NGN网络中防火墙穿越方案的不足,提出了一种基于SIP软交换的,智能、安全的SIP网关接入方案;3)基于该方案,分析、设计和实现了SIP网关,包括:功能需求和非功能需求的分析,静态模型、动态模型、数据模型、安全性、出错处理等多维度的设计。SIP网关通过应用层的过滤,控制防火墙满足客户的音视频沟通要求,能与软交换平台、智能终端、SIP服务器等的互联互通,同时在PKI的基础上,提供更高级别的访问控制功能;4)将SIP软交换平台与网关进行集成,并进行了功能测试、性能测试、稳定性测试和安全性测试,最后在某市政府办公网络平台中进行了试运行。测试和试运行结果表明,所开发的SIP网关与支持SIP协议的软交换平台达到了预期的目标,满足企业用户进行安全语音视频通讯的要求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 研究目的和意义
  • 1.3 研究目标和内容
  • 1.4 论文结构
  • 2 相关技术
  • 2.1 SIP 协议及其协议簇
  • 2.1.1 SIP 协议中的实体
  • 2.1.2 SDP 协议及其在SIP 协议中的应用
  • 2.2 防火墙
  • 2.3 防火墙入侵检测技术
  • 3 基于SIP 协议的软交换平台的开发
  • 3.1 软交换平台的定位和需求分析
  • 3.1.1 软交换平台在NGN 网络中的定位
  • 3.1.2 软交换平台的需求分析
  • 3.2 软交换平台的设计
  • 3.2.1 软交换平台的架构设计
  • 3.2.2 软交换平台的内部结构设计
  • 3.3 关键模块的详细设计与实现
  • 3.3.1 CSM 的详细分析和设计
  • 3.3.2 CSM Manager 的详细分析和设计
  • 3.3.3 脚本解释器的详细分析和设计
  • 4 SIP 网关的设计
  • 4.1 软交换平台接入防火墙的解决方案
  • 4.1.1 面临的挑战
  • 4.1.2 应用层网关防火墙
  • 4.1.3 MiddleBox/MIDCOM 代理
  • 4.1.4 VPN
  • 4.1.5 STUN
  • 4.1.6 TURN
  • 4.1.7 本文的解决方案
  • 4.2 SIP 网关的需求分析
  • 4.2.1 SIP 网关的功能需求分析
  • 4.2.2 SIP 网关的非功能需求分析
  • 4.3 SIP 网关的工作原理
  • 4.4 SIP 网关的静态模型设计
  • 4.4.1 SIP 网关的逻辑结构
  • 4.4.2 SIP 网关的接口设计
  • 4.4.3 SIP 网关的软硬件资源
  • 4.4.4 SIP 网关的运行环境
  • 4.5 SIP 网关的动态模型设计
  • 4.5.1 SIP 网关的典型应用
  • 4.5.2 注册运行控制的时序图
  • 4.5.3 呼叫运行控制的时序图
  • 4.6 SIP 网关的数据模型设计
  • 4.6.1 ER 图设计
  • 4.6.2 表格设计
  • 4.6.3 模块和表格的映射
  • 4.7 SIP 网关的安全保密设计
  • 4.8 SIP 网关的出错处理设计
  • 4.8.1 出错信息
  • 4.8.2 补救措施
  • 5 SIP 网关的测试和应用
  • 5.1 测试环境
  • 5.2 测试条件
  • 5.3 功能测试
  • 5.3.1 外网注册流程的测试
  • 5.3.2 外网状态订阅流程的测试
  • 5.3.3 外网通报流程的测试
  • 5.3.4 内外网通讯流程的测试
  • 5.3.5 内外网短信通讯流程的测试
  • 5.3.6 功能测试结果
  • 5.4 性能测试
  • 5.4.1 压力测试
  • 5.4.2 稳定性测试
  • 5.5 安全性测试
  • 5.6 SIP 网关应用试点
  • 6 总结与展望
  • 6.1 本文工作小结
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文目录

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