基于服务元网络体系结构的实时通信系统的设计和实现

论文摘要

随着互联网的广泛普及和网络服务的多元化,获取各类信息的方式已经逐渐从文字和图片过渡到音频和视频。VoIP（Voice over IP）是一项利用互联网进行语音通信的热门业务,通过对语音信号进行编码、压缩成数据帧,然后封装为IP数据报在TCP/IP网络上进行传输。会话初始协议（SIP）是由IETF提出并主持研究的一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议。SIP是一种客户端/服务器（C/S）结构的协议,可以建立、修改和终止多媒体会话。SIP借鉴了其他互联网标准和协议的设计思想,在风格上遵循互联网一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则,并充分注意到互联网开放而复杂的网络环境下的安全问题。传统的基于层次的网络体系结构存在的主要问题-层间功能重叠和复杂的分层处理过程,导致了网络服务效率低下。通过对现有网络中服务类别的分析、归纳,我们提出了一种新型的非层次的网络体系结构:基于服务元的网络体系结构（SUNA）。服务元只提供服务,不接受服务,所以避免了层间交互和服务传递的开销。服务元不仅能为本节点应用提供服务,而且不同节点的服务元可以合作向某一节点或整个网络提供服务。由服务元所构建的系统中,相关节点的服务团队将服务元组织起来,大量的服务元系统组织成整个网络系统。服务元网络体系结构具有简洁、可扩展和容易实现的特点,而且易于从TCP/IP过渡而来。本文首先阐述了服务元网络体系结构的思想、原理及概念,介绍了VoIP业务两种典型的应用层控制协议:H.323与SIP。在充分研究了服务元网络体系结构的实际情况后,选择了设计和实现该实时通信系统应用层控制协议的最优方案:SIP。之后,广泛并深入地学习了SIP的相关开发和技术性文档,充分研究和理解了服务元网络体系结构的应用编程思想,配合学习了UNIX网络编程技巧。经过充分论证,本文采用了服务元网络编程中的实时数据流服务元传输实时音、视频数据。通过设计和实现基于服务元网络体系结构的应用层控制协议,最终实现了这个实时通信系统。该系统为用户提供了集文字,语音及视频一体的网络服务。在现有网络环境的测试中,该系统成功的为用户提供方便、实时和高质量的服务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题任务简介及本人工作
• 1.3 论文结构
• 第二章 服务元网络体系结构介绍
• 2.1 传统网络体系结构的起源和现状
• 2.1.1 层次网络体系结构的特点
• 2.1.2 层次网络体系结构的缺陷
• 2.1.3 新型网络体系结构的探索
• 2.2 服务元网络体系结构
• 2.2.1 服务元网络体系结构基本原理
• 2.2.2 服务元网络体系结构的节点模型
• 2.2.3 层的地址和端地址
• 2.2.4 服务功能元素和服务
• 2.2.5 服务元网络体系对QoS 的支持
• 2.3 服务元体系结构下的端系统
• 2.3.1 服务元体系结构下的端系统模型
• 2.3.2 端系统提供的服务类型
• 2.4 服务元体系结构的数据单元格式
• 2.4.1 数据单元的分类
• 2.4.2 数据单元的传输方式
• 2.4.3 数据单元的格式
• 2.5 服务元网络体系结构原型主机
• 2.5.1 原型主机实现的功能
• 2.5.2 原型主机的模块及功能划分
• 2.5.3 原型主机数据处理的过程
• 2.5.4 原型主机实现的服务元
• 2.6 服务元网络体系结构的优势
• 第三章 会话初始协议概述
• 3.1 VoIP 技术相关协议简介和SIP 的优势
• 3.1.1 H.323 协议概述
• 3.1.2 SIP 简介及特点
• 3.1.3 H.323 协议与SIP 比较以及SIP 的优势
• 3.2 SIP 协议栈总体结构分析
• 3.3 SIP 的逻辑实体划分
• 3.4 SIP 的功能概况
• 3.5 SIP 的消息机制
• 3.5.1 请求
• 3.5.2 响应
• 3.5.3 头字段
• 3.5.4 消息实体
• 3.5.5 SIP 消息帧
• 3.6 SIP 的典型配置和基本实现
• 第四章 实时通信系统的总体设计
• 4.1 设计目标
• 4.2 可行性分析
• 4.2.1 实时数据在服务元体系下的通信机制
• 4.2.2 与实时数据传输相关的问题
• 4.3 服务元体系与SIP 体系网络相关结构模型
• 4.4 系统功能模块划分
• 4.4.1 传输模块
• 4.4.2 事务处理模块
• 4.4.3 用户代理模块
• 4.4.4 注册模块
• 4.4.5 查询能力模块
• 4.4.6 对话模块
• 4.4.7 会话模块
• 4.4.8 代理服务器模块
• 4.4.9 SIP 安全模式的考虑
• 4.5 服务器应用程序设计
• 4.5.1 代理服务器的功能设计
• 4.5.2 重定向服务器的功能设计
• 4.5.3 注册服务器的功能设计
• 4.5.4 定位服务器的功能设计
• 4.6 客户端应用程序设计
• 4.6.1 用户代理客户端的基本功能
• 4.6.2 用户代理服务器的基本功能
• 第五章 实时通信系统的详细设计与实现
• 5.1 开发调试环境简介
• 5.2 传输模块的设计和实现
• 5.2.1 服务元网络体系结构的网络应用程序编程模型
• 5.2.2 服务元体系的网络编程系统调用
• 5.2.3 传输模块的设计
• 5.2.3.1 客户端子模块
• 5.2.3.2 服务器子模块
• 5.2.4 传输模块的实现
• 5.2.4.1 服务器应用程序的实现
• 5.2.4.2 客户端应用程序的实现
• 5.3 事务处理模块的设计
• 5.3.1 客户端事务
• 5.3.1.1 INVITE 事务的处理过程
• 5.3.1.2 ACK 请求的生成
• 5.3.1.3 非INVITE 事务的处理过程
• 5.3.2 服务器事务
• 5.3.2.1 INVITE 事务的处理过程
• 5.3.2.2 非INVITE 事务的处理过程
• 5.4 用户代理模块的设计
• 5.4.1 用户代理客户端
• 5.4.2 用户代理服务器
• 5.5 注册模块的设计
• 5.6 对话模块的设计
• 5.6.1 客户端的设计
• 5.6.2 服务器的处理
• 5.7 会话模块的设计
• 5.7.1 客户端的设计
• 5.7.2 服务器的设计
• 5.8 代理服务器模块的设计
• 5.8.1 确认请求的有效性
• 5.8.2 确定请求的发送目标
• 5.8.3 请求的转发
• 5.8.4 响应的处理
• 5.8.5 定时器C 的处理
• 5.8.6 传输错误的处理
• 第六章 系统测试及问题分析
• 6.1 测试环境
• 6.2 测试项目
• 6.2.1 功能测试
• 6.2.1.1 开发中的测试（本机测试）
• 6.2.1.2 系统测试（联合测试）
• 6.2.2 性能测试
• 第七章 论文总结
• 7.1 全文总结
• 7.2 课题的进一步研究
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果