王 磊，吳海波，陳志輝

0 引言

IETF提出了基于SIP的事件訂閱通告機(jī)制規(guī)范:RFC3265［1］，規(guī)范定義了兩個(gè)擴(kuò)展請求消息:SUBSCRIBE和NOTIFY。SUBSCRIBE請求用于發(fā)起訂閱請求，NOTIFY請求用于通告當(dāng)前資源狀態(tài)。

SIP協(xié)議中的訂閱狀態(tài)是有有效期的，為了維護(hù)訂閱狀態(tài)，必須在有效期內(nèi)再次發(fā)送SUBSCRIBE消息。有效期的值沒有統(tǒng)一定義，時(shí)間短的有30秒，當(dāng)客戶端與服務(wù)器端存在大量訂閱時(shí)，為了維護(hù)各自的訂閱狀態(tài)，每個(gè)訂閱在訂閱周期內(nèi)都會再次發(fā)送SUBSCRIBE消息。在短時(shí)間內(nèi)，在鏈路上可能存在大量的用于維護(hù)訂閱狀態(tài)的SUBSCRIBE消息、200 OK消息和NOTIFY消息。如果鏈路是無線鏈路，將大大浪費(fèi)無線資源，嚴(yán)重時(shí)甚至可能影響其它業(yè)務(wù)的正常開展。文章提出了一種基于聚合代理SIP訂閱機(jī)制的擴(kuò)展將能大大緩解這個(gè)問題。

1 聚合代理模塊設(shè)計(jì)

在RFC3856［2］中，規(guī)定用戶訂閱標(biāo)準(zhǔn)流程如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)訂閱流程

標(biāo)準(zhǔn)的訂閱方式每個(gè)訂閱都需要在訂閱有效期內(nèi)發(fā)送訂閱消息和通告消息來維護(hù)各自的訂閱狀態(tài)。這種方式將增大了無線鏈路帶寬開銷。

基于上述情況，在無線鏈路的兩端，分別部署一個(gè)聚合代理訂閱模塊。各個(gè)終端的Subscribe消息、Notify消息和200 OK消息整理匯聚后發(fā)送給無線鏈路另一端的聚合代理訂閱模塊，聚合代理訂閱模塊再分解出相應(yīng)的消息發(fā)送給服務(wù)器，聚合代理對訂閱對象的維護(hù)主要是根據(jù)消息頭中“Expires”頭和“CSeq”頭?！癊xpires”頭給定了訂閱消息過期的相關(guān)時(shí)間，需要繼續(xù)訂閱，就必須在有效期內(nèi)再次發(fā)送訂閱消息，如果Expires為0，表示取消該訂閱?！癈Seq”頭是為了在會話中對訂閱進(jìn)行排序的，區(qū)分訂閱請求和訂閱的重發(fā)。

圖2描述了使用聚合代理后的具體實(shí)現(xiàn)流程。

圖2 使用聚合代理訂閱流程

具體說明如下:

步驟1:觀察者M(jìn)1和觀察者M(jìn)2發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)Subscribe消息(Expires:30 CSeq=1)發(fā)起訂閱。

步驟 2:根據(jù) Subscribe消息中“Expires”和“CSeq”頭的信息，查看表1可知M1和M2都是新增用戶。聚合代理 A維護(hù)的用戶群 G1={M1，M2}。增加成員的時(shí)候，需要在聚合代理模塊A中根據(jù)訂閱消息，建立存儲M1和M2用戶的相關(guān)信息，聚合后的Subscribe消息中也將攜帶M1和M2的完整信息，發(fā)送給服務(wù)器端的聚合代理B。同時(shí)消息頭中，“require”頭應(yīng)包含“GBS”字段，用于說明當(dāng)前消息是經(jīng)過聚合代理處理的，需要聚合代理還原。

步驟3:服務(wù)器端的聚合代理B收到了聚合后Subscribe消息，根據(jù)消息解析并存儲訂閱用戶M1和M2的信息，聚合代理 B維護(hù)的用戶群 G2={M1，M2}。然后根據(jù)這些用戶訂閱信息還原成兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Subscribe消息發(fā)送給服務(wù)器。

步驟4:服務(wù)器返回200 OK消息給聚合代理B。

步驟5:聚合代理B將兩條200 OK消息聚合后發(fā)給聚合代理A。由于用戶M1，M2基本信息在聚合代理模塊中已經(jīng)存在，隨后聚合發(fā)送的200 OK消息、Notify消息和Subscribe消息將不再攜帶M2的訂閱基本信息。

步驟6:聚合代理A還原兩條標(biāo)準(zhǔn)200 OK消息分別發(fā)送給M1和M2。

步驟7:服務(wù)器發(fā)送Notify消息給聚合代理B。

步驟8:聚合代理B將兩條Notify消息聚合后發(fā)給聚合代理A。

步驟9:聚合代理A還原兩條標(biāo)準(zhǔn)Notify消息分別發(fā)送給M1和M2。

步驟10:觀察者M(jìn)1和觀察者M(jìn)2返回200 OK消息給聚合代理A。

步驟11:聚合代理A將兩條200 OK消息聚合后發(fā)給聚合代理B。

步驟12:聚合代理B還原兩條標(biāo)準(zhǔn)200 OK消息發(fā)送給服務(wù)器。

步驟13:觀察者M(jìn)1發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)Subscribe消息(Expires:30 CSeq=2)，觀察者M(jìn)2發(fā)送標(biāo)準(zhǔn) Subscribe消息(Expires:0 CSeq=2)。

步驟14:查看表1，M1是用戶更新，M2是用戶刪除。聚合代理A標(biāo)識M2將要?jiǎng)h除，并將收到的Subscribe消息聚合后發(fā)給聚合代理B。

表1 消息頭分析 s

步驟15:聚合代理B將收到了聚合后Subscribe消息后，標(biāo)識M2將要?jiǎng)h除，并還原成兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Subscribe消息發(fā)送給服務(wù)器。

步驟16:服務(wù)器返回200 OK消息給聚合代理B。

步驟17:聚合代理B將兩條200 OK消息聚合后發(fā)給聚合代理A，然后刪除M2相關(guān)信息，此時(shí)G2={M1}。

步驟18:聚合代理A還原兩條標(biāo)準(zhǔn)200 OK消息分別發(fā)送給M1和M2，然后刪除M2相關(guān)信息，此時(shí)G1={M1}。

步驟19:服務(wù)器發(fā)送Notify消息給聚合代理B。

步驟20:聚合代理B將Notify消息聚合后發(fā)給聚合代理A。

步驟21:聚合代理A還原兩條標(biāo)準(zhǔn)Notify消息分別發(fā)送給M1。

步驟22:觀察者M(jìn)1返回200 OK消息給聚合代理A。

步驟23:聚合代理A將200 OK消息聚合后發(fā)給聚合代理B。

步驟24:聚合代理B還原標(biāo)準(zhǔn)200 OK消息發(fā)送給服務(wù)器。

2 應(yīng)用場景

聚合代理模塊可以應(yīng)用在無線鏈路環(huán)境下，應(yīng)用環(huán)境如圖3所示。

圖3 聚合代理應(yīng)用場景

用戶M1－M10鏈接到聚合代理A，通過無線窄帶鏈路鏈接到聚合代理B，在鏈接到訂閱服務(wù)器。在T1時(shí)刻M1發(fā)起訂閱，T2時(shí)刻，M1保持訂閱，M2發(fā)起訂閱，以此類推，到T10時(shí)刻時(shí)，一共有10個(gè)用戶完成了訂閱，并保持M1－M10用戶10個(gè)訂閱狀態(tài)(注:T1、T2…T10時(shí)間的時(shí)間間隔不能超過訂閱的有效期，即“Expires”的值)。消息通過無線鏈路發(fā)送到訂閱服務(wù)器上。

從無線鏈路上傳輸?shù)南l數(shù)分析，如圖4所示，按照標(biāo)準(zhǔn)的流程，一個(gè)用戶完整的訂閱流程或訂閱狀態(tài)更新流程在無線鏈路上傳輸有4條消息，10個(gè)用戶共計(jì)有40條消息在無線鏈路上傳輸。加入聚合代理模塊后，通過它的聚合作用，將無線鏈路上傳輸?shù)?0條消息減少為了4條消息?？偟膩碚f，當(dāng)沒有聚合代理時(shí)，無線鏈路上的消息數(shù)量隨訂閱用戶的增加成線性增長的態(tài)勢，而加入聚合代理后，無線鏈路上的消息數(shù)量隨用戶的增加保持不變。

圖4 兩種方式無線鏈路上消息條數(shù)對比

而從無線鏈路上數(shù)據(jù)流量分析，文章做了如下假設(shè):假設(shè)1次訂閱4條消息產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量是1 920 Byte/s，每增加一個(gè)訂閱維護(hù)消息流程，數(shù)據(jù)流量增加200 Byte/s。如圖5所示，對兩種流程而言，新增一個(gè)訂閱，在無線鏈路上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量基本一致，而隨著訂閱用戶的增加，標(biāo)準(zhǔn)流程無線鏈路上的數(shù)據(jù)流量成線性增長，而加入聚合代理后，整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)流量的增加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沒有聚合代理時(shí)。聚合代理流量的節(jié)省主要來源對訂閱維護(hù)流程處理。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)訂閱流程流量增長達(dá)到鏈路流量極限的時(shí)候(如圖5所示，當(dāng)訂閱條數(shù)大于10時(shí))，隨著訂閱的增加，數(shù)據(jù)流量將超過無線鏈路的帶寬，產(chǎn)生丟包，影響業(yè)務(wù)的正常開展，而此時(shí)，加入聚合代理后的流程卻還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未到鏈路的極限流量。

圖5 兩種方式無線鏈路上傳輸字節(jié)大小對比

3 結(jié)語

通過分析可知，基于聚合代理的訂閱機(jī)制能大大降低因訂閱更新消息所帶來的鏈路負(fù)載，訂閱用戶越多，其聚合效果越明顯。SIP訂閱消息帶給無線鏈路的負(fù)載降低，這將更加有利于VoIP應(yīng)用在民用和軍用領(lǐng)域［3］無線網(wǎng)絡(luò)上的使用和推廣。同時(shí)，本文提出的聚合思想也能對無線鏈路VoIP應(yīng)用設(shè)計(jì)提供一種積極有效的設(shè)計(jì)思路。

當(dāng)前，本文只是從SIP訂閱機(jī)制上闡述了聚合代理的機(jī)制，下一步應(yīng)當(dāng)綜合考慮將聚合代理的機(jī)制擴(kuò)展應(yīng)用到整個(gè)SIP協(xié)議當(dāng)中，比如注冊［4］等，從而進(jìn)一步降低SIP消息對無線鏈路資源的占用。

［1］ Adam Roach． Jacobson． Session Initiation Protocol(SIP) －Specific Event Notification［S］，IETFRFC3265．June 2002．

［2］ Jonathan Rosenberg．A Presence Event Package for the Session Initiation Protocol(SIP)［S］，IETF RFC3856．August 2004．

［3］ 王俊，陳志輝，田永春．統(tǒng)一通信技術(shù)在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)中的應(yīng)用研究［J］．通信技術(shù)，2014，47(02):184－189．

WANG Jun，CHEN Zhi－h(huán)ui，TIAN Yong－chun．Application of Unified Communication Technology in Tactical Communications Network［J］．Communications Technology，2014，47(002):184 －189．

［4］ Rosenberg J，Schulzrinne H，Camarillo G，et al．Handley M and Schooler E．SIP:Session Initiation Protocol［S］，IETF RFC3261．June 2002．