吳健雄

（公安部第一研究所，北京100048）

基于SIP的動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳健雄

（公安部第一研究所，北京100048）

基于會話初始協(xié)議SIP（Session Initiation Protocol）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)警用數(shù)字集群（PDT）動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)，提出采用SIP協(xié)議與PDT數(shù)字集群廠商通信，實(shí)現(xiàn)對講機(jī)的動態(tài)重組、呼叫和發(fā)送短信等功能。通過分析、設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)和系統(tǒng)基本功能，保證實(shí)驗(yàn)測試環(huán)境驗(yàn)證系統(tǒng)功能的完備性，為公安指揮調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定的一鍵呼叫多個對講機(jī)終端提供解決方案。

SIP；動態(tài)重組；數(shù)字集群；Web Service

1 背景闡述

警用數(shù)字集群系統(tǒng)[1]，是我國在吸收國際主流數(shù)字無線通信標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況，自主創(chuàng)新，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字集群通信體制。隨著科技信息化的快速發(fā)展，公安通信指揮調(diào)度業(yè)務(wù)對警用數(shù)字集群通信提出了更高的要求。

在實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中，指揮員需實(shí)現(xiàn)一鍵呼叫，指導(dǎo)案發(fā)地周邊警力。然而，受限于PDT數(shù)字集群窄帶通信中語音信道資源的限制，采用傳統(tǒng)單呼方式呼叫，同一基站下的多個對講機(jī)終端極可能會出現(xiàn)信道資源不足而呼叫失敗的情況。在實(shí)際工作中，能否將多個對講機(jī)終端放到一個組中，直接呼叫該組號即可拉起組中所有的終端是需要思考的問題。因?yàn)檫@樣僅占用一個語音信道，所以，動態(tài)重組業(yè)務(wù)應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生了。

2 動態(tài)重組和SIP協(xié)議簡介

2.1 動態(tài)重組簡介

動態(tài)重組是授權(quán)網(wǎng)管終端或調(diào)度臺利用空口信令向目標(biāo)移動臺臨時增加通話組（動態(tài)組）的過程。對于業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，動態(tài)重組是為待呼叫的對講機(jī)建立一個臨時會話組。在空閑狀態(tài)下，組管理員可通過無線方式在群組中增加或刪除一個成員，增加或刪除成功后，系統(tǒng)會證實(shí)并告知組管理員操作成功。其中一個對講機(jī)動態(tài)重組的過程如圖1所示。

圖1 動態(tài)重組請求流程示意圖

在警務(wù)實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中，動態(tài)重組呼叫功能充當(dāng)著應(yīng)急指揮通信的角色。比如某案件發(fā)生時，3臺合一將報(bào)警警情推送到業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，系統(tǒng)在地圖上定位該警情，并圈選定位點(diǎn)周邊警力進(jìn)行動態(tài)重組呼叫，通知出警。動態(tài)重組呼叫具有精確呼叫、高可靠度和僅占用1個信道資源等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 SIP協(xié)議

在PDT數(shù)字集群應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，數(shù)字集群廠商通常要求應(yīng)用的各方都需要遵循一定的協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，其中，H.323協(xié)議和SIP協(xié)議的應(yīng)用最為廣泛。H.323協(xié)議是一種標(biāo)準(zhǔn)的音視頻傳輸協(xié)議，它提供了基于IP網(wǎng)絡(luò)（包括Internet）的傳送聲音、視頻和數(shù)據(jù)的基本標(biāo)準(zhǔn)，但其層次式的控制模式?jīng)Q定了其信令控制較為復(fù)雜，且其可拓展性較差，靈活性不高，具有一定的局限性[2]。

初始化會話協(xié)議（Session Initiation Protocol，SIP）是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（Internet Engineering Task Force，IETF）組織提出的一種開放的IP信令協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)中的信令控制以及與軟交換網(wǎng)絡(luò)的通信[3]。與H.232協(xié)議相比，SIP協(xié)議分布式體系架構(gòu)和可擴(kuò)展頭域決定了其具有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)擴(kuò)展能力。另外，SIP協(xié)議應(yīng)用非常靈活，主要體現(xiàn)在其會話內(nèi)容可以是音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，甚至是文本數(shù)據(jù)。SIP協(xié)議具有很多基礎(chǔ)功能，能夠滿足大部分的應(yīng)用業(yè)務(wù)需求。由此，在框架上簡單、開放和可擴(kuò)展的會話初始化協(xié)議SIP更能滿足PDT數(shù)字集群動態(tài)重組服務(wù)會話控制的需要。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2012年，黨中央、國務(wù)院做出實(shí)現(xiàn)國家財(cái)政性教育經(jīng)費(fèi)支出占國內(nèi)生產(chǎn)總值比例達(dá)到4%的重大戰(zhàn)略決策的同時，提出要根據(jù)教育事業(yè)發(fā)展需要，精心設(shè)計(jì)好資金使用項(xiàng)目，要把資金用在最需要的地方?？偟脑瓌t是緊緊圍繞“育人為本”這個核心和促進(jìn)公平、提高質(zhì)量這兩大重點(diǎn)，多向農(nóng)村地區(qū)、貧困地區(qū)、民族地區(qū)傾斜，多向農(nóng)村義務(wù)教育、職業(yè)教育、學(xué)前教育傾斜，多向特殊困難學(xué)生傾斜，多向教師隊(duì)伍建設(shè)傾斜，真正做到雪中送炭，把錢花在刀刃上。

本系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)是以SIP協(xié)議為核心，充分發(fā)揮SIP協(xié)議靈活性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，通過公安專網(wǎng)搭建服務(wù)系統(tǒng)，提高動態(tài)重組通話質(zhì)量和系統(tǒng)通信效率。系統(tǒng)主要由動態(tài)重組服務(wù)器、注冊服務(wù)器、多媒體服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，其中，動態(tài)重組服務(wù)器與PDT廠商服務(wù)器通過安全隔離網(wǎng)閘或防火墻相連?；赟IP協(xié)議的PDT動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于SIP的PDT數(shù)字集群動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)基本功能設(shè)計(jì)

PDT數(shù)字集群動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)的主要功能有注冊登錄、監(jiān)聽錄音、動態(tài)組呼、申請和釋放動態(tài)組號、動態(tài)組號管理和發(fā)送群短信。動態(tài)重組服務(wù)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要完成動態(tài)組的創(chuàng)建、呼叫的建立和動態(tài)組的維護(hù)，但不提供可視化界面。它采用Web Service[5]方式為用戶提供動態(tài)組呼服務(wù)，采用標(biāo)準(zhǔn)SIP協(xié)議與PDT廠商通信。下面，分別詳細(xì)闡述可視用戶終端和動態(tài)重組服務(wù)器的功能設(shè)計(jì)。

3．2．1 可視用戶終端功能設(shè)計(jì)

可視用戶終端功能有：①會議呼叫功能。通過軟交換服務(wù)器為多種通信設(shè)備建立會議呼叫，包括PDT數(shù)字集群對講機(jī)、手機(jī)、固定電話和移動警務(wù)等通信設(shè)備。②動態(tài)重組呼叫功能?？蓪Χ鄠€PDT數(shù)字集群終端發(fā)起動態(tài)重組呼叫，通過Soap請求后臺建立動態(tài)重組組號，采用標(biāo)準(zhǔn)的SIP信令控制呼叫流程。③會議管理控制功能。用戶在會議通話過程中對會議成員的管理，包括禁止說話、允許說話、掛斷某成員、呼叫某離線成員和新人插入會議等。④發(fā)送短信功能。通過E1接口與電信運(yùn)營商相連，為手機(jī)發(fā)送短信，通過Soap請求動態(tài)重組服務(wù)器群發(fā)手臺短信。⑤查看播放通話錄音功能?？赏ㄟ^賬號、通話時間等信息查詢對應(yīng)的通話錄音文件，并支持在線播放。⑥內(nèi)置降噪功能數(shù)字麥克風(fēng)，可用于語音現(xiàn)場監(jiān)聽和錄音。⑦自動向SIP軟交換服務(wù)器發(fā)送心跳包報(bào)告在線狀態(tài)。

3．2．2 動態(tài)重組服務(wù)器功能設(shè)計(jì)

動態(tài)重組服務(wù)器的功能有：①動態(tài)重組建立功能。通過SIP信令與PDT廠商中控臺交互，創(chuàng)建動態(tài)組號，并往組中添加成員，實(shí)現(xiàn)動態(tài)重組的建立。②采用標(biāo)準(zhǔn)SIP信令控制雙向?qū)χv，接入電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，可以呼叫手機(jī)和固定電話。③動態(tài)組號的維護(hù)功能。這包括組號使用結(jié)束或超時刪除組號并回收，查看正在使用的動態(tài)組和空閑的動態(tài)組等。④定時嘗試回收組號功能。當(dāng)組號刪除失敗或使用超時時，將定時嘗試請求刪除組號。⑤支持失敗重試，請求PDT廠商未響應(yīng)立即結(jié)束會話等功能。⑥錄音功能。錄音功能可以記錄每一次會議的呼叫開始時間、呼叫等待時間、通話開始時間、通話時間和通話錄音，并能對已記錄的錄音文件進(jìn)行查詢播放。⑦日志功能。日志功能可記錄每一次與可視用戶終端、電信運(yùn)營商和PDT廠商的通信日志。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化、層次化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思想。從通信層面看，系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖3所示。TCP/UDP用于數(shù)據(jù)傳輸；SIP用于信令控制，它創(chuàng)建、修改和釋放一個或多個參與者的會話；RTP/RTSP用于實(shí)時音視頻通信傳輸；G711/AAC/MP3用于音頻編解碼；SDP用于會話描述；UDDCP為自定義的動態(tài)重組相關(guān)指令，使用ХML格式定義，采用SIP Message傳送。

圖3 基于SIP的PDT數(shù)字集群動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)通信軟件架構(gòu)圖

3．3．2 通信協(xié)議

SIP規(guī)定了6類狀態(tài)碼，其中，狀態(tài)碼由3位數(shù)字組成，第一個數(shù)字為響應(yīng)的類型，后面2個數(shù)字為該類的進(jìn)一步細(xì)分，具體見表1.在動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)中，為細(xì)化對講機(jī)動態(tài)重組失敗原因，與PDT廠商進(jìn)一步細(xì)化了通信協(xié)議，基本涵蓋了所有對講機(jī)動態(tài)重組結(jié)果返回狀態(tài)，具體見表2.

4 系統(tǒng)測試

根據(jù)文中對整個系統(tǒng)軟硬件環(huán)境的設(shè)計(jì)，搭建基于SIP的動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)測試環(huán)境。其中，動態(tài)重組服務(wù)器IP地址為10.23.1.156，客戶端IP地址為10.23.1.157，PDT廠商服務(wù)器IP地址為30.10.0.1.下面，對該系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)重組呼叫功能性測試，測試過程中，采用Wireshark抓包工具抓包解析，以此來驗(yàn)證功能的完備性。

4.1 Register功能測試

注冊時，客戶端首先向服務(wù)器發(fā)送注冊命令，服務(wù)器接收注冊信息，認(rèn)證其合法性后，在數(shù)據(jù)庫中添加該用戶信息，并最終返回200OK成功響應(yīng)消息給客戶端。在注冊消息中，Expires字段表示該注冊登記的生存期，因此，定時請求注冊，保證長期在線。注冊時，客戶端與動態(tài)重組服務(wù)器交互的數(shù)據(jù)包如圖4所示。

表1 6類狀態(tài)碼詳情

表2 對講機(jī)動態(tài)重組結(jié)果返回狀態(tài)

圖4 注冊時交互抓包數(shù)據(jù)

4.2 動態(tài)重組功能測試

動態(tài)重組功能測試時，客戶端先通過請求動態(tài)重組服務(wù)器中的Web Service服務(wù)建立動態(tài)組，然后動態(tài)重組服務(wù)器通過SIP message消息向PDT廠商服務(wù)器發(fā)送添加動態(tài)組請求，如果成功，將回復(fù)200OK。待動態(tài)組使用完畢后，由動態(tài)重組服務(wù)器向PDT廠商服務(wù)器發(fā)送刪除動態(tài)組請求，刪除成功回復(fù)200OK；刪除失敗，則根據(jù)失敗原因狀態(tài)碼回復(fù)。動態(tài)重組交互數(shù)據(jù)包如圖5所示，其包括添加成員到動態(tài)組中和將成員從動態(tài)組中刪除。

圖5 動態(tài)重組交互抓包數(shù)據(jù)

在添加或刪除成員的message消息的Message Body中，cmd字段代表操作命令，add為添加成員，remove為刪除成員。group字段代表組號，ms字段代表對講機(jī)號碼。

圖6為請求將68020663、68020660、68020288、68020655、68020681這5個手臺添加到68020962的動態(tài)組中的message消息。

圖6 添加成員到動態(tài)組抓包解析

4.3 動態(tài)重組呼叫測試

圖7為應(yīng)用中正常的動態(tài)重組呼叫流程，即先發(fā)起動態(tài)重組請求，成功后，創(chuàng)建會議，并發(fā)起動態(tài)組呼，待呼叫結(jié)束后，BYE掛斷，并請求刪除動態(tài)組以回收組號?？紤]到PDT數(shù)字集群窄帶無線通信的不穩(wěn)定性，在添加和刪除成員時，如果失敗，應(yīng)重復(fù)請求，以此提高動態(tài)重組的成功率。

圖7 動態(tài)重組呼叫整個流程抓包數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于SIP的PDT數(shù)字集群動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)。從硬件架構(gòu)、軟件架構(gòu)、協(xié)議分析3個方面對研究目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的分析和論述，并通過實(shí)驗(yàn)測試實(shí)現(xiàn)終端的注冊、對講機(jī)的動態(tài)重組、動態(tài)組呼、掛斷等基本功能。該動態(tài)重組服務(wù)系統(tǒng)為公安指揮調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定的一鍵呼叫多個對講機(jī)終端提供了解決方案。

［1］公安部科技信息化局，杭州承聯(lián)通信技術(shù)有限公司，海能達(dá)通信股份有限公司，等.GA/T 1056—2013警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［2］劉海鵬.SIP協(xié)議簡介及其與H.323協(xié)議的比較［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2007（1）：10.

［3］Rosenberg J，Schulzrinne H，Huitema C，et al.Session Initiation Protocol（SIP）Extension for Instant Messaging［J］.Ietf Rfc，2002，64（2）：185-194.

［4］林旺，田洪現(xiàn).基于SIP協(xié)議的嵌入式VoIP語音終端實(shí)現(xiàn)和協(xié)議分析［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué)，2016，43（6）：86-90.

［5］曹楊雄，謝永強(qiáng)，齊錦，等.一種基于Web Service的可擴(kuò)展視頻網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)研究［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011，21（7）：71-76.

［6］劉天宇.基于SIP協(xié)議的集群通信系統(tǒng)Android客戶端的開發(fā)實(shí)現(xiàn)［D］.南京：南京郵電大學(xué)，2016.

〔編輯：白潔〕

TN925.93

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.035

2095-6835（2017）15-0035-04