基于P2P-SIP融合技术的VoIP系统设计研究

摘要

SIP协议凭借其简单、灵活和易扩展等优点成为构建VoIP系统信令的主流协议。但随着用户的高速增长，基于SIP的VoIP系统暴露出“单点失效”和“性能瓶颈”等问题。P2P技术具有高容错和高可扩展性等优点，不会因为单个节点的失败影响整个网络。因此，研究有效的机制将P2P与SIP相结合，建立一个全新架构的P2P-SIP VoIP网络会话模型，可以大大提高VOIP系统的性能，对于VoIP技术的发展有着十分重要的现实意义。 本论文首先对VoIP系统的基本原理及其相关通讯协议，特别是SIP协议的架构与呼叫处理流程进行了深入的研究；其次分析对比了现有几种P2P算法的优缺点和性能，对其中综合性能较高的Kademlia进行改进，将其作为VoIP系统底层的路由算法。在以上理论研究的基础上，论文对P2P与SIP相互融合的方案进行了详细的讨论，提出一种基于改进Kademlia的P2P-SIP网络通信模型，最后以代码的可移植性、可复用性为基本原则，设计了基于P2P-SIP融合技术的VOIP系统的总体架构，并在Windows环境下实现了该设计。对系统的测试结果表明，本论文实现了预定的设计目标，所设计的VoIP系统功能稳定且呼叫延时较小，音、视频通话质量良好。 本论文的特色与创新点主要体现在以下几个方面： (1)采用第三代结构化P2P技术，设计实现了一种P2P-SIP网络电话系统，系统同时支持C/S以及P2P两种SIP通信模式，用户可以根据自己的网络情况自由选择向服务器注册或向P2P网络注册。 (2)采用改进的Kademlia路由算法进行节点的并行搜索并增加搜索缓存机制，加快了用户查找速度，减少了VoIP的呼叫延迟。 (3)采用模块化设计方式，使系统可以很容易地扩展对其他的DHT路由算法的支持，只需实现规定的接口即可；采用核心层与界面层相分离的设计方法，使代码具有很强的可移植性和可复用性。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2关键技术及其研究现状

1.2.1 VoIP技术的发展与研究现状

1.2.2 P2P技术的发展与研究现状

1.2.3 P2P-SIP技术研究现状

1.3本论文的主要工作

第二章 VOIP系统原理与相关通讯协议

2.1 VOIP系统原理

2.2 SIP协议

2.2.1 SIP的功能及特点

2.2.2 SIP网络架构

2.2.3 SIP协议栈结构

2.2.4 SIP消息格式

2.2.5 SIP呼叫流程

2.3 SDP协议

2.4 RTP协议

2.4.1 RTP协议

2.4.2 RTCP协议

2.5本章小结

第三章 P2P网络原理及其关键技术

3.1 P2P网络的特点和分类

3.2非结构化P2P网络

3.3结构化P2P网络

3.4主流P2P网络模型的对比与分析

3.5 Kademlia模型

3.5.1 Kademlia网络中的节点

3.5.2 K 桶

3.5.3 Kademlia 协议的四个基本操作

3.5.4路由查询机制

3.5.5资源发布机制

3.6论文对Kademlia模型的改进

3.7本章小结

第四章 P2P-SIP通信模型的架构分析与设计

4.1 SIP网络引入P2P的需求分析

4.1.1 现有SIP通信系统的缺点

4.1.2 P2P对SIP的改造

4.2 P2P与SIP融合方案研究

4.2.1SIP using P2P

4.2.2 P2P over SIP

4.2.3 本论文的融合方案

4.3 P2P-SIP通信模型的设计

4.3.1网络拓扑结构

4.3.2节点发现

4.3.3节点加入

4.3.4用户注册

4.3.5用户定位及呼叫

4.3.6节点退出

4.4本章小结

第五章 基于P2P-SIP的VOIP系统设计与实现

5.1系统设计目标

5.2系统总体设计

5.3基础设施层

5.4核心模块层

5.4.1 P2P模块

5.4.2 SIP用户代理模块

5.4.3媒体处理模块

5.5应用控制层

5.3.1系统启动

5.3.2用户登录

5.3.3用户呼叫

5.6本章小结

第六章 系统测试与分析

6.1测试工具和环境

6.2功能测试

6.2.1用户登录

6.2.2用户呼叫

6.2.3其他功能测试

6.2.4测试结论

6.3性能测试

6.3.1性能瓶颈和单点失效问题

6.3.2 呼叫建立时间

6.3.3语音质量

6.3.4 异地通话测试

6.3.5测试结论

6.4本章小结

第七章 总结与展望

7.1论文的工作与创新点

7.2今后的研究方向

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢