基于P2PSIP覆盖网的VoIP系统研究与实现

摘要

近年来，随着因特网的不断发展和VoIP技术的逐渐成熟，基于IP网络的数据通信业务已经逐步和传统的语音业务相融合，这一融合具有巨大的市场潜力和广阔的发展前景，但也面临一定的技术挑战。
　　 目前，VoIP技术的核心会话协议包括由ITU提出的H.323协议和由IETF提出的SIP协议。SIP协议由于具有结构简单，可扩展性强等优点已成为下一代VoIP系统的核心会话控制协议。为了解决传统的基于SIP协议的VoIP系统的客户端/服务器模式带来的单点失效等问题，本文参考P2P的思想和已有的P2P与SIP的结合方案，提出了一种P2P与SIP结合的改进网络架构并应用于现有的VoIP系统。
　　 论文首先简单介绍了VoIP技术的背景和应用领域，并分析了H.323和SIP两种会话控制方案的优缺点。然后本文介绍了现有的P2P网络模型的四种网络架构和对应算法，其中DHT网络比较适合VoIP应用的部署。同时本文分析了流行的基于P2P的VoIp通讯软件Skype的原理和网络架构，借鉴了其中结点功能设置和P2P网络的运行流程。
　　 接下来对现有两种P2PSIP方案进行了比较分析，它们的区别主要在于P2P网络模块在系统中仅仅作为资源查询定位功能还是使用SIP协议建立标准化的P2P网络。本文将P2PSIP作为一个底层网络和上层应用的中间部分，为了适应多种P2P算法，抽象出了P2P网络的基本功能和维护方法，在这一基础上，实现了P2PSIP和VoIP应用之间的接口，并构建了一个完整的基于P2PSIP的分布式VoIP系统。
　　 在设计部分本文将系统划分为VoIp和P2PSIP两大功能模块分别设计，同时为了提高VoIP通话语音质量还加入了QoS参数协商处理的功能模块。作为上层应用系统的VoIP模块主要实现基本的用户登录功能和使用编解码器实现语音通话功能等，并提供了利用P2PSIP模块作为用户定位查询功能的接口。在P2PSIP模块的设计中，本文详细分析P2PSIP网络提供的服务结点的功能以及P2P网络中使用的消息结构，并对P2PSIP模块的内部维护功能接口和外部应用接口进行了设计。
　　 在本系统的实现方案中，所有端系统都包含SIP服务器和客户端的功能模块，使得每个P2PSIP结点具有完整的SIP服务器和客户端功能，并将用户查找定位的功能独立出来，由系统调用P2PSIP网络模块的接口来实现，从而将原本依赖于中心服务器的SIP协议转化为分布式的网络架构。采用Chord算法使用逻辑环结构管理和维护P2P网络中的所有结点，实现P2P网络内部消息转发和路由，此外也预留了程序接口以兼容不同的DHT算法。
　　 最后，在系统测试部分搭建了端到端的通话测试平台，在此基础上进行了通话测试并记录网络消息流和语音测试数据，同时对数据进行了客观对比分析，由测试结果可以看出，本文提出的系统基本实现了基于P2PSIP网络的基本VoIP通话功能流程，并保证了一定的语音质量。
　　 本文的研究工作为基于SIP协议的VoIP系统在分布式网络环境中的应用提供了研究思路和参考方案。论文的研究结果对P2PSIP网络架构与SIP标准的进一步发展具有一定的理论和现实意义。

目录

文摘

英文文摘

论文插图索引

论文表索引

第一章 前言

1.1 立题背景

1.1.1 VoIP的关键技术

1.1.2 P2P在VoIP领域的应用

1.1.3 P2P与SIP的结合:P2PSIP

1.2 研究目标和研究内容

1.2.1 研究目标

1.2.2 研究内容

1.3 论文的主要工作

1.4 论文的组织结构

第二章 研究基础

2.1 VoIP会话控制协议的研究现状

2.1.1 H.323

2.1.2 SIP

2.1.3 SIP与H.323的比较

2.1.4 SIP存在的问题

2.2 P2P网络的研究现状

2.2.1 P2P网络拓扑结构

2.2.2 P2P路由算法:Chord

2.3 基于P2P的VoIP应用:Skype

2.3.1 Skype架构介绍

2.3.2 Skype工作流程

2.3.3 Skype的优缺点

2.4 P2PSIP协议的研究现状

2.4.1 P2P与SIP结合方案介绍

2.5 VoIP系统QoS参数协商研究现状

2.6 本章小结

第三章 VoIP系统总体设计

3.1 用户功能设计

3.2 系统逻辑架构

3.3 系统总体功能模块

3.4 系统运行流程

3.5 QOS参数协商方案设计

3.5.1 协商参数选择

3.5.2 协商流程

3.6 本章小结

第四章 P2PSIP网络架构

4.1 P2PSIP网络

4.1.1 P2PSIP中的服务

4.1.2 P2PSIP网络结点

4.2 P2PSIP网络消息

4.2.1 消息结构

4.2.2 消息路由方法

4.3 P2PSIP网络基础流程

4.3.I Attach(连接)

4.3.2 Ping(探询)

4.4 P2P插件接口

4.5 SIP及其它应用

4.5.1上层应用与P2PSIP

4.5.2 SIP应用功能

4.6 本章小结

第五章 基于P2PSIP的VoIP系统实现

5.1 实现基础

5.1.1 开发平台和工具介绍

5.1.2 SIP及其它VoIP相关算法与协议实现

5.2 系统全局实现部分

5.2.1 项目文件结构

5.2.2 主要设计模块

5.2.3 系统配置文件

5.3 VoIP模块实现部分

5.3.1 模块运行状态与函数

5.3.2 内部执行流程

5.4 P2PSIP模块实现部分

5.4.1 模块类的实现

5.4.2 内部执行流程

5.5 QoS参数协商模块实现部分

5.5.1 模块主要类和函数

5.5.2 内部执行流程

5.6 本章小结

第六章 系统测试与性能分析

6.1 测试环境

6.1.1 测试网络拓扑

6.1.2 测试PC软硬件配置

6.2 基于P2PSIP覆盖网的VoIP应用测试

6.2.1 系统设置

6.2.2 系统界面

6.2.3 流程测试

6.2.4 语音质量测试

6.3 参数协商相关测试

6.4 本章小结

第七章 结束语

7.1 研究总结

7.2 未来的工作

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文