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1、EmbeddedVOIPSIP-based Research and Implementation ofthe terminalA Dissertation Submitted toNanjing Institute of TechnologyFor the Academic Degree of Bachelor of ScienceBy Supervised byInstructor College of Communication EngineeringNanjing Institute of TechnologyJUNE 2011摘要随着计算机技术和网络技术的发展，语音压缩和实时传输控制
2、技术的不断发展，使得在IP网上传输语音数据变得不再困难。VoIP是指利用IP网络传送话音的技术，也称网络电话或IP电话。在多媒体技术和网络互连技术的推动下，VoIP技术诞生虽然时间很短，但发展迅猛。同时，随着嵌入式技术的不断发展，嵌入式技术从过去工业控制的应用模式逐步渗透进入消费电子产业。嵌入式VoIP终端作为嵌入式技术与VoIP技术的结合，有着广阔的发展前景。论文首先概要介绍了VoIP的发展现状和前景，研究了基于SIP的信令技术、实时传输技术和媒体协商技术；然后详细阐述了Linux系统基础上终端应用层的实现思想和具体架构，其中包括用于控制信令的SIP模块、用于处理语音的语音模块和用于网络传输
3、的RTP模块。在信令控制部分，在研究并分析开源oSIP协议栈的事务状态机模型的基础上，解决了信令控制问题。在语音信号处理和数据包传输部分，主要研究并分析了开源Mediastreamer协议栈的实时语音传输工作流程。模拟测试结果显示，设计并实现的嵌入式VoIP终端可以对SIP信令进行很好地控制，具有良好的互通性。关键字：SIP；嵌入式Linux；VoIP；RTP；ARMAbstractWith the development of computer technology and network technology, voice compression and real-time transmi
4、ssion control technology continues to evolve, making the Internet to transmit voice data in IP becomes no longer difficult. VOIP , also called IP phone ,is a technology that transmits voice in packet-switching net. With the technology evolution of multimedia and network, VoIP technology advance rapi
5、dly. At the same time, with the development of embedded technology, embedded products have extended from traditional industry field to consuming electronics. As the combination of both technologies, Embedded VoIP terminal will consequentially have great future.Firstly, VoIPs current and future state
6、s are overviewed in this dissertation. And the signaling technology based on the SIP, the real time transport technology and session description technology is discussed and analyzed. Secondly, the application architecture and realization of the embedded terminal base on Linux system is discussed, wh
7、ich contain SIP module (signaling controller), RTP module(voice transmitter) and voice module (voice processor). In the SIP module, the difficulty of signaling control is settled after studying and analyzing transaction state machine of oSIP. In RTP and Voice modules, the open source real time strea
8、m media library (Mediastreamer) is devoted to work the flow of processing and transmitting of voice data. After testing, the terminal can work well to send, receive SIP signaling and voice stream.Key words:SIP; Embedded Linux; VoIP; RTP; ARM 目录南京工程学院毕业毕业设计说明书（论文）第一章 绪论1.1论文的背景及国内外研究现状在70年代，人们已开始了VoI
9、P的研究，然而当时系统的话音质量不能令人满意，主要原因是当时投入运营的ARPANET的干线链路带宽仅为50kbit/s，为典型的窄带分组交换网络，不能满足话音的实时传输。进入90年代后，随着Internet在全球范围内兴起和话音编码技术的发展，IP分组话音通信技术获得了突破性的进展和较为广泛的应用。1996年，经过各国专家的努力，ITU-T（国际电信联盟）通过了局域网上支持可视电话通信的信令协议，也就是现在应用最为广泛的H.323协议族。这个协议一经推出，就成为IP网络电话系统的公共规范，同时也极大的推动了IP电话的发展，并逐渐进入公共电话网服务。2002年，另一大阵营IETF(因特网工程任务
10、组)发布了RFC3261规范，即基于SIP的信令协议标准。SIP与H.323提供的功能和服务基本上都是相同的，但是由于SIP在设计上更能体现Internet体系结构的优势，同时基于文本方式的信令使用简单且易于扩展。SIP协议一经推出便得到了迅速发展，3GPP组织也在其发布的IMS5中采用SIP作为信令协议。随着VoIP技术的发展，相信SIP协议将逐步代替H.323协议成为VoIP的核心信令协议。基于这一应用趋势，国际上已经开展了SIP系统的研究和实现，这些SIP系统中关于终端的研究大多集中在软终端上。如美国的SJ Labs公司开发了一套基于SIP的VoIP软终端系统SJphone，使用这套软终
11、端系统，可以使PC用户方便的通过互联网进行语音通讯。微软的视窗(Windows)操作系统中的MSN Messenger采用的也是SIP协议。在嵌入式终端方面，随着嵌入式技术的不断发展成熟，嵌入式技术与SIP技术的结合越来越受到关注，国外的个别机构也已开始了这方面的研究，如法国Cegetel公司曾演示了一套SIP多媒体消息系统，采用这套系统后，个人数字助理(PDA)、笔记本和移动电话都可以非常方便地通过公网通信，但是这些终端在信令控制和通用性上还有待提高。目前，我国也有一些公司和科研机构在进行基于SIP的IP电话的研究，但总体来看，我国在基于SIP的IP电话的研究方面相对还比较滞后。1.2论文的
12、研究内容与意义VoIP（Voice Over IP），也称IP电话，它是利用基于分组交换的IP（Internet/Intranet）数据网络进行语音信号传输的一种技术。VoIP中最重要的是信令系统，SIP（Session Initiation Protocol，会话初始化协议）协议因其简单、灵活的技术特点，正在逐步代替原有的H.323协议成为IP语音技术的信令核心协议，基于SIP的VoIP终端研究也随之成为一个热点。然而，目前大多数终端的研究都集中在软终端上，对于嵌入式终端的研究还存在较多问题，例如SIP信令控制复杂、硬件相关性较大和通用性不好等。为此，本文在研究了SIP协议、RTP协议和嵌入
13、式系统的基础上，移植并实现了一种基于Linux操作系统的，使用SIP信令协议的，通用性较好的嵌入式VoIP终端，以适应VoIP终端的广泛应用。本文研究与实现的VoIP终端结合了SIP信令与嵌入式终端两大技术的优势，满足了越来越多用户的需求，并且符合集移动通信、网络技术和嵌入式系统为一体的智能化通信终端的发展趋势，对推进VoIP终端的普及与SIP信令协议的广泛使用有重要的意义。1.3论文的章节安排第一章绪论，简要介绍了VoIP技术的发展，指出了课题研究的背景、意义和本次课题主要研究内容。第二章嵌入式和VOIP的关键技术，主要介绍了嵌入式交叉编译等知识。对VOIP的关键技术，如SIP协议，SDP协
14、议，RTP协议，PCM语音编解码做了分析和探讨。第三章软硬件总体设计方案，这一章介绍了VOIP终端的硬件支持，详细介绍了本次毕设所采用的ARM9开发平台。此外，还重点介绍了本次应用层所采用的开源软件linphone及其移植时所依赖的各个库。第四章VOIP系统实现方案，这一章主要介绍嵌入式bootloader，内核以及文件系统的制作。另外，还介绍了来源软件linphone和它所需要依赖的各个库在arm平台和X86平台上的移植。第五章系统实现和测试时遇到的问题的解决方案，本章主要介绍了在安装搭建交叉编译环境，linphone软件移植以及最终测试时遇到的一些问题，并给出这些问题的解决方案。第六章成果
15、展示及源码分析，本章主要介绍了本次毕业设计所作的一些成果，包括bootloader、内核、文件系统、交叉编译后的目标文件以及使用抓包软甲对通话过程进行的抓包工作。最后对所抓的包和linphone的源代码进行了简要的分析。第七章总结与展望，总结了本课题的研究工作，提出了今后进一步工作的方向。 第三章 软硬件总体设计方案3.1系统设计目标与开发方法3.1.1系统设计目标本系统设计的目标是在嵌入式平台上实现一个VoIP终端(用户代理，如图2.3中的UA Hard)，具体来说包括：(l)能够满足IP网上语音通信的基本要求(UA呼叫控制、SIP消息解析、语音编解码、RTP传输)；(2)按照标准SIP协议开发，能和其它使用SIP协议的UA互通；(3)运行稳定；(4)具有良好的开放性和扩展性；(5)系统易于维护，方便后续的研究和开发。3.1.2系统的总体结构根据分层实现的思想，系统的总体结构如图3.1所示：图3.1 系统的总体结构3.2系统硬件平台的选择根据局域网上语音通信的需要，本系统
