新型SIP

新型SIP（精选四篇）

新型SIP 篇1

结构保温板(Structural Insulated Panels,简称SIP)是由2层面板和1层芯板叠合而成的复合板材。传统意义上的SIP板是采用2层OSB(欧松板)和1层夹芯硬质泡沫板(聚苯乙烯或聚氨酯)叠合而成。SIP板具有优良的保温隔热性能、优良的抗震性能、轻质高强等特点。SIP产品可以根据客户需求制成任意规格,在欧美等地被广泛用于住宅和商业建筑物的墙体、地板、屋顶等,是一种正在兴起的建筑潮流[1]。

但是传统的SIP板采用木材作为面板,木材的防火性能难以保证,易发生虫害、翘曲变形,且价格较贵,限制了SIP的广泛应用。

1 新型SIP填充墙板的性能特点及制备方法

为了解决SIP墙板由于防火性差,仅仅适用于低矮的木结构房屋的局限性,拓展这种板材在建筑高度更高的钢筋混凝土结构或者钢结构中的使用,更好地用于填充墙或隔墙,本文介绍了1种新型的SIP填充墙板(见图1),该墙板由两层面板和1层芯板叠合而成。采用聚苯乙烯或聚氨酯泡沫板或聚氯乙烯泡沫板为芯板,木衬板、木肋、纤维增强石膏组合作为面板。侧板在木衬板一侧采用木胶粘接木肋,在木肋和木衬板围成的框内浇筑石膏成型。为了让石膏和木衬板粘接牢固,在浇筑石膏前,先在木衬板上涂刷界面剂。芯板和木衬板面的粘接采用环氧树脂或酚醛树脂,并将叠合板放置于压机中冷压,确保粘接牢靠。该板适用于框架结构内隔墙,具有轻质、变形能力强、抗震性能好、热工性能好、吊挂力强等优点。

1.1 新型SIP作为填充墙的优势

1.1.1 抗震优势

(1)质量轻

新型SIP墙板的平均密度根据芯材的相对厚度变化。100 mm厚的新型SIP墙板密度为16~30 kg/m2,只有同厚度普通烧结空心砖的1/4,黏土砖的1/10。传统填充墙在框架结构中占有很大一部分质量。在地震作用下,结构是因为自身的惯性力而破坏[2],采用轻质的填充墙材料来减轻结构自重,可有效减小震害。

(2)延性好

传统的填充墙延性较差,柔性往往不能适应框架,地震侧移大,墙体过早破坏,甚至跨塌,造成人员伤亡。而木材的延性较好,极限应变较大,满足规范对框架结构地震作用下层间位移角限值1/550的要求[3]。因此,地震中不会轻易开裂甚至垮塌。

(3)阻尼大

石膏中加入玻璃纤维可以有效改善石膏抗折性能差的弱点[4]。石膏填入木肋内,因为其强度低率先开裂,可以充当耗能元件,增大结构阻尼[5]。

(4)刚度小

木材、石膏弹性模量远低于混凝土、砖类材料,并且与弹性模量更低的EPS组合,使得组合墙片的刚度小,对框架的有害刚度减小。

1.1.2 新型SIP墙板继承传统SIP板的优势

(1)蒙皮原理,类似于工字钢,抵抗外载荷能力强;

(2)热工性能好;

(3)安装方便、快捷。

1.1.3 新型SIP板的优势

(1)解决防火问题;

(2)有效改善木材容易翘曲变形的弱点;

(3)将木材置于石膏内,解决木材易受腐蚀、虫害等问题。

1.2 材料的选择及加工过程

1.2.1 面板

新型SIP的面板为木衬板、木肋、纤维增强石膏。

木衬板可以选择杨木胶合板、定向刨花板等,本文选择杨木胶合板作为木衬板。

杨木是一种速生木材,年轮宽度可达20 mm以上,8~10年其直径可达40 cm以上,生产周期短,成材速度快。我国鲁南、苏北地区气候和土壤都适合杨木的生长,杨木胶合板在这些地区大量生产[6]。

定向结构刨花板是刨花板的一种,是刨花铺装成型时,将拌胶刨花板按其纤维方向纵行排列,压制而成,其性能与胶合板相似,常代替胶合板使用的新型结构板,在充分利用小径材、速生材,提高木材利用率等方面有广阔的前景。

木肋可以选择南方松,强度较高。

纤维增强石膏增强材料选择玻璃纤维,直径为10~15μm。抗拉强度大于等于1200 MPa。石膏选用QB/T 1639—1992《陶瓷模用石膏粉》规定的合格品。石膏是一种优良的建筑材料,用于墙板材料具有吸音降噪、调节室内空气湿度、无毒无害、质量轻等优点石膏具有较高的抗压强度,但其抗折强度和抗冲击性能较低。在各种增强纤维中,玻璃纤维是一种较理想的石膏制品的增强材料,它在石膏介质中呈惰性,不存在腐蚀等问题。制作玻璃纤维增强石膏制品时,从其强度和操作工艺综合考虑,玻璃纤维的最佳长度为15 mm,掺入量为石膏质量的1.5%。此时石膏制品的抗折强度可提高37%,而其抗压强度仅降低9.5%[4]。

1.2.2 芯材

按照ASTM C578中对SIP芯层材料的要求,并参照GB/T 10801.1—2002《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》对模塑聚苯乙烯泡沫的质量要求,选择50 mm厚模塑聚苯乙烯泡沫(EPS)作为制备SIP的芯材。具有节能效果好、质量轻、价格低、易切割和生产工艺简单等优点,其中EPS的热稳定性最好,热变形量0.5%左右,比挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)或聚氨酯泡沫都要小[1],其价格也比挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)或聚氨酯泡沫便宜很多。

1.2.3 胶粘剂

木衬板和聚苯乙烯泡沫的粘结胶选择双酚A环氧树脂。另外,考虑到石膏在浇筑成型后几乎不收缩的特性,采用直接在木衬板外侧和木肋围成的框内浇筑石膏。为了让石膏和木衬板粘结牢固,在浇筑石膏前,应先在木衬板上涂刷一层界面剂。

1.3 新型SIP填充墙板的制备

1.3.1 材料

原材料:6 mm厚的杨木胶合板、50 mm厚的聚苯乙烯泡沫板、南方松木肋、建筑用石膏粉、玻璃纤维、界面剂、双酚A环氧树脂、乳白胶、钉子。

工具设备:木工加工机械、电阻丝、刷子、手套、拼板机等。

1.3.2 制备过程

(1)用木工机械将木材加工成设定尺寸的木衬板和木肋,经砂光机清理磨光木衬板;

(2)将木肋呈框形结构用木胶粘结在木衬板的外侧面,然后再钉入钉子以加强木肋和木衬板的连接强度;

(3)在框型结构内的木衬板侧面上涂刷界面剂,然后将调配好的纤维增强石膏板原料浇筑在框型结构内形成纤维增强石膏板,待纤维增强石膏板养护至工艺要求的强度即完成侧板生产;

(4)使用电阻丝切割器械对芯板进行切割加工,切割过程应匀速缓慢,电阻丝热度适中,保证芯材各平面平整、尺寸准确;

(5)按比例将所需的环氧树脂用刷子和刮胶板均匀涂刷在侧板的木衬板的侧面,环氧树脂的涂胶量为220~300 g/m2。然后将芯板放置在2个面板之间叠合预压,待芯板和面板达到一定粘结强度后放置于拼板机上冷压40~55 h,即得新型SIP填充墙板成品(见图2)。

2 新型SIP填充墙板的性能模拟研究

新型SIP作为一种轻质的填充墙板,它需要满足墙板的吊挂力要求以达到使用安全标准,另外这种轻质墙板在地震作用下的性能也值得关注。为此,做了单片墙板的吊挂力和单向侧推模拟试验。

2.1 板的尺寸选择

根据JG/T 169—2005《建筑隔墙用轻质条板》对隔墙条板的要求,取板的长度为600 mm,吊挂力模拟采用板高2000 mm。研究墙体在侧推下的受力情况,墙板宽度采用600mm,高度采用1600 mm。墙板的具体构造见图3。

2.2 吊挂力性能模拟试验

吊挂力模型网格划分见图4。

建模方法:在ABAQUS中进行精细化模拟,考虑到木肋在吊挂力荷载下对整个结构的受力影响不大和建模的方便,最外层直接用一块石膏板模拟。石膏板与杨木胶合板采用捆绑约束,杨木胶合板与聚苯乙烯泡沫采用捆绑约束。在距板底1600 mm高度处开直径为20 mm的洞口,贯穿整个复合板。设置参考点离板面距离100 mm,耦合5层面板组合的洞壁与参考点,参考点施加1000 N竖向荷载。墙板上下端铰接。吊挂力荷载下板的应力分布见图5,吊挂力荷载下位移分布见图6。

从图5、图6可以看出:

(1)吊挂点位置应力最大,其中最外层石膏板的应力达到2.2 MPa,石膏板不会发生破坏。以此种方式吊挂,应该可以达到1000 N的吊挂力不破坏,满足JG/T 169—2005《建筑隔墙用轻质条板》对隔墙条板的吊挂力的要求。

(2)板面侧向位移很小,最大值为0.1 mm,发生在板面中部,吊挂力试验荷载下,墙体足够稳定。

2.2 单向侧推墙板性能模拟

单向侧推墙板网格划分见图7。

建模方法:在ABAQUS中进行精细化模拟,木肋与杨木胶合板采用捆绑约束,杨木胶合板与聚苯乙烯泡沫采用捆绑约束,石膏与整个板采用嵌入约束。板底采用固结方式约束,板顶用一块刚体与顶面绑定。加载方式:采用位移控制的单向加载。最大位移为2 mm。侧推刚体,使之产生U1方向位移,其余方向不动。单向侧推墙板的应力分布见图8。单向侧推工况下结构各部件的最大应力见表1。

从图8和表1可以看出:

(1)随着推覆位移的增加,复合板各部分的受力都不断增大。其中四角位置应力最大,是率先破坏的地方。木肋作为整个板的骨架,受力最大值达8.85 MPa,木肋内部的石膏板受外框木肋的保护,受力远小于木肋,最大值为3.67 MPa。聚苯板的弹性模量很小,几乎不受力,仅仅起到连接的作用。整个结构受力合理。

(2)结构在推覆到2 mm,即位移角达到1/800时,所有材料都处于弹性阶段而未破坏,说明该板材具有较好的延性。

3 结语

(1)新型SIP墙板可用于钢筋混凝土框架结构填充墙和内隔墙,取代砖类和砌块材料,具有施工速度快,安装方便,抗震性能好等优点。

(2)新型SIP墙板可用于轻钢结构建筑体系,采用非承重新型SIP板替代各种砌块墙,具有轻质、节能的优点。

(3)新型SIP墙板的吊挂承载力符合JC/T 169—2005对隔墙条板的要求,单向侧推工况下,结构各部分受力合理,侧推位移角为1/800时,结构未破坏。该墙板解决了传统SIP板直接采用木板作为面板防火性差、容易翘曲变形、价格较贵等问题,该墙板以石膏不燃材料作为面板,可以应用于框架结构中的填充墙。

随着我国墙体材料改革的发展,SIP墙板以其优良的节能特性,具有很高的推广价值和广阔的应用前景。

参考文献

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[5]张宇,姜忻良.填充混凝土石膏墙板结构试点工程动力测试与有限元分析[D].天津大学,2005.

新型SIP 篇2

变电站视频监控系统与变电站自动化系统的有机结合可以实现视频、音频和数据等信息的综合采集和远传,具备遥测、遥信、遥控、遥调和遥视的功能,满足对变电站整体监控的需求,最终实现真正的变电站无人值班。变电站视频监控技术的发展趋势是大规模联网、分布式部署和智能化监控,会话发起协议(SIP)作为基于Internet环境的一种新型控制协议,突破了一般基于Internet协议(IP)的监控系统使用H.323协议实现集中和层次控制的传统设计思想,是一种在异构网络上部署多种多媒体业务时通用的控制协议。本文提出的基于SIP变电站视频监控系统,各成员之间可以通过多播或单播的方式进行交互,具有扩展性、灵活性、互操作性和可重用性等多种优良特性,能有效地解决现在变电站视频监控系统普遍存在的各种技术问题[1]。系统具备远程监控和智能监控的功能,也可以与采用SIP的其他设备进行通信。

1 系统模型

SIP系统的监控终端设备除了提供数据外还提供呼叫控制信息,服务器则用来进行定位、转发或接收消息。因此,SIP将监控系统的复杂度分配给了终端设备,更适于构建智能型用户监控终端。变电站多媒体监控如果采用SIP信令的协商和控制,系统中的视频数据流不是由SIP服务器集中管理,而是通过网络的处理交换,以分布式形式分发至媒体服务器,避免了在很大的网络范围内广播会话信息和处理媒体流的性能压力造成的系统瓶颈。SIP网络中的任何一台主机都可以成为控制中心,可实现监控规模的无限制扩展[2]。

本文提出的基于SIP的变电站视频监控系统模型包括以下几个部分。

1)管理服务器

管理服务器负责整个变电站视频监控系统的基本管理功能,向管理员和参与者提供监控配置、管理和监控信息查询界面,执行从界面上传来的配置、管理和控制命令,并据此对控制服务器进行相应的配置和管理。

2)控制服务器

控制服务器是监控管理和控制命令的具体执行部件,是整个变电站视频监控系统的关键部分。控制服务器根据监控管理系统的配置或指示来创建、修改和终止会话,控制会话过程,并按各个会话的媒体策略对会话中的媒体流进行集中处理[3]。控制服务器的网络模型如图1所示。图中:APU,VPU,DPU分别表示音频、视频、数据处理单元;TCP,RTP,RTCP,UDP分别表示传输控制协议、实时传输协议、实时控制协议、用户数据报协议。

管理服务器代理位于控制子系统的顶层,是控制系统与远程管理系统交互的传输中介。信令控制中心是变电站视频监控系统的关键部件,通过管理服务器代理与管理系统交互,获取监控配置信息和控制命令;用SIP协议栈提供的服务与SIP终端通信,并根据媒体策略配置媒体控制处理器,完成会话功能。SIP协议栈利用传输层发送和接收SIP消息,并对SIP消息进行构建、解析、重传以及过滤。传输层位于控制服务器的底层,负责SIP消息和媒体流的发送与接收。媒体流处理器是与信令控制中心并行的模块,按照媒体策略,实现变电站多点媒体流的接收、存储、排序、混合、转发和同步。媒体处理控制器负责通信的控制,接收信令控制中心的配置,可以管理多个会话[4]。在会话期间,控制各个通道信息的转发逻辑,并将该逻辑交给APU,VPU,DPU模块执行。控制器理解并记录会话控制信息路径,从而正确地转发控制消息。APU,VPU,DPU分别负责接收媒体处理控制器的控制,进行音频、视频和数据切换。APU定期向控制器报告各个音频通道音量的大小次序,在需要进行音频混合时, APU负责与音频处理器交互;在需要进行视频混合时,VPU负责与视频处理器交互。

3)代理服务器和注册服务器

视频监控系统要完成会话控制功能且支持用户的移动性,必须使用代理服务器和注册服务器提供的服务。代理服务器根据接收到的请求回复响应,并可代表其他SIP客户机发起请求。在转发请求之前,可能根据重定向服务器所提供的地址改写原请求消息中的内容,以便将请求消息向更接近目标地址的实体发送。注册服务器负责接收来自变电站终端和控制服务器的注册消息,以便变电站终端和控制服务器都能通过定位服务找到对方的当前位置。

2 系统的设计与实现

2.1 系统结构

基于SIP的新型变电站视频监控系统结构如图2所示。系统由变电站视频监控端和监控中心2部分组成。变电站视频监控端通过视频采集设备实时采集视频图像,使用视频编码器对原始图像进行压缩编码,然后通过TCP/IP网络上的RTP将视频数据流发送给监控中心,监控中心接收到视频数据流后,将其解压缩还原为原始图像在终端上显示。远程监控模块是监控中心通过SIP向变电站视频监控端发送视频控制和操作命令,变电站视频监控端接收到命令后,根据控制命令的要求操作具体的监控设备,完成视频监控的开启、关闭和参数调整等功能。智能监控模块是对现有监控功能的扩充,是指在监控系统没有监控任务和无人管理的情况下,按照用户预先的参数设定,对变电站视频监控现场进行整体或局部监控[5]。如果发生意外情况,即视频图像发生变化,则监控系统主动向用户报警。

变电站视频监控端与监控中心之间的连接关系包括信令和媒体2方面。基于信令和媒体流的拓扑关系分为控制拓扑和媒体拓扑,信令控制与媒体流交换相分离,信令由SIP信令协议实现,而媒体流通过RTP等实现。前述系统模型中的管理服务器在本系统中一般设在监控中心端,主要通过管理软件的Web界面方式来实现全系统监控的管理功能,例如配置管理、告警管理、用户管理、权限管理、日志管理和远程网管等,还可以对控制服务器的系统参数进行配置,进行监控策略的制定和修改,并提交到系统数据库保存。控制服务器在启动时则可以从系统数据库将系统参数下载到本地,进行系统的初始化。控制服务器以监控主程序为核心,完成对监控中心和变电站视频监控端的视频控制和操作,用SIP协议栈提供的服务与变电站SIP视频监控终端进行通信,并根据媒体策略配置和控制媒体处理器,对系统中的媒体流进行集中处理。控制服务器的控制行为包括视频切换、云镜控制、报警联动控制、告警传输、远端视频矩阵控制、灯光控制等。控制服务器功能可在本机实现,也可利用Web服务在客户端实现。用户代理服务器在本系统中是服务器应用程序,代理服务器程序可以代表其他客户机发起请求,既充当服务器又充当客户机的媒介程序,可以通过交换请求和响应来开始或终止一个连接,例如当接收到用户代理客户端的初始SIP请求时联系用户,并且代表用户返回一个响应[6]。此外,注册服务器也是本系统的重要应用程序,当用户处于移动状态时,系统必须使用注册服务器程序,这时监控用户必须使用SIP终端把自己的当前位置注册到注册服务器上,以便被控制服务器发现。

SIP在变电站与控制中心之间是基于客户/服务器的分布式的水平控制结构。SIP采用客户/服务器结构的消息机制,将控制信息封装到消息的头域中,通过消息的传递来实现。SIP用于发起和控制多个参与者参加的视频监控的建立和终结,并能动态调整和修改视频监控属性。SIP的控制行为有:①系统注册、启动和用户登记等初始化配置;②监控的开启和建立,包括定时器的检验、Invite及180和200消息的处理等;③监控连接,包括视频数据流建立并交互、采用RTP实现视频数据传输和协商、进行自主监控和报警事件转发等;④监控关闭和终止,进行BYE和200 消息的处理等。

SIP的信令机制是视频监控系统的控制神经,变电站监控端和监控中心等各个业务节点通过这种机制交换各自的状态信息和提出对其他设备的接续要求,从而使网络作为一个整体运行。SIP利用传输层协议传输请求和应答,因为应用层协议的行为会随着所使用的传输层类型的不同而变化,SIP会创建一个消息并将它传向传输层,通常传输层会重传这个消息,直到另一端收到它并且送回某种确认消息为止,这些重传对应用层是透明的[7]。

2.2 变电站远程监控和智能监控功能的设计

远程监控模块实现监控的开启、关闭和控制参数的调整等,智能监控模块则是在变电站视频监控端无人值班的情况下,自动发现监控图像的变化并向用户进行报警。远程监控的开启就是监控中心向监控端发出建立视频会话的请求,监控关闭则是向监控端发出结束视频会话的请求。SIP可以通过请求来实现视频会话的打开和终止,即监控会话的开启和关闭[8]。远程监控模块所完成的控制参数的调整根据具体系统有不同的内容,这些操作不属于标准的SIP范畴,因此也不能用SIP提供的标准信令来表述。本系统加入了一条扩展的控制请求,当变电站视频监控端接收到控制请求时,对其所带的消息体进行解析,获得属性编号与参数,根据事先定义好的参数设置对照表,调用相应的控制函数完成实际的控制功能。

在同一监控终端上进行音视频流切换、视频设备控制和站内视频报警切换等远程操作时,监控中心依据SIP首先向视频监控端发出建立视频会话的SIP Invite,包括监控中心提供的媒体类型的全部信息,当变电站视频监控端接收到请求时,会发送200响应信号,并带上自己支持的媒体类型信息,开启媒体处理模块和媒体数据传输模块,与监控中心建立起视频会话,开始视频监控,然后监控中心发送确认符(ACK)请求来进行确认,会话建立完成。从结构上分析,整个远程控制功能由控制应用层和SIP协议层组成。控制应用层主要负责监控中心和监控端控制事件的处理;SIP协议层负责视频监控的SIP信令相关操作。SIP协议栈采用分层设计,由传输层和协议数据层组成。传输层主要由SIP收发器接收来自TCP/UDP的SIP报文,并交由上层处理,或者接收上层的SIP消息,采用TCP/UDP发送出去。由于SIP没有规定采用的传输协议,因此TCP或UDP都可用。协议数据层负责协议数据消息的触发和解析,由SIP消息生成器和处理器2个组件构成。生成器主要生成各种SIP消息,然后由处理器根据需要进行处理并发送出去。处理器主要对生成器和收发器发送来的消息进行分析处理,或者把将要发出去的消息根据需要进行处理发送出去。远程操作结束后,监控中心依据SIP发出终止监控的请求,视频监控端做出响应,终止媒体处理模块和媒体传输模块的运行[9]。

智能监控模块运行时,监控端首先要通过视频数据处理模块获取一幅图像,然后将它转换为灰度格式,逐点计算2幅图像在同一像素点上的灰度之差,并取其绝对值,再选取计算结果的最大值与预设的灵敏度进行比较,如果大于预设的灵敏度,智能监控模块则立即通过SIP向监控中心发出请求,进行意外情况报警。

2.3 系统测试

系统的测试主要包括多媒体监控性能、功能测试和SIP控制协议测试。将嵌入式开发系统和桌面计算机接入同一局域网,开发系统安装变电站视频监控端程序,桌面计算机安装桌面监控程序。测试时,视频监控端程序持续监测SIP约定的设备端口,随时接收桌面监控程序发出的SIP消息,并根据SIP消息决定视频监控的开启与关闭。测试方案着重于视音频数据包、协议数据包、报警数据包等多媒体数据包和功能的检测分析。测试系统对视频监控端进行主动测试,对监控中心则是截取IP网上监控中心发出的数据包来分析而进行被动的测试。SIP控制协议的测试在理论上有一致性测试、性能测试、功能测试和互操作性测试等。由于在SIP服务器与媒体服务器之间存在着信令交换, 而且媒体服务器本身具有一定的负载,必然造成整个SIP服务器性能下降,所以需要进行支持媒体流的性能测试,其测试结果直接反映了被测实体在一定环境下的最大信令交换能力,可以作为本SIP系统可用性和可靠性的评价标准。

针对SIP的性能测试指标主要有:

1)监控呼叫成功率,是指测试工具发起一定量的呼叫后最终系统能正确处理完成的百分率,反映了系统在一定呼叫压力下的吞吐能力,是系统性能最直观的表现。

2)控制响应时间,是指监控中心向SIP服务器发出请求和收到应答的时间间隔,用于评价SIP服务器处理请求的实效性[10]。监控呼叫建立、视频切换和控制响应的时延在很大程度上依赖于SIP信令协议,也依赖所用的承载信令信息的传输协议,尤其是在信令信息丢失而需要重传时,受到错误检测和错误纠正机制的影响,因此时延要考虑信令协议对服务质量的支持。传统H.323协议的呼叫建立时延很大,SIP则是顺序地操作UDP和TCP,时延相对小。此外,网络建立连接请求数较少时,SIP分别基于UDP和TCP的控制响应时延较短,网络请求数较多时,由于TCP连接建立过程消耗的时间,系统整体响应延时会明显加大。

3 结语

视频监控在变电站自动化中的应用扩展了电力系统自动化的内涵,本文提出的基于SIP的新型变电站视频监控系统实现了视频监控管理、控制的基本和扩展功能。系统中监控中心与视频监控端之间采用开放的SIP进行通信,可以在域内处理大量的信令信息和媒体流信息,比传统的集中式变电站视频监控系统有更好的可扩展性,比分布式的变电站视频监控系统更利于管理,并具有智能监控的功能。

参考文献

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SIP协议应用研究 篇3

SIP是Internet工程任务组 (IETF) 推出的一种用于建立、修改和终止多媒体会话的应用层控制协议, 通过组播或单播联系的网络进行通信[1]。SIP支持会话描述, 允许参与者在兼容媒体类型上协商达成一致。它还可以通过代理和重定向请求来支持用户移动性[2]。

SIP协议中定义:SIP消息是客户机和服务器之间通信的基本信息单元。它是一个基于UTF-8的文本编码协议, 语法消息描述如下:

1.1 通用格式

SIP消息分为两大类:请求消息 (Request) 和响应消息 (Response) , 其格式遵循RFC2822 Internet文本消息格式标准。

通用消息格式定义如下:

1.2 请求消息

请求消息的定义如下:

1.3 响应消息

当服务器收到一个SIP请求消息, 对其分析理解后, 服务器需要根据具体请求要返回一个或多个消息, 这就是SIP响应消息。SIP响应消息格式定义如下:

SIP响应消息的状态行由SIP版本开始, 接着是一个状态码, 最后是一个与状态码相关的描述性短语 (Reason-Phrase) , 然后由一个CRLF行结束符结束。

响应消息中的响应状态码用来区分各种不同的SIP响应。状态码是一个3位十进制整数, 用来表示服务器对客户机所发请求的理解和执行结果。

由于在实际应用中, 对请求消息的处理结果会因为情况的不同而不同, 而且还会不断发展。因此, SIP协议中对各种可能的响应情况进行了分类和编码。比如:1xx:标识临时消息, 其含义是请求消息已收到, 请等待对该请求的处理。

1.4 SIP消息头域字段

SIP的消息头域在语法和语义上都与HTTP的头域非常相似, 其格式如下:

SIP的头域由头域名字和头域值组成, 两者之间以冒号“:”分隔。允许一个头域有多个头域值, 多个值之间以都以“;”分隔, 我们也可以根据需要增加头域以支持新的特性。

2 SIP协议应用研究

作为NGN中的核心控制协议, SIP协议的应用主要有三个方面:一是用于软交换与软交换之间;二是用于软交换与SIP终端之间;三是用于软交换与应用服务器之间实现增值业务。

SIP协议作为软交换中的对等协议, 有着自身不取代的优势:其一, 它最突出的特点是具有很强的灵活性和可扩充性, 要让SIP支持各项新业务, 只需将它已有的消息头字段进行简单的扩展。其二, SIP具有动态注册机制, 以至它具有对移动业务的支持具有天然的优势。其三, SIP协议为实现固定和移动业务的无缝融合创造了条件。SIP已经被3GPP选定作为第三代移动通信的多媒体领域的重要协议, 用来实现基于IP的移动语音和多媒体通信[3]。SIP这些优越特征使其在下一代网络中占据很重要的主导地位。如下图1所示。

SIP能控制多个参与者, 能动态调整和修改会话属性, 控制它们参加的多媒体会话的建立和终止。例如传输的媒体类型、媒体的编解码格式、会话带宽要求、对组播和单播的支持等等都可以进行动态的调整。从SIP的实质内容来看, 它提供以下功能[4]:

第一, 呼叫过程中实现呼叫特征改变。例如, 一个呼叫过程首先被设置为只有语音模式, 但是在呼叫过程中, 用户可以按需开启视频功能。

第二, 呼叫过程中参与者能够进行管理。比如能够把其它用户加入呼叫、取消其连接、呼叫转移或设为呼叫保持。

第三, SIP协议具有特征协商功能。例如多方通话中, 每一方均支持相同的语音编码, 但视频编码不能取得一致, 则视频可以根据需要选择支持或不支持。

第四, SIP协议具有用户定位和名字翻译功能。由于SIP协议本身含有向注册服务器注册的功能, 因此无论被呼叫方在哪里, 都能确保呼叫到达被叫方。

从SIP的设计上来看, 它充分考虑了对其他协议的扩展性和适应性。它支持多种地址描述和寻址。比如地址可以描述为:“被叫号码@网关地址”、“用户名字@主机地址”或“Tel:0874-3258547”等多种形式。

3 结论

本文分析SIP协议的基础上, 研究了SIP在现网中的应用, 并对其在软交换应用过程中的应用作了分析。本文所阐述的SIP协议在软交换中的应用分析, 在现网中的应用有一定的现实意义。

参考文献

[1]曾欣旖, 陈名松, 盖晓娜.SIP协议测试研究[J].电子设计工程, 2010, 18 (4) :83-84.

[2]姜秀玉, 杨峰, 崔再惠.SIP协议实现中消息解析的研究[J].计算机工程与设计, 2010, 31 (13) :2988-2995.

[3]何娇, 陈盛云.SIP视频会议中服务器的研究与改进[J].电视技术, 2013, 37 (1) :147-149.

SIP协议栈探讨与应用 篇4

SIP(Session Initiation Protocol)协议近年来在网络研究领域受到极大关注,作为一个新的、具有广阔前景和许多研究机构关注的一个热点协议,SIP吸引了众多的研究者投入这方面的工作。同时由于SIP出现的时间不长,加上各种SIP相关的协议和应用发展很快,目前国内和国际上还没有将这些重要的发展情况、核心技术和目前的研究成果作一个整体上的介绍。鉴于SIP在网络领域所占的重要地位和目前表现出来的广阔前景,为了捕捉SIP发展的动态,促进国内迅速跟上国际研究的步伐,介绍SIP工作机制十分有意义。

SIP协议是下一代网络(NGN)中的核心协议之一,最初是由IETF(Internet Engineering Task Force)的MMUSIC(Multi-party Multimedia Session Control)工作组提出的一个标准,用来解决IP网上的信令控制。在IP网络分层模型上,SIP是工作在应用层上的一个信令协议,可以用来建立、改变和终止基于IP网络的多媒体会话进程。SIP协议借鉴了HTTP和SMTP等协议,独立于底层协议,支持单播和多播通信,支持名称映射和重定向业务,支持类似呼叫转发和呼叫拒绝等电信业务的实现,支持用户移动性。

1 SIP的功能及消息机制

1.1 SIP的功能

总体说来,SIP协议支持多媒体通信中以下几个方面的功能:

① 用户定位:确定通信中终端系统的位置;

② 用户可用性:确定被叫方是否愿意参与通信;

③ 性能协商:确定通信中所用媒体及媒体参数;

④ 会话建立:呼叫双方会话参数的建立;

⑤ 会话管理:包括会话转移和中止、会话参数变更、调用新业务等内容。

采用SIP协议的通信系统应该包括2种组件:SIP用户代理(User Agent,UA)和SIP网络服务器。SIP用户代理是终端系统组件,而SIP网络服务器是处理大量呼叫信令的网络设备。

SIP用户代理UA又分为用户代理客户端(User Agent Client,UAC)和用户代理服务器(User Agent Server,UAS),前者发起呼叫,后者应答呼叫。

SIP网络服务器包括SIP代理服务器(SIP proxy server)、SIP重定向服务器(SIP redirect server)和SIP注册服务器(SIP registrar)3种。SIP代理服务器接收到呼叫请求后,通过地址解析确定被叫方位置,然后将请求转发至下一服务器。而SIP重定向服务器则是在完成地址解析后将被叫方的地址信息发给呼叫方,让呼叫方直接向下一跳服务器发送请求。SIP注册服务器用于接受客户端的注册请求,并提供定位服务。

1.2 SIP的消息机制

SIP是一个基于文本的协议,它的消息分为两大类:从客户端到服务器的请求(Request)和从服务器到客户端的响应(Response)。

无论请求消息还是响应消息都是由起始行(Start-Line)、消息头部(Message-Header)和可选的消息体(Message-Body)构成。

请求消息的起始行称为请求行(Request-Line),其中的“方法”(Method)字段表明了请求消息的功能。

SIP协议定义了6种方法:

① REGISTER:用于登记联系信息;

② INVITE:用于邀请用户加入会话;

③ ACK:用于对邀请做出响应;

④ CANCEL:用于取消未完成的请求;

⑤ BYE:用于终止会话;

⑥ OPTIONS:用于询问服务器的性能。

响应消息的起始行称为状态行(Status-Line),其中的状态码字段指示了被叫方对请求的响应结果。

SIP协议定义的状态码是一个3位整数,同样也分为6大类:

① 1xx(100～199之间的状态码用1xx表示,以下类推):暂时响应(呼叫处理中);

② 2xx:成功响应(请求被成功接收、理解并接受);

③ 3xx:重定向响应(需要采取进一步动作以完成请求);

④ 4xx:客户端出错(客户端的请求包含语法错误或无法在服务器完成该请求);

⑤ 5xx:服务器出错(服务器无法完成合法请求);

⑥ 6xx:全局故障(任何服务器均无法完成请求)。

2 SIP协议栈的应用

2.1 SIP协议栈架构

SIP协议栈架构如图1所示,其中Configure Module、Timer Module和Log Module分别提供协议配置、定时和日志等功能,这里不再赘述。以下对其他几个模块进行简要介绍。

ABNF Codec Module提供SIP消息的编解码。SIP是一个基于utf8文本编码格式的协议(这使其消

息具有很好的可读性,并易于调试)。SIP协议中描述了请求、地址(URL)、应答和各个头部字段的语法信息,整个语法信息以扩展巴克斯范式(ABNF)的形式描述。本层作用就是将SIP协议栈内部消息转化为ABNF形式语法或者相反。

Transport Module是传输层。传输层负责请求和应答在网络上的实际传输,这包括了在面向连接的通讯方式下的请求和应答所使用的连接管理。

Transaction Module是SIP事务层。SIP使用事务控制和管理会话。一个SIP 事务由一个单个请求和该请求的所有应答组成。事务分为客户端和服务端。客户端的事务是客户端事务,服务器端的事务就是服务端事务。客户端事务发出请求,并且服务端事务送回应答。事务层处理应用层重传,匹配响应到请求,客户端事务和服务端事务都是通过维持一个状态机来提供服务的。

SIP Core Module是SIP核心层,核心定义了SIP实体的特定类别。比如定义了一个有状态和无状态的代理服务器,一个用户代理或者注册服务器。所有的核心,除了无状态代理服务器,都是事务用户(TU)。当一个TU希望发送请求,它生成一个客户机事务实例并且向它传递请求和IP地址,端口以及相关传输实例。一个TU生成客户机事务也能够删除它。当客户机取消一个事务时,它请求服务器停止进一步的处理,将状态恢复到事务初始化之前,并且生成特定的错误响应到该事务。

Message Management Module进行消息分发调度,它和SIP Core Module一样也属于SIP核心层,它提供一个API接口给上层应用。对于不同的应用核心处理是不同的,比如收到一个INVITE消息,对于代理服务器需要对消息进行转发,对于用户代理则可能要上报上层应用提示振铃等。

综上所述,采用这种层次结构的软件架构很好支持了SIP独立于底层传输协议及上层应用的设计思想,具有很好的软件重用性。

2.2 SIP事务状态机

有限状态机是SIP协议栈中最重要的部分之一,RFC3261中定义了4种SIP事务:INVITE客户端事务、非INVITE客户端事务、INVITE服务端事务和非INVITE服务端事务,这4种事务分别对应4种事务状态机。

2.3 SIP软件流程

SIP的实现可以采用多线程机制,上层应用和SIP协议栈运行在不同线程中,协议栈提供API接口供上层应用调用,它们之间采用消息队列通信。

协议栈中定义了相关数据结构,如SIPINSTANCE、SIPPACKET、SIPCALL、TRANSPORTINSTANCE、CLIENTTRANSACTION和SERVERTRANSACTION等,一个SIPINSTANCE代表语音网关中一个语音端口在协议栈中的抽象表示,它包含本机IP、端口和用户名等信息,其他几个数据结构分别描述SIP包、SIP对话、传输、客户端事务以及服务器端事务等相关信息。根据用户配置,协议栈初始化时创建相应数目的SIPINSTANCE实例(指针),对应每个SIPINSTANCE创建一个传输实例。协议栈初始化时还创建几个全局链表,分别存放SIPINSTANCE实例、客户端事务实例、服务端事务实例和传输实例等。

协议栈启动后首先检查消息队列中是否有消息,如果有则取出消息,分析消息,同时创建一个client transaction实例,启动客户端事务状态机,调用传输层接口向网络发送,最后还要将这个客户端事务加入到链表中保存起来。接着协议栈遍历sip instance链表,如果定时到则执行注册过程,这里也启动一个非INVITE客户端事务状态机;然后协议栈遍历传输实例链表接收网络消息,每收到一个合法的SIP消息,先判断消息是请求消息还是应答消息,如果是请求消息则进行服务器端事务匹配,如果找到匹配的事务,则执行该事务状态机,否则将该消息交给核心层进行消息分发处理,核心层创建一个server transaction实例,启动该事务状态机,最后将其加入到链表中保存;如果是应答消息则进行客户端事务匹配,如果找到匹配的事务,则执行该事务状态机,否则将该消息交给核心层进行处理。最后协议栈遍历客户端和服务器端事务链表,判断事务定时器是否超时,如果是则执行事务状态机进行超时处理。

3 结束语

目前,SIP协议凭借其简单、易于扩展和便于实现等诸多优点越来越得到业界的青睐。SIP协议已成为下一代网络中软交换的核心协议之一,随着SIP相关标准的进一步完善以及国内外对SIP应用研究的逐步深入,SIP的发展前景将无限广阔。

摘要：SIP(会话初始化协议)是伴随着Internet的发展同时借鉴了Web业务成功经验的、由IETF制定的一套网络多媒体信令协议,主要用于创建、修改和终止多媒体呼叫与会话,是一个与HTTP和SMTP类似的、基于文本的协议,具有易读取、易扩展以及易于调试的特性。简单介绍了SIP协议的功能组件以及消息机制,提出了SIP协议栈实现的层次结构模型,并给出了SIP协议栈的结构以及软件流程。

关键词：网络协议,SIP,协议栈,事务,软件流程

参考文献

[1]司瑞峰,韩心惠.SIP标准中的核心技术与研究进展[J].软件学报,2005,16(2):240-246.