基于SIP协议的模拟电台语音通信系统设计

作者/ 牟健 何波贤 岳明 王岩 92724部队(山东 青岛 266108)

摘要：为了提高模拟电台训练系统的仿真程度，在模拟电台语音通信系统中以计算机网络通信技术为核心，构建一种基于SIP协议的语音通信技术。经过实验测试，在多部电台模拟器之间相互构建语音组网通信时延小于200ms，音质清晰，能够清楚分辨出发话人的语音特征，满足了设计的要求。

引言

当前大部分模拟电台训练系统基于电台界面的操作，对语音通信交互及组网的构建存在一定的缺陷，随着计算机技术及仿真技术的飞速发展，以局域网为依托，利用计算机技术，基于SIP协议的多线程即时语音通信技术，构建模拟仿真电台一对一、一对多、多对多的即时语音通信组网效果，以适应当前开展多元化、现代化的仿真模拟训练需求。

SIP协议是一种网络电话协议，可以在局域网络中即时构建一对一、一对多、多对多参与者之间的语音交互通信。由于SIP协议开源、简单、快捷、灵活、扩展性强等特点，当前国内外企业研制出很多基于SIP协议的视频语音会议解决方案及网络电话设备，极大地推进了SIP协议技术的发展。

1 SIP协议

SIP(Session Initiation Protocol)是一个基于IP应用层控制协议，继承了互联网通信一些设计理念，它高效、稳定、简单、扩展方便而又不缺乏灵活性，可以在几分钟之内构建出一个可以在多系统平台运行的服务器和客户端。主要功能是以服务器为中心，即时建立、调整、撤消客户端的呼叫与会话，同时可进行用户定位、用户交换、呼叫建立、处理等，构建完整的语音通信网络系统。

SIP协议采用了C/S模式，包括SIP代理客户端和SIP服务器。其中，代理客户端是一个交互的系统接口，又分为负责发起SIP呼叫请求的用户代理客户端和负责对呼叫请求做出响应的用户代理服务器。而SIP服务器主要包括注册、代理、位置、重定向服务器，它们之间可以共存于一个设备当中，也可以分布在整个物理实体中，SIP服务器并不依赖硬件系统，完全是基于软件实现的文本协议，主要负责接收和处理用户端请求、注册、鉴权、认证、处理呼叫相关信令的网络等服务。

SIP作为一个开源的协议栈，编码方式是采用扩展的BNF范式来规定的，不是一个垂直集成的通讯系统，本身不提供服务，往往与实时数据传输协议(RTP)、实时流协议(RSTP)、媒体网关控制协议、会话描述协议(SDP)等协同合作，来实现不同的网络通信服务，构造完整的多媒体网络通信架构。同时，SIP的技术核心是采用了标准C语言编写开源的OSIP协议栈，并可在VC6.0编译器中运行，并为语音通信提供了一些解析消息的API和事物处理状态机。

2 设计思路

SIP协议的语音通信模块设计的目的是把分布在计算机局域网内的半实物电台模拟器实时构建语音通信网，该语音通信网络的设计主要采用模块设计，各模块之间松耦合且相对独立，主要的模块包括：SIP注册模块、语音处理模块、实时语音传输模块、SIP消息处理模块。模块的总体框图如图1所示。其中，SIP注册是认证各电台模拟训练器子系统组网的状态;语音处理模块包括语音采集、播放、编码和解码过程;实时语音传输主要包括SIP线程、发送线程、接收线程和网络状态反馈线程;SIP信息处理主要记录各模拟电台通信组网状态，发起或拆除语音系统组网以及相对应的消息处理，实时调整处于不同组别电台模拟训练器的组网连接状态。

3 模块具体实现

3.1 SIP注册

SIP服务器设置在主控计算机上，主控计算机IP地址设置为：168.192.1.1，端口为：5060;每一台电台模拟器在系统中充当SIP客户端，设置的IP地址为：168.192.1.(2-12)，端口为5061-5071。根据C/S模式把主控SIP服务器、电台模拟器进行组网连接，如图5所示，并依次分配IP、端口地址、用户名字，以及设定的密码。此系统第一次使用时，需要取得服务器的注册认证，否则无法进行组网通信，SIP的注册过程如图2所示。

第一步，首次启动语音通信时，SIP客户端先通过局域网向安装在主控计算机上的SIP服务器发起REGISTER注册申请;

第二步，SIP服务器对SIP客户端进行查询并认证该客户的信息，确保这名客户信息是一个新的用户，服务器对该用户返回401 Unauthorized质询信息及所需的安全认证令牌;

第三步，用户根据服务器的提示，输入相应的标识及用户信息，再次向服务器发出REGISTER消息请求;

第四步，服务器收到请求后，检查用户信息的正确性，质询信息验证用户的合法性，若是用户信息错误，返回失败，若是户信息合法，把用户信息保存到数据库当中，最后返回成功的相应消息200 OK。

3.2 语音处理模块

当客户端完成注册验证之后，由主控计算机选择相应的电