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SIP(会话发起协议)是由IETF提出的用于发起、修改和终止多媒体会话的应用层控制协议,已经广泛应用于VoIP系统中。基于SIP协议的VoIP系统由于其客户端/服务器的服务架构,在用户规模扩大后会引发其固有的单点失效和性能瓶颈问题。P2P系统具有良好的扩展性和容错能力,能够解决单点失效和性能瓶颈问题。基于P2P和SIP融合(P2P-SIP)的VoIP系统成为了研究热点,很多协议草案和原型系统被提出。但是,现有的P2P-SIP系统并不能满足可管理和可运维的要求,用户代理节点的不可信问题和动态性问题也是这些系统面对的共同难题。
本文设计了可管理、可运维的基于P2P-SIP的VoIP系统(简称AMAP系统)结构,之后阐述了该结构涉及的关键技术,对比分析了结构减少的信令开销。最后实现了AMAP原型系统,并通过测试证明了此结构的可行性与可用性。在AMAP系统中,由运营商部署的服务器作为服务节点(SN),并按照DHT协议组成服务覆盖网络,为用户代理提供注册和会话建立等服务。DHT协议可提高注册和会话建立等服务的效率,节约了系统的信令开销。AMAP系统支持服务覆盖网络中服务节点的灵活增加和删除,运营商可以根据系统的运维状况删除或者增加服务器。借助DHT协议,服务器的增加和删除仅需要很少的配置。P2P覆盖网络全部使用扩展的SIP信令构建和维护,具备与现有VoIP系统兼容的基础。同时支持SIP-using-P2P和P2P-over-SIP两种对用户的服务流程,使传统SIP用户代理无缝地接入AMAP系统。元数据收集和分发是P2P-SIP系统管理和运维的关键。借助隐含在DHT路由表中的树状结构设计了构建于服务覆盖网络上的分布式元数据收集和分发算法,使AMAP系统以较低的开销实现了运维等数据的收集和管理策略的下发,为系统的管理和运维(如认证、计费、流量统计等)功能的实现奠定了基础。此外,为了有效处理节点的动态性,提高系统的可靠性和数据的可用性,设计了基于DHT后继节点的数据备份方法和基于请求频率的数据缓存技术。理论分析结果表明,与现有基于P2P-SIP的VoIP系统相比,AMAP系统中的服务覆盖网络所需的更新维护的操作更少,可节约80%的控制信令开销。本文详细分析了AMAP系统的功能需求和所涉及的关键实现技术,采用模块化思想设计了服务节点的功能组成,包括服务节点管理、用户管理、节点定位、信息收集、请求分发和代理5大模块,最终实现了原型系统。在实验室环境下,对AMAP系统进行了功能性测试,说明了系统的可行性和可用性。