基于Android的VoIP系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本文提出一種基于PJSIP協(xié)議棧的解決方案，通過(guò)Android本地開(kāi)發(fā)工具(NDK)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效、穩(wěn)定且功能強(qiáng)大的VoIP系統(tǒng)，具有較高的參考和實(shí)用價(jià)值。

　　1 VoIP設(shè)計(jì)方案

　　1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　本方案所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)包含以下功能：首先，完成用戶終端(如手機(jī))中語(yǔ)音數(shù)據(jù)的采集與編碼，并通過(guò)RTP(實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)/RTCP(RTP傳輸控制協(xié)議)進(jìn)行傳輸和控制;其次，完成會(huì)話的控制，包括會(huì)話的注冊(cè)、發(fā)起、維護(hù)與結(jié)束、注銷等;再次，作為一個(gè)應(yīng)用程序，必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)良好的界面，與用戶交互;最后，作為一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，需具有良好的可擴(kuò)展性。

　　1.2 總體設(shè)計(jì)

　　本方案基本上符合Android的NDK框架的開(kāi)發(fā)規(guī)范，將系統(tǒng)分為4層，如圖1所示。最上層為應(yīng)用層，該層將在Android SDK的框架內(nèi)，采用Java語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn);第二層為JNI層，SIP協(xié)議棧有很多種實(shí)現(xiàn)，其中，采用C語(yǔ)言的SIP協(xié)議棧在效率、速度、系統(tǒng)占用方面有著超越其他庫(kù)(如Java協(xié)議棧)的優(yōu)勢(shì)，因此，該方案將在第三層采用純C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的PJSIP協(xié)議棧。為了讓Java應(yīng)用層能調(diào)用協(xié)議棧層，在兩層之間需要一個(gè)銜接的橋梁，這就是JNI層。最后一層是驅(qū)動(dòng)層，這部分一般是由手機(jī)廠商來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本文將不做重點(diǎn)介紹。

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　　2 VoIP的具體實(shí)現(xiàn)

　　這里將實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的VoIP系統(tǒng)，包括協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)、JNI的編寫(xiě)以及上層UI的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等。

　　2.1 SIP協(xié)議棧及UA

　　SIP協(xié)議棧直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量與效率，本文將采用純C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的PJSIP庫(kù)。該庫(kù)采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，且源碼開(kāi)放，在兼容性與效率上有明顯優(yōu)勢(shì)，不僅體積小(完整的SIP封裝也不過(guò)150 KB)，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)內(nèi)存池，使得安全系數(shù)與運(yùn)行效率大為提高，該系統(tǒng)所采用的就是優(yōu)化后的PJSIP庫(kù)。

　　2.1.1 PJSIP協(xié)議棧

　　PJSIP協(xié)議棧遵循標(biāo)準(zhǔn)的SIP協(xié)議，采用分層架構(gòu)：SIP/SDP消息編碼解析層、傳輸管理層、SIP終端、事務(wù)層、會(huì)話層以及應(yīng)用層等。由于SIP協(xié)議采用文本消息發(fā)送請(qǐng)求和響應(yīng)，所以首先需要將SIP消息按照巴斯克范式(ABNF)編碼和解析，這就是SIP/SDP消息編碼解析層所完成的功能。傳輸管理層用來(lái)管理用戶代理與服務(wù)器之間的請(qǐng)求和相應(yīng);SIP終端是PJSIP中轉(zhuǎn)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)，它主要負(fù)責(zé)管理各個(gè)SIP組建，例如像SIP終端實(shí)例注冊(cè)組件，分發(fā)消息到事務(wù)層、會(huì)話層及應(yīng)用層，回傳處理結(jié)果，管理定時(shí)器、I/O隊(duì)列等;事務(wù)層通過(guò)狀態(tài)機(jī)機(jī)制管理SIP信令，每一次狀態(tài)機(jī)狀態(tài)的改變都將觸發(fā)回調(diào)函數(shù);會(huì)話層負(fù)責(zé)會(huì)話的發(fā)起與響應(yīng)，一般與應(yīng)用層結(jié)合在一起，用于用戶交互，不同的平臺(tái)有不同的實(shí)現(xiàn)，本文使用Andriod的GUI來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　PJSIP是一個(gè)高度封裝的庫(kù)，實(shí)際上它是通過(guò)PJSUA子庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的。一個(gè)完整的PJSUA生命周期，首先需要初始化，通過(guò)函數(shù)init()來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)函數(shù)中，將創(chuàng)建代理、初始化變量和堆棧，以及創(chuàng)建一個(gè)UDP傳輸并在最后啟動(dòng)代理;第二步將為UA添加用戶，如果需要的話，還要向服務(wù)器注冊(cè)用戶;當(dāng)用戶添加成功后，此時(shí)可以建立一個(gè)呼叫連接，發(fā)起會(huì)話;當(dāng)會(huì)話連接成功后，就可以使用SRTP協(xié)議實(shí)時(shí)傳輸加密后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行通話。最后的過(guò)程是掛起或銷毀呼叫。

　　2.1.2 UA原理

　　UA(User Agency)是協(xié)議棧的具體實(shí)現(xiàn)，PJSIP通過(guò)封裝了的PJSUA來(lái)實(shí)現(xiàn)，在這一點(diǎn)上，大部分的SIP庫(kù)都大同小異，在此將介紹UA的工作原理。

　　一個(gè)典型的UA包含UAC(User Agency Client)和UAS(User Agency Server)兩部分。會(huì)話由UAC發(fā)起。當(dāng)呼叫發(fā)起時(shí)，UAC將首先發(fā)送“IN-VITE”消息給SIP代理服務(wù)器，服務(wù)器收到“INVITE”消息后將返回一個(gè)應(yīng)答“200 OK”，并回答“ACK”進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)通知主叫用戶(即會(huì)話發(fā)起用戶)上線通話。如果主叫端(用戶端)主動(dòng)結(jié)束會(huì)話，UAC將返回“BYE”消息，同時(shí)通知服務(wù)器;如果用戶端收到服務(wù)器傳來(lái)的“BY-E”消息，回答“200”，并結(jié)束會(huì)話。

　　服務(wù)器端，UAS收到UAC(用戶端)發(fā)來(lái)的“INVITE”消息，首先從消息中提取出主、被叫對(duì)象，然后檢查當(dāng)前是否有空閑信道，若沒(méi)有則返回“486 BUSY HERE”(即系統(tǒng)忙)消息;接著將檢查被叫用戶是否在服務(wù)區(qū)，如果被叫對(duì)象不在服務(wù)范圍，則返回“404 NOT FOUND”(即用戶不在服務(wù)區(qū));若被叫用戶成功上線，則返回“200 OK”，同時(shí)準(zhǔn)備開(kāi)始會(huì)話。

　　SIP協(xié)議棧一般使用SIP統(tǒng)一資源定位符(URL)來(lái)標(biāo)識(shí)，它根據(jù)URL來(lái)尋址，如集群用戶“200”，“300”分別對(duì)應(yīng)SIP用戶為“200@192.168. 1.100”，“300@192.168.1.100”。本文中也使用這種方式來(lái)測(cè)試通信。

　　2.2 JNI的實(shí)現(xiàn)

　　PJSIP庫(kù)和Java類連接是通過(guò)JNI來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這也是Android NDK的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，JNI是SUN公司推出的用于Java調(diào)用其他語(yǔ)言的接口。

　　首先需要一個(gè)中間類，這個(gè)類中主要建立一些方法用于調(diào)用C/C++本地函數(shù)。它們的類型均為“publicstatic native int”，以便其他的Java類能夠調(diào)用。