SIP及其在NGN业务集成中的应用

1 SIP协议的适用范围
    会话收起协议(SIP)充分借鉴了超文本传输协议(HTTP)、简单邮件传送协议(SMTP)这两个互联网上最成功的应用层协议，继承了互联网协议简单、开放、灵活的特点[1-3]。SIP的设计方法和结构特点使得它成为下一代网络软交换体系的重要技术。3GPP也决定在基于IP的核心网络中采用SIP协议栈实现多媒体会话控制信令。
究竟用SIP能做什么、不能做什么，如何在SIP的适用范围内将其优势发挥到最大，是关键所在，也是必须明确的。SIP的适用范围如下：

(1)SIP自身并不能提供业务，只提供实现不同业务的原语。比如，SIP能定位到用户并向该用户的目前位置传送不同对象(可以是SDP、照片等)。SIP必须与其他协议协作提供业务。SIP是会话(Session)发起协议。会话是参与者之间的数据交换。会话传递的实时数据包括语音、视频、文本等各种形式。这些不同种类的数据由各种其他协议(如RTP)来承载，但SIP本身又独立于其他协议。

(2)SIP协议虽然主要是为IP网络设计的，但它并不关心承载网络，也可以在ATM、帧中继等承载网中工作。SIP是应用层协议，可以运行于传输控制协议(TCP)、数据报协议(UDP)、信令控制传输协议(SCTP)等各种传输层协议之上。

(3)SIP不是一个垂直集成的通信系统。SIP只是作为一个组成部分，与其他IETF的协议协同工作才能构建起一个完整的多媒体通信体系。其他协议包括用于实时数据传输的实时传送协议(RTP)、用于控制流媒体传送的实时流式媒体协议(RTSP)、媒体网关控制协议以及用于描述多媒体会话的会话描述协议(SDP)。

(4)SIP在建立会话后，还能够邀请新的用户加入到已存在的会话中。媒体也可以加入或退出所处的会话。SIP的动态注册机制、名字映射和重定向服务方便了对用户端的移动性支持：用户能够持有一个对外唯一的标识而不论处于网络的什么位置，因此很好地支持了多方、多媒体业务(如复杂的会议业务)。SIP协议为实现固定和移动业务的无缝融合创造了条件。

(5)SIP在IPv4和IPv6协议下均能工作。

(6)即使SIP的消息和建立的会话能穿越多个网络，SIP本身也不具备任何网络资源预留能力。

(7)业务的需求是多种多样的，虽然SIP简单易扩展，为了满足多种多样的业务需求而去扩展SIP协议本身是不明智的，也是得不偿失的。除了SIP本身对会话的控制之外，大量的与业务本身相关的功能和扩展应该由业务所在的应用服务器去完成。

(8)SIP协议是实现会话通信协议的基础。许多实际的电信业务既可以通过连接通信体系实现，也可以通过会话通信体系实现。同样，SIP协议不仅仅被用于支持会话通信体系，也被用于支持连接通信体系。这种SIP和传统PSTN/ISDN的互通问题可参考的标准体系有两个：IETF的SIP-T协议系列和ITU-T的SIP-I协议系列。SIP-I采用端到端的研究方法建立了SIP与ISUP互通时的3种互通模型，即：呼叫由PSTN用户发起经SIP网络由PSTN用户终结；呼叫由SIP用户发起由PSTN用户终结；呼叫由PSTN用户发起由SIP用户终结。SIP-T为SIP与ISUP的互通提出了两种方法，即封装和映射。正常的ISDN用户部分(ISUP)的消息添加一些信息后能够封装在SIP消息中传送。SIP在语音业务方面没有与承载无关的呼叫控制(BICC)协议成熟，但它能支持较强的多媒体业务，扩展性好。SIP-I协议系列的内容远远比SIP-T的内容要丰富。SIP-I协议系列不仅包括了基本呼叫的互通，还包括了与ISUP/BICC补充业务的互通。除了呼叫信令的互通外，SIP-I还考虑到了资源预留、媒体信息的转换等，既有NGN SIP与BICC/ISUP的互通，也有3GPP SIP与BICC/ISUP的互通等。尤为重要的是，SIP-I协议系列具有ITU-T标准所具有的清晰准确和详细具体的特点，可操作性非常强。

2 SIP和下一代网络业务集成
    下一代网络(NGN)[4]是基于IP协议的分组网络。NGN的最主要特点是在核心网络的基础上融合了多种接入网络，包括固定、移动、有线、无线的接入网络。因此，用户可以各种方式接入，而NGN也将跨越多个承载网络为用户提供丰富、个性化和专业化的业务。

    网络融合的结果将导致未来的网络结构从垂直取向的模型结构演进到水平取向的模型结构，也就是从传统的开发协议栈结构，演进到现代的开放业务体系结构。未来的网络业务也将从原有的简单业务演进到复杂的融合业务，也就是从传统的语音/数据业务，演进到未来的多方、多媒体、多协议业务。NGN的业务以及如何在下一代网络的融合环境下提供这些业务是下一代网络成功应用的关键。

    在下一代多网融合环境下提供业务，也就是希望实现业务的集成，即不同网络提供的业务通过新的信令和控制机制汇聚到一起，成为一种新的多媒体业务，并以一种无缝的平滑方式传输到用户端[5]。这种用于汇聚的“粘合剂”可以采用SIP。这就意味着下一代网络能够跨越多个承载网络为用户提供丰富、个性化和专业化的业务。

3 一个基于SIP的下一代网络业务集成框架
    SIP将跨越承载的不同业务汇聚到了一个平面上，这些不同业务元素在此平面上按照不同的业务逻辑集成，形成更多复杂业务。然而，如何对这些业务元素进行管理和访问，不是光凭SIP自身就能完全解决问题，需要建立开放业务集成环境。目前网格(Grid)[6]及其相关技术的研究正在积极开展。基于Grid和Web的概念和技术之上的开放网格业务体系结构(OGSA)是一个很好的解决多业务承载平台上开放业务集成环境问题的方案，能实现端到端的具有服务质量(QoS)保证的业务能力，同时实现电信业务的垂直集成[7]。 具体体现在：OGSA定义了网格服务(Grid Service)的语义，定义了创建、命名和发现网格业务实例的标准机制，为业务实例提供了位置的透明性和多协议的绑定能力，也提供了与宿主平台集成的支持。OGSA业务模型强调的是业务虚拟化、业务的组合能力和以消息为基础的通信结构，这和NGN的业务特征不谋而合。

    这样，需要研究SIP协议支持的基于OGSA的开放业务集成环境也就是研究SIP和Grid Service之间的接口映射。应该看到，SIP提供了广泛的但较低层次的多媒体会话访问能力，直接通过OGSA的体系架构提供基于SIP的网络能力难免困难。而将网络能力开放，不仅方便了第三方业务开发，也将大大加快业务生成的速度。目前业界流行的独立于信令协议的开放网络能力应用编程接口：Parlay API[8]就是对广泛的网络能力(不仅仅是会话控制)的较高层次的抽象。Parlay API的出现使电信新业务的开发可以采用IT领域的一些快速应用程序构建技术：开放的API、分布式计算、Java和Web服务。

    Parlay使得一般IT人士也能够进行传统上只有电信专业人士才能进行的电信业务的开发，大大缩短了业务生成的周期。因此在SIP和OGSA之间架构一层Parlay API平面将使得整个开放业务集成框架更为合理和有效。

3.1 SIP和Parlay之间的关系和映射
    一方面，Parlay已经以业务的形式定义了若干业务功能特征(SCF)。另外，Parlay的框架还以类似于公共对象请求代理体系(CORBA)的方式对这些SCF进行管理，并规定了访问这些SCF的方式。因此从逻辑视图的角度来看，在SIP协议之上再增加一层开放网络能力的接口Parlay，将使得业务的生成更为简便。从Parlay API和SIP所提供的支持能力来看，Parlay API和基于SIP的方法并不是相互竞争的关系，而是互补关系[9]。基于Parlay的开放API技术将帮助融合业务创建者处理低层异构网络的复杂性，而基于SIP的方法则可以实现多媒体会话的相关部分。网络融合下的业务集成将无缝一致地跨越网络的边界，因此创建/开发无缝业务除了需要理解用户和管理上的需求之外，还需要深刻地理解业务能力以及不同的协议、数据格式、终端用户设备、网络能力。因此可能的发展趋势是将Parlay与IP多媒体子系统(IMS)集成。这样，在SIP环境下如何使用Parlay API构建业务集成框架成为研究热点，热点中的重点就是研究Parlay API与SIP消息间的映射机制。在3GPP R6版本的技术文档[10]中已经有相应的部分规范出现。

3.2 Parlay和Grid Service间的接口
    Parlay API封装了网络能力，并以接口的形式呈现给用户。OGSA的精髓就在于它将一切都表达为Grid Service。Grid Service的特点表现在：

(1)位置透明性。业务的描述与具体提供业务能力的网络、设备无关。

(2)动态绑定的接口。业务动态地通过一组基于消息的接口协议与外界交互，包括对宿主平台的映射。

(3)业务的软状态和生命周期管理。即业务的生命周期和当前状态处于系统的管理之中。

    这些特征通过OGSA的一套完整体系来保证，集成了网格计算的网格资源分配和管理协议(GRAM)、XML、Web Service的SOAP、WSDL、WSIL等工业技术标准。因此，可以将Parlay的接口封装为Grid Service，这些特殊的Grid Service可以作为基本的服务被其他需要访问网络的Grid Service所调用。可以看到，通过这种层层的封装以及Grid Service自身特点的表现，将原本复杂的Grid Service和网络之间的交互变成Grid Service和Parlay接口之间的交互并且最后演变成为Grid Service之间的交互。

4 结束语
    SIP作为一种简单、灵活、易扩展的多媒体会话控制信令正受到越来越多业内人士的青睐。然而，任何事物都有其特定的适用场合与范围。将SIP的概念和适用领域盲目扩大，将背离SIP的初衷，也将削弱SIP的优势。本文旨在揭示SIP的根源，分析SIP的优势，同时也从另一个角度剖析了SIP之所不能，以此对SIP的适用范围作一个界定。从本文以下一代网络业务集成为例介绍的一个基于SIP的业务集成框架可以看到，SIP作为会话层面的协议，其灵活、开放的特点正是业务集成的强大“粘合剂”，使得复杂业务的生成成为可能。SIP协议层次之上的Parlay API和OGSA的结构也使得业务生成更方便快捷，更易于管理。

5 参考文献
[1] IETF RFC3261. SIP: Session Initiation Protocol [S].
[2] IETF Multiparty Multimedia Session Control Working Group [EB/OL].
http://www.ietf.org/html.charters/mmusiccharter.html.
[3] IETF Session Initiation Protocol (SIP) Working Group [EB/OL]. http://www.ietf.org/html.charters/sip-charter.html.
[4] ITU-T SG13 WD1_CTS_11. Living List on Next Generation Networks [S].
[5] Network and Telecommunication Global Service Convergence [EB/OL]. http://www.infres.enst.fr/~rigault/white-paper.pdf.
[6] Ian Foster, Carl Kesselman, Jeffrey M. The Physiology of the Grid [EB/OL]. http://www.globus.org/research/papers.
[7] 杨景, 黄小庆. 网格业务和下一代网络 [J]. 电信技术, 2003,352(7):25—28.
[8] The Parlay Group [EB/OL].
http://www.parlay.org/.
[9] Ard-Jan Moerdijk, Lucas Klostermann. Opening the Networks with Parlay/OSA: Standards and Aspects Behind the Apis [J]. IEEE Network Magazine, 2003, (5/7):58—64.
[10] 3GPP TR 29.998 R6. Mapping for Open Service Access; Part 4: Call Control Service Mapping; Subpart 4: Multiparty Call Control ISC [EB/OL]. http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/SpecReleaseMatrix.htm.

收稿日期：2004-07-09

[摘要] 会话发起协议(SIP)是IP网络应用层的控制协议，用于建立、修改和终止两个或多个参与者之间的会话。SIP的设计方法和结构特点使得它成为下一代网络软交换体系的重要技术。3GPP也决定在基于IP的核心网络中采用SIP协议栈实现多媒体会话控制信令。文章介绍了SIP的基本概念并着重阐述和分析了SIP的本质特性及SIP的适用场景，在此基础上，分析了SIP在下一代网络多媒体业务集成中的核心地位和要解决的关键问题并提出了一个SIP和相关技术结合的开放业务集成框架。

[关键词] 会话发起协议；下一代网络；多媒体；业务集成；IP核心网

[Abstract] The Session Initiation Protocol (SIP) is an application-layer control protocol for creating, modifying and terminating sessions among two or more parties. With its special design and architecture, SIP becomes one of the most important technologies for Softswitch systems. Besides, 3GPP decides to adopt the SIP stack to realize multimedia session control signaling in IP-based networks. This paper introduces the concept, characteristics and implementation of SIP, followed by the analysis on its importance in multimedia service integration of next generation networks. It also points out some key problems in SIP applications, and proposes an open service integration architecture that combines SIP and its related technologies.

[Keywords] session initiation protocol; next generation network; multimedia; service integration; IP core network