CN105491180B - 一种通过背靠背代理实现网间通信的方法 - Google Patents

一种通过背靠背代理实现网间通信的方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于短波通信网技术领域，提供一种通过背靠背代理实现网间通信的方法，本发明采用背靠背用户代理的全代理方案，区域代理控制器同时处理信令和媒体数据，区域代理控制器对内的功能是作为指挥侧设备的背靠背代理服务器、SIP注册服务器和SIP代理服务器，它能够为指挥侧设备的SIP应用提供注册和代理服务器功能，使他们与民网侧设备的SIP应用建立互连关系；区域代理控制器对外的功能是作为一个普通的SIP终端存在，它能够与民网上的SIP应用建立互连关系，并且能够隐藏指挥侧资源和信息，通过代理配置的地址转换关系，实现了SIP协议穿越NAT设备以及基于SIP协议建立的设备面数据流也能穿越NAT设备。

Description

一种通过背靠背代理实现网间通信的方法
技术领域
本发明属于短波通信网技术领域，尤其涉及一种通过背靠背代理实现网间通信的方法。
背景技术
短波通信网中，指挥侧与民网侧使用不同管理域的IP网络，指挥侧设备与民用侧设备通信时需要跨越IP网段。
区域代理控制器是短波通信网指挥侧的边界设备，不仅是指挥侧设备和民网侧设备进行业务通信的桥梁，还实现了屏蔽指挥侧资产与网络细节的功能。为了实现上述功能，区域代理控制器必须实现NAT(Network Address Translation，网络地址转换)功能。短波通信网选择SIP协议作为控制协议，但是SIP协议穿越NAT设备会导致出现如下问题：
1、指挥侧网设备使用指挥网域内部IP地址，虽然经过NAT设备可以将IP层的地址转换为民网侧可见的地址，但是对于SIP协议中关键字段以及SDP(Session DescriptionProtocol，会话描述协议)协议消息中携带的内部地址却没有进行转换，从而导致不能完成SIP会话过程，媒体数据通道无法建立。
2、指挥侧设备的内部地址对民网侧设备是不可见的，因此民网侧设备不可能直接针对指挥侧设备发起SIP消息过程。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种通过背靠背代理实现网间通信的方法，旨在解决现有短波通信网中不同网域的设备之间无法进行基于SIP协议的网间通信的技术问题。
所述通过背靠背代理实现网间通信的方法包括下述步骤：
指挥侧设备向区域代理控制器发送注册请求，区域代理控制器保存并处理所述注册请求，然后向短波业务控制器发送一个注册信令，短波业务控制器获取其中的注册信息判断是否合法，若注册信息合法则记录所述指挥侧设备的位置信息；
民网侧设备向短波业务控制器发送注册指令，短波业务控制器保存所述民网侧设备的相关注册信息；
当指挥侧设备需要向民网侧设备发出呼叫时，指挥侧设备根据所注册区域代理控制器的指挥侧地址，发送呼叫请求至所述区域代理控制器；
区域代理控制器对所述呼叫请求进行关键头域处理以及SDP消息处理，得到请求信息，将所述请求信息发送至短波业务控制器，并把维持本次呼叫所需的地址和端口映射信息保存到本地数据库；
短波业务控制器接收到请求信息后，经查询本地路由表将所述请求信息转发至目的地址的民网侧设备；
民网侧设备从所述请求信息中获取区域代理控制器的民网侧地址，并根据此民网侧地址经过短波业务控制器发送响应消息至区域代理控制器；
区域代理控制器对所述响应消息进行关键头域的反处理，还原得到原呼叫请求中的信息，并且对SDP消息修改成关于民网侧设备的媒体流描述；
区域代理控制器将路由节点头域添加到反处理后的响应消息中，得到应答消息，所述节点路由头域为区域代理控制器的指挥侧地址；
区域代理控制器将所述应答消息发送至所述指挥侧设备，并把维持本地呼叫所需的地址和端口映射信息保存到本地数据库中，此时区域代理控制器保存有实现整个双向会话的地址和端口映射信息，具有维持跨网段会话的能力。
本发明的有益效果是：本发明采用背靠背用户代理的的全代理方案，区域代理控制器同时处理信令和媒体数据，区域代理控制器对内的功能是作为指挥侧设备的背靠背代理服务器、SIP注册服务器和SIP代理服务器，它能够为指挥侧设备的SIP应用提供注册和代理服务器功能，使他们与民网侧设备的SIP应用建立互连关系；区域代理控制器对外的功能是作为一个普通的SIP终端存在，它能够与民网上的SIP应用建立互连关系，并且能够隐藏指挥侧资源和信息，通过代理配置的地址转换关系，实现了SIP协议穿越NAT设备以及基于SIP协议建立的设备面数据流也能穿越NAT设备。
附图说明
图1是短波通信网的系统结构；
图2是通过背靠背代理实现网间通信的方法的流程图；
图3是通过背靠背代理实现网间通信的交互图；
图4是媒体流传输通道示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本发明实现了基于短波通信网的网间会话过程，如图1所示的短波通信网的系统结构，包括指挥侧设备、开放接入节点、区域代理中心、区域控制中心和民用接入节点、民网侧设备。所述区域代理中包括区域代理控制器SBC、区域网络管理和安全隔离系统，所述区域控制中心包括区域综合平台和短波业务控制器。指挥侧设备在其中的一个开放接入节点覆盖下，且可连接至所述开放接入节点，任意开放接入节点均可以连接到任意区域代理控制器，任意区域代理控制器均可连接至任意短波业务控制器，民网侧设备在其中的一个民用接入节点覆盖下，且任意民用接入节点均可连接至任意短波业务控制器。
区域代理控制器作为指挥侧和民网侧的连接部分，主要负责指挥侧流向民网侧的SIP信令的处理转发，是一个注册服务器和SIP代理服务器，实现指挥侧设备的用户注册和为通往民网侧的呼叫提供代理。对于民网侧，任意试图向指挥侧发送SIP信令的民网侧设备都无法知晓指挥侧的情况，唯一可见的就是处于网络边界上的区域代理控制器。因此对于民网侧设备而言，区域代理控制器只是一个SIP终端，而不是SIP代理服务器，这样两网之间才能直接进行呼叫或者接收呼叫。不同网络间用户设备的呼叫过程分为两种情况：指挥侧设备呼叫民网侧设备以及民网侧设备呼叫军网侧设备。考虑军网侧设备呼叫民网侧设备的过程：军网侧设备首先通过导航音模式与开放接入节点无线建链，建链成功后军网侧设备发送呼叫请求至开放接入节点，开放接入节点转发呼叫请求响应至区域代理控制器，区域代理控制器对呼叫请求进行处理，然后发送一个新的呼叫请求至短波业务控制器，短波业务控制器进行被叫路由查询，并把呼叫请求发送至被叫用户注册的民用接入节点，民用接入节点与被叫用户无线建链成功后，主、被叫双方开始通话。下面通过具体实施例描述本发明方法流程。
参照图2所示的通过背靠背代理实现网间通信的方法的流程，并结合图3所示的通过背靠背代理实现网间通信的交互图，本发明方法包括下述步骤：
步骤S101、指挥侧设备向区域代理控制器发送注册请求，区域代理控制器保存并处理所述注册请求，然后向短波业务控制器发送一个注册信令，短波业务控制器获取其中的注册信息判断是否合法，若注册信息合法则记录所述指挥侧设备的位置信息。
步骤S102、民网侧设备向短波业务控制器发送注册指令，短波业务控制器保存所述民网侧设备的相关注册信息。
对于指挥侧流向民网侧的SIP信令，必须要通过区域代理控制器进行处理并转发，因此对于指挥侧设备而言，区域代理控制器是一个SIP代理服务器，它需要为通往民网侧的呼叫提供代理。由于区域代理控制器需要负责指挥侧设备的SIP代理工作，因此其必须允许这些设备进行注册，只有通过注册才能使得指挥侧设备知晓哪些区域代理控制器是他们的SIP代理服务器，因此区域代理控制器也是指挥侧设备的SIP注册服务器。
区域代理控制收到指挥侧设备的注册请求时，还需对注册请求进行处理，得到一个注册信令发送至短波业务控制器，由短波业务控制器对指挥侧设备的注册信息的合法性进行判断，并记录指挥侧设备位置信息，以满足指挥侧设备作被叫时的路由查询。因此，短波业务控制器可以看作是位置服务器和重定向服务器，并且还是民用侧设备的代理服务器和注册服务器。
步骤S103、当指挥侧设备需要向民网侧设备发出呼叫时，指挥侧设备根据所注册区域代理控制器的指挥侧地址，发送呼叫请求至所述区域代理控制器；
假定指挥侧SIP设备A(jwca@192.168.1.2)需要与民网侧SIP设备B(mwcb@211.113.1.8)通话，用户B已在短波业务控制器上注册。由于指挥侧设备A已在区域代理控制器上注册，因此指挥侧设备A根据区域代理控制器的指挥侧地址192.168.0.5，首先将呼叫请求INVITE发送到区域代理控制器。指挥侧设备A发出的呼叫请求INVITE消息具体内容如下所示：
INVITE sip：mwcb@211.113.1.8SIP/2.0
Via：SIP/2.0/UDP 192.168.1.2：5060；branch＝z9hG4bK7882134909
From：<sip：jwca@192.168.0.5：4300>；tag＝1237918230
To：<sip：mwcb@211.113.1.6：5060>
Call-ID：983274593@192.168.1.2
CSeq：20INVITE
Contact：<sip：jwca@192.168.1.2：5060>
Max-forward：10
Content-Type：application/sdp
Content-Length：174
v＝0
o＝jwca286 135IN IP4 192.168.1.2
s＝n
c＝IN IP4 192.168.1.2
t＝0 0
m＝audio 6890RTP/AVP 8
a＝rtpmap：8PCMA/8000
a＝ptime：10
步骤S104、区域代理控制器对所述呼叫请求进行关键头域处理以及SDP消息处理，得到请求信息，将所述请求信息发送至短波业务控制器，并把维持本次呼叫所需的地址和端口映射信息保存到本地数据库。
呼叫请求INVITE消息前半部分为头域(即v行之前的部分)，后半部分为SDP消息。区域代理控制器接收到呼叫请求后，对其中Via、From、To、Call-ID和Contact等头域进行处理。其中对From和To头域的处理可选，因为这里的From和To头域所指示的都是逻辑意义上的地址，并不代表真实地址，在寻址的过程中不会被引用，对他们不作处理不会影响正常的信令交互。SDP消息中既包含会话级参数又包括媒体级参数，例如：会话的名称、会话的发起者、会话活动时间、媒体类型、端口号、传输协议以及媒体格式等。因此SDP消息体的正确处理是实现正常会话的基础。其中，SDP消息体中的“o”行、“c”行和“m”行包含有关会话的地址和端口信息。区域代理控制器必须对这三行进行处理以完成正常的会话。
“o”行用于描述会话源，其格式为：o＝(用户名)(会话标识)(版本)(网络类型)(地址类型)(地址)。“o”行是全局的，每一个SDP消息体中只有一个“o”行。对于呼叫请求INVITE消息，区域代理控制器将其中的“o”行由原来的o＝jwca 286 135IN IP4 192.168.1.2改为o＝sbc 286 135IN IP4 211.113.0.2。
“c”行用于描述会话连接信息，其格式为c＝(网络类型)(地址类型)(链接地址)。尽管这些子字段的名称有些与在源信息中定义的子字段名称相同，但它们的含义是不同的，它们表示需要接受媒体数据的网络和地址，而不是生成会话的网络和地址。每个媒体描述必须包含一个“c”行字段或在会话级描述中包含一个公共的“c”行字段。对于呼叫请求INVITE消息，区域代理控制器必须将“c”行字段中的指挥侧地址改为本身的民网侧地址，即将原来的c＝IN IP4 192.168.1.2改为c＝IN IP4 211.113.0.2。
“m”行用于媒体及描述，其格式为m＝(媒体类型)(端口)(传输协议)(格式列表)。媒体类型可以使音频、视频、应用程序、数据等，若是语音，媒体类型就是音频；端口指明接受媒体的端口号；传输协议的值和“c”行中的地址类型有关，对于IPv4来说，大多数媒体流都在RTP/UDP上传输；格式列表列出了所支持的不同类型的媒体格式。区域代理控制器须对端口子字段进行处理，因为接受媒体的端口号是与“c”行地址即接收媒体的地址相对应的，“c”行地址改变，“m”行端口地址也要改变。对于呼叫请求INVITE消息，若区域代理控制器准备在民网侧地址211.113.0.2上的7000端口接收mwcb@211.113.1.8发出的媒体流，则区域代理控制器把原来的m＝audio 6890RTP/AVP 8改为m＝audio 7000RTP/AVP 8。
区域代理控制器做完以上处理后，SDP消息体的长度即Content-Length需重新计算。因此经过上述处理和修改，区域代理控制器对呼叫请求处理后得到的请求信息的具体内容如下所示：
INVITE sip：mwcb@211.113.1.8SIP/2.0
Via：SIP/2.0/UDP211.113.0.2：5060；branch＝z9hG4bK7882134909
From：<sip：jwca@211.113.1.6：5060>；tag＝1237918230
To：<sip：mwcb@211.113.1.6：5060>
Call-ID：345908456@211.113.0.2
CSeq：20INVITE
Contact：<sip：jwca@211.113.0.2：5060>
Max-forward：10
Content-Type：application/sdp
Content-Length：180
v＝0
o＝sbc286 135IN IP4 211.113.0.2
s＝n
c＝IN IP4 211.113.0.2
t＝0 0
m＝audio7000RTP/AVP8
a＝rtpmap：8PCMA/8000
a＝ptime：10
其中画横线部分为本步骤修改的部分。
区域代理控制器把此请求信息发送至短波业务控制器后，并把维持本次呼叫所需的地址和端口映射信息保存到本地数据库中。
步骤S105、短波业务控制器接收到后，经查询本地路由表将所述请求信息转发至目的地址的民网侧设备。
短波业务控制器收到区域代理控制器重新发请求信息出的请求信息后，经查询本地路由表把此请求消息转发至目的地址211.113.1.8。
步骤S106、民网侧设备从所述请求信息中获取区域代理控制器的民网侧地址，并根据此民网侧地址经过短波业务控制器发送响应消息至区域代理控制器。
民网侧设备B从收到的请求信息中发现呼叫发起者为jwca@211.113.0.2，即区域代理控制器的民网侧地址。民网侧设备B获取该民网侧地址并发送响应消息(即200OK消息)至区域代理控制器民网侧地址。当然在此之前民网侧设备B会发送100Trying和180Ring应答到区域代理控制器，具体过程与本申请发明点相关不大，这里不做具体说明。
民网侧设备B经短波业务控制器转发至区域代理控制器的200OK响应消息具体内容如下所示：
SIP/2.0 200OK
Via：SIP/2.0/UDP 221.113.0.2：5060；branch＝z9hG4bK7882134909
From：<sip：mwcb@211.113.1.6：5060>；tag＝1237918230
To：<sip：mwcb@211.113.1.6：5060>；tag＝1249823572
Call-ID＝345908456@211.113.0.2
Cseq：20INVITE
Contact：<sip：mwcb@211.113.1.8：5060>
Content-Type：application/sdp
Content-Length：174
v＝0
o＝mwcb286 135IN IP4 211.113.1.8
S＝n
c＝IN IP4 211.113.1.8
t＝0 0
m＝audio 8800RTP/AVP 8
a＝rtpmap：8PCMA/8000
a＝ptime：10
步骤S107、区域代理控制器对所述响应消息进行关键头域的反处理，还原得到原呼叫请求中的信息，并且对SDP消息修改成关于民网侧设备的媒体流描述。
本步骤中，区域代理控制器对响应消息的处理和对步骤S104中对相应的呼叫请求的SIP关键头域的处理是相反的过程，即把区域代理控制器修改过的信息恢复原来呼叫请求中的信息。若区域代理控制器对呼叫请求中某个字段进行了修改，而在对应的响应消息中相应字段的信息并不是SBC修改后的信息，则说明此信息已不再是关于指挥侧设备的信息而是关于民网侧设备的信息，那么区域代理控制器不对其进行处理。
参照步骤S104中区域代理控制器修改后得到的请求信息，可以得出区域代理控制器需要对步骤S106中的200OK应答消息中的Via和Call-ID两个头域进行处理，对Contact不用处理。即把原200OK应答消息中的Via：SIP/2.0/UDP 211.113.0.2:5060改为Via:SIP/2.0/UDP 192.168.1.2:5060；Call-ID：345908456@211.113.0.2改为Call-ID:983274593@192.168.1.2。
对于响应消息中的SDP消息是民网侧设备关于媒体流的描述，区域代理控制器必须把这些描述修改为关于媒体流的描述。针对“o”行、“c”行、“m”行的修改如下表所示：
名称 修改前 修改后
o行 mwcb 286 135IN IP4 211.113.1.8 sbc 286 135IN IP4 192.168.0.5
c行 IN IP4 211.113.1.8 IN IP4 192.168.0.5
m行 audio 8800RTP/AVP 8 audio 6000RTP/AVP 8
即区域代理控制器在指挥侧地址的6000端口上接收指挥侧设备发送的媒体流。因此当会话最终建立后，媒体流的传输通道如图4所示。这样指挥侧至民网侧的媒体流先由设备A发送至区域代理控制器的指挥侧地址192.168.0.5的6000端口，然后区域代理控制器通过民网侧地址211.113.0.2的7000端口将其发送至设备B(211.113.1.8)的8000端口；民网侧到指挥侧的媒体流先由设备B发送至区域代理控制器的民网侧地址211.113.0.2的7000端口，然后区域代理控制器通过指挥侧地址192.168.0.5的6000端口将其转发至设备A(192.179.1.2)的6890端口。这样就完成了媒体流跨网段的传输。
步骤S108、区域代理控制器将路由节点头域添加到反处理后的响应消息中，得到应答消息，所述节点路由头域为区域代理控制器的指挥侧地址。
最后区域代理控制器还需要在响应消息中加入路由节点Record-Route头域，得到最终的应答消息指挥军网侧设备，其功能是一个SIP代理服务器和SIP背靠背代理服务器。这种功能上的非对称性导致区域代理控制器对两个不同方向的SIP信令处理的非对称性，Record-Route头域就是这种非对称性的一个体现。Record-Route头域的作用是告知指挥侧设备，本次呼叫中以后所有的SIP消息都要流经这个SIP代理服务器，这在区域代理控制器的实现中是非常重要，因为根据SlP中建立对话的要求，当主叫方收到最终应答以后，所有的SIP消息都会在用户代理客户端和用户代理服务器端之间直接发送，但是由于此次呼叫的用户代理客户端和用户代理服务器端处在不同网络上，因此直接发送SIP消息是不可行的，因此必须需要区域代理控制器实现代理。Record-Route头域可以告诉指挥侧设备将以后的SIP消息也发送到区域代理控制器，再经由区域代理控制器进行转发。为了能够保证这一点，对于从民网侧流向军网侧的请求与最终应答，区域代理控制器必须在其中加入Record-Route头域。最终的应答消息的Record-Route头域内容即为区域代理控制器军网侧地址：192.168.0.5:4300。应答消息的具体内容如下所示：
SIP/2.0 200OK
Via：SIP/2.0/UDP 192.168.1.2：5060；branch＝z9hG4bK7882134909
Record-Route：<sip：192.168.0.5：4300>
From：<sip：jwca@192.168.0.5：4300>；tag＝1237918230
To：<sip：mwcb@211.113.1.6：5060>；tag＝1249823572
Call-ID＝983274593@192.168.1.2
Cseq：20INVITE
Contact：<sip：mwcb@211.113.1.8：5060>
Content-Type：application/sdp
Content-Length：171
v＝0
o＝sbc286 135IN IP4 192.168.0.5
s＝n
c＝IN IP4 192.168.0.5
t＝0 0
m＝audio6000RTP/AVP8
a＝rtpmap：8PCMA/8000
a＝ptime：10
步骤S109、区域代理控制器将所述应答消息发送至所述指挥侧设备，并把维持本地呼叫所需的地址和端口映射信息保存到本地数据库中，此时区域代理控制器保存有实现整个双向会话的地址和端口映射信息，具有维持跨网段会话的能力。
最后区域代理控制器将所述应答消息发送至所述指挥侧设备并保存本地呼叫所需的地址和端口映射信息。这样此时区域代理控制器保存有实现整个双向会话的地址和端口映射信息，具有维持跨网段会话的能力。区域代理控制器面向指挥侧设备与面向民网侧设备之间传递信令过程中，完成SIP信令数据包中IP地址和端口的转换工作，实现SIP信令在两网之间的传输。根据SIP会话建链结果，建立数据与语音媒体的传输通道，实现用户面数据在两网之间的传输。区域代理控制器根据两侧接收到的媒体数据，按照地址转换关系，发送给另外一侧的设备，由其按照路由路径发送到目的节点，完成SIP语音在两网间的穿越。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种通过背靠背代理实现网间通信的方法，其特征在于，所述方法包括：
指挥侧设备向区域代理控制器发送注册请求，区域代理控制器保存并处理所述注册请求，然后向短波业务控制器发送一个注册信令，短波业务控制器获取其中的注册信息判断是否合法，若注册信息合法则记录所述指挥侧设备的位置信息；
民网侧设备向短波业务控制器发送注册指令，短波业务控制器保存所述民网侧设备的相关注册信息；
当指挥侧设备需要向民网侧设备发出呼叫时，指挥侧设备根据所注册区域代理控制器的指挥侧地址，发送呼叫请求至所述区域代理控制器；
区域代理控制器对所述呼叫请求进行关键头域处理以及SDP消息处理，得到请求信息，将所述请求信息发送至短波业务控制器，并把维持本次呼叫所需的地址和端口映射信息保存到本地数据库；
短波业务控制器接收到请求信息后，经查询本地路由表将所述请求信息转发至目的地址的民网侧设备；
民网侧设备从所述请求信息中获取区域代理控制器的民网侧地址，并根据此民网侧地址经过短波业务控制器发送响应消息至区域代理控制器；
区域代理控制器对所述响应消息进行关键头域的反处理，还原得到原呼叫请求中的信息，并且对SDP消息修改成关于民网侧设备的媒体流描述；
区域代理控制器将路由节点头域添加到反处理后的响应消息中，得到应答消息，所述节点路由头域为区域代理控制器的指挥侧地址；
区域代理控制器将所述应答消息发送至所述指挥侧设备，并把维持本地呼叫所需的地址和端口映射信息保存到本地数据库中，此时区域代理控制器保存有实现整个双向会话的地址和端口映射信息，具有维持跨网段会话的能力；
其中，所述区域代理控制器对所述响应消息进行关键头域的反处理步骤中，若区域代理控制器对呼叫请求的某个字段进行修改，而在对应的响应消息中相应字段的信息并不是区域代理控制器修改后的信息，则说明此信息已不再是关于指挥侧设备的信息而是关于民网侧设备的信息，那么区域代理控制器不对应答消息中的对应字段进行反处理。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述SDP消息包括用于描述会话源的“o行”，用于描述会话连接的“c行”，以及用于描述媒体的“m行”。
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