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基于PDA的SIP穿越NAT的设计与实现
论文：基于PDA的SIP穿越NAT的设计与实现
摘要：
SessionInitiationProtocol(SIP)是一个用于在多媒体会话中通过互联网建立连接的协议。然而，在使用SIP进行通信时，防火墙和网络地址转换(NAT)设备的普遍存在会显著影响其性能。为了解决这个问题，本论文介绍了一种基于PDA的SIP穿越NAT的方法。该方法旨在通过利用UDP的特性以及基于状态的NAT穿越技术构建可靠和高效的SIP协议。实验结果表明，该方法能够有效地提高SIP通信的速度和可靠性。
关键词：SIP、NAT穿越、PDA、UDP、状态
1.引言
SIP作为一个重要的多媒体会话协议，已经被广泛应用于VOIP电话、实时视频会议和WebRTC等领域。然而，由于防火墙和NAT设备的普遍存在，SIP协议在进行通信时会遇到较大的问题。
防火墙和NAT设备用于保护网络安全和提高网络性能。它们通常会对通过网络的数据报进行过滤和转发。然而，由于SIP协议中包含动态IP地址、端口号和媒体流等信息，这些防火墙和NAT设备可能会将SIP数据包拦截或者修改，从而导致SIP协议无法正常工作。
为了解决这个问题，本论文综合考虑了SIP协议和UDP传输协议的特性，设计了一种基于PDA的SIP穿越NAT的方法。该方法通过利用UDP传输协议的无连接性和NAT穿越技术，构建了一个可靠和高效的SIP协议。实验结果表明，该方法能够有效地提高SIP通信的速度和可靠性。
2.相关工作
在过去的几十年中，人们开发了许多用于穿越NAT的协议和技术。例如，STUN(SessionTraversalUtilitiesforNAT)提供了一种用于发现NAT网络的公共地址和端口的方法。TURN(TraversalUsingRelayNAT)则提供了一种将媒体流从私有地址转发到公共地址的方法。ICE(InteractiveConnectivityEstablishment)是一个综合技术，它利用了STUN和TURN以及其他技术来创造一种高效的NAT穿越方案。SIP还可以通过端口延伸、代理服务器和中继服务器等方式来穿越NAT。
尽管这些方法都可以有效地穿越NAT，但它们可能需要额外的服务器或者中转节点，从而增加了网络延迟和成本。此外，这些方法往往需要特定的协议、软件或硬件支持，而无法与SIP协议合并使用。因此，我们需要一种更简单、更通用和更高效的方法来解决SIP协议在NAT环境中的问题。
3.基于PDA的SIP穿越NAT方法
本论文提出了一种基于PDA的SIP穿越NAT的方法，该方法充分利用了UDP传输协议的无连接性和PDA的特殊功能。
UDP协议是一种无连接协议，它不需要在通信之前建立连接。这意味着UDP协议可以快速进行通信，减少了通信时延。同时，UDP协议中的端口号可以在协议栈层面上被NAT设备直接转换，因此UDP协议的NAT穿越成本相对较低。
PDA是一种具有独特功能的便携式计算机。PDA通常运行在WindowsCE或者PalmOS等嵌入式操作系统上，可以具有计算、存储、通信和媒体播放等多种功能。利用PDA的特殊功能，我们可以将PDA作为SIP客户端使用，同时利用它的内置麦克风和扬声器进行语音通信。
基于这些特点，我们设计了一种基于UDP协议的SIP穿越NAT方法。该方法的具体步骤如下：
1.首先，PDA作为SIP客户端，向SIP服务器发送一个注册请求。这个请求包含PDA的IP地址和端口号，以及PDA的SIP账号和密码等信息。
2.SIP服务器接收到注册请求后，会回复一个确认消息。该确认消息包含SIP服务器的IP地址和端口号。
3.PDA收到SIP服务器的确认消息后，会向SIP服务器发送一个INVITE请求。这个请求包含了发送方和接收方的SIP地址，以及媒体描述等信息。
4.SIP服务器对INVITE请求进行处理，并向接收方发送一个RINGING消息，提示用户有电话呼入。
5.接收方接听电话后，PDA和接收方通过媒体协商建立UDP通信，并开始进行语音通信。
6.通信结束后，PDA会向SIP服务器发送一个BYE请求，表示通话结束。
该方法的关键之处在于UDP协议的使用。由于UDP协议是一种无连接协议，它可以避免在通信之前建立连接的开销，并且UDP协议可以在协议栈层面上被NAT设备进行转换。这样，我们就可以通过UDP协议和NAT穿越技术构建可靠和高效的SIP协议。
4.实验结果与分析
本论文使用了一台基于WindowsCE操作系统的PDA进行了实验。实验中，我们使用了一个SIP服务器和一些普通的PC测试设备。测试过程分为两个部分：Sipdroid客户端通过公网或通过NAT访问SIP服务器，测试总时长2分钟。实验结果表明，基于PDA的SIP穿越NAT方法可以实现