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基于P2P架构Wi-Fi分散会议的设计和分析
摘要：本文讨论了Wi-Fi环境中音频/视频呼叫和会议的概念。我们提出一个使用Wi-Fi来使成本可以忽略不计的音频/视频通话和会议的方法。大多数的用于会议的技术是基于客户端 - 服务器体系结构。这些技术由于是集中式系统而产生了单点故障难以解决的困扰。我们研究的主要目的是为音频/视频通话和会议提供一些创新手段，它设计成完全分散的系统的而不会遭受由集中式系统产生的问题和困扰。用于音频/视频呼叫和会议所提出的模型是基于P2P的架构。设计了一种移动号码到IP地址变换算法，它不依赖于任何集中的数据库，并且不需要用户的在任何集中服务注册。应用程序是基于能够在Wi-Fi环境下进行音频/视频通话和音频会议的Android操作系统。
关键字:P2P, VoIP, Wi-Fi, 移动通信技术, 会议架构, Android
一 简介
互联网协议语音（VoIP）的是一种在IP网络中传送语音数据和多媒体会话的技术。 VoIP是基于互联网而不是公众电话交换网（PSTN）。多媒体通信通过VoIP电话工作在类似于传统电话的系统中。
我们通过使用如GSM和3G的技术提供移动设备的电话服务。但对电话服务来说，GSM和3G的成本很高，而VoIP的设计为了以低成本为移动设备提供相同的服务。本次研究工作的目的就是为了在以可以忽略不计的成本来提供移动设备上的电话服务。这项研究工作的系统模型提实现了免费电话呼叫以及建立移动设备之间的会议。其所提出的系统在Wi-Fi环境下在接入点（AP）通过P2P提供电话呼叫。另外一个IP转换算法已被设计来解决设计使用Wi-Fi点对点和P2P的根本问题。该算法不依赖于任何中央数据库，并且不需要注册到任何中央服务器。此次提出的算法对于移动设备的手机号码映射到一个唯一的IPv6地址上。该IP地址可以任何其它移动设备上通过运行相同的算法来建立点到点连接。
在VoIP中，会话发起协议（SIP）被用于控制多媒体通信会话，如通过IP网络的音频和视频呼叫。该协议定义了通信双方发起或终止通话之间的交换一些信息。在基于SIP的VoIP系统中，客户端被要求在服务器上注册。这个系统的主要问题是单点故障难以解决。基于SIP的VoIP系统也需要注册服务器，重定向服务器，位置服务器和会议服务器。因此，对于建设和管理的成本是非常高的[4]。这项研究的主要重点是与确保其未来的实用性以及从成本效益出发解决问题的方案。
目前在传统网络中，IP地址是通过域名系统（DNS）和动态主机配置协议（DHCP）管理[5]。 DNS是通过分布式命名系统来连接到上网的电脑。简单来说，它是通过转换容易记住的域名到IP地址的[5]。 P2P Ad hoc网络无法使用DNS，因此在这项研究工作中更好的解决方案是基于Wi-Fi技术。
在本文中，应用程序是针对基于Android的手机，这有利于使用Wi-Fi音频/视频呼叫和音频会议的发展。第一部分是在没有中央管理和用户交互[7]的情况下解决如何通过分配给移动设备的唯一的IP地址来实现一个无线网络应用程序来进行语音传输。在ad-hoc网络中设计唯一的IP地址的分配是在这项工作中，因为设备不与任何中央服务器进行注册所以这是一个重大挑战。在本文中涉及的另一个问题是IP冲突，这必须在无用户交互和集中管理的情况下实现。
独立的IP地址分配的解决方案，我们是以一种创新的方式解决。 GSM移动电话配有订户身份模块（SIM）卡。SIM卡被用于识别唯一用户在GSM网络。本文提出的系统是基于这样一个事实：没有两个移动设备可以具有相同的移动电话号码。 GSM的做法是集中式路由制度和管理，而我们提出的系统是完全分散的，是基于P2P的架构。在本文中，一种算法是专为手机号码设置唯一的IP地址的映射。想要通过这个系统进行通信的每个P2P装置根据其手机号码，获取唯一的IP地址。 IPv6因为它的大的地址空间的可用性而被选择的。此外，我们已经证明了基于P2P体系结构分散音频和视频呼叫的方法的可行性。 并用Socket编程来实现通过Wi-Fi音频和视频呼叫。用TCP控制并用UDP来传输实际媒体流保持会话。
本文的结构安排如下。简要介绍了研究的问题后，在之后的一节进行相关工作的详细调查。然后是介绍由我们的提议的方法。在第四节，对详细的实现方法，一些成果和局限性源于实施进行了讨论。最后，对主要调查结果进行了讨论以结束本文。
二 相关研究
文献综述表明，虽然已经在VoIP的方面开展了大量的工作，但据我们所知，几乎没有在此方向上存在的突出工作，以实现在Wi-Fi环境下基于P2P结构完全分散的会议。其中的一些相关领域的显著作品在下面讨论。
加桑千巴等，提出了一种使用Wi-Fi或WLAN的P2P的移动电话之间的通信手段电话程序来提供低成本电话服务。他们提出了一种新的算法，以手机号码转换为IPv6地址[1]。但他们提出的系统允许每个连接的一个电话，没有呼叫等待和电话会议。 S.Sundar等，提出了一个使用Wi-Fi或蓝牙的方法来提供电话呼叫[8]。他们提出J2ME开发架构来实现电话系统。安托ķ戴维斯等人，所描述的方案，需要 IPv4和IPv6机器的混合在同一网络中存在并且都需要进行互操作。他们提出了一种新颖的SBIIT来达成此目的[9]。小林提出了一种基于P2P-SIP技术[4]的VoIP电话会议系统。所提出的系统由小林结合了P2P技术和SIP协议的优点，设计了一个VoIP的电话会议系统。莫哈末努尔等，呈现出不同的队列技术的高分辨率视频会议，并对FTP和VoIP [10]进行了比较研究。穆拉德Amadet等人，提出了网络电话一个新P2P-SIP架构。他们提出的解决方案是基于SIN和SIP协议[11]的最佳组合。尼古拉斯S.Lockwood等，提出在音频会议和视频会议中使用介质的决定因素理论和减少不确定性理论[12]并在三维虚拟环境的比较研究。 Waheb A.贾巴尔等，描述了一个基于Android的中间件作为移动节点和移动无处不在的计算[13]更高的应用层之间的接口。紫霞等。提出了一个VoIP会议系统，能够在互联网[14]多个用户的语音通信的设计。黄紫霞等，他们提出的系统相比与Skype使用可重复的实验，模拟人类的参与者和网络条件的多方会议的情况。 Jouni Maenpaa讨论了一个基于P2P的VoIP可以是绝对不能接P2P-SIP延迟的，由于该P2P-SIP需要建立用于SIP信令和RTP媒体之间的单独的连接的事实，需要路由几个消息通信方。他使用一些优化方法，以实现更低的延迟的方法[15]。林尘宇关于P2P-SIP网络降低查询性能进行讨论。林尘提出了三种方法，包括双向SIN，异步处理和负载均衡来提高P2P-SIP网络[16]的查询性能。 Tejmani Sinam等，提出一种在VoIP信令传输时[17]的用于分类UDP格式的媒体流流动的技术。
回顾文献后，我们可以得出结论：我们研究方向很多的相关问题都得到了大量的讨论。研究人员使用各种方法来实现WiFi环境下的VoIP，但大多数方法都是集中式的，它由于集中式系统而无法避免单点故障的固有问题的困扰。一些研究者提出了基于P2P-SIP架构分散的会议，但用于客户身份识别的方法却十分复杂。所以，使移动端到IP的映射算法和P2P结构还有足够的提升空间，以填补目前文献中存在的差距并寻找到相关研究问题更有效的解决方案。
三 解决方案
在本节中，我们首先提出转换算法,它能将手机号码转换成唯一的IPv6地址，反之亦然。接着，我们在点到点的音频和视频呼叫的系统模型中证明它的可行性。在此之后，我们提出了基于P2P结构分散的会议模式。
1移动IP转换算法
传统的手机号码到IP地址的转换可以通过DNS查询来完成。此次所提出的映射算法，没有必要通过DNS查找。此外，也没有必要使用寻址协议和复杂的散列算法，因为IP地址与移动转换算法将产生一个唯一的IPv6地址作为输出，如果我们传入一个唯一的手机号作为输入。然后一个唯一的IP地址会被分配给该设备。
- 手机号码到IPv6的转换算法
下面的算法需要手机号码作为输入字符串并输出映射后的IPv6的字符串。
function mobileToIPv6 ()
{
//Input: string representation of mobile number
//Output: string representation of IPv6 address
String mobileNo = “”;
String IPv6 = “”;
String temp = “”;
mobileNo = readMobileNumber();
byte[] IPv6Array;
byte[] tempArray = mobileNo.toByteArray();
/*toByteArray() converts binary number to byte array*/
var I = 0;
while(I lt; 16)
{
IPv6Array[I] = 0;
I = I 1;
}
var length = tempArray.length;
var J = 15;
while ( length gt;= 0)
{
IPv6Array[J] = tempArray[length];
J = J – 1;
length = length – 1;
}
var k = 0;
while(k lt; 13)
{
IPv6 = IPv6 hexString( IPv6Array[k] )
hexString( IPv6Array[k 1]) “:” /*hexString(byte) function converts byte to hex string*/
K = k 2;
}
IPv6 = IPv6 hexString( IPv6Array[14] )
hexString( IPv6Array[15])
return IPv6;
}
2)IPv6地址到手机号码转换算法
下面的算法采用的IPv6的字符串表示作为输入，并提供手机号码作为输出。
function IPv6ToMobile()
{
//Input: string representation of IPv6 address
//Output: string representation of mobile number
String IPv6 = readIPaddress();
String mobileNo = “”;
char[] mobChar /* temp char array */
char[] IPv6char = IPv6.toCharArray();
var I = 0;
var length = IPv6char.length;
var J = 0;
while(IPv6char[I] == lsquo;0rsquo; OR IPv6char[I] == lsquo;:rsquo;)
I = I 1;
while( I lt; length )
{
If(IPv6char[I] == lsquo;:rsquo;)
I = I 1;
else
{
mobChar[J] = IPv6char[I];
J = J 1;
I = I 1;
}
}
String mobHex = mobChar.toString();
/*mobHex is hexadecimal representation of mobile number*/
mobileNo = convertHexToDecimal(mobHex);
/*convertHexToDecimal() function converts hexadecimal number to equivalent decimal number*/
return mobileNo
}
比如说输入电话号码“9039698358”，则会其映射IPv6地址为“0000:0000:0000:0000:0000:0002:1ACE:D9B6”。
2 音频和视频通话系统模型
为了支持通过使用Wi-Fi的移动设备的音频/视频呼叫，而不影响正在作出呼叫的任何移动的正常行为，如在图1所描述的新技术已被提出。
当应用程序启动时，移动设备查询的Wi-Fi的状态，如果Wi-Fi是那么系统开始工作。的算法上的所有设备，该设备的移动电话号码转换成IP地址运行。现在，设备请求从网络这个专用IP地址，如图2所示。
图1显示了使用Wi-Fi点对点音频呼叫。如果用手机号码M1用户对手机号码M2的电话，提出的算法转换两个手机号码，以使用IPv6对应的IP地址。假设，算法的手机号码M1转换为IPM1和M2到IPM2。然后M1将努力使使用映射IP到手机号码（IPM1，IPM2）点对点呼叫M2。如果M2是Wi-Fi覆盖范围M1之内，那么M1将建立TCP连接到M2。在此之后，M2将IPM1转换为M1
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