２０１０．１数据通信 一一ｊ 莓 鎏舅基于ＳＩＰ的远程医疗传输系统实现 王方超’柏森 黄永峰 王晏。（１．解放军重庆通信学院重庆４０００３５： ２．清华大学电子工程系北京１ ０００８４： ３．解放军海军航空工程学院烟台２６４００ １） 摘要：提出了一种基于会话初始协议（ｓＩＰ）远程医疗系统的整体结构和客户端软件实现过程，并介绍了该 系统在中欧高速ＩＰＶ６＿￣．联网络的应用和实际运行睛况，分析了ｓＩＰ协议的优势和在远程医疗系统应用中的前景。 关键词：远程医疗；ＳＩＰ；多线程 远程医疗是一种新的医学模式，它是现代医学 信的信令控制【３１。ＳＩＰ是工作在应用层的一个信令，用 技术、计算机网络技术和现代通讯技术相结合的产 来建立、修改和终止多媒体会话过程。 物。其最大优点是资源共享的高效性、对紧急情况处 ＳＩＰ协议采用客户机／ＨＥ务器模式的工作方式， 理的时效性、节省医院和患者开支的经济远程医疗； ＳＩＰ网络包括两类组件：用户代理（ＵＡ）和网络服务器 ＳＩＰ；多线程性。通过宽带网络或电话线路等提供远 （Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｅｒｖｅｒ）。其中用户代理又分为负责发起ＳＩＰ 程医疗，不仅能够为病人的治疗提供时间保障、减少 呼叫请求的用户代理客户端（ＵＡＣ）和负责对呼叫请 病人费用开支，还能提高医生和医院的知名度。 求做出响应的用户代理服务器（ＵＡＳ）；网络服务器 目前，国内外已经有一些远程医疗系统ｌｌｌ，但相 包括注册服务器、代理服务器、位置服务器、重定向 关软件（包括服务端传输、图像浏览等）不仅价格昂 服务器。这一系列服务器主要为用户提供注册、鉴 贵，而且不同厂商之间的软件无法兼容。这些系统对 权、认证和路由等服务。ＳＩＰ支持建立和结束多媒体 于我国大多数地域软硬件相对落后的实际情况来 通信的５个方面：用户定位、功能与可用性、呼叫建立 说，显然存在局限性。另外，由于各种原因，现有的众 以及呼叫处理 。 多医疗应用系统（如各种ＨＩＳ、ＰＡＣＳ系统）之间的数 与Ｈ．３２３协议不同，ＳＩＰ不是一个集成的通讯系 据交换比较困难，这种情况影响了医疗信息的共享， 统，它只是一个信令传输协议，负责信令的传输和会 严重阻碍了我国医疗信息化建设的整体进程ｌ ２ｌ。 话的协商。ＳＩＰ可以用作其他ＩＥＴＦ协议的一个部分， ＳＩＰ协议具有实现简单、兼容性好和扩展性强等 用来构造完整的多媒体架构。例如这些架构将会包 特点，利用ＳＩＰ协议进行远程医疗系统开发具有很大 含实时数据传输协议（ＲＴＰ）用来传输实时的数据并 的优势，即可以与其他用ＳＩＰ开发的软件系统相兼 且提供ＱｏＳ反馈，实时流协议（ＲＳＴＰ）用于控制流媒 容，又可以保证系统升级和功能扩展的便利。本文利 体的传输，媒体网关控制协议用来控制到公共电话 用ＳＩＰ协议完成了远程医疗软件的设计和实现。 交换网（ＰＳＴＮ）的网关，会话描述协议（ＳＤＰ）用于描 述多媒体会话。因此，ＳＩＰ只有和其他的协议一起工 作，才能提供完整的端对端的用户服务。 由此可见，ＳＩＰ是一个轻型的，多用途的工具，本 １ ＳＩＰ特点分析 会话初始协议ＳＩＰ（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏ１）是下 一代网络（ＮＧＮ）中的核心协议之一。它最初是由Ｉ— 身并不提供具体的服务，可以用来创建、修改和终止 ＥＴＦ的ＭＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐａｎｙ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｓｅｓｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏ１） 会话，它独立运作于通讯协议之上，且不依赖建立的 工作组在１９９６提出的一个标准，用来解决ＩＰ网上通 会话类型。ＳＩＰ可以用来实现不同的服务，目前应用 收稿日期：２ｏｏ９一’２一ｏ９ｉ ４１ ＿篷鑫簦 消息、文件发送、电子白板和实时医疗曲线的传输。 数据通信２０１０．１ 中，ＳＩＰ主要用于提供ＶＯＩＰ￣＿［ｋ务。我们利用ｓＩＰ实现的远 络环境不是很好时，要能够提供最低的通信保障，即 程医疗软件，不仅包括音视频数据的传输，还包括即时 时消息发送因为占用的数据量较少，但又能明确的 传达个人意思，因而需要包含即时消息功能；病人和 医生之问的问诊或者医生与医生之间的交流都免不 ２远程医疗模型设计 ２．１ 整体框架设计 了要交换病人的电子病历等重要文件，此时进行文 件发送是很重要的一个功能；如果双方需要共同查 远程医疗系统采用传统的Ｃ／Ｓ架构设计，主要包 看某一张图片，用电子白板进行显示并进行双方的 括服务器的配置和软件客户终端的开发。服务器主 交流是必要；医疗曲线能够实时显示病人的一些生 要负责ＳＩＰ信令的交互，当会话建立，即ｓＩＰ信令呼叫完 理参数如脑电图曲线、心电图曲线等。实现以上功能，远程医疗软件终端设计采用分 成启动医疗数据传输系统时，数据的交互不再需要服 务器的支持，而是使用ｐｅｅｒ—ｔｏ—ｐｅｅｒ的端到端传输。 层设计思想，将软件分为用户界面层、核心接口层、 系统中使用到的功能服务器有：代理服务器 功能层和传输层。其中，软件的功能实现是在功能 Ｐ信令处理模块和医疗数 （Ｐｒｏｘｙ ｓｅｒｖｅｒ）为ＳＩＰ网络体系的桥式单元，起到寻径、 层，主要包括两个模块：ＳＩ 转发ＳＩＰ消息的作用；注册服务器（Ｒｅｇｉｓｔｒａｒ ｓｅｒｖｅｒ）为 据处理模块。图２所示，用户界面层基于Ｖｉｓｕａｌ ｓｔｕｄｉｏ ２００５，位 用户提供注册服务，转发前往本地用户的ＳＩＰ消息， 提供用户授权服务，与代理服务器一起提『共用户定 于整个应用程序的最上层，提供图形界面，确定软件 屏蔽了下层 位服务；地址服务器（Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｅｒ）存储ＳＩＰ用户注 的框架。核心接口层调用一些接口函数，便于用户界面层中控 册信息与ＩＰ地址的映射表，与注册服务器一起为用 模块的细节，提供简单的接口， 户提供地址查询服务。本系统中没有使用重定向服 件的回调函数调用，实现用户界面与功能层的对接。Ｐ信令的解析和生成，负责完成医疗数 务器（Ｒｅｄｉｒｅｃｔ ｓｅｒｖｅｒ）。在功能测试时，我们将３个功 功能层实现ＳＩ能实体放置在一台物理服务器上，使用ＳＥＲＪ］￣务器搭 据的处理，是整个软件的主体部分及各个功能实现 ＵＤＰ传输层负责实现医疗数据的 建，这样即可以节省资源又满足了基本的要求。整个 的关键模块。ＴＣＰ／底层ｓｏｃｋｅｔ传输 软件系统的开发基于ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ系统进行。 软件终端的设计包括医疗数据的采集和传输。 模块有：用户界面、ｓＩＰ消息处理、音视频通信、即时 消息、文件发送、电子白板和医疗曲线。终端的具体 开发使用分层思想，各个功能模块独立开发。整个系 统之间的通信如图１所示。 …。。。 ………一 羽 慧 曩燎 户 上 伪 ［蕈］ 团 薯 夸 赴 爱 ■ 避瓣嚯磬器 謦 界朕瓤 胃一 一窗一窗一亩萄 篓 叠霉 图２客户终端设计 一 一～ ３终端具体实现 本设计各功能之间相对独立，分别使用子线程 实现。在程序启动时，首先运行ＳＩＰ信令控制线程监 听ｓＩ晡求消息。其他模块所用线程只有当相应的模 ………………………～… 块建立服务时，子线程才会建立，各个模块中除了即 时短消息发送是与ＳＩＰ信令控制模块使用同一个子 图１整体框架设计 ２＿２终端软件设计 线程外，其他模块都需要建立自己独立的线程。各个 进行远程医疗，其中音视频通信必不可少；当网 子线程之间的通信如图３所示。。’ — ‘ 。。。。。’— —— ‘。。。。 。 ———’ ＿。。。。 ————— ‘。。。——— —— 。。 ’’————— 。。 ’———— 。‘ 。。 ————— 。’———————————— ————～一———４２ ｌ ２０１０．１ 数据通信 ・ 行回复。 文件发送、电子白板和医疗曲线的ＳＩＰ信令过程 没有使用如音视频会话的“三次握手”的信令模式， 目的是为了设计和实现的方便。当主叫发起呼叫时， 为了确保被叫能收到呼叫消息，规定每隔一段时间 （如１秒）发送一次呼叫消息（如文件发送中为ＦＩＬＥ－ ＳＥＮＤ），被叫收到呼叫消息后发送回复消息，也是每 隔一段时间发送一次回复消息，直到收不到对方的 呼叫消息为止。这样的设计同样能达到音视频会话 ３．１ ＳＩＰ消息处理模块 前“三次握手”的效果。 ＳＩＰ消息模块主要负责会话的建立、保持和释 对于文件发送、电子白板和医疗曲线的ＳＩＰ信令 放。在远程医疗会话建立之前，客户端首先向注册服 交互完成后，我们分别建立了文件发送会话、电子白 务器发起注册（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ），发送ＲＥＧＥＳｒｒＥＲ｝肖息，服务 板会话和医疗曲线会话。 器将检查用户数据库，并把用户ＩＰ地址和用户名交 ３。２音视频处理模块 给位置服务器保存。注册完成后进行呼叫和对话。 ＳＩＰ信令的音视频呼叫完成即会话建立后，ＳＩＰ信 ＳＩＰ消息处理模块具有２个功能，一是当发起呼叫时 令控制线程将通知相应的音视频处理线程，进行音 进行ＳＩＰ信令的交互；二是时刻监听是否有ＳＩＰ请求消 视频的实时采集、传输及回放。音视频的实时采集、 息到来，ＳＩＰ请求消息的监听是通过建立一个单独的 回放和传输将使用多个线程处理，具体实施为音频 ＳＩＰ信令控制线程来实现。 数据采集、音频数据的编码和发送、音频数据的接收 对于音视频通话和即时消息，ＳＩＰ协议规定了如 和解码、音频数据的回放各使用一个线程实现；视频 何发起ＳＩＰＷ￣Ｉｑ和相应的应答。而对于本设计的远程 数据的采集、视频数据的编码和发送、视频数据的接 医疗终端中的文件发送、电子白板和医疗曲线的ＳＩＰ 收和解码、视频数据的回放各使用一个线程。共建立 消息，则需要自己扩展。扩展后远程医疗终端中用到 ８个线程。 的基本ＳＩＰ信令使用见表１。 表１各服务对应ＳＩＰ消息 服务划分 音频会话 视频会话 即时消息 文件发送 对于音视频数据的采集，可以使用微软在Ｗｉｎ－ ｄｏｗｓ操作系统下自带的ｗａｖｅＩｎｘｘｘ和ｗａｖｅＯｕｔｘｘｘ系列 被叫方消息 １８Ｏ、２０００Ｋ １８０、２００ＯＫ ＭＥＳＳＡＧＥ ＦＬＳＤ ＢＡＣＫ 主叫方消息 ＩＮＶｌＴＥ、ＡＣＫ ＲＥ ＩＮＶＩＴＥ、ＡＣＫ ＭＥＳＳＡＧＥ ＨＬＥＳＥＮＤ 函数和ｖｆｗ３２．１ｉｂ库中的函数。音视频数据的传输则使 用ＲＴＰ和ＲＴＣＰ协议打包。 ３．３即时消息模块 ＳＩＰ协议实现即时通信是通过ＳＩＰ协议的扩展 来 实现即时消息的传输。即时消息扩展的ＳＩＰ消息为 ＭＥＳＳＡＧＥ，格式按照ｓＩＰ协议的标准实现，需要传输 的即时文本消息使用ＸＭＬ语言格式化，通过ＭＥＳ— 电子白板 医疗曲线 ＷＨＩＴＥＢ０ＡＲＤ ＭＥＤＩＣＡＬＣＵＲＶＥ ＷＨＢＤ ＢＡＣＫ ＭＥＤＣＵＲ—ＢＡＣＫ 其中，音频会话中ＩＮＶＩＴＥ用来呼叫对方，被叫收 ￣ＩＮＶＩＴＥ呼叫后，本地振铃并回复１８０临时响应消 息，当被叫摘机以后，发送２０００Ｋ消息，主叫收到 ＳＡＧＥ发送到被叫方，被叫方收￣ｔＪＭＥＳＳＡＧＥ消息后， 解析消息体内容的ＸＭＬ格式化文本，得到呼叫方的 即时消息。 ３．４文件发送模块 ２００ＯＫ后回复ＡＣＫ确认消息，此时音频会话建立。视 频会话过程与音频会话相似，不同之处在于此时的 呼叫为２次呼叫，呼叫消息使用ＲＥ—ＩＮＶＩＴＥ。 即时短消息的数据量通常较小，因此直接将消 文件的发送过程分为文件信息头的发送和文件 内容的发送两部分，传输时使用ＴＣＰ模式的ｓｏｃｋｅｔ传 输。我们创建一个文件头结构体来存储文件的一些 息内容放人ＳＩＰ消息ＭＥＳＳＡＧＥ的消息体中发送，如被 叫方需要回复短消息，则同样使用ＭＥＳＳＡＧＥ消息进 基本信息，这些信息包括文件的属性等。其结构体命 名为ＳＯＣＫＥＴ＿ＳＴＲＥＡＭ—ＦＩＬＥ＿ＩＮＦＯ，内容为： Ｉ ４３ ｌ＿量 —一～一 ｔｙｐ￣ｆ ｓｔｒｕｃｔＳＯＣＫＥＴＳＴＲＥＡＭＦ１ＬＥ＿—数据通信２０１０．１ ＩＮＦＯｆ ＴＣＨＡＲ ＤＷＯＲＤ ＦＩＬＥＴＩＭＥ ＦＩＬＥＴＩＭＥ ＦＩＬＥＴＩＭＥ ｓｚＦｉｌｅＴｉｔｌｅ［１２８］； ｄｗＦｉｌｅＡｔｔ ｕｔｅｓ； ｆｔＣｒｅａｔｉｏｎＴｉｍｅ； ｆｔＬａｓｔＡｃｃｅｓｓＴｉｍｅ； ｆｔＬａｓｔＷｒｉｔｅＴｉｍｅ； ／／文件的标题名 ／／文件的属性 ／／文件的创建时间 ／／文件的最后访问时间 ／／文件的最后修改时间 融为一体的ＳＩＰ开源代码服务器。测试时，客户端运 行在Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ系统平台下，ＳＥＲ Ｊ］￣务器运行在Ｌｉｎ－ ［ＩＸ环境下，ＩＰｖ４的网络环境为公网，不用考虑ＮＡＴ穿 透问题。 测试流程：首先，位于不同位置的客户端软件向 ＤＷＯＲＤ ＤＷＯＲＤ ＤＷＯＲＤ ｎＦｉｌｅＳｉｚｅＨｉｌｇｈ； ｎＦｉｌｅＳｉｚｅＬｏｗ； ｄｗＲｅｓｅｒｖｅｄ０； ／／文件大小的高位双字 ／／文件大小的低位双字 ，／保留，为０ ＳＥＲＪＪ￣务器注册；注册成功后客户端以注册获得的合 法ＩＤ号或用户名登陆；然后，由客户端呼叫另一客户 端，呼叫时，直接输入被叫用户名即可；呼叫建立后 即可进行各种服务对话。因为我们设计的软件各个 模块之间是相对独立的。因此在呼叫时，可以根据用 ＤＷＯＲＤ ｄｗＲｅｓｅｒｖｅｄ１； ／／保留，为０ ｌＳ０ＣＫＥＴ—ＳＴＲＥＡＭ—ＦＩＬＥ—ＩＮＦＯ， ＰＳ０ＣＫＥ ｒ．ＳＴＲＥＡＭ—ＦＩＬＥ—ＩＮＦＯ； ３．５电子白板模块 户的需求有选择的进行各种服务，这种设计更加显 示了软件设计的人性化理念。 ５ 结论 电子白板功能主要完成曲线的绘制，并且要求 绘制出的曲线能够在远端和本地端实时显示。电子 白板中处理的数据除了需要传输的白板背景图片以 外，基本是曲线类型信息、划线的坐标信息和画笔画 刷的属性选择信息。因此电子白板功能中所要传输 的数据量比较少，且要求实时传输，尽量减少数据的 利用ＳＩＰ协议进行远程医疗系统的开发，不仅方 便快捷，而且兼容性好，可以与其他任何使用ＳＩＰ协 议开发的客户端互联互通。并且对于今后的系统升 级和功能扩展具有很大的可操作性。 参考文献 【１】李亚军．远程医疗在国内的应用和发展ｆＪ】．医学信息学， ２００６，１９（１）：３９－４０ 丢失。我们直接使用ＴＣＰ进行数据的ｓｏｃｋｅｔ传输，数据 打包的结构体为： ｔｙｐｅｄｅｆ ｓｔｒｕｃｔ ＭＳＧＢＵＦＦＥＲ＿＿ＷＨＩＴＥ｛ Ｉ２ＳＴＲ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ； Ｉｎｔ Ｐｅｎｔｙｐｅ；Ｉｎｔ ｘＰｏｉｎｔ； Ｉｎｔ ｙＰｏｉｎｔ； 脆生择画笔类型 ／／画点的Ｘ坐标 ／／画点的ｙ坐标 ｝ＭＳＧ ＢＵＦＦＥＲ＿ＷＨＩＴＥ， ＰＭＳＧ＿ＢＵＦＦＥＲ＿ＷＨＩＴＥ； ［２］徐遄，贾克斌，张立．远程医疗系统的实现及其关键技术的 研究『ＪＪ＿计算机丁程，２００４，３０（ １０）：１７２—１７４ ３．６医疗曲线模块 医疗曲线模块中要处理的数据与电子白板模块 ［３１ ＨＡＮＤＬ ＥＹＭ．ＳＩＰ：ｓｅｓｓｉｏｎ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ［ｚ１．ＩＥＴＦ—ＲＦＣ 中的数据相似，基本的数据需要描绘点的坐标。因为 因此在所传输的数据中必须要有标示曲线类型的信 息及有标示曲线属性的信息，医疗曲线中使用的数 ２５４３，１９９９ ４】白建军，彭晖，田敏．ＳＩＰ揭密【Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００３ 在医疗曲线中有多种曲线需要我们选择进行显示， 【作者简介：王方超，硕士，主要研究方向为计算机网络通信、数 字图像处理。■ 据打包结构体为： ｔｙｐｅｄｅｆ ｓｔｒｕｅｔ ＭＳＧＢＵＦＦＥＲ＿—ＣＵＲＶＥ（ ＬＰＳＴＲ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ； Ｉｎｔ Ｃｕｒｖｅｔｙｐｅ； Ｉｎｔ ｘＰｏｉｎｔ； Ｉｎｔ ｙＰｏｉｎｔ； ，／曲线类型 ／／画点的ｘ坐标 画点的ｙ坐标 ｝ＭＳＧ ＢＵＦＦＥＲ．ＣＵＲＶＥ。＊ＰＭＳＧ ＢＵＦＦＥＲ ＣＵＲＶＥ； ４测试环境 远程医疗系统分别在ＩＰｖ４和ＩＰｖ６网络环境下进 行不同的测试。远程医疗系统的测试服务器使用ＳＥＲ 服务器，即将注册服务器、代理服务器及位置服务器
