基于H.323和SIP協(xié)議的視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)設計
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摘要 隨著(zhù)VOIP技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，視頻會(huì )議系統已成為計算機通信技術(shù)的重要方面。本文針對支持多協(xié)議的視頻會(huì )議系統的設計和實(shí)現，分析了目前在可視通信領(lǐng)域的兩大主流協(xié)議H.323和SIP的特點(diǎn)和差異，給出了解決H.323和SIP之間的協(xié)議轉換的網(wǎng)關(guān)設計方案。
關(guān)鍵詞 H.323；SIP；MC；視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)；協(xié)議轉換
1 引言
隨著(zhù)寬帶網(wǎng)絡(luò )的不斷發(fā)展和普及，人們對視頻通訊的需求也越來(lái)越大。在視頻通訊領(lǐng)域起主導地位的兩大協(xié)議包括：由ITU-U（International Telecommunications Union – Telecommunication Standardization Sector，國際電信聯(lián)盟電信標準部）推薦的H.323協(xié)議和由IETF（Internet Engineering Task Force, 因特網(wǎng)工程任務(wù)組）推薦的SIP協(xié)議（Session Initiation Protocol, 會(huì )話(huà)發(fā)起協(xié)議），由于這兩個(gè)協(xié)議產(chǎn)生的時(shí)代背景、現有的發(fā)展狀況和協(xié)議本身的特點(diǎn)等諸多不同的特性，決定了它們將會(huì )在視頻通訊領(lǐng)域中長(cháng)期的并存，形成相互競爭，相互補充的格局。
因此，在可視通訊當中一項重要的工作就是要解決H.323和SIP之間的協(xié)議轉換，即采用這兩種協(xié)議的可視終端和設備的互連互通的問(wèn)題。而視頻會(huì )議系統是可視通訊中的重要應用，在設計視頻會(huì )議系統時(shí)，采用網(wǎng)關(guān)設計實(shí)現不同網(wǎng)絡(luò )之間的集成。H.323協(xié)議族中采用多點(diǎn)控制單元（MCU）來(lái)控制和管理會(huì )議系統，它由多點(diǎn)控制器（MC）和多點(diǎn)處理器（MP）組成，并運用集中、分散和混合三種不同的方法來(lái)實(shí)現會(huì )議的多點(diǎn)控制和管理。而在SIP協(xié)議中，則通過(guò)會(huì )話(huà)通告協(xié)議（SAP）和會(huì )話(huà)描述協(xié)議（SDP）來(lái)建立多方會(huì )議。兩者在機制上存在一定的差別，所以要實(shí)現互通就需要視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的支持。
2 H.323協(xié)議和SIP協(xié)議的特性分析
2.1 H.323協(xié)議
H.323協(xié)議的主體已日漸穩定，并且它的基本框架已被廣泛的采用，它定義了四種基本功能單元：用戶(hù)終端、網(wǎng)關(guān)（Gateway）、網(wǎng)守（Gatekeeper）和多點(diǎn)控制單元（MCU）。用戶(hù)終端能和其它的H.323實(shí)體進(jìn)行實(shí)時(shí)的、雙向的語(yǔ)音和視頻通信，它能夠實(shí)現以下的功能：
（1） 信令和控制：支持H.245協(xié)議，能夠實(shí)現通道建立和能力協(xié)商；支持Q.931協(xié)議，能夠實(shí)現呼叫信令通道；支持RAS協(xié)議，能夠實(shí)現與網(wǎng)守的通信；
（2） 實(shí)時(shí)通信：支持RTP/RTCP協(xié)議；
（3） 編解碼：支持各種主流音頻和視頻的編解碼功能。
網(wǎng)關(guān)提供了一種電路交換網(wǎng)絡(luò )（SCN）和包交換網(wǎng)絡(luò )的連接途徑，它在不同的網(wǎng)絡(luò )上完成呼叫的建立和控制功能。
網(wǎng)守向H.323終端提供呼叫控制服務(wù)，完成以下的功能：地址翻譯，許可接入會(huì )議的控制和管理，帶寬控制和管理，呼出管理，域管理等。
多點(diǎn)控制單元（MCU）完成會(huì )議的控制和管理功能，它由多點(diǎn)控制器（MC）和多點(diǎn)處理器（MP）組成。多點(diǎn)控制器提供多點(diǎn)會(huì )議的控制功能，在多點(diǎn)會(huì )議中，多點(diǎn)控制器和每個(gè)H.323終端建立一條H.245控制連接來(lái)協(xié)商媒體通信類(lèi)型；多點(diǎn)處理器則提供媒體切換和混合功能。H.323支持集中和分散的多點(diǎn)控制和管理工作方式。在集中工作方式中，多點(diǎn)處理器（MP）和會(huì )議中的每個(gè)H.323終端建立媒體通道，把接收到的音頻流和視頻流進(jìn)行統一的處理，然后再送回到各個(gè)終端。而在分散工作方式中，每個(gè)終端都要支持多點(diǎn)處理的功能，并能夠實(shí)現媒體流的多點(diǎn)傳送。
2.2 SIP協(xié)議
SIP作為多媒體通信的應用層控制（信令）協(xié)議，它能夠建立、改變和終止多媒體會(huì )話(huà)。在SIP協(xié)議中有兩個(gè)主要的組成部分：用戶(hù)代理（UA）和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器。用戶(hù)代理（UA）又分為發(fā)起SIP請求的用戶(hù)代理客戶(hù)機（UAC）和響應這種請求的用戶(hù)代理服務(wù)器（UAS）。網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器又分為：重定向服務(wù)器、代理服務(wù)器、注冊服務(wù)器。
通常的SIP操作涉及到一個(gè)SIP用戶(hù)代理客戶(hù)機（UAC）發(fā)起一個(gè)請求，一個(gè)SIP代理服務(wù)器作為終端用戶(hù)的位置發(fā)現代理并且一個(gè)用戶(hù)代理服務(wù)器（UAS）接受這個(gè)呼叫。一個(gè)成功的SIP邀請包括兩個(gè)請求信息：INVITE信息和ACK信息。
重定向服務(wù)器通過(guò)回送包含被叫者位置的SIP-URL（SIP Uniform Resource Locations，SIP統一資源定位，如：sip:user@host.domain）來(lái)處理INVITE信息。代理服務(wù)器則完成SIP請求和響應的應用層路由。注冊服務(wù)器用于記錄用戶(hù)的SIP-URL地址信息和其對應的IP地址信息。
3 視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的設計
作為視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)，它需要同時(shí)支持H.323和SIP兩種協(xié)議。在H.323協(xié)議一方，它充當著(zhù)多點(diǎn)控制器（MC）的作用；而在SIP協(xié)議一方，它發(fā)揮著(zhù)會(huì )議服務(wù)器的職能。在視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的內部完成了一種信令消息到另一種信令消息的翻譯和轉換，并對等的完成兩者之間在功能上的映射。但是，在H.323協(xié)議和SIP協(xié)議當中，一些功能只在一種協(xié)議中被提供，而在另一種協(xié)議中則不能支持；在一種協(xié)議中的一個(gè)處理過(guò)程可能會(huì )映射到另一種協(xié)議的幾個(gè)處理過(guò)程，這些都是視頻網(wǎng)關(guān)需要解決的問(wèn)題。下面就視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)設計中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行介紹。
圖1 視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的組網(wǎng)圖
3.1 信令消息映射
信令消息映射和轉換是視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)之一。消息映射一般包括兩個(gè)方面：一是消息編碼的轉換，如二進(jìn)制編碼方式和文本方式的轉換；二是消息中語(yǔ)義規則的映射，如在SIP方的終端發(fā)出INVITE請求消息到網(wǎng)關(guān)后，則網(wǎng)關(guān)在H.323方產(chǎn)生呼叫建立（Setup）或者接入請求（ARQ）消息。H.323協(xié)議族包括呼叫建立、呼叫控制、媒體通道控制等許多分散的協(xié)議和處理過(guò)程來(lái)完成多媒體的通信。而在SIP協(xié)議中并沒(méi)有進(jìn)行嚴格的分類(lèi)處理。所以在消息的映射和轉換過(guò)程中，可能存在一個(gè)SIP信令消息對應著(zhù)在H.323方的幾個(gè)信令消息過(guò)程。表2展現了H.323協(xié)議和SIP協(xié)議在實(shí)現視頻會(huì )議的建立、邀請和加入過(guò)程中信令消息的映射和轉換。
3.2 媒體能力協(xié)商
在H.323協(xié)議中采用H.245協(xié)議來(lái)完成媒體能力的協(xié)商過(guò)程。在會(huì )議中，多點(diǎn)控制器（MC）通過(guò)匯總由各個(gè)終端提交的媒體能力信息，并從中選擇最為通用的媒體類(lèi)型作為這個(gè)會(huì )議中每個(gè)成員通信的媒體能力集。在SIP中則采用會(huì )話(huà)描述協(xié)議（SDP，它是SIP消息體的一部分）來(lái)實(shí)現媒體能力的協(xié)商過(guò)程。因此，如果是H.323客戶(hù)終端發(fā)起會(huì )議，視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)必須依據在H.245消息中包含的客戶(hù)終端的媒體能力信息，并由會(huì )議網(wǎng)關(guān)內部的多點(diǎn)控制器（MC）來(lái)決定會(huì )議的媒體類(lèi)型，再將這些媒體能力信息封裝到SDP消息中，發(fā)給SIP客戶(hù)終端。如果是SIP客戶(hù)終端先發(fā)出邀請時(shí)，會(huì )議網(wǎng)關(guān)使用SDP消息中包含有關(guān)客戶(hù)終端能力的信息來(lái)決定會(huì )議的媒體能力類(lèi)型。
3.3 視頻會(huì )議的管理和控制
在視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)中集成了協(xié)議轉換器和視頻會(huì )議控制器和管理器的功能，在H.323客戶(hù)終端發(fā)起一個(gè)會(huì )議請求之前，必須注冊到網(wǎng)關(guān)守衛。發(fā)起請求時(shí)，H.323客戶(hù)終端先將消息發(fā)送給網(wǎng)守，再由網(wǎng)守將消息轉發(fā)到會(huì )議網(wǎng)關(guān)，最后通過(guò)視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的會(huì )議控制和管理器來(lái)統一處理客戶(hù)終端發(fā)出的會(huì )議請求，并且決定接受或是拒絕一個(gè)客戶(hù)終端的請求，也決定了整個(gè)會(huì )議的媒體類(lèi)型等信息。在SIP方，SIP客戶(hù)終端先要注冊到服務(wù)器上。當客戶(hù)終端發(fā)出請求的時(shí)候，先將消息發(fā)送到服務(wù)器，在由服務(wù)器轉發(fā)到會(huì )議網(wǎng)關(guān)。在會(huì )議網(wǎng)關(guān)的內部，先將收到的消息通過(guò)信令消息映射原則，轉換成對應的符合H.323規則的信令機制，然后送入會(huì )議控制和管理器進(jìn)行集中的處理。
3.4 視頻會(huì )議流程簡(jiǎn)介
為了更好的說(shuō)明視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)在跨協(xié)議會(huì )議系統中的作用和工作流程，我們以一個(gè)由H.323客戶(hù)終端發(fā)起的會(huì )議請求為例來(lái)描述視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)對兩種協(xié)議信令消息的處理過(guò)程（如圖2所示）。
圖2 H.323客戶(hù)端邀請SIP用戶(hù)代理的流程
4 視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的實(shí)現
視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的內部主要由SIP協(xié)議處理模塊、協(xié)議轉換模塊、視頻會(huì )議控制和管理模塊以及H.323協(xié)議處理模塊組成。
SIP協(xié)議處理模塊是視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)用于監聽(tīng)SIP實(shí)體（SIP用戶(hù)代理、SIP服務(wù)器等）發(fā)送的信令消息。在將這些信令消息進(jìn)行必要的處理后就送到協(xié)議轉換模塊中進(jìn)行協(xié)議轉換。
協(xié)議轉換模塊是視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)實(shí)現中比較關(guān)鍵的部分，在實(shí)現過(guò)程中需要按照兩種協(xié)議之間的信令消息映射表進(jìn)行逐一的翻譯和轉換。當然對于那些在一種協(xié)議中有而在另一種協(xié)議中不支持的信令消息應采用適當的忽略和屏蔽措施，并回送錯誤報告消息。轉換后的信令消息被送到各自協(xié)議的處理模塊中進(jìn)行進(jìn)一步的處理，也可送入視頻會(huì )議控制和管理模塊來(lái)完成對會(huì )議極其會(huì )議成員的組織、管理和控制。
視頻會(huì )議控制和管理模塊是視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的核心部分。視頻會(huì )議控制和管理模塊既要對會(huì )議成員發(fā)來(lái)的信令消息進(jìn)行處理，又要對視頻媒體流進(jìn)行處理。在這部分的實(shí)現中要充分考慮兩種協(xié)議在視頻會(huì )議功能上的不同特性，加以適當的區別對待，以減少在信令翻譯和識別上的工作量。同時(shí)在對視頻流的處理上采用RTP/RTCP協(xié)議，先將各個(gè)客戶(hù)終端的媒體流匯聚在一起，在進(jìn)行完復合之后再分別傳送到每個(gè)客戶(hù)終端那里。
H.323 協(xié)議處理模塊是用于監聽(tīng)來(lái)自H.323協(xié)議方的信令消息。然后將信令消息送入視頻會(huì )議控制和管理模塊或者協(xié)議轉換模塊進(jìn)行下一步的處理。在實(shí)現上需要H.323協(xié)議棧的底層支持。
我們在Red Hat Linux9.0操作系統下，采用C/C++語(yǔ)言實(shí)現。其中我們還利用了OpenMCU（開(kāi)源的H.323會(huì )議服務(wù)器）中對視頻會(huì )議管理和控制的一些實(shí)現技術(shù)。
5 總結
本文對支持多協(xié)議的視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)的設計和實(shí)現作了簡(jiǎn)單的介紹。從中我們發(fā)現視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)對協(xié)議的轉換還只能實(shí)現一些簡(jiǎn)單的信令消息的翻譯，沒(méi)有較好的容錯和忽略機制。當然，要設計和實(shí)現功能更加完善和高效的視頻會(huì )議網(wǎng)關(guān)還需要在加強對會(huì )議管理和會(huì )議控制功能等方面作進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)工作。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] Josef Glasmann, Wolfgang Kellerer, Harald M
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