基于H.323和SIP協(xié)議的視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

隨著VOIP技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟,視頻會(huì)議系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的重要方面。本文針對(duì)支持多協(xié)議的視頻會(huì)議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),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(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案。?
關(guān)鍵詞?H.323;SIP;MC;視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān);協(xié)議轉(zhuǎn)換
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1??引言
隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和普及,人們對(duì)視頻通訊的需求也越來(lái)越大。在視頻通訊領(lǐng)域起主導(dǎo)地位的兩大協(xié)議包括：由ITU-U（International?Telecommunications?Union?–?Telecommunication?Standardization?Sector,國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)有的發(fā)展?fàn)顩r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(zhǎng)期的并存,形成相互競(jìng)爭(zhēng),相互補(bǔ)充的格局。

因此,在可視通訊當(dāng)中一項(xiàng)重要的工作就是要解決H.323和SIP之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換,即采用這兩種協(xié)議的可視終端和設(shè)備的互連互通的問(wèn)題。而視頻會(huì)議系統(tǒng)是可視通訊中的重要應(yīng)用,在設(shè)計(jì)視頻會(huì)議系統(tǒng)時(shí),采用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)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(tǒng),它由多點(diǎn)控制器（MC）和多點(diǎn)處理器（MP）組成,并運(yùn)用集中、分散和混合三種不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)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)話通告協(xié)議（SAP）和會(huì)話描述協(xié)議（SDP）來(lái)建立多方會(huì)議。兩者在機(jī)制上存在一定的差別,所以要實(shí)現(xiàn)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(wěn)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?qū)崿F(xiàn)以下的功能：
（1）?信令和控制：支持H.245協(xié)議,能夠?qū)崿F(xiàn)通道建立和能力協(xié)商;支持Q.931協(xié)議,能夠?qū)崿F(xiàn)呼叫信令通道;支持RAS協(xié)議,能夠?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)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?qū)崿F(xiàn)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(yīng)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。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(qǐng)求的用戶(hù)代理客戶(hù)機(jī)（UAC）和響應(yīng)這種請(qǐng)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(cè)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(jī)（UAC）發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求,一個(gè)SIP代理服務(wù)器作為終端用戶(hù)的位置發(fā)現(xiàn)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(qǐng)包括兩個(gè)請(qǐng)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(tǒng)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(qǐng)求和響應(yīng)的應(yīng)用層路由。注冊(cè)服務(wù)器用于記錄用戶(hù)的SIP-URL地址信息和其對(duì)應(yīng)的IP地址信息。

3??視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)
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(dāng)著多點(diǎn)控制器（MC）的作用;而在SIP協(xié)議一方,它發(fā)揮著會(huì)議服務(wù)器的職能。在視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部完成了一種信令消息到另一種信令消息的翻譯和轉(zhuǎn)換,并對(duì)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(dāng)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(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換,如二進(jìn)制編碼方式和文本方式的轉(zhuǎn)換;二是消息中語(yǔ)義規(guī)則的映射,如在SIP方的終端發(fā)出INVITE請(qǐng)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(qǐng)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(yán)格的分類(lèi)處理。所以在消息的映射和轉(zhuǎn)換過(guò)程中,可能存在一個(gè)SIP信令消息對(duì)應(yīng)著在H.323方的幾個(gè)信令消息過(guò)程。表2展現(xiàn)了H.323協(xié)議和SIP協(xié)議在實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議的建立、邀請(qǐng)和加入過(guò)程中信令消息的映射和轉(zhuǎn)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)話描述協(xié)議（SDP,它是SIP消息體的一部分）來(lái)實(shí)現(xiàn)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(jù)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(nèi)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(qǐng)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(zhuǎn)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(qǐng)求之前,必須注冊(cè)到網(wǎng)關(guān)守衛(wèi)。發(fā)起請(qǐng)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(zhuǎn)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(tǒng)一處理客戶(hù)終端發(fā)出的會(huì)議請(qǐng)求,并且決定接受或是拒絕一個(gè)客戶(hù)終端的請(qǐng)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(cè)到服務(wù)器上。當(dāng)客戶(hù)終端發(fā)出請(qǐng)求的時(shí)候,先將消息發(fā)送到服務(wù)器,在由服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到會(huì)議網(wǎng)關(guān)。在會(huì)議網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部,先將收到的消息通過(guò)信令消息映射原則,轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的符合H.323規(guī)則的信令機(jī)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(tǒng)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(qǐng)求為例來(lái)描述視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)對(duì)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(qǐng)SIP用戶(hù)代理的流程

4?視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)
視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部主要由SIP協(xié)議處理模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)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(jiān)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(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。

協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊是視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)中比較關(guān)鍵的部分,在實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換。當(dāng)然對(duì)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(yīng)采用適當(dāng)?shù)暮雎院推帘未胧?并回送錯(cuò)誤報(bào)告消息。轉(zhuǎn)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(duì)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(duì)會(huì)議成員發(fā)來(lái)的信令消息進(jìn)行處理,又要對(duì)視頻媒體流進(jìn)行處理。在這部分的實(shí)現(xiàn)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(dāng)?shù)膮^(qū)別對(duì)待,以減少在信令翻譯和識(shí)別上的工作量。同時(shí)在對(duì)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(fù)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(jiān)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(zhuǎn)換模塊進(jìn)行下一步的處理。在實(shí)現(xiàn)上需要H.323協(xié)議棧的底層支持。

我們?cè)赗ed?Hat?Linux9.0操作系統(tǒng)下,采用C/C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。其中我們還利用了OpenMCU（開(kāi)源的H.323會(huì)議服務(wù)器）中對(duì)視頻會(huì)議管理和控制的一些實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

5??總結(jié)
????本文對(duì)支持多協(xié)議的視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)作了簡(jiǎn)單的介紹。從中我們發(fā)現(xiàn)視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)對(duì)協(xié)議的轉(zhuǎn)換還只能實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的信令消息的翻譯,沒(méi)有較好的容錯(cuò)和忽略機(jī)制。當(dāng)然,要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)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(qiáng)對(duì)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。