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

(武漢理工大學信息工程學院，湖北 武漢430070) 

摘要  隨著VOIP技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，視頻會議系統(tǒng)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)議的視頻會議系統(tǒng)的設(shè)計和實現(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)計方案。 
關(guān)鍵詞 H.323；SIP；MC；視頻會議網(wǎng)關(guān)；協(xié)議轉(zhuǎn)換
 
1  引言
隨著寬帶網(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, 會話發(fā)起協(xié)議），由于這兩個協(xié)議產(chǎn)生的時代背景、現(xiàn)有的發(fā)展狀況和協(xié)議本身的特點等諸多不同的特性，決定了它們將會在視頻通訊領(lǐng)域中長期的并存，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(zhuǎn)換，即采用這兩種協(xié)議的可視終端和設(shè)備的互連互通的問題。而視頻會議系統(tǒng)是可視通訊中的重要應(yīng)用，在設(shè)計視頻會議系統(tǒng)時，采用網(wǎng)關(guān)設(shè)計實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的集成。H.323協(xié)議族中采用多點控制單元（MCU）來控制和管理會議系統(tǒng)，它由多點控制器（MC）和多點處理器（MP）組成，并運用集中、分散和混合三種不同的方法來實現(xiàn)會議的多點控制和管理。而在SIP協(xié)議中，則通過會話通告協(xié)議（SAP）和會話描述協(xié)議（SDP）來建立多方會議。兩者在機制上存在一定的差別，所以要實現(xiàn)互通就需要視頻會議網(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：用戶終端、網(wǎng)關(guān)（Gateway）、網(wǎng)守（Gatekeeper）和多點控制單元（MCU）。用戶終端能和其它的H.323實體進行實時的、雙向的語音和視頻通信，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） 實時通信：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，許可接入會議的控制和管理，帶寬控制和管理，呼出管理，域管理等。

多點控制單元（MCU）完成會議的控制和管理功能，它由多點控制器（MC）和多點處理器（MP）組成。多點控制器提供多點會議的控制功能，在多點會議中，多點控制器和每個H.323終端建立一條H.245控制連接來協(xié)商媒體通信類型；多點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控制和管理工作方式。在集中工作方式中，多點處理器（MP）和會議中的每個H.323終端建立媒體通道，把接收到的音頻流和視頻流進行統(tǒng)一的處理，然后再送回到各個終端。而在分散工作方式中，每個終端都要支持多點處理的功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)媒體流的多點傳送。

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話。在SIP協(xié)議中有兩個主要的組成部分：用戶代理（UA）和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。用戶代理（UA）又分為發(fā)起SIP請求的用戶代理客戶機（UAC）和響應(yīng)這種請求的用戶代理服務(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SIP用戶代理客戶機（UAC）發(fā)起一個請求，一個SIP代理服務(wù)器作為終端用戶的位置發(fā)現(xiàn)代理并且一個用戶代理服務(wù)器（UAS）接受這個呼叫。一個成功的SIP邀請包括兩個請求信息：INVITE信息和ACK信息。

重定向服務(wù)器通過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）來處理INVITE信息。代理服務(wù)器則完成SIP請求和響應(yīng)的應(yīng)用層路由。注冊服務(wù)器用于記錄用戶的SIP-URL地址信息和其對應(yīng)的IP地址信息。

3  視頻會議網(wǎng)關(guān)的設(shè)計
作為視頻會議網(wǎng)關(guān)，它需要同時支持H.323和SIP兩種協(xié)議。在H.323協(xié)議一方，它充當著多點控制器（MC）的作用；而在SIP協(xié)議一方，它發(fā)揮著會議服務(wù)器的職能。在視頻會議網(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)議中的一個處理過程可能會映射到另一種協(xié)議的幾個處理過程，這些都是視頻網(wǎng)關(guān)需要解決的問題。下面就視頻會議網(wǎng)關(guān)設(shè)計中的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題進行介紹。 


 圖1  視頻會議網(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)換是視頻會議網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)之一。消息映射一般包括兩個方面：一是消息編碼的轉(zhuǎn)換，如二進制編碼方式和文本方式的轉(zhuǎn)換；二是消息中語義規(guī)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)議和處理過程來完成多媒體的通信。而在SIP協(xié)議中并沒有進行嚴格的分類處理。所以在消息的映射和轉(zhuǎn)換過程中，可能存在一個SIP信令消息對應(yīng)著在H.323方的幾個信令消息過程。表2展現(xiàn)了H.323協(xié)議和SIP協(xié)議在實現(xiàn)視頻會議的建立、邀請和加入過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)議來完成媒體能力的協(xié)商過程。在會議中，多點控制器（MC）通過匯總由各個終端提交的媒體能力信息，并從中選擇最為通用的媒體類型作為這個會議中每個成員通信的媒體能力集。在SIP中則采用會話描述協(xié)議（SDP，它是SIP消息體的一部分）來實現(xiàn)媒體能力的協(xié)商過程。因此，如果是H.323客戶終端發(fā)起會議，視頻會議網(wǎng)關(guān)必須依據(jù)在H.245消息中包含的客戶終端的媒體能力信息，并由會議網(wǎng)關(guān)內(nèi)部的多點控制器（MC）來決定會議的媒體類型，再將這些媒體能力信息封裝到SDP消息中，發(fā)給SIP客戶終端。如果是SIP客戶終端先發(fā)出邀請時，會議網(wǎng)關(guān)使用SDP消息中包含有關(guān)客戶終端能力的信息來決定會議的媒體能力類型。

3.3  視頻會議的管理和控制
在視頻會議網(wǎng)關(guān)中集成了協(xié)議轉(zhuǎn)換器和視頻會議控制器和管理器的功能，在H.323客戶終端發(fā)起一個會議請求之前，必須注冊到網(wǎng)關(guān)守衛(wèi)。發(fā)起請求時，H.323客戶終端先將消息發(fā)送給網(wǎng)守，再由網(wǎng)守將消息轉(zhuǎn)發(fā)到會議網(wǎng)關(guān)，最后通過視頻會議網(wǎng)關(guān)的會議控制和管理器來統(tǒng)一處理客戶終端發(fā)出的會議請求，并且決定接受或是拒絕一個客戶終端的請求，也決定了整個會議的媒體類型等信息。在SIP方，SIP客戶終端先要注冊到服務(wù)器上。當客戶終端發(fā)出請求的時候，先將消息發(fā)送到服務(wù)器，在由服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到會議網(wǎng)關(guān)。在會議網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部，先將收到的消息通過信令消息映射原則，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的符合H.323規(guī)則的信令機制，然后送入會議控制和管理器進行集中的處理。

3.4    視頻會議流程簡介
為了更好的說明視頻會議網(wǎng)關(guān)在跨協(xié)議會議系統(tǒng)中的作用和工作流程，我們以一個由H.323客戶終端發(fā)起的會議請求為例來描述視頻會議網(wǎng)關(guān)對兩種協(xié)議信令消息的處理過程（如圖2所示）。


圖2  H.323客戶端邀請SIP用戶代理的流程

4 視頻會議網(wǎng)關(guān)的實現(xiàn)
視頻會議網(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議網(wǎng)關(guān)用于監(jiān)聽SIP實體（SIP用戶代理、SIP服務(wù)器等）發(fā)送的信令消息。在將這些信令消息進行必要的處理后就送到協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊中進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。

協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊是視頻會議網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)中比較關(guān)鍵的部分，在實現(xiàn)過程中需要按照兩種協(xié)議之間的信令消息映射表進行逐一的翻譯和轉(zhuǎn)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(yīng)采用適當?shù)暮雎院推帘未胧?，并回送錯誤報告消息。轉(zhuǎn)換后的信令消息被送到各自協(xié)議的處理模塊中進行進一步的處理，也可送入視頻會議控制和管理模塊來完成對會議極其會議成員的組織、管理和控制。

視頻會議控制和管理模塊是視頻會議網(wǎng)關(guān)的核心部分。視頻會議控制和管理模塊既要對會議成員發(fā)來的信令消息進行處理，又要對視頻媒體流進行處理。在這部分的實現(xiàn)中要充分考慮兩種協(xié)議在視頻會議功能上的不同特性，加以適當?shù)膮^(qū)別對待，以減少在信令翻譯和識別上的工作量。同時在對視頻流的處理上采用RTP/RTCP協(xié)議，先將各個客戶終端的媒體流匯聚在一起，在進行完復(fù)合之后再分別傳送到每個客戶終端那里。

H.323 協(xié)議處理模塊是用于監(jiān)聽來自H.323協(xié)議方的信令消息。然后將信令消息送入視頻會議控制和管理模塊或者協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊進行下一步的處理。在實現(xiàn)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(tǒng)下，采用C/C++語言實現(xiàn)。其中我們還利用了OpenMCU（開源的H.323會議服務(wù)器）中對視頻會議管理和控制的一些實現(xiàn)技術(shù)。

5  總結(jié)
    本文對支持多協(xié)議的視頻會議網(wǎng)關(guān)的設(shè)計和實現(xiàn)作了簡單的介紹。從中我們發(fā)現(xiàn)視頻會議網(wǎng)關(guān)對協(xié)議的轉(zhuǎn)換還只能實現(xiàn)一些簡單的信令消息的翻譯，沒有較好的容錯和忽略機制。當然，要設(shè)計和實現(xiàn)功能更加完善和高效的視頻會議網(wǎng)關(guān)還需要在加強對會議管理和會議控制功能等方面作進一步的研究和開發(fā)工作。

[ 參 考 文 獻 ]
 [1]  Josef Glasmann, Wolfgang Kellerer, Harald M

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