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

(武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)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(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
 
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，則通過會(huì)話通告協(xié)議（SAP）和會(huì)話描述協(xié)議（SDP）來建立多方會(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：用戶終端、網(wǎng)關(guān)（Gateway）、網(wǎng)守（Gatekeeper）和多點(diǎn)控制單元（MCU）。用戶終端能和其它的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控制連接來協(xié)商媒體通信類型；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(qǐng)求的用戶代理客戶機(jī)（UAC）和響應(yīng)這種請(qǐng)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(cè)服務(wù)器。

通常的SIP操作涉及到一個(gè)SIP用戶代理客戶機(jī)（UAC）發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求，一個(gè)SIP代理服務(wù)器作為終端用戶的位置發(fā)現(xiàn)代理并且一個(gè)用戶代理服務(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(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)處理過程可能會(huì)映射到另一種協(xié)議的幾個(gè)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(huì)議網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題進(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)議和處理過程來完成多媒體的通信。而在SIP協(xié)議中并沒有進(jìn)行嚴(yán)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(gè)SIP信令消息對(duì)應(yīng)著在H.323方的幾個(gè)信令消息過程。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(huì)議中，多點(diǎn)控制器（MC）通過匯總由各個(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）來實(shí)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(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）來決定會(huì)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(qǐng)時(shí)，會(huì)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(huì)議的媒體能力類型。

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)，最后通過視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)的會(huì)議控制和管理器來統(tǒng)一處理客戶終端發(fā)出的會(huì)議請(qǐng)求，并且決定接受或是拒絕一個(gè)客戶終端的請(qǐng)求，也決定了整個(gè)會(huì)議的媒體類型等信息。在SIP方，SIP客戶終端先要注冊(cè)到服務(wù)器上。當(dāng)客戶終端發(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客戶終端發(fā)起的會(huì)議請(qǐng)求為例來描述視頻會(huì)議網(wǎng)關(guān)對(duì)兩種協(xié)議信令消息的處理過程（如圖2所示）。


圖2  H.323客戶端邀請(qǐng)SIP用戶代理的流程

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SIP實(shí)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(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(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)一步的研究和開發(fā)工作。

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

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