基于SIP的視頻會(huì)議服務(wù)器的研究

1、基于SIP的視頻會(huì)議服務(wù)器的研究    ?    摘要：本文提出了基于SIP的擴(kuò)展的集中式會(huì)議模型，擁有一個(gè)會(huì)議控制和多個(gè)媒體混合服務(wù)器，既解決了單一服務(wù)器的負(fù)載問(wèn)題，又保持了集中式會(huì)議模型的優(yōu)點(diǎn)。此外本文設(shè)計(jì)了SIP會(huì)議服務(wù)器的功能框架，對(duì)其工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。    ?        ?    ?    引言

2、    隨著多媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的迅猛發(fā)展，人們對(duì)于視頻會(huì)議的需求也日益顯著。在國(guó)內(nèi)，視頻會(huì)議系統(tǒng)的研究雖然起步較晚，但也出現(xiàn)了眾多廠商紛紛研究的局面，各種應(yīng)用產(chǎn)品隨之應(yīng)運(yùn)而生。視頻會(huì)議的發(fā)展出現(xiàn)前所未有的蓬勃景象。    目前視頻會(huì)議系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀而言，有兩個(gè)信令協(xié)議，它們分別是國(guó)際電聯(lián)電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)部(ITU-T)提出的H.323協(xié)議，和因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)提出的SIP協(xié)議。    H.323協(xié)議是根據(jù)傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而來(lái)的，它繼續(xù)沿用電話網(wǎng)絡(luò)的呼叫流程和應(yīng)用環(huán)境并逐

3、漸走向成熟。H.323協(xié)議的覆蓋面極大，其中包括各種終端設(shè)備、電話網(wǎng)絡(luò)、視頻會(huì)議等應(yīng)用。H.323協(xié)議的使用解決了視頻會(huì)議中呼叫控制和媒體管理等方面的問(wèn)題。但是由于H.323協(xié)議在設(shè)計(jì)之初，考慮的問(wèn)題太過(guò)繁瑣，致使其體系結(jié)構(gòu)太過(guò)復(fù)雜。    SIP協(xié)議是一種進(jìn)行多媒體通信的控制信令協(xié)議，它主要用來(lái)在建立、修改和釋放會(huì)話。主要實(shí)現(xiàn)的用戶功能有：用戶的定位、用戶能力交換、呼叫建立、呼叫處理等。SIP協(xié)議與H.323協(xié)議最大的不同之處在于，它更加靈活，便于使用和擴(kuò)展。并且SIP協(xié)議便于擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)更加豐富的多媒體業(yè)務(wù)。?   

4、60;盡管目前大多數(shù)的IP電話網(wǎng)絡(luò)和會(huì)議系統(tǒng)都采用H.323標(biāo)準(zhǔn)，但SIP協(xié)議一經(jīng)問(wèn)世，就以其簡(jiǎn)單、易用性得到了學(xué)術(shù)界、設(shè)備商、運(yùn)營(yíng)商的廣泛關(guān)注。業(yè)內(nèi)已經(jīng)確定將SIP協(xié)議作為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心控制協(xié)議。    SIP視頻會(huì)議的系統(tǒng)模型        當(dāng)前的SIP會(huì)議模型有以下三種：    第一種是松耦合會(huì)議模式，該模式是指無(wú)需中央信令的控制，終端直接進(jìn)行交換的會(huì)議，利用組播方式進(jìn)行傳輸。在該模式中，會(huì)議的參與雙方?jīng)]有直接相連，也沒(méi)有任何的

5、控制中心或者會(huì)議服務(wù)器。出席會(huì)議的成員之間只是通過(guò)會(huì)議控制信令加入到組播組中。    該模式最大的優(yōu)點(diǎn)在于，給終端用戶的使用提供了極大的方便。而缺點(diǎn)在于它需要很多的網(wǎng)絡(luò)帶寬，并且無(wú)法保證數(shù)據(jù)流的可靠傳輸。    第二種模式是全分布式會(huì)議模式。該模式?jīng)]有中心控制點(diǎn)，要求在SIP協(xié)議下每個(gè)參與者都要與其通信的另一方保持相連，是完全分布式的。    由于全分布式會(huì)議中每個(gè)參加會(huì)議的客戶端都與其相連的其他客戶端保持連接，所以該模型的優(yōu)點(diǎn)在于保證了可靠的視音頻和數(shù)據(jù)傳輸。缺點(diǎn)在于占用了

6、太多的帶寬資源，也浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)資源。    第三種是集中式會(huì)議模式，該模式擁有一個(gè)中心控制點(diǎn)。每個(gè)參與者都直接與這個(gè)中心點(diǎn)相連。此中心控制點(diǎn)具有多種會(huì)議功能。    集中式會(huì)議模型的優(yōu)點(diǎn)在于集中地控制了會(huì)議的信令與媒體流，提升了多點(diǎn)會(huì)議的管理能力，減少了計(jì)算復(fù)雜性。對(duì)于終端用戶來(lái)說(shuō)，該模式大大減少了帶寬的需求，使用戶擁有選擇編碼格式的自由。便于系統(tǒng)今后的擴(kuò)充。該模式的缺點(diǎn)：所有的信令和媒體流都放在一個(gè)中心控制器來(lái)處理，使得中心控制器的負(fù)擔(dān)太重，不利于大型視頻會(huì)議的發(fā)展。    

7、2.2 擴(kuò)展的集中式會(huì)議模型    集中式會(huì)議模型仍然存在很大的不足，需要進(jìn)一步的擴(kuò)展。集中式會(huì)議模型由于只有一個(gè)服務(wù)器，并且單一的媒體混合器不可能完成所有媒體流的混合與分發(fā)。本文針對(duì)集中式會(huì)議模型的不足作了相應(yīng)的改進(jìn)，提出將會(huì)議控制和媒體混合進(jìn)行物理上相分離的方式，形成了一種只有一個(gè)中心控制單元，多個(gè)媒體混合的集中式會(huì)議模型。        在該模型中，視頻會(huì)議系統(tǒng)擁有一個(gè)會(huì)議控制和多個(gè)媒體混合服務(wù)器，這樣既解決了單一服務(wù)器的負(fù)載問(wèn)題，又保持了集中式會(huì)議模型的優(yōu)點(diǎn)。

8、0;       SIP會(huì)議服務(wù)器的框架    本文研究的SIP會(huì)議服務(wù)器框架包括會(huì)議控制服務(wù)器、媒體混合服務(wù)器、會(huì)議通知服務(wù)器、會(huì)議策略服務(wù)器、會(huì)議策略等模塊組成。    下面我們將對(duì)SIP會(huì)議服務(wù)器中各組成部分做詳細(xì)的解釋。    會(huì)議控制服務(wù)器    會(huì)議控制服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的中心控制單元，它負(fù)責(zé)將各個(gè)終端用戶通過(guò)SIP信令的方式相互聯(lián)系起來(lái)。也就是說(shuō)，每個(gè)客戶

9、端都是通過(guò)這個(gè)中心控制單元和其它用戶進(jìn)行通信和交流的，并且該控制服務(wù)器還可以命令媒體混合服務(wù)器進(jìn)行媒體操作。在整個(gè)會(huì)議過(guò)程中，會(huì)議控制服務(wù)器的功能主要體現(xiàn)在管理整個(gè)會(huì)議系統(tǒng)和控制媒體混合服務(wù)器。包括會(huì)議的建立、刪除、修改以及通知與會(huì)者會(huì)議的最新?tīng)顟B(tài)。    媒體混合服務(wù)器    媒體混合服務(wù)器負(fù)責(zé)接收客戶端發(fā)來(lái)的媒體流，并且按照相應(yīng)的媒體策略進(jìn)行混合，再分發(fā)給各終端用戶，從而實(shí)現(xiàn)會(huì)議媒體流的交互。除了用于接收和發(fā)送RTP格式的多媒體數(shù)據(jù)流之外，還將多路音頻流解碼為音頻信號(hào)后，混合這些音頻信號(hào)為一個(gè)音頻信號(hào)，再編碼成

10、一路音頻流。多路視頻流解碼成多個(gè)圖像后，拼接這些圖像為一個(gè)圖像，再編碼成一路視頻流。    會(huì)議通知服務(wù)器    該服務(wù)器的功能是向會(huì)議中的訂閱用戶發(fā)送通知消息，告知會(huì)議的最近狀態(tài)。會(huì)議控制器可以擔(dān)當(dāng)通知的身份，具有接受訂閱會(huì)議狀態(tài)功能以及具有通知訂閱者會(huì)議狀態(tài)改變功能。    會(huì)議策略服務(wù)器    會(huì)議策略服務(wù)器是對(duì)會(huì)議控制服務(wù)器管理會(huì)議時(shí)所依據(jù)的執(zhí)行規(guī)則。會(huì)議策略服務(wù)器主要包含：會(huì)議的準(zhǔn)入機(jī)制、權(quán)限控制、媒體/資源管理、參數(shù)配置等。

11、    媒體控制信令    本文定義了一種用在會(huì)議控制服務(wù)器和媒體混合服務(wù)器之間的信令。該信令主要用來(lái)檢測(cè)媒體混合服務(wù)器的可用性，以及創(chuàng)建、刪除媒體任務(wù)等操作。本文在4.2.4中對(duì)該信令有詳細(xì)的定義。    會(huì)議URI    會(huì)議URI全稱為會(huì)議統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符，它被用來(lái)區(qū)分服務(wù)器中各個(gè)不同的會(huì)議，具有唯一性的特點(diǎn)。我們可以這樣理解，在同一時(shí)間內(nèi)服務(wù)器是要處理很多不同的會(huì)議請(qǐng)求，而會(huì)議URI就是幫助服務(wù)器區(qū)分這些請(qǐng)求分別來(lái)自哪個(gè)會(huì)議的。即

12、它可以幫助服務(wù)器正確的處理不同會(huì)議的請(qǐng)求，而不會(huì)造成錯(cuò)亂。    客戶端    視頻會(huì)議的客戶端是指用戶在終端設(shè)備上執(zhí)行各項(xiàng)操作的應(yīng)用程序。用戶可以通過(guò)該應(yīng)用程序，建立、加入、退出會(huì)議，還可以在加入會(huì)議后，通過(guò)發(fā)送訂閱消息獲得會(huì)議的最近狀態(tài)。    SIP會(huì)議服務(wù)器的工作流程    會(huì)議服務(wù)器在啟動(dòng)之后，首先進(jìn)行初始化，然后開(kāi)啟SIP消息接收線程等。此時(shí)，會(huì)議服務(wù)器就可以接收用戶的創(chuàng)建會(huì)議請(qǐng)求和加入會(huì)議請(qǐng)求了，具體工作流程詳細(xì)解釋如下：

13、    首先，在客戶端開(kāi)啟應(yīng)用程序后，服務(wù)器初始化并開(kāi)啟SIP消息接收線程。    判斷是否有會(huì)議請(qǐng)求。如果沒(méi)有，則轉(zhuǎn)向(3)；如果有，轉(zhuǎn)向(4)。    沒(méi)有會(huì)議請(qǐng)求，則繼續(xù)監(jiān)控請(qǐng)求線程。    Focus接收到用戶的會(huì)議請(qǐng)求。    判斷該請(qǐng)求消息中的會(huì)議URI是否已經(jīng)存在。如果存在，轉(zhuǎn)向(6)；如果不存在，轉(zhuǎn)向(10)。    會(huì)議URI已經(jīng)存在，則該

14、請(qǐng)求為加入請(qǐng)求。    判斷該用戶是否為合法用戶。如果是，轉(zhuǎn)向(8)；如果不是，轉(zhuǎn)向(9)。    將請(qǐng)求消息交給Focus處理。    拒絕該用戶的加入請(qǐng)求，重新回到監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。    會(huì)議URI不存在，則準(zhǔn)備創(chuàng)建一個(gè)新的會(huì)議。    查詢?cè)撜?qǐng)求用戶是否具有創(chuàng)建權(quán)限。如果有，轉(zhuǎn)向(12)；如果沒(méi)有。轉(zhuǎn)向(13)。    分配一個(gè)會(huì)議URI，交給Focus創(chuàng)建

15、會(huì)議。    拒絕該創(chuàng)建請(qǐng)求，繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)。        總結(jié)    本文比較了傳統(tǒng)視頻會(huì)議系統(tǒng)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了基于SIP的擴(kuò)展的集中式會(huì)議模型，該系統(tǒng)模型是將會(huì)議控制服務(wù)器和媒體混合服務(wù)器進(jìn)行物理上的分離，擁有一個(gè)會(huì)議控制和多個(gè)媒體混合服務(wù)器，這樣既解決了單一服務(wù)器的負(fù)載問(wèn)題，又保持了集中式會(huì)議模型的                   優(yōu)點(diǎn)。參考文獻(xiàn)International Telecommunication Union，Packet-based multimedia communications systems，ITU H.323, July 2003.李伯仲，高清晰視頻會(huì)議系統(tǒng)中主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的分析J，電力系統(tǒng)通信，2006，27（168），68-70.J.Rosenberg，H.Schulzrinne and O.Levin，RFC