視訊會(huì )議業(yè)務(wù)組網(wǎng)協(xié)議分析
孫明俊 孫志斌 2004/10/13
摘要 回顧了視訊會(huì )議業(yè)務(wù)從H.320到H.323,SIP的發(fā)展歷程,分析了其優(yōu)勢和不足,展望了視訊會(huì )議業(yè)務(wù)組網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 視訊會(huì )議 下一代網(wǎng) 組網(wǎng)
一、引言
在視訊業(yè)務(wù)領(lǐng)域,無(wú)論發(fā)展到哪一個(gè)階段,組網(wǎng)協(xié)議及其標準化工作一直是處于核心的重要位置,大到合理的框架結構,小到每一個(gè)參數的內容定義,只有組網(wǎng)協(xié)議的內容確定下來(lái),產(chǎn)品才能制造,業(yè)務(wù)才能互通,領(lǐng)域才能發(fā)展。
回顧視訊會(huì )議的發(fā)展歷程,其組網(wǎng)協(xié)議也跟隨著(zhù)通信網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展而變遷。國際電聯(lián)的標準發(fā)展經(jīng)歷了基于電路交換的H.320協(xié)議,基于包交換時(shí)面向有連接的H.321協(xié)議,基于包交換時(shí)面向無(wú)連接的H.323協(xié)議。目前,H.323已經(jīng)獲得了越來(lái)越廣泛的應用。同時(shí),由于分組交換網(wǎng)帶來(lái)的靈活和自由,對于組網(wǎng)協(xié)議的研究和制定也引起了很多標準化組織的興趣,目前IETF制訂的SIP就是一個(gè)非常熱門(mén)的研究課題。
二、H.320協(xié)議
1.H.320的提出及使用范圍
H.320系列標準是ITU-T于1990年提出的,是目前會(huì )議系統中應用最早、最為成熟的協(xié)議,它支持ISDN,E1,T1,帶寬從64kbit/s到2Mbit/s。截止到2000年,幾乎所有會(huì )議系統廠(chǎng)家都支持H.320協(xié)議,甚至目前許多基于IP的視頻會(huì )議系統也支持H.320。該建議規范了ISDN網(wǎng)上的視頻會(huì )議系統的主要技術(shù)環(huán)節,這是第一個(gè)基于特定網(wǎng)絡(luò )制訂的協(xié)議,對于視頻會(huì )議業(yè)務(wù)的互通以及不同公司產(chǎn)品之間的互聯(lián)提供了基本保障,這個(gè)標準的推出,在視訊會(huì )議發(fā)展史上具有里程碑的意義,為視頻會(huì )議的發(fā)展和普及奠定了基礎。
2.H.320的主要組成設備因受限所導致的問(wèn)題
H.320的主要組成設備有多點(diǎn)控制單元(MCU)和終端設備。這在當時(shí)是一個(gè)非常完備的系統,但由于該系統是建立在電路交換網(wǎng)基礎之上,受到了很多的限制,也導致了很多問(wèn)題:
(1)受到電路交換帶寬的影響。電路交換的特點(diǎn)是面向連接,傳輸速率和時(shí)延穩定、時(shí)延小、誤碼率低,因此視頻會(huì )議的質(zhì)量容易得到保證。但它的缺點(diǎn)是連接固定,導致了用戶(hù)線(xiàn)路使用費用較高。用戶(hù)層的接入一般采用El專(zhuān)線(xiàn)方式或ISDN2B+D的接入方式連接,專(zhuān)線(xiàn)雖然能保證良好的穩定性和圖像質(zhì)量,但網(wǎng)絡(luò )利用率低。ISDN受線(xiàn)路影響較大,對于線(xiàn)路同步等要求較高。這兩種傳輸方式都限制了會(huì )議的規模和可擴展性。
(2)受到電路交換特性的影響。由于在電路交換系統中不存在虛電路連接,因此終端和視訊會(huì )議系統之間交換的信息——音頻、視頻、數據和信令,都通過(guò)這一條電路來(lái)交換,所以采用了單MCU星型組網(wǎng)和兩級MCU級聯(lián)的方式。單MCU星型組網(wǎng)是指采用一個(gè)MCU設備與多個(gè)會(huì )議終端組成星型網(wǎng)絡(luò )結構。當會(huì )議終端多于一個(gè)MCU所提供的端口數時(shí),單個(gè)MCU就無(wú)法連接所有會(huì )議電視終端。此時(shí)要通過(guò)級聯(lián)MCU的方式來(lái)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的擴容來(lái)增加網(wǎng)絡(luò )容量,構成主從結構。每個(gè)從MCU都與主MCU構成固定連接,因此網(wǎng)絡(luò )的穩定性差。從拓撲結構上來(lái)看,這種單星型結構會(huì )因主MCU的問(wèn)題導致全網(wǎng)的不穩定。由于BAS碼長(cháng)度的影響,網(wǎng)絡(luò )無(wú)法進(jìn)行3級級聯(lián),即使能通過(guò)一定手段級聯(lián),會(huì )議最小時(shí)延、同步的要求也無(wú)法滿(mǎn)足,也就是說(shuō)實(shí)際組網(wǎng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò )規模很難再進(jìn)行更進(jìn)一步的擴展。
綜上所述,在電路交換的基礎之上,僅能開(kāi)展針對小部分人的標準的視訊會(huì )議應用,不能擴展為一個(gè)多應用、交互性的多媒體通信平臺。
三、H.323協(xié)議
隨著(zhù)包交換技術(shù)的發(fā)展,ATM在一個(gè)階段內得到了很大推進(jìn)。自1995年以來(lái),ITU-T又陸續推出了用于A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )的H.310和H.321系列標準。但隨著(zhù)時(shí)間的推移,ATM到桌面的可能性越來(lái)越小,因而H.310或H.321應用的可能性也很小了。
1.H.323介紹
1996年,ITU-T又推出了用于計算機局域網(wǎng)的H.322和H.323系列標準。H.323標準經(jīng)過(guò)了四年的發(fā)展后,其2000年推出的第四版得到了大部分視訊會(huì )議廠(chǎng)家的支持。H.323不是一個(gè)單一標準,而是一個(gè)關(guān)于在IP環(huán)境中實(shí)時(shí)多媒體應用的完整標準族,它對于呼叫的建立、管理以及所傳輸媒體格式等各個(gè)方面都有完善而嚴格的規定。
(1)從整體上來(lái)說(shuō),H.323是一個(gè)框架性建設,它涉及到終端設備、視頻、音頻和數據傳輸、通信控制、網(wǎng)絡(luò )接口方面的內容,還包括了組成多點(diǎn)會(huì )議的多點(diǎn)控制單元(MCU)(由多點(diǎn)控制器(MC)和多點(diǎn)處理器(MP)組成)、網(wǎng)關(guān)以及關(guān)守等設備。
(2)基本組成單元。它的基本組成單元是“域”,在H.323系統中,所謂域是指一個(gè)由關(guān)守管理的網(wǎng)關(guān)、多點(diǎn)控制單元(MCU)和所有終端組成的集合。一個(gè)域最少包含一個(gè)終端,而且必須有且只有一個(gè)關(guān)守。
(3)H.323的實(shí)體。H.323系統中各個(gè)邏輯組成部分稱(chēng)為H.323的實(shí)體。其中,終端、網(wǎng)關(guān)、多點(diǎn)控制單元(MCU)是H.323中的終端設備,是網(wǎng)絡(luò )中的邏輯單元。
(4)H.323的應用。利用H.323在網(wǎng)絡(luò )上可以開(kāi)發(fā)出許多與底層網(wǎng)絡(luò )傳輸無(wú)關(guān)的多媒體應用,如多媒體視訊會(huì )議、多媒體監控、多媒體生產(chǎn)調度指揮、遠程企業(yè)培訓和教育、多媒體呼叫中心、網(wǎng)上IP電話(huà)、網(wǎng)上IP傳真、網(wǎng)上視頻點(diǎn)播和廣播等,并且可以利用H.323將多種應用和業(yè)務(wù)迭加到同一個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò )平臺上。H.323采用了先進(jìn)的TCP/IP技術(shù),在提供相同性能和更多功能的同時(shí),大大降低了用戶(hù)終端的成本以及用戶(hù)線(xiàn)路使用費用,具有很高的性能價(jià)格比。
2.H.323體系
H.323體系基本上是一種兼顧傳統PSTN呼叫流程和IP網(wǎng)特點(diǎn)而發(fā)展的開(kāi)放標準體制,代表著(zhù)電信多媒體業(yè)務(wù)的大潮流。它的成功之處是吸取了許多電信網(wǎng)的組網(wǎng),互聯(lián)和運營(yíng)經(jīng)驗,能與PSTN網(wǎng),與窄帶視頻業(yè)務(wù)以及其它數據業(yè)務(wù)和應用網(wǎng)互聯(lián)互通。采用H.323技術(shù)體制,VoIP運營(yíng)商可以基本上繼承傳統運營(yíng)商的管理和運維模式。盡管H.323在VoIP方面是成功的,但在視訊會(huì )議業(yè)務(wù)網(wǎng)的組建和運營(yíng)上,卻一直沒(méi)有很成功的例子。H.323在繼承了H.320系統組網(wǎng),互聯(lián)和運營(yíng)的經(jīng)驗的同時(shí),也保留了很多在H.320由于電路交換網(wǎng)的局限無(wú)法客服的問(wèn)題,H.320的容量偏小,不易擴展等問(wèn)題同樣出現在了基于H.323組建的網(wǎng)絡(luò )中。在中國,運營(yíng)商組建的H.323VoIP和視頻業(yè)務(wù)網(wǎng)都是全國性大網(wǎng),對網(wǎng)絡(luò )的擴展性和穩定性要求極高,組網(wǎng)必須多層多域,覆蓋城市多達數百,每個(gè)月的業(yè)務(wù)量在幾億分鐘以上。對于組建這樣的大網(wǎng),H.320技術(shù)不適合,有著(zhù)太多H.320痕跡的H.323技術(shù)也很難成功。
3.H.323的瓶頸問(wèn)題
傳統的會(huì )議系統中,由于音頻、視頻、數據和信令,都通過(guò)一條電路來(lái)交換,MCU是作為一個(gè)設備存在的,控制和媒體處理這兩個(gè)功能獨立的模塊在物理上合并在了一起,H.320系統的一個(gè)主要瓶頸也在于此。而在實(shí)際H.323系統中,媒體和信令已經(jīng)完全是兩條信道,但仍然沿用了H.320的做法,無(wú)法發(fā)揮出包交換網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢。實(shí)際上,多點(diǎn)控制器主要負責會(huì )議系統的控制,需要處理的信息量并不是很大,完全可以用軟件實(shí)現控制很多終端數;多點(diǎn)處理器主要負責媒體處理,需要對大量的媒體流進(jìn)行處理,需要用硬件實(shí)現,應盡可能接近用戶(hù)端,處理的終端數也就可多可少。這樣建立起的視頻會(huì )議系統是能滿(mǎn)足電信網(wǎng)分層的要求的。目前,國際電聯(lián)也正在推進(jìn)此項工作,多點(diǎn)控制器和多點(diǎn)處理器分離后使用H.248協(xié)議進(jìn)行通信是可行的。
四、SIP協(xié)議
SIP是Session Initiation Protocol的縮寫(xiě),國內文獻多譯為會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議或會(huì )話(huà)初始協(xié)議。SIP的概念最早出現是在1996年互聯(lián)網(wǎng)的應用中,并由IETF的多方多媒體會(huì )話(huà)控制(MMUSIC)首先提出。2002年6月,IETF的SIP工作組又發(fā)布了更新版的SIP基本骨架和機理標準RFC3261建議,目前的應用基本上都是以這個(gè)建議為基礎的。SIP標準定義了多媒體通信及會(huì )議信令機制,并借用到HTTP,SDP,MIME,RTP,RTCP等IETF協(xié)議。SIP建議與WWW相似,利用Internet結構,通過(guò)智能SIP終端提供業(yè)務(wù),SIP可利用URI來(lái)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)。按邏輯功能區分,SIP系統由4種元素組成,即用戶(hù)代理、SIP代理服務(wù)器、重定向服務(wù)器以及SIP注冊服務(wù)器。通常SIP終端同時(shí)包括UAC(用戶(hù)代理客戶(hù)端)和UAS(用戶(hù)代理服務(wù)端)。UAC用于發(fā)起請求,UAS用于落地請求。SIP終端的注冊和定位可用的網(wǎng)絡(luò )資源有:注冊服務(wù)器、代理服務(wù)器和重定位服務(wù)器。SIP的終端名稱(chēng)和地址解析可采用的網(wǎng)絡(luò )資源有:定位服務(wù)器,DHCP,ENUM,TRIP和DNS服務(wù)器。嚴格地講,SIP標準是一個(gè)實(shí)現實(shí)時(shí)多媒體應用的信令標準,采用了基于文本的編碼方式,使得它在應用上,特別是點(diǎn)到點(diǎn)的應用環(huán)境中,具有很好的靈活性、擴充性以及跨平臺使用的兼容性。SIP的設計目標是通用會(huì )話(huà)建立和拆線(xiàn)的通用操作協(xié)議,沒(méi)有完整的視頻會(huì )議和數據會(huì )議系統協(xié)議框架,IP電話(huà)和多媒體通信只是SIP的兩種應用之一,SIP的其他應用可以不是IP電話(huà)和多媒體通信,如是則SIP的會(huì )話(huà)過(guò)程會(huì )非常簡(jiǎn)單。
五、組網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展分析
由H.320到H.323再到SIP,我們可以看出,視訊會(huì )議組網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展主線(xiàn)一直很明確,從封閉到開(kāi)放,從“貴族”到“普及”。在電路交換的時(shí)代,會(huì )議電視業(yè)務(wù)還是一個(gè)不為大部分人所知的高端業(yè)務(wù),而現在我們已經(jīng)可以借助于MSN等軟件,免費地進(jìn)行面對面的交流。組網(wǎng)協(xié)議的不斷發(fā)展帶來(lái)的必然是越來(lái)越便捷的通信方式,越來(lái)越便宜的溝通費用。對于會(huì )議組網(wǎng)協(xié)議的分析,除了針對獨立的業(yè)務(wù)之外,我們還需要考慮整體的組網(wǎng)框架。在下一代網(wǎng)的討論中,視訊會(huì )議業(yè)務(wù)也一直是不可或缺的重要部分。
在下一代網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )架構體系的討論中,歷來(lái)有兩種迥然不同的策略思路:一種是主張強調智能的端點(diǎn)和邊緣,簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )設施。因為端到端多媒體融合業(yè)務(wù)的驅動(dòng)力來(lái)源于端點(diǎn)和邊緣,下一代網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃創(chuàng )新和繁榮昌盛正依賴(lài)于此。互聯(lián)網(wǎng)的成功也證明了這種思路對多媒體業(yè)務(wù)的重要性。另一種思路主張簡(jiǎn)單的端點(diǎn)和邊緣,智能的網(wǎng)絡(luò )設施。因為只有單純統一的端點(diǎn)和邊緣設備,才有利于規模性的經(jīng)營(yíng)管理和控制。PSTN網(wǎng)絡(luò )所提供的語(yǔ)音業(yè)務(wù)已驗證了這種思路的商業(yè)實(shí)踐的可靠性。ITU-H.323協(xié)議和IETF-SIP協(xié)議正是某種程度上體現第一策略思路的技術(shù)體制。而以MGCP,H.248協(xié)議為特征的軟交換體系正是體現第二策略思路的實(shí)現手段。
顯而易見(jiàn),真正意義上的下一代網(wǎng)既需要智能端點(diǎn)業(yè)務(wù)的創(chuàng )新繁榮,又需要其系統可規模經(jīng)營(yíng)管理。對于視訊會(huì )議業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō),這方面的矛盾似乎沒(méi)有存在,無(wú)論是H.323還是SIP,都是以智能終端為基礎的,即使是H.320,終端的智能性也要遠大于PSTN電話(huà)機。在H.323的體系中,國際電聯(lián)正在推進(jìn)將H.248融合進(jìn)H.323的工作,而且該項工作推進(jìn)的速度非常快,從提出到提交通過(guò)只用了大概一年的時(shí)間。這項工作證明,智能的網(wǎng)絡(luò )設備和智能的終端其實(shí)并不沖突。對于電信網(wǎng)來(lái)說(shuō),它所提供的業(yè)務(wù)需要滿(mǎn)足五個(gè)“九”的可靠性,SIP,H.323和MGCP/H.248所基于的IP協(xié)議本來(lái)就不能提供服務(wù)質(zhì)量保障,如果業(yè)務(wù)網(wǎng)的體系結構也不能提供足夠的措施來(lái)對其可靠性提供保障,那么0.001%的不可靠性將可能在某些情況下向大的方向迅速偏移。如果為了可能的繁榮丟掉服務(wù)質(zhì)量的承諾,那么最終的結果可能適得其反;但如果還是緊抱著(zhù)傳統不放,則勢必將會(huì )被淘汰。就目前來(lái)說(shuō),H.323+H.248對于視訊會(huì )議業(yè)務(wù)應該是一個(gè)既滿(mǎn)足現有需求,又能向下一代網(wǎng)過(guò)渡的組網(wǎng)模式。但H.323要想真正成為下一代的視訊會(huì )議組網(wǎng)技術(shù)也非常困難,例如防火墻穿越、擴展性及對移動(dòng)性的支持等都存在諸多問(wèn)題。
基于SIP的視訊會(huì )議目前得到了很多視訊會(huì )議制造商的響應,他們都在或多或少地宣稱(chēng)他們的設備可以支持SIP,一方面來(lái)自于這些制造商對于下一代視訊會(huì )議組網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注,另一方面得益于SIP的簡(jiǎn)單易開(kāi)發(fā)。但SIP其實(shí)是在控制非IP電話(huà)類(lèi)型的業(yè)務(wù)中更能發(fā)揮其簡(jiǎn)單高效的優(yōu)勢,它可以靈活與PC的其它應用結合,形成更富有創(chuàng )造性的新型業(yè)務(wù),所以SIP這種良好的擴展性可以有效地成為H.323系統的補充。對于視訊會(huì )議業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō),SIP對于H.323系統的問(wèn)題,如防火墻穿越,擴展性等都不存在困難,但也由于SIP徹底摒棄了H.320的思想,目前看來(lái)還難作為一個(gè)組建完整的視訊會(huì )議業(yè)務(wù)網(wǎng)的協(xié)議,而且由于不同的業(yè)務(wù)有不同的組網(wǎng)要求,IETF自下而上的研究模式也有可能會(huì )為未來(lái)SIP在多種業(yè)務(wù)的發(fā)展埋下隱藏的絆腳石。
六、結束語(yǔ)
盡管目前還無(wú)法確定什么協(xié)議能夠成為下一代的視訊會(huì )議組網(wǎng)業(yè)務(wù)協(xié)議,但視訊會(huì )議業(yè)務(wù)組網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展方向必定是跟隨下一代網(wǎng)的發(fā)展方向,所以我們可以看到有幾點(diǎn)還是可以明確的,即:
(1)智能終端。能夠提供非常好的靈活性和組合多種業(yè)務(wù);
(2)是業(yè)務(wù)網(wǎng)需要能夠進(jìn)行規模性經(jīng)營(yíng)和管理,為業(yè)務(wù)提供可靠的保障;
(3)具備良好的擴展性,如能夠根據需要方便地支持設備移動(dòng)、新的補充業(yè)務(wù)等;
(4)必須提供可靠的服務(wù)質(zhì)量,以犧牲服務(wù)質(zhì)量換取的利益最后可能是得不償失。
目前,H.323和SIP都無(wú)法滿(mǎn)足要求,但可喜的是這兩個(gè)標準包括其他相關(guān)標準的研究正在相互取長(cháng)補短,相信它們的作用在相當長(cháng)的時(shí)期內仍然是相互補充。在未來(lái)的時(shí)間里,在不同的環(huán)境和實(shí)踐中,二者或許能夠結合或者融合而產(chǎn)生出更適合于視訊會(huì )議業(yè)務(wù)發(fā)展的協(xié)議。
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