基于SIP的集中式視頻會(huì )議模型介紹
張俊九 2007/09/27
近幾年來(lái)，隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻會(huì )議的應用范圍正逐漸從傳統的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域、大型企業(yè)等高端用戶(hù)向中小企業(yè)等普通用戶(hù)和個(gè)人用戶(hù)拓展。據有關(guān)機構的分析結果顯示，2004年我國視頻會(huì )議市場(chǎng)的規模已經(jīng)達到18.7億元，并以每年26%的速度遞增，市場(chǎng)前景十分廣闊。
視頻會(huì )議系統的主流技術(shù)標準
目前，視頻會(huì )議系統的主流技術(shù)標準有2個(gè)，H.323和SIP。前者是由ITU-TSG16定義，包括H.225呼叫控制信令和RAS信令、H.245媒體控制信令和H.450補充業(yè)務(wù)信令規范；后者由IETFMMUSIC工作組定義，包括SDP媒體描述規范。
H.323系統沿用傳統電信網(wǎng)的設計理念，兼顧傳統PSTN呼叫流程和IP網(wǎng)特點(diǎn)而發(fā)展成熟，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)、窄帶視頻業(yè)務(wù)以及其他數據業(yè)務(wù)和應用網(wǎng)互聯(lián)互通，近年來(lái)得到了廣泛的應用，尤其是在組建VoIP大網(wǎng)方面凸現了其技術(shù)優(yōu)勢。H.323協(xié)議范圍廣，涵蓋了各種獨立設備、個(gè)人計算機技術(shù)以及點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)的視頻會(huì )議，該協(xié)議解決了視頻會(huì )議中呼叫與會(huì )話(huà)控制、多媒體與帶寬管理等許多問(wèn)題。也正是因為H.323系統在設計的時(shí)候考慮的問(wèn)題太多，整個(gè)體系結構顯得龐大且較為復雜，限制了其在中小企業(yè)的部署。
SIP是用來(lái)建立、修改和終結多媒體會(huì )話(huà)的應用層控制協(xié)議，主要完成用戶(hù)定位、用戶(hù)能力交換、呼叫建立、呼叫處理等功能。它繼承了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的設計理念，與H.323協(xié)議相比，具有簡(jiǎn)單靈活、擴展方便的特點(diǎn)，可方便地與其他互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議結合提供豐富的IP多媒體業(yè)務(wù)，以便在各種網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下部署。
目前，大規模商用VoIP網(wǎng)絡(luò )和會(huì )議系統都采用H.323標準，但隨著(zhù)VoIP技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和視頻會(huì )議系統應用的逐漸普及，SIP協(xié)議正日益受到業(yè)界的重視。3GPP已經(jīng)確定將SIP協(xié)議作為第三代移動(dòng)通信全IP網(wǎng)絡(luò )的控制協(xié)議，制訂了基于SIP的IP多媒體子系統（IMS）。業(yè)界也已經(jīng)確定將SIP作為下一代網(wǎng)絡(luò )（NGN）的核心控制協(xié)議。與此同時(shí)，SIP協(xié)議及其應用的標準化工作也在積極的進(jìn)行之中，這其中就包括由IETFSIPPING工作組領(lǐng)導的集中式多媒體會(huì )議的標準化工作和XCON工作組領(lǐng)導的會(huì )場(chǎng)控制和CPCP（ConferencePolicyControl
Protocol）的標準化工作。隨著(zhù)這些標準的制訂，基于SIP的視頻會(huì )議系統必將獲得越來(lái)越廣泛的應用。
集中式會(huì )議系統模型
下面介紹一種基于SIP的集中式會(huì )議模型。所謂集中式是指該模型相對于多播會(huì )議、全分布式會(huì )議等會(huì )議模型而言，具有信令集中控制、媒體集中處理的特點(diǎn)。該會(huì )議模型也是應用最廣泛的一種情形。
該模型主要包括與會(huì )者（Participant）、會(huì )議控制中心（Focus）、會(huì )議策略服務(wù)器（CPS）、會(huì )議策略（CP）、會(huì )議通告服務(wù)（CNS）、媒體混合服務(wù)器（Mixer）等邏輯功能模塊。其中，Focus、CPS、CNS、CP和Mixer構成會(huì )議服務(wù)器，完成多媒體會(huì )議的核心功能。此會(huì )議模型中各模塊功能如下。
a）會(huì )議的控制中心：會(huì )議的控制中心與每個(gè)與會(huì )者之間存在SIP對話(huà)聯(lián)系。它一方面根據會(huì )議成員策略管理整個(gè)會(huì )議，如會(huì )議接入控制、與會(huì )人員管理等，另一方面它又根據會(huì )議媒體策略，對媒體混合服務(wù)器進(jìn)行控制，保證每個(gè)與會(huì )者能夠接收到會(huì )議的媒體流。
每一個(gè)會(huì )議控制中心都有一個(gè)會(huì )議URI與其相對應，此URI在全局范圍內是惟一的。當用戶(hù)需要加入會(huì )議時(shí)，需向相應會(huì )議URI發(fā)送INVITE請求。
b）與會(huì )者：與會(huì )者是指會(huì )議中和會(huì )議控制中心維持SIP對話(huà)的SIP用戶(hù)代理。此用戶(hù)代理可以是PC應用程序、SIP電話(huà)或者是PSTN網(wǎng)關(guān)，也可以是其他會(huì )議控制中心。當與會(huì )者是其他會(huì )議的會(huì )議控制中心時(shí)，會(huì )議的拓撲結構是分級的，這種會(huì )議結構具有良好的可擴展性，所有區域性的子會(huì )議有單獨的會(huì )議控制中心，這些會(huì )議控制中心再連接到主會(huì )議的會(huì )議控制中心上，進(jìn)行分級控制和管理。
c）CPS：CPS是系統的邏輯功能模塊，用來(lái)存儲和操作會(huì )議策略，為用戶(hù)和支配會(huì )議操作的會(huì )議策略之間提供接口。用戶(hù)可以使用non-SIP方法和CPS交互，完成會(huì )議策略的制定、修改等操作。
d）CP：會(huì )議策略包含了支配會(huì )議控制中心進(jìn)行會(huì )議操作的規則，一個(gè)會(huì )議對應一個(gè)會(huì )議策略，包括會(huì )議成員策略和會(huì )議媒體策略。會(huì )議成員策略主要用于會(huì )議成員的管理，包括用戶(hù)接入控制、用戶(hù)權限管理等。會(huì )議媒體策略用于會(huì )議媒體混合及分發(fā)的控制，包括媒體混合策略、同步策略、媒體分發(fā)策略等。用戶(hù)可以通過(guò)Web方式或其他non-SIP方式對會(huì )議策略進(jìn)行維護。
e）CNS：會(huì )議控制中心可以提供CNS功能，工作機制由RFC3265定義，主要完成向與會(huì )人員通知相應的會(huì )議事件和會(huì )議狀態(tài)。與會(huì )者在加入會(huì )議后可向會(huì )議控制中心發(fā)送SUBSCRIBE請求，訂閱會(huì )議事件和狀態(tài)通知服務(wù)。會(huì )議通知服務(wù)器將通過(guò)NOTIFY消息定時(shí)向與會(huì )者通告預定的會(huì )議事件和會(huì )議狀態(tài)。例如，用戶(hù)可以預定會(huì )議成員的在席信息，當有與會(huì )者加入或退出會(huì )議時(shí)，會(huì )議通知服務(wù)器將向該用戶(hù)發(fā)送會(huì )議成員變更的情況。
f）媒體混合服務(wù)器：媒體混合服務(wù)器負責完成會(huì )議媒體的混合和分發(fā)，接收者可以是會(huì )議的與會(huì )者或其他的媒體混合服務(wù)器。媒體流的混合處理由會(huì )議控制中心根據媒體策略進(jìn)行直接或間接控制，處理過(guò)程因媒體流類(lèi)型的不同而不同。
視頻會(huì )議系統結構設計
根據前面介紹的會(huì )議模型以及多媒體會(huì )議的一般功能要求，我們設計了一個(gè)視頻會(huì )議系統的實(shí)現方案。
該系統由多媒體會(huì )議終端、會(huì )議管理服務(wù)器、會(huì )議控制服務(wù)器、媒體服務(wù)器和系統數據庫5部分構成。呼叫服務(wù)器（CS）是SIPProxy服務(wù)器，負責SIP消息的轉發(fā)，并集成了注冊服務(wù)器的功能。
下面分別介紹各組成部分的功能。
1.多媒體會(huì )議終端
多媒體會(huì )議終端是用戶(hù)用來(lái)參加會(huì )議的桌面應用程序。會(huì )議終端啟動(dòng)時(shí)會(huì )發(fā)送REGISTER消息向注冊服務(wù)器注冊，注冊成功后便保持在線(xiàn)狀態(tài)，可以隨時(shí)發(fā)起呼叫或接收呼叫請求。在加入會(huì )議后，可以發(fā)送SUBSCRIBE請求，預定會(huì )議狀態(tài)信息報告，以便獲得最新的會(huì )議狀態(tài)變更情況。與會(huì )者可通過(guò)多媒體會(huì )議終端進(jìn)行申請發(fā)言、釋放申請、釋放發(fā)言等操作。可以進(jìn)行即時(shí)消息的發(fā)送和接收，實(shí)現會(huì )議文字聊天功能。
2.會(huì )議管理服務(wù)器
會(huì )議管理服務(wù)器在圖2中對應為Web服務(wù)器，主要完成通過(guò)Web界面管理會(huì )議的功能，包括會(huì )議的預定、修改和取消，會(huì )議策略的制定和修改等。另外，還可以通過(guò)會(huì )議管理服務(wù)器對會(huì )議控制服務(wù)器的系統參數進(jìn)行配置，并提交到系統數據庫保存。會(huì )議控制服務(wù)器在啟動(dòng)時(shí)可以從系統數據庫將系統參數下載到本地，進(jìn)行系統的初始化。
3.會(huì )議控制服務(wù)器
會(huì )議控制服務(wù)器是此系統的控制中心，模型中的會(huì )議控制中心功能，包括會(huì )議的創(chuàng )建、啟動(dòng)、刪除、會(huì )場(chǎng)管理和控制、會(huì )議狀態(tài)信息的采集和發(fā)布、會(huì )議成員的在席管理、處理會(huì )議成員請求等。會(huì )議控制服務(wù)器通過(guò)MEGACO/H.248命令對媒體服務(wù)器的媒體混合處理進(jìn)行控制。
會(huì )議控制服務(wù)器主要由總控模塊、Web管理模塊、啟動(dòng)/注冊模塊、即時(shí)會(huì )議模塊、會(huì )議狀態(tài)通告模塊、會(huì )議控制模塊和會(huì )議列表等幾部分組成。其中總控模塊主要負責系統的初始化工作和各個(gè)模塊之間的通信調度等功能；啟動(dòng)/注冊模塊主要負責會(huì )議的啟動(dòng)和結束等操作；會(huì )議狀態(tài)通告模塊負責完成會(huì )議狀態(tài)信息通知服務(wù)，遵從RFC3265標準；會(huì )議控制模塊是會(huì )議控制服務(wù)器的主要功能模塊，采用基于事件觸發(fā)的工作機制。會(huì )議列表負責維護會(huì )議的狀態(tài)信息，包括會(huì )議屬性、成員列表、請求隊列和消息隊列等，并提供對這些數據進(jìn)行操作的接口函數。
4.媒體服務(wù)器
媒體服務(wù)器可采用純軟件方式實(shí)現媒體混合等處理，與傳統的采用硬件板卡的方式相比，具有巨大的成本優(yōu)勢。會(huì )議控制服務(wù)器通過(guò)MEGACO/H.248命令控制媒體服務(wù)器，完成創(chuàng )建關(guān)聯(lián)域、增加終端、刪除終端、修改終端屬性、刪除關(guān)聯(lián)域等操作。媒體服務(wù)器接收與會(huì )者發(fā)來(lái)的媒體流，按照媒體策略進(jìn)行混合后，再分發(fā)給與會(huì )者，從而實(shí)現會(huì )議媒體流的交互。
視頻會(huì )議系統工作原理
在介紹了集中式視頻會(huì )議系統的結構之后，下面簡(jiǎn)單介紹此系統的工作原理。
1.創(chuàng )建會(huì )議
此系統支持預約式會(huì )議和即時(shí)會(huì )議2種會(huì )議類(lèi)型。
預約式會(huì )議的創(chuàng )建可通過(guò)Web管理系統來(lái)完成。會(huì )議預定成功后，將向系統數據庫的會(huì )議數據表插入一條記錄。會(huì )議控制服務(wù)器的Web管理模塊對系統數據庫的會(huì )議數據表進(jìn)行周期掃描，若發(fā)現新的會(huì )議記錄，則按照預定要求生成新的會(huì )議節點(diǎn)，添加到會(huì )議列表中。
即時(shí)會(huì )議的創(chuàng )建可通過(guò)多媒體會(huì )議終端完成。用戶(hù)只需向指定的會(huì )議工廠(chǎng)URI發(fā)送INVITE請求即可創(chuàng )建一個(gè)即時(shí)會(huì )議。新會(huì )議的URI由302響應的Contact頭域帶回。
2.加入會(huì )議
與會(huì )者可以通過(guò)以下5種方式加入到會(huì )議中：
a）Call-In方式。用戶(hù)可通過(guò)E-mail、Web公告、即時(shí)消息等方式事先獲得會(huì )議URI，然后向會(huì )議URI發(fā)送INVITE消息，請求加入會(huì )議。
b）Call-Out方式。會(huì )議開(kāi)始后，會(huì )議控制中心向用戶(hù)發(fā)送INVITE消息，邀請其加入會(huì )議。會(huì )議控制中心需事先存儲與會(huì )者的URI列表。
c）第三方通過(guò)向會(huì )議URI發(fā)送REFER請求，觸發(fā)會(huì )議控制中心邀請用戶(hù)加入會(huì )議。
d）第三方通過(guò)向用戶(hù)發(fā)送REFER請求，觸發(fā)用戶(hù)主動(dòng)加入會(huì )議。
e）若用戶(hù)不知道會(huì )議URI，但可能通過(guò)其他途徑獲得會(huì )議中的某一個(gè)會(huì )話(huà)ID，則可通過(guò)發(fā)送帶有Join頭域的INVITE消息來(lái)加入會(huì )議。
3.會(huì )議狀態(tài)信息通告機制
與會(huì )者在會(huì )議進(jìn)行期間可以獲得會(huì )議的事件及狀態(tài)信息，這通過(guò)會(huì )議通告服務(wù)（CNS）來(lái)實(shí)現。如圖4中的F9－F12所示，與會(huì )者在加入會(huì )議后可向會(huì )議控制中心發(fā)送SUBSCRIBE請求。訂閱感興趣的會(huì )議事件和狀態(tài)通知的服務(wù)，當某類(lèi)事件發(fā)生或會(huì )議的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，會(huì )議通告服務(wù)器將生成狀態(tài)報告的事件包，通過(guò)NOTIFY請求發(fā)送給訂閱者，通告發(fā)生的事件或狀態(tài)的變化情況。
4.會(huì )場(chǎng)控制機制
會(huì )場(chǎng)控制（FloorControl）是指對共享資源的訪(fǎng)問(wèn)控制，如對發(fā)言權、視頻顯示等公共資源的控制。會(huì )場(chǎng)控制消息是在會(huì )議主席、會(huì )議服務(wù)器和會(huì )議成員之間傳遞的，可分為2部分：會(huì )議控制命令和會(huì )議控制事件。會(huì )議控制命令是從會(huì )議主席或經(jīng)過(guò)授權的會(huì )議參與者發(fā)往會(huì )議服務(wù)器的更改會(huì )場(chǎng)資源狀態(tài)的請求。而會(huì )議控制事件消息是一種關(guān)于會(huì )場(chǎng)資源狀態(tài)信息的報告，由會(huì )議服務(wù)器發(fā)往會(huì )議參與者。控制命令的內容可以是添加會(huì )場(chǎng)資源、請求使用會(huì )場(chǎng)資源、主席批準/拒絕請求或改變會(huì )議策略等。控制事件則用來(lái)向會(huì )議參與者報告有關(guān)會(huì )場(chǎng)資源占用情況的變化、會(huì )議策略或媒體配置的變更等情況。
會(huì )場(chǎng)控制命令采用SOAP格式封裝，由SIP協(xié)議的INFO消息作為承載消息。會(huì )場(chǎng)控制事件消息的傳送可以通過(guò)會(huì )議狀態(tài)信息通告機制來(lái)實(shí)現。
5.結束會(huì )議
預約型會(huì )議的結束時(shí)間在預定時(shí)已經(jīng)確定，當會(huì )議的結束時(shí)間到，但會(huì )議中仍有與會(huì )者時(shí)，則會(huì )議控制中心向其發(fā)送BYE消息并將其刪除，然后執行去注冊過(guò)程。去注冊成功后，會(huì )議控制服務(wù)器將此會(huì )議節點(diǎn)刪除。
即時(shí)會(huì )議因在創(chuàng )建時(shí)沒(méi)有確定結束時(shí)間，故不能依據會(huì )議的結束時(shí)間來(lái)結束會(huì )議。即時(shí)會(huì )議判斷結束的條件是會(huì )議中的與會(huì )者數目。當會(huì )議中的最后一個(gè)與會(huì )者退出會(huì )議后，認為會(huì )議結束，執行去注冊過(guò)程，去注冊成功后即刪除會(huì )議節點(diǎn)。
結束語(yǔ)
目前，SIP多媒體會(huì )議的相關(guān)標準還在制定之中，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也很迅速，本系統所涉及的很多技術(shù)在實(shí)際應用中還需要進(jìn)一步完善，尤其是會(huì )議策略控制技術(shù)、會(huì )場(chǎng)控制機制、會(huì )議級聯(lián)、子會(huì )議系統、會(huì )議安全機制以及商用模式下的計費方案等方面。
用基于SIP和SOAP相結合的會(huì )場(chǎng)控制機制，采用基于MEGACO/H.248協(xié)議控制的純軟件媒體服務(wù)器，可實(shí)現級聯(lián)會(huì )議、子會(huì )議系統等多種會(huì )議模式的媒體處理。該方案的實(shí)現對基于SIP的集中式視頻會(huì )議的研究具有一定的實(shí)踐和參考意義。
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