基于SIP的視頻會(huì)議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

　　摘要 根據(jù)IETF SIPPING工作組提出的集中式會(huì)議模型，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于SIP的視頻會(huì)議系統(tǒng)。 該系統(tǒng)各部分可分別設(shè)計(jì)，具有良好的可擴(kuò)展性。詳細(xì)介紹了此系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

　　前言

　　近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)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(yīng)用范圍正逐漸從傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域、大型企業(yè)等高端用戶向中小企業(yè)等普通用戶和個(gè)人用戶拓展。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)的分析結(jié)果顯示，2004年我國(guó)視頻會(huì)議市場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)達(dá)到18.7億元，并以每年26%的速度遞增，市場(chǎng)前景十分廣闊。

　　本文主要介紹了一種基于SIP的集中式視頻會(huì)議模型，并根據(jù)此模型設(shè)計(jì)了初步的實(shí)現(xiàn)方案，分析了此方案的工作原理。目前，IETF領(lǐng)導(dǎo)的對(duì)SIP會(huì)議模型的研究還處于草案階段，并沒(méi)有成為標(biāo)準(zhǔn)，因此，對(duì)SIP會(huì)議框架及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究具有一定的理論和實(shí)踐意義。

　　1 視頻會(huì)議系統(tǒng)的主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

　　目前，視頻會(huì)議系統(tǒng)的主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有2個(gè)，H.323和SIP[1]。前者是由ITU-T SG16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(bǔ)充業(yè)務(wù)信令規(guī)范；后者由IETF MMUSIC工作組定義，包括SDP媒體描述規(guī)范。

　　H.323系統(tǒng)沿用傳統(tǒng)電信網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念，兼顧傳統(tǒng)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(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，能與PSTN網(wǎng)、窄帶視頻業(yè)務(wù)以及其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和應(yīng)用網(wǎng)互聯(lián)互通，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在組建VoIP大網(wǎng)方面凸現(xiàn)了其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。H.323協(xié)議范圍廣，涵蓋了各種獨(dú)立設(shè)備、個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)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)話控制、多媒體與帶寬管理等許多問(wèn)題。也正是因?yàn)镠.323系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮的問(wèn)題太多，整個(gè)體系結(jié)構(gòu)顯得龐大且較為復(fù)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(jié)多媒體會(huì)話的應(yīng)用層控制協(xié)議，主要完成用戶定位、用戶能力交換、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(shè)計(jì)理念，與H.323協(xié)議相比，具有簡(jiǎn)單靈活、擴(kuò)展方便的特點(diǎn)，可方便地與其他互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議結(jié)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(guī)模商用VoIP網(wǎng)絡(luò)和會(huì)議系統(tǒng)都采用H.323標(biāo)準(zhǔn)，但隨著VoIP技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和視頻會(huì)議系統(tǒng)應(yīng)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I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的控制協(xié)議，制訂了基于SIP的IP多媒體子系統(tǒng)（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(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化工作也在積極的進(jìn)行之中，這其中就包括由IETF SIPPING工作組領(lǐng)導(dǎo)的集中式多媒體會(huì)議的標(biāo)準(zhǔn)化工作和XCON工作組領(lǐng)導(dǎo)的會(huì)場(chǎng)控制和CPCP（Conference Policy Control Protocol）的標(biāo)準(zhǔn)化工作。隨著這些標(biāo)準(zhǔn)的制訂，基于SIP的視頻會(huì)議系統(tǒng)必將獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　2 集中式會(huì)議系統(tǒng)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(duì)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(yīng)用最廣泛的一種情形。集中式會(huì)議模型的結(jié)構(gòu)圖[2]如圖1所示。

　　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，F(xiàn)ocus、CPS、CNS、CP和Mixer構(gòu)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(duì)話聯(lián)系。它一方面根據(jù)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(jù)會(huì)議媒體策略，對(duì)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(duì)應(yīng)，此URI在全局范圍內(nèi)是惟一的。當(dāng)用戶需要加入會(huì)議時(shí)，需向相應(yīng)會(huì)議URI發(fā)送INVITE請(qǐng)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(duì)話的SIP用戶代理。此用戶代理可以是PC應(yīng)用程序、SIP電話或者是PSTN網(wǎng)關(guān)，也可以是其他會(huì)議控制中心。當(dāng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)是分級(jí)的，這種會(huì)議結(jié)構(gòu)具有良好的可擴(kuò)展性，所有區(qū)域性的子會(huì)議有單獨(dú)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(jí)控制和管理。

　　c）CPS：CPS是系統(tǒng)的邏輯功能模塊，用來(lái)存儲(chǔ)和操作會(huì)議策略，為用戶和支配會(huì)議操作的會(huì)議策略之間提供接口。用戶可以使用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(guī)則，一個(gè)會(huì)議對(duì)應(yīng)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，包括用戶接入控制、用戶權(quán)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。用戶可以通過(guò)Web方式或其他non-SIP方式對(duì)會(huì)議策略進(jìn)行維護(hù)。

　　e）CNS：會(huì)議控制中心可以提供CNS功能，工作機(jī)制由RFC 3265[4]定義，主要完成向與會(huì)人員通知相應(yīng)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(qǐng)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(yù)定的會(huì)議事件和會(huì)議狀態(tài)。例如，用戶可以預(yù)定會(huì)議成員的在席信息，當(dāng)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(fù)責(zé)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(jù)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。

　　3 視頻會(huì)議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)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[3]，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)視頻會(huì)議系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　該系統(tǒng)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(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)5部分構(gòu)成。呼叫服務(wù)器（CS）是SIP Proxy服務(wù)器，負(fù)責(zé)SIP消息的轉(zhuǎn)發(fā)，并集成了注冊(cè)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)議終端是用戶用來(lái)參加會(huì)議的桌面應(yīng)用程序。會(huì)議終端啟動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)送REGISTER消息向注冊(cè)服務(wù)器注冊(cè)，注冊(cè)成功后便保持在線狀態(tài)，可以隨時(shí)發(fā)起呼叫或接收呼叫請(qǐng)求。在加入會(huì)議后，可以發(fā)送SUBSCRIBE請(qǐng)求，預(yù)定會(huì)議狀態(tài)信息報(bào)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(qǐng)發(fā)言、釋放申請(qǐng)、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(xiàn)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(duì)應(yīng)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(yù)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(duì)會(huì)議控制服務(wù)器的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置，并提交到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)保存。會(huì)議控制服務(wù)器在啟動(dòng)時(shí)可以從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)將系統(tǒng)參數(shù)下載到本地，進(jìn)行系統(tǒng)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(tǒng)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(qǐng)求等。會(huì)議控制服務(wù)器通過(guò)MEGACO/H.248[5]命令對(duì)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(cè)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(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化工作和各個(gè)模塊之間的通信調(diào)度等功能；啟動(dòng)/注冊(cè)模塊主要負(fù)責(zé)會(huì)議的啟動(dòng)和結(jié)束等操作；會(huì)議狀態(tài)通告模塊負(fù)責(zé)完成會(huì)議狀態(tài)信息通知服務(wù)，遵從RFC3265標(biāo)準(zhǔn)；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(jī)制。會(huì)議列表負(fù)責(zé)維護(hù)會(huì)議的狀態(tài)信息，包括會(huì)議屬性、成員列表、請(qǐng)求隊(duì)列和消息隊(duì)列等，并提供對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的接口函數(shù)。

　　4） 媒體服務(wù)器

　　媒體服務(wù)器可采用純軟件方式實(shí)現(xiàn)媒體混合等處理，與傳統(tǒng)的采用硬件板卡的方式相比，具有巨大的成本優(yōu)勢(shì)。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(xiàn)會(huì)議媒體流的交互。

　　4 視頻會(huì)議系統(tǒng)工作原理

　　在介紹了集中式視頻會(huì)議系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之后，下面簡(jiǎn)單介紹此系統(tǒng)的工作原理。

　　4.1 創(chuàng)建會(huì)議

　　此系統(tǒng)支持預(yù)約式會(huì)議和即時(shí)會(huì)議2種會(huì)議類(lèi)型。

　　預(yù)約式會(huì)議的創(chuàng)建可通過(guò)Web管理系統(tǒng)來(lái)完成。會(huì)議預(yù)定成功后，將向系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的會(huì)議數(shù)據(jù)表插入一條記錄。會(huì)議控制服務(wù)器的Web管理模塊對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的會(huì)議數(shù)據(jù)表進(jìn)行周期掃描，若發(fā)現(xiàn)新的會(huì)議記錄，則按照預(yù)定要求生成新的會(huì)議節(jié)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。用戶只需向指定的會(huì)議工廠URI發(fā)送INVITE請(qǐng)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(yīng)的Contact頭域帶回。

　　4.2 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(qǐng)求加入會(huì)議。

b）Call-Out方式。會(huì)議開(kāi)始后，會(huì)議控制中心向用戶發(fā)送INVITE消息，邀請(qǐng)其加入會(huì)議。會(huì)議控制中心需事先存儲(chǔ)與會(huì)者的URI列表。

c）第三方通過(guò)向會(huì)議URI發(fā)送REFER[6]請(qǐng)求，觸發(fā)會(huì)議控制中心邀請(qǐng)用戶加入會(huì)議。

d）第三方通過(guò)向用戶發(fā)送REFER請(qǐng)求，觸發(fā)用戶主動(dòng)加入會(huì)議。

e）若用戶不知道會(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[7]。

　　4.3 會(huì)議狀態(tài)信息通告機(jī)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(xiàn)。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(qǐng)求。訂閱感興趣的會(huì)議事件和狀態(tài)通知的服務(wù)，當(dāng)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(bào)告的事件包，通過(guò)NOTIFY請(qǐng)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。

　　4.4 會(huì)場(chǎng)控制機(jī)制

　　會(huì)場(chǎng)控制（Floor Control）是指對(duì)共享資源的訪問(wèn)控制，如對(duì)發(fā)言權(quán)、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(quán)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(qǐng)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(bào)告，由會(huì)議服務(wù)器發(fā)往會(huì)議參與者�？刂泼�令的內(nèi)容可以是添加會(huì)場(chǎng)資源、請(qǐng)求使用會(huì)場(chǎng)資源、主席批準(zhǔn)/拒絕請(qǐng)求或改變會(huì)議策略等�？刂剖录�則用來(lái)向會(huì)議參與者報(bào)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[8]，由SIP協(xié)議的INFO[9]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(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　4.5 結(jié)束會(huì)議

　　預(yù)約型會(huì)議的結(jié)束時(shí)間在預(yù)定時(shí)已經(jīng)確定，當(dāng)會(huì)議的結(jié)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(zhí)行去注冊(cè)過(guò)程。去注冊(cè)成功后，會(huì)議控制服務(wù)器將此會(huì)議節(jié)點(diǎn)刪除。

　　即時(shí)會(huì)議因在創(chuàng)建時(shí)沒(méi)有確定結(jié)束時(shí)間，故不能依據(jù)會(huì)議的結(jié)束時(shí)間來(lái)結(jié)束會(huì)議。即時(shí)會(huì)議判斷結(jié)束的條件是會(huì)議中的與會(huì)者數(shù)目。當(dāng)會(huì)議中的最后一個(gè)與會(huì)者退出會(huì)議后，認(rèn)為會(huì)議結(jié)束，執(zhí)行去注冊(cè)過(guò)程，去注冊(cè)成功后即刪除會(huì)議節(jié)點(diǎn)。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　目前，SIP多媒體會(huì)議的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在制定之中，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也很迅速，本系統(tǒng)所涉及的很多技術(shù)在實(shí)際應(yīng)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(jī)制、會(huì)議級(jí)聯(lián)、子會(huì)議系統(tǒng)、會(huì)議安全機(jī)制以及商用模式下的計(jì)費(fèi)方案等方面。

　　用基于SIP和SOAP相結(jié)合的會(huì)場(chǎng)控制機(jī)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(xiàn)級(jí)聯(lián)會(huì)議、子會(huì)議系統(tǒng)等多種會(huì)議模式的媒體處理。該方案的實(shí)現(xiàn)對(duì)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。