SIP的視訊會議系統結構和原理介紹【詳解】

　　基於SIP的視訊會議系統結構和原理

　　前言: 近幾年來，隨著計算機技術、通訊技術和網際網路技術的飛速發展，視訊會議的應用範圍正逐漸從傳統的專業領域、大型企業等高階使用者向中小企業等普通使用者和個人使用者拓展。據有關機構的分析結果顯示，2004年我國視訊會議市場的規模已經達到18.7億元，並以每年26%的速度遞增，市場前景十分廣闊。

　　本文主要介紹了一種基於SIP的集中式視訊會議模型，並根據此模型設計了初步的實現方案，分析了此方案的工作原理。目前，IETF領導的對SIP會議模型的研究還處於草案階段，並沒有成為標準，因此，對SIP會議框架及其實現技術的研究具有一定的理論和實踐意義。

　　一、視訊會議系統的主流技術標準

　　目前，視訊會議系統的主流技術標準有2個，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補充業務信令規範;後者由IETF MMUSIC工作組定義，包括SDP媒體描述規範。

　　H.323系統沿用傳統電信網的設計理念，兼顧傳統PSTN呼叫流程和IP網特點而發展成熟，吸取了許多電信網的組網、互聯和運營經驗，能與PSTN網、窄頻視訊業務以及其他資料業務和應用網互聯互通，近年來得到了廣泛的應用，尤其是在組建VoIP大網方面凸現了其技術優勢。H.323協定範圍廣，涵蓋了各種獨立裝置、個人計算機技術以及對等和點對多點的視訊會議，該協定解決了視訊會議中呼叫與對談控制、多媒體與頻寬管理等許多問題。也正是因為H.323系統在設計的時候考慮的問題太多，整個體系結構顯得龐大且較為複雜，限制了其在中小企業的部署。

　　SIP 是用來建立、修改和終結多媒體對談的應用層控制協定，主要完成使用者定位、使用者能力交換、呼叫建立、呼叫處理等功能。它繼承了網際網路協定的設計理念，與H.323協定相比，具有簡單靈活、擴充套件方便的特點，可方便地與其他網際網路協定結合提供豐富的IP多媒體業務，以便在各種網路環境下部署。

　　目前，大規模商用VoIP網路和會議系統都採用H.323標準，但隨著VoIP技術的進一步發展和視訊會議系統應用的逐漸普及， SIP 協定正日益受到業界的重視。3GPP已經確定將 SIP 協定作為第三代行動通訊全IP網路的控制協定，制訂了基於 SIP 的IP多媒體子系統(IMS)。業界也已經確定將 SIP 作為下一代網路(NGN)的核心控制協定。與此同時， SIP 協定及其應用的標準化工作也在積極的進行之中，這其中就包括由IETF SIP PING工作組領導的集中式多媒體會議的標準化工作和XCON工作組領導的會場控制和CPCP(Conference Policy Control Protocol)的標準化工作。隨著這些標準的制訂，基於 SIP 的視訊會議系統必將獲得越來越廣泛的應用。

　　二、集中式會議系統模型

　　下面介紹一種基於 SIP 的集中式會議模型。所謂集中式是指該模型相對於多播會議、全分散式會議等會議模型而言，具有信令集中控制、媒體集中處理的特點。該會議模型也是應用最廣泛的一種情形。集中式會議模型的結構圖[2]如圖1所示。

　　該模型主要包括與會者(Participant)、會議控制中心(Focus)、會議策略伺服器(CPS)、會議策略(CP)、會議通告服務(CNS)、媒體混合伺服器(Mixer)等邏輯功能模組。其中，Focus、CPS、CNS、CP和Mixer構成會議伺服器，完成多媒體會議的核心功能。此會議模型中各模組功能如下。

　　a)會議的控制中心：會議的控制中心與每個與會者之間存在 SIP 對話聯絡。它一方面根據會議成員策略管理整個會議，如會議接入控制、與會人員管理等，另一方面它又根據會議媒體策略，對媒體混合伺服器進行控制，保證每個與會者能夠接收到會議的媒體流。

　　每一個會議控制中心都有一個會議URI與其相對應，此URI在全域性範圍內是惟一的。當用戶需要加入會議時，需向相應會議URI傳送INVITE請求。

　　b)與會者：與會者是指會議中和會議控制中心維持 SIP 對話的 SIP 使用者代理。此使用者代理可以是PC應用程式、 SIP 電話或者是PSTN閘道器，也可以是其他會議控制中心。當與會者是其他會議的會議控制中心時，會議的拓撲結構是分級的，這種會議結構具有良好的可延伸性，所有區域性的子會議有單獨的會議控制中心，這些會議控制中心再連線到主會議的會議控制中心上，進行分級控制和管理。

　　c)CPS：CPS是系統的邏輯功能模組，用來儲存和操作會議策略，為使用者和支配會議操作的會議策略之間提供介面。使用者可以使用non- SIP 方法和CPS互動，完成會議策略的制定、修改等操作。

　　d)CP：會議策略包含了支配會議控制中心進行會議操作的規則，一個會議對應一個會議策略，包括會議成員策略和會議媒體策略。會議成員策略主要用於會議成員的管理，包括使用者接入控制、使用者許可權管理等。會議媒體策略用於會議媒體混合及分發的控制，包括媒體混合策略、同步策略、媒體分發策略等。使用者可以通過Web方式或其他non- SIP 方式對會議策略進行維護。

　　e)CNS：會議控制中心可以提供CNS功能，工作機制由RFC 3265[4]定義，主要完成向與會人員通知相應的會議事件和會議狀態。與會者在加入會議後可向會議控制中心傳送SUBSCRIBE請求，訂閱會議事件和狀態通知服務。會議通知伺服器將通過NOTIFY訊息定時向與會者通告預定的會議事件和會議狀態。例如，使用者可以預定會議成員的在席資訊，當有與會者加入或退出會議時，會議通知伺服器將向該使用者傳送會議成員變更的情況。

　　f)媒體混合伺服器：媒體混合伺服器負責完成會議媒體的混合和分發，接收者可以是會議的與會者或其他的媒體混合伺服器。媒體流的混合處理由會議控制中心根據媒體策略進行直接或間接控制，處理過程因媒體流型別的不同而不同。

　　三、視訊會議系統結構設計

　　根據前面介紹的會議模型以及多媒體會議的一般功能要求[3]，我們設計了一個視訊會議系統的實現方案，系統結構如圖2所示。

　　該系統由多媒體會議終端、會議管理伺服器、會議控制伺服器、媒體伺服器和系統資料庫5部分構成。呼叫伺服器(CS)是 SIP Proxy伺服器，負責 SIP 訊息的轉發，並整合了註冊伺服器的功能。

　　下面分別介紹各組成部分的功能。

　　1)多媒體會議終端

　　多媒體會議終端是使用者用來參加會議的桌面應用程式。會議終端啟動時會傳送REGISTER訊息向註冊伺服器註冊，註冊成功後便保持線上狀態，可以隨時發起呼叫或接收呼叫請求。在加入會議後，可以傳送SUBSCRIBE請求，預定會議狀態資訊報告，以便獲得最新的會議狀態變更情況。與會者可通過多媒體會議終端進行申請發言、釋放申請、釋放發言等操作。可以進行即時訊息的傳送和接收，實現會議文字聊天功能。

　　2)會議管理伺服器

　　會議管理伺服器在圖2中對應為Web 伺服器，主要完成通過Web介面管理會議的功能，包括會議的預定、修改和取消，會議策略的制定和修改等。另外，還可以通過會議管理伺服器對會議控制伺服器的系統引數進行設定，並提交到系統資料庫儲存。會議控制伺服器在啟動時可以從系統資料庫將系統引數下載到本地，進行系統的初始化。

　　3)會議控制伺服器

　　會議控制伺服器是此係統的控制中心，模型中的會議控制中心功能，包括會議的建立、啟動、刪除、會場管理和控制、會議狀態資訊的採集和釋出、會議成員的在席管理、處理會議成員請求等。會議控制伺服器通過MEGACO/H.248[5]命令對媒體伺服器的媒體混合處理進行控制。

　　會議控制伺服器主要由總控模組、Web管理模組、啟動/註冊模組、即時會議模組、會議狀態通告模組、會議控制模組和會議列表等幾部分組成。其中總控模組主要負責系統的初始化工作和各個模組之間的通訊排程等功能;啟動/註冊模組主要負責會議的啟動和結束等操作;會議狀態通告模組負責完成會議狀態資訊通知服務，遵從RFC3265標準;會議控制模組是會議控制伺服器的主要功能模組，採用基於事件觸發的工作機制。會議列表負責維護會議的狀態資訊，包括會議屬性、成員列表、請求佇列和訊息佇列等，並提供對這些資料進行操作的介面函數。

　　4) 媒體伺服器

　　媒體伺服器可採用純軟體方式實現媒體混合等處理，與傳統的採用硬體板卡的方式相比，具有巨大的成本優勢。會議控制伺服器通過MEGACO/H.248命令控制媒體伺服器，完成建立關聯域、增加終端、刪除終端、修改終端屬性、刪除關聯域等操作。媒體伺服器接收與會者發來的媒體流，按照媒體策略進行混合後，再分發給與會者，從而實現會議媒體流的互動。

　　四、視訊會議系統工作原理

　　在介紹了集中式視訊會議系統的結構之後，下面簡單介紹此係統的工作原理。

　　4.1 建立會議

　　此係統支援預約式會議和即時會議2種會議型別。

　　預約式會議的建立可通過Web管理系統來完成。會議預定成功後，將向系統資料庫的會議資料表插入一條記錄。會議控制伺服器的Web管理模組對系統資料庫的會議資料表進行週期掃描，若發現新的會議記錄，則按照預定要求生成新的會議節點，新增到會議列表中。

　　即時會議的建立可通過多媒體會議終端完成。使用者只需向指定的會議工廠URI傳送INVITE請求即可建立一個即時會議。新會議的URI由302響應的Contact頭域帶回。

　　4.2 加入會議

　　與會者可以通過以下5種方式加入到會議中：

　　a)Call-In方式。使用者可通過E-mail、Web公告、即時訊息等方式事先獲得會議URI，然後向會議URI傳送INVITE訊息，請求加入會議。

　　b)Call-Out方式。會議開始後，會議控制中心向使用者傳送INVITE訊息，邀請其加入會議。會議控制中心需事先儲存與會者的URI列表。

　　c)第三方通過向會議URI傳送REFER[6]請求，觸發會議控制中心邀請使用者加入會議。

　　d)第三方通過向用戶傳送REFER請求，觸發使用者主動加入會議。

　　e)若使用者不知道會議URI，但可能通過其他途徑獲得會議中的某一個對談ID，則可通過傳送帶有Join頭域的INVITE訊息來加入會議[7]。

　　4.3 會議狀態資訊通告機制

　　與會者在會議進行期間可以獲得會議的事件及狀態資訊，這通過會議通告服務(CNS)來實現。如圖4中的F9-F12所示，與會者在加入會議後可向會議控制中心傳送SUBSCRIBE請求。訂閱感興趣的會議事件和狀態通知的服務，當某類事件發生或會議的狀態發生變化時，會議通告伺服器將生成狀態報告的事件包，通過NOTIFY請求傳送給訂閱者，通告發生的事件或狀態的變化情況。

　　4.4 會場控制機制

　　會場控制(Floor Control)是指對共用資源的存取控制，如對發言權、視訊顯示等公共資源的控制。會場控制訊息是在會議主席、會議伺服器和會議成員之間傳遞的，可分為2部分：會議控制命令和會議控制事件。會議控制命令是從會議主席或經過授權的會議參與者發往會議伺服器的更改會場資源狀態的請求。而會議控制事件訊息是一種關於會場資源狀態資訊的報告，由會議伺服器發往會議參與者。控制命令的內容可以是新增會場資源、請求使用會場資源、主席批准/拒絕請求或改變會議策略等。控制事件則用來向會議參與者報告有關會場資源佔用情況的變化、會議策略或媒體設定的變更等情況。

　　會場控制命令採用SOAP格式封裝[8]，由 SIP 協定的INFO[9]訊息作為承載訊息。會場控制事件訊息的傳送可以通過會議狀態資訊通告機制來實現。

　　4.5 結束會議

　　預約型會議的結束時間在預定時已經確定，當會議的結束時間到，但會議中仍有與會者時，則會議控制中心向其傳送BYE訊息並將其刪除，然後執行去註冊過程。去註冊成功後，會議控制伺服器將此會議節點刪除。

　　即時會議因在建立時沒有確定結束時間，故不能依據會議的結束時間來結束會議。即時會議判斷結束的條件是會議中的與會者數目。當會議中的最後一個與會者退出會議後，認為會議結束，執行去註冊過程，去註冊成功後即刪除會議節點。

　　五、結束語

　　目前， SIP 多媒體會議的相關標準還在制定之中，相關技術的發展也很迅速，本系統所涉及的很多技術在實際應用中還需要進一步完善，尤其是會議策略控制技術、會場控制機制、會議級聯、子會議系統、會議安全機制以及商用模式下的計費方案等方面。

　　用基於 SIP 和SOAP相結合的會場控制機制，採用基於MEGACO/H.248協定控制的純軟體媒體伺服器，可實現級聯會議、子會議系統等多種會議模式的媒體處理。該方案的實現對基於 SIP 的集中式視訊會議的研究具有一定的實踐和參考意義。