基于SIP的視頻會議系統結構和原理
基于SIP的視頻會議系統結構和原理
前言: 近幾年來，隨著計算機技術、通信技術和互聯網技術的飛速發展，視頻會議的應用范圍正逐漸從傳統的專業領域、大型企業等高端用戶向中小企業等普通用戶和個人用戶拓展。據有關機構的分析結果顯示，2004年我國視頻會議市場的規模已經達到18.7億元，并以每年26%的速度遞增，市場前景十分廣闊。
本文主要介紹了一種基于SIP的集中式視頻會議模型，并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于草案階段，并沒有成為標準，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、視頻會議系統的主流技術標準
目前，視頻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補充業務信令規范；后者由IETF MMUSIC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、窄帶視頻業務以及其他數據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協議范圍廣，涵蓋了各種獨立設備、個人計算機技術以及點對點和點對多點的視頻會議，該協議解決了視頻會議中呼叫與會話控制、多媒體與帶寬管理等許多問題。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復雜，限制了其在中小企業的部署。
SIP是用來建立、修改和終結多媒體會話的應用層控制協議，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。它繼承了互聯網協議的設計理念，與H.323協議相比，具有簡單靈活、擴展方便的特點，可方便地與其他互聯網協議結合提供豐富的IP多媒體業務，以便在各種網絡環境下部署。
目前，大規模商用VoIP網絡和會議系統都采用H.323標準，但隨著VoIP技術的進一步發展和視頻會議系統應用的逐漸普及，SIP協議正日益受到業界的重視。3GPP已經確定將SIP協議作為第三代移動通信全IP網絡的控制協議，制訂了基于SIP的IP多媒體子系統（IMS）。業界也已經確定將SIP作為下一代網絡（NGN）的核心控制協議。與此同時，SIP協議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 SIPPING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，基于SIP的視頻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
下面介紹一種基于SIP的集中式會議模型。所謂集中式是指該模型相對于多播會議、全分布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）、會議策略服務器（CPS）、會議策略（CP）、會議通告服務（CNS）、媒體混合服務器（Mixer）等邏輯功能模塊。其中，Focus、CPS、CNS、CP和Mixer構成會議服務器，完成多媒體會議的核心功能。此會議模型中各模塊功能如下。
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對話聯系。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，對媒體混合服務器進行控制，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在全局范圍內是惟一的。當用戶需要加入會議時，需向相應會議URI發送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用戶代理。此用戶代理可以是PC應用程序、SIP電話或者是PSTN網關，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擴展性，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接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塊，用來存儲和操作會議策略，為用戶和支配會議操作的會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于會議成員的管理，包括用戶接入控制、用戶權限管理等。會議媒體策略用于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。用戶可以通過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。與會者在加入會議后可向會議控制中心發送SUBSCRIBE請求，訂閱會議事件和狀態通知服務。會議通知服務器將通過NOTIFY消息定時向與會者通告預定的會議事件和會議狀態。例如，用戶可以預定會議成員的在席信息，當有與會者加入或退出會議時，會議通知服務器將向該用戶發送會議成員變更的情況。
f）媒體混合服務器：媒體混合服務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服務器。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，處理過程因媒體流類型的不同而不同。
三、視頻會議系統結構設計
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]，我們設計了一個視頻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、會議管理服務器、會議控制服務器、媒體服務器和系統數據庫5部分構成。呼叫服務器（CS）是SIP Proxy服務器，負責SIP消息的轉發，并集成了注冊服務器的功能。
下面分別介紹各組成部分的功能。
1）多媒體會議終端
多媒體會議終端是用戶用來參加會議的桌面應用程序。會議終端啟動時會發送REGISTER消息向注冊服務器注冊，注冊成功后便保持在線狀態，可以隨時發起呼叫或接收呼叫請求。在加入會議后，可以發送SUBSCRIBE請求，預定會議狀態信息報告，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?？梢赃M行即時消息的發送和接收，實現會議文字聊天功能。
2）會議管理服務器
會議管理服務器在圖2中對應為Web 服務器，主要完成通過Web界面管理會議的功能，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服務器對會議控制服務器的系統參數進行配置，并提交到系統數據庫保存。會議控制服務器在啟動時可以從系統數據庫將系統參數下載到本地，進行系統的初始化。
3）會議控制服務器
會議控制服務器是此系統的控制中心，模型中的會議控制中心功能，包括會議的創建、啟動、刪除、會場管理和控制、會議狀態信息的采集和發布、會議成員的在席管理、處理會議成員請求等。會議控制服務器通過MEGACO/H.248[5]命令對媒體服務器的媒體混合處理進行控制。
會議控制服務器主要由總控模塊、Web管理模塊、啟動/注冊模塊、即時會議模塊、會議狀態通告模塊、會議控制模塊和會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模塊之間的通信調度等功能；啟動/注冊模塊主要負責會議的啟動和結束等操作；會議狀態通告模塊負責完成會議狀態信息通知服務，遵從RFC3265標準；會議控制模塊是會議控制服務器的主要功能模塊，采用基于事件觸發的工作機制。會議列表負責維護會議的狀態信息，包括會議屬性、成員列表、請求隊列和消息隊列等，并提供對這些數據進行操作的接口函數。
4） 媒體服務器
媒體服務器可采用純軟件方式實現媒體混合等處理，與傳統的采用硬件板卡的方式相比，具有巨大的成本優勢。會議控制服務器通過MEGACO/H.248命令控制媒體服務器，完成創建關聯域、增加終端、刪除終端、修改終端屬性、刪除關聯域等操作。媒體服務器接收與會者發來的媒體流，按照媒體策略進行混合后，再分發給與會者，從而實現會議媒體流的交互。
四、視頻會議系統工作原理
在介紹了集中式視頻會議系統的結構之后，下面簡單介紹此系統的工作原理。
4.1 創建會議
此系統支持預約式會議和即時會議2種會議類型。
預約式會議的創建可通過Web管理系統來完成。會議預定成功后，將向系統數據庫的會議數據表插入一條記錄。會議控制服務器的Web管理模塊對系統數據庫的會議數據表進行周期掃描，若發現新的會議記錄，則按照預定要求生成新的會議節點，添加到會議列表中。
即時會議的創建可通過多媒體會議終端完成。用戶只需向指定的會議工廠URI發送INVITE請求即可創建一個即時會議。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。用戶可通過E-mail、Web公告、即時消息等方式事先獲得會議URI，然后向會議URI發送INVITE消息，請求加入會議。
b）Call-Out方式。會議開始后，會議控制中心向用戶發送INVITE消息，邀請其加入會議。會議控制中心需事先存儲與會者的URI列表。
c）第三方通過向會議URI發送REFER[6]請求，觸發會議控制中心邀請用戶加入會議。
d）第三方通過向用戶發送REFER請求，觸發用戶主動加入會議。
e）若用戶不知道會議URI，但可能通過其他途徑獲得會議中的某一個會話ID，則可通過發送帶有Join頭域的INVITE消息來加入會議[7]。
4.3 會議狀態信息通告機制
與會者在會議進行期間可以獲得會議的事件及狀態信息，這通過會議通告服務（CNS）來實現。如圖4中的F9－F12所示，與會者在加入會議后可向會議控制中心發送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，會議通告服務器將生成狀態報告的事件包，通過NOTIFY請求發送給訂閱者，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）是指對共享資源的訪問控制，如對發言權、視頻顯示等公共資源的控制。會場控制消息是在會議主席、會議服務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服務器的更改會場資源狀態的請求。而會議控制事件消息是一種關于會場資源狀態信息的報告，由會議服務器發往會議參與者?？刂泼畹膬热菘梢允翘砑訒鲑Y源、請求使用會場資源、主席批準/拒絕請求或改變會議策略等?？刂剖录t用來向會議參與者報告有關會場資源占用情況的變化、會議策略或媒體配置的變更等情況。
會場控制命令采用SOAP格式封裝[8]，由SIP協議的INFO[9]消息作為承載消息。會場控制事件消息的傳送可以通過會議狀態信息通告機制來實現。
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發送BYE消息并將其刪除，然后執行去注冊過程。去注冊成功后，會議控制服務器將此會議節點刪除。
即時會議因在創建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。當會議中的最后一個與會者退出會議后，認為會議結束，執行去注冊過程，去注冊成功后即刪除會議節點。
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。
用基于SIP和SOAP相結合的會場控制機制，采用基于MEGACO/H.248協議控制的純軟件媒體服務器，可實現級聯會議、子會議系統等多種會議模式的媒體處理。該方案的實現對基于SIP的集中式視頻會議的研究具有一定的實踐和參考意義。
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