視訊會議業(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，展望了視訊會議業(yè)務(wù)組網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 視訊會議 下一代網(wǎng) 組網(wǎng)
一、引言
在視訊業(yè)務(wù)領(lǐng)域，無論發(fā)展到哪一個階段，組網(wǎng)協(xié)議及其標(biāo)準(zhǔn)化工作一直是處于核心的重要位置，大到合理的框架結(jié)構(gòu)，小到每一個參數(shù)的內(nèi)容定義，只有組網(wǎng)協(xié)議的內(nèi)容確定下來，產(chǎn)品才能制造，業(yè)務(wù)才能互通，領(lǐng)域才能發(fā)展。
回顧視訊會議的發(fā)展歷程，其組網(wǎng)協(xié)議也跟隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而變遷。國際電聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展經(jīng)歷了基于電路交換的H.320協(xié)議，基于包交換時面向有連接的H.321協(xié)議，基于包交換時面向無連接的H.323協(xié)議。目前，H.323已經(jīng)獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。同時，由于分組交換網(wǎng)帶來的靈活和自由，對于組網(wǎng)協(xié)議的研究和制定也引起了很多標(biāo)準(zhǔn)化組織的興趣，目前IETF制訂的SIP就是一個非常熱門的研究課題。
二、H.320協(xié)議
1.H.320的提出及使用范圍
H.320系列標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T于1990年提出的，是目前會議系統(tǒng)中應(yīng)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，幾乎所有會議系統(tǒng)廠家都支持H.320協(xié)議，甚至目前許多基于IP的視頻會議系統(tǒng)也支持H.320。該建議規(guī)范了ISDN網(wǎng)上的視頻會議系統(tǒng)的主要技術(shù)環(huán)節(jié)，這是第一個基于特定網(wǎng)絡(luò)制訂的協(xié)議，對于視頻會議業(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，這個標(biāo)準(zhǔn)的推出，在視訊會議發(fā)展史上具有里程碑的意義，為視頻會議的發(fā)展和普及奠定了基礎(chǔ)。
2.H.320的主要組成設(shè)備因受限所導(dǎo)致的問題
H.320的主要組成設(shè)備有多點控制單元(MCU)和終端設(shè)備。這在當(dāng)時是一個非常完備的系統(tǒng)，但由于該系統(tǒng)是建立在電路交換網(wǎng)基礎(chǔ)之上，受到了很多的限制，也導(dǎo)致了很多問題：
(1)受到電路交換帶寬的影響。電路交換的特點是面向連接，傳輸速率和時延穩(wěn)定、時延小、誤碼率低，因此視頻會議的質(zhì)量容易得到保證。但它的缺點是連接固定，導(dǎo)致了用戶線路使用費用較高。用戶層的接入一般采用El專線方式或ISDN2B+D的接入方式連接，專線雖然能保證良好的穩(wěn)定性和圖像質(zhì)量，但網(wǎng)絡(luò)利用率低。ISDN受線路影響較大，對于線路同步等要求較高。這兩種傳輸方式都限制了會議的規(guī)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(tǒng)中不存在虛電路連接，因此終端和視訊會議系統(tǒng)之間交換的信息——音頻、視頻、數(shù)據(jù)和信令，都通過這一條電路來交換，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MCU設(shè)備與多個會議終端組成星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)會議終端多于一個MCU所提供的端口數(shù)時，單個MCU就無法連接所有會議電視終端。此時要通過級聯(lián)MCU的方式來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的擴容來增加網(wǎng)絡(luò)容量，構(gòu)成主從結(jié)構(gòu)。每個從MCU都與主MCU構(gòu)成固定連接，因此網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性差。從拓撲結(jié)構(gòu)上來看，這種單星型結(jié)構(gòu)會因主MCU的問題導(dǎo)致全網(wǎng)的不穩(wěn)定。由于BAS碼長度的影響，網(wǎng)絡(luò)無法進行3級級聯(lián)，即使能通過一定手段級聯(lián)，會議最小時延、同步的要求也無法滿足，也就是說實際組網(wǎng)時的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很難再進行更進一步的擴展。
綜上所述，在電路交換的基礎(chǔ)之上，僅能開展針對小部分人的標(biāo)準(zhǔn)的視訊會議應(yīng)用，不能擴展為一個多應(yīng)用、交互性的多媒體通信平臺。
三、H.323協(xié)議
隨著包交換技術(shù)的發(fā)展，ATM在一個階段內(nèi)得到了很大推進。自1995年以來，ITU-T又陸續(xù)推出了用于ATM網(wǎng)絡(luò)的H.310和H.321系列標(biāo)準(zhǔn)。但隨著時間的推移，ATM到桌面的可能性越來越小，因而H.310或H.321應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)。H.323標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過了四年的發(fā)展后，其2000年推出的第四版得到了大部分視訊會議廠家的支持。H.323不是一個單一標(biāo)準(zhǔn)，而是一個關(guān)于在IP環(huán)境中實時多媒體應(yīng)用的完整標(biāo)準(zhǔn)族，它對于呼叫的建立、管理以及所傳輸媒體格式等各個方面都有完善而嚴(yán)格的規(guī)定。
(1)從整體上來說，H.323是一個框架性建設(shè)，它涉及到終端設(shè)備、視頻、音頻和數(shù)據(jù)傳輸、通信控制、網(wǎng)絡(luò)接口方面的內(nèi)容，還包括了組成多點會議的多點控制單元(MCU)(由多點控制器(MC)和多點處理器(MP)組成)、網(wǎng)關(guān)以及關(guān)守等設(shè)備。
(2)基本組成單元。它的基本組成單元是“域”，在H.323系統(tǒng)中，所謂域是指一個由關(guān)守管理的網(wǎng)關(guān)、多點控制單元(MCU)和所有終端組成的集合。一個域最少包含一個終端，而且必須有且只有一個關(guān)守。
(3)H.323的實體。H.323系統(tǒng)中各個邏輯組成部分稱為H.323的實體。其中，終端、網(wǎng)關(guān)、多點控制單元(MCU)是H.323中的終端設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)中的邏輯單元。
(4)H.323的應(yīng)用。利用H.323在網(wǎng)絡(luò)上可以開發(fā)出許多與底層網(wǎng)絡(luò)傳輸無關(guān)的多媒體應(yīng)用，如多媒體視訊會議、多媒體監(jiān)控、多媒體生產(chǎn)調(diào)度指揮、遠程企業(yè)培訓(xùn)和教育、多媒體呼叫中心、網(wǎng)上IP電話、網(wǎng)上IP傳真、網(wǎng)上視頻點播和廣播等，并且可以利用H.323將多種應(yīng)用和業(yè)務(wù)迭加到同一個傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺上。H.323采用了先進的TCP/IP技術(shù)，在提供相同性能和更多功能的同時，大大降低了用戶終端的成本以及用戶線路使用費用，具有很高的性能價格比。
2.H.323體系
H.323體系基本上是一種兼顧傳統(tǒng)PSTN呼叫流程和IP網(wǎng)特點而發(fā)展的開放標(biāo)準(zhǔn)體制，代表著電信多媒體業(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)和運營經(jīng)驗，能與PSTN網(wǎng)，與窄帶視頻業(yè)務(wù)以及其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和應(yīng)用網(wǎng)互聯(lián)互通。采用H.323技術(shù)體制，VoIP運營商可以基本上繼承傳統(tǒng)運營商的管理和運維模式。盡管H.323在VoIP方面是成功的，但在視訊會議業(yè)務(wù)網(wǎng)的組建和運營上，卻一直沒有很成功的例子。H.323在繼承了H.320系統(tǒng)組網(wǎng)，互聯(lián)和運營的經(jīng)驗的同時，也保留了很多在H.320由于電路交換網(wǎng)的局限無法客服的問題，H.320的容量偏小，不易擴展等問題同樣出現(xiàn)在了基于H.323組建的網(wǎng)絡(luò)中。在中國，運營商組建的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(wěn)定性要求極高，組網(wǎng)必須多層多域，覆蓋城市多達數(shù)百，每個月的業(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，有著太多H.320痕跡的H.323技術(shù)也很難成功。
3.H.323的瓶頸問題
傳統(tǒng)的會議系統(tǒng)中，由于音頻、視頻、數(shù)據(jù)和信令，都通過一條電路來交換，MCU是作為一個設(shè)備存在的，控制和媒體處理這兩個功能獨立的模塊在物理上合并在了一起，H.320系統(tǒng)的一個主要瓶頸也在于此。而在實際H.323系統(tǒng)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，無法發(fā)揮出包交換網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。實際上，多點控制器主要負責(zé)會議系統(tǒng)的控制，需要處理的信息量并不是很大，完全可以用軟件實現(xiàn)控制很多終端數(shù)；多點處理器主要負責(zé)媒體處理，需要對大量的媒體流進行處理，需要用硬件實現(xiàn)，應(yīng)盡可能接近用戶端，處理的終端數(shù)也就可多可少。這樣建立起的視頻會議系統(tǒng)是能滿足電信網(wǎng)分層的要求的。目前，國際電聯(lián)也正在推進此項工作，多點控制器和多點處理器分離后使用H.248協(xié)議進行通信是可行的。
四、SIP協(xié)議
SIP是Session Initiation Protocol的縮寫，國內(nèi)文獻多譯為會話啟動協(xié)議或會話初始協(xié)議。SIP的概念最早出現(xiàn)是在1996年互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，并由IETF的多方多媒體會話控制(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(biāo)準(zhǔn)RFC3261建議，目前的應(yīng)用基本上都是以這個建議為基礎(chǔ)的。SIP標(biāo)準(zhǔn)定義了多媒體通信及會議信令機制，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(jié)構(gòu)，通過智能SIP終端提供業(yè)務(wù)，SIP可利用URI來動態(tài)組網(wǎng)。按邏輯功能區(qū)分，SIP系統(tǒng)由4種元素組成，即用戶代理、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終端同時包括UAC(用戶代理客戶端)和UAS(用戶代理服務(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(yán)格地講，SIP標(biāo)準(zhǔn)是一個實現(xiàn)實時多媒體應(yīng)用的信令標(biāo)準(zhǔn)，采用了基于文本的編碼方式，使得它在應(yīng)用上，特別是點到點的應(yīng)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(shè)計目標(biāo)是通用會話建立和拆線的通用操作協(xié)議，沒有完整的視頻會議和數(shù)據(jù)會議系統(tǒng)協(xié)議框架，IP電話和多媒體通信只是SIP的兩種應(yīng)用之一，SIP的其他應(yīng)用可以不是IP電話和多媒體通信，如是則SIP的會話過程會非常簡單。
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，視訊會議組網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展主線一直很明確，從封閉到開放，從“貴族”到“普及”。在電路交換的時代，會議電視業(yè)務(wù)還是一個不為大部分人所知的高端業(yè)務(wù)，而現(xiàn)在我們已經(jīng)可以借助于MSN等軟件，免費地進行面對面的交流。組網(wǎng)協(xié)議的不斷發(fā)展帶來的必然是越來越便捷的通信方式，越來越便宜的溝通費用。對于會議組網(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(gòu)體系的討論中，歷來有兩種迥然不同的策略思路：一種是主張強調(diào)智能的端點和邊緣，簡單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。因為端到端多媒體融合業(yè)務(wù)的驅(qū)動力來源于端點和邊緣，下一代網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃創(chuàng)新和繁榮昌盛正依賴于此�；ヂ�(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。另一種思路主張簡單的端點和邊緣，智能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。因為只有單純統(tǒng)一的端點和邊緣設(shè)備，才有利于規(guī)模性的經(jīng)營管理和控制。PSTN網(wǎng)絡(luò)所提供的語音業(yè)務(wù)已驗證了這種思路的商業(yè)實踐的可靠性。ITU-H.323協(xié)議和IETF-SIP協(xié)議正是某種程度上體現(xiàn)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(xiàn)第二策略思路的實現(xiàn)手段。
顯而易見，真正意義上的下一代網(wǎng)既需要智能端點業(yè)務(wù)的創(chuàng)新繁榮，又需要其系統(tǒng)可規(guī)模經(jīng)營管理。對于視訊會議業(yè)務(wù)來說，這方面的矛盾似乎沒有存在，無論是H.323還是SIP，都是以智能終端為基礎(chǔ)的，即使是H.320，終端的智能性也要遠大于PSTN電話機。在H.323的體系中，國際電聯(lián)正在推進將H.248融合進H.323的工作，而且該項工作推進的速度非�？�，從提出到提交通過只用了大概一年的時間。這項工作證明，智能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和智能的終端其實并不沖突。對于電信網(wǎng)來說，它所提供的業(yè)務(wù)需要滿足五個“九”的可靠性，SIP，H.323和MGCP/H.248所基于的IP協(xié)議本來就不能提供服務(wù)質(zhì)量保障，如果業(yè)務(wù)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)也不能提供足夠的措施來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(jié)果可能適得其反；但如果還是緊抱著傳統(tǒng)不放，則勢必將會被淘汰。就目前來說，H.323+H.248對于視訊會議業(yè)務(wù)應(yīng)該是一個既滿足現(xiàn)有需求，又能向下一代網(wǎng)過渡的組網(wǎng)模式。但H.323要想真正成為下一代的視訊會議組網(wǎng)技術(shù)也非常困難，例如防火墻穿越、擴展性及對移動性的支持等都存在諸多問題。
基于SIP的視訊會議目前得到了很多視訊會議制造商的響應(yīng)，他們都在或多或少地宣稱他們的設(shè)備可以支持SIP，一方面來自于這些制造商對于下一代視訊會議組網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注，另一方面得益于SIP的簡單易開發(fā)。但SIP其實是在控制非IP電話類型的業(yè)務(wù)中更能發(fā)揮其簡單高效的優(yōu)勢，它可以靈活與PC的其它應(yīng)用結(jié)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(tǒng)的補充。對于視訊會議業(yè)務(wù)來說，SIP對于H.323系統(tǒng)的問題，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，目前看來還難作為一個組建完整的視訊會議業(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為未來SIP在多種業(yè)務(wù)的發(fā)展埋下隱藏的絆腳石。
六、結(jié)束語
盡管目前還無法確定什么協(xié)議能夠成為下一代的視訊會議組網(wǎng)業(yè)務(wù)協(xié)議，但視訊會議業(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)需要能夠進行規(guī)模性經(jīng)營和管理，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(jù)需要方便地支持設(shè)備移動、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都無法滿足要求，但可喜的是這兩個標(biāo)準(zhǔn)包括其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究正在相互取長補短，相信它們的作用在相當(dāng)長的時期內(nèi)仍然是相互補充。在未來的時間里，在不同的環(huán)境和實踐中，二者或許能夠結(jié)合或者融合而產(chǎn)生出更適合于視訊會議業(yè)務(wù)發(fā)展的協(xié)議。
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