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视讯会议业务组网协议分析
一、引言   
    在视讯业务领域,无论发展到哪一个阶段,组网协议及其标准化工作一直是处于核心的重要位置,大到合理的框架结构,小到每一个参数的内容定义,只有组网协议的内容确定下来,产品才能制造,业务才能互通,领域才能发展。  
 
    回顾视讯会议的发展历程,其组网协议也跟随着通信网络的发展而变迁。国际电联的标准发展经历了基于电路交换的H.320协议,基于包交换时面向有连接的H.321协议,基于包交换时面向无连接的H.323协议。目前,H.323已经获得了越来越广泛的应用。同时,由于分组交换网带来的灵活和自由,对于组网协议的研究和制定也引起了很多标准化组织的兴趣,目前IETF制订的SIP就是一个非常热门的研究课题。

二、H.320协议   
    1、H.320的提出及使用范围   
    H.320系列标准是ITU-T于1990年提出的,是目前会议系统中应用最早、最为成熟的协议,它支持ISDN,E1,T1,带宽从64kbit/s到2Mbit/s。截止到2000年,几乎所有会议系统厂家都支持H.320协议,甚至目前许多基于IP的视频会议系统也支持H.320。该建议规范了ISDN网上的视频会议系统的主要技术环节,这是第一个基于特定网络制订的协议,对于视频会议业务的互通以及不同公司产品之间的互联提供了基本保障,这个标准的推出,在视讯会议发展史上具有里程碑的意义,为视频会议的发展和普及奠定了基础。
  
    2、H.320的主要组成设备因受限所导致的问题   
    H.320的主要组成设备有多点控制单元(MCU)和终端设备。这在当时是一个非常完备的系统,但由于该系统是建立在电路交换网基础之上,受到了很多的限制,也导致了很多问题:   
    (1)受到电路交换带宽的影响。电路交换的特点是面向连接,传输速率和时延稳定、时延小、误码率低,因此视频会议的质量容易得到保证。但它的缺点是连接固定,导致了用户线路使用费用较高。用户层的接入一般采用El专线方式或ISDN2B+D的接入方式连接,专线虽然能保证良好的稳定性和图像质量,但网络利用率低。ISDN受线路影响较大,对于线路同步等要求较高。这两种传输方式都限制了会议的规模和可扩展性。   
    (2)受到电路交换特性的影响。由于在电路交换系统中不存在虚电路连接,因此终端和视讯会议系统之间交换的信息??音频、视频、数据和信令,都通过这一条电路来交换,所以采用了单MCU星型组网和两级MCU级联的方式。单MCU星型组网是指采用一个MCU设备与多个会议终端组成星型网络结构。当会议终端多于一个MCU所提供的端口数时,单个MCU就无法连接所有会议电视终端。此时要通过级联MCU的方式来实现网络的扩容来增加网络容量,构成主从结构。每个从MCU都与主MCU构成固定连接,因此网络的稳定性差。从拓扑结构上来看,这种单星型结构会因主MCU的问题导致全网的不稳定。由于BAS码长度的影响,网络无法进行3级级联,即使能通过一定手段级联,会议最小时延、同步的要求也无法满足,也就是说实际组网时的网络规模很难再进行更进一步的扩展。  
 
    综上所述,在电路交换的基础之上,仅能开展针对小部分人的标准的视讯会议应用,不能扩展为一个多应用、交互性的多媒体通信平台。

三、H.323协议   
    随着包交换技术的发展,ATM在一个阶段内得到了很大推进。自1995年以来,ITU-T又陆续推出了用于ATM网络的H.310和H.321系列标准。但随着时间的推移,ATM到桌面的可能性越来越小,因而H.310或H.321应用的可能性也很小了。   
    1、H.323介绍   
    1996年,ITU-T又推出了用于计算机局域网的H.322和H.323系列标准。H.323标准经过了四年的发展后,其2000年推出的第四版得到了大部分视讯会议厂家的支持。H.323不是一个单一标准,而是一个关于在IP环境中实时多媒体应用的完整标准族,它对于呼叫的建立、管理以及所传输媒体格式等各个方面都有完善而严格的规定。
  
    (1)从整体上来说,H.323是一个框架性建设,它涉及到终端设备、视频、音频和数据传输、通信控制、网络接口方面的内容,还包括了组成多点会议的多点控制单元(MCU)(由多点控制器(MC)和多点处理器(MP)组成)、网关以及关守等设备。  
 
    (2)基本组成单元。它的基本组成单元是“域”,在H.323系统中,所谓域是指一个由关守管理的网关、多点控制单元(MCU)和所有终端组成的集合。一个域最少包含一个终端,而且必须有且只有一个关守。   
    (3)H.323的实体。H.323系统中各个逻辑组成部分称为H.323的实体。其中,终端、网关、多点控制单元(MCU)是H.323中的终端设备,是网络中的逻辑单元。   
    (4)H.323的应用。利用H.323在网络上可以开发出许多与底层网络传输无关的多媒体应用,如多媒体视讯会议、多媒体监控、多媒体生产调度指挥、远程企业培训和教育、多媒体呼叫中心、网上IP电话、网上IP传真、网上视频点播和广播等,并且可以利用H.323将多种应用和业务迭加到同一个传输网络平台上。H.323采用了先进的TCP/IP技术,在提供相同性能和更多功能的同时,大大降低了用户终端的成本以及用户线路使用费用,具有很高的性能价格比。

    2、H.323体系   
    H.323体系基本上是一种兼顾传统PSTN呼叫流程和IP网特点而发展的开放标准体制,代表着电信多媒体业务的大潮流。它的成功之处是吸取了许多电信网的组网,互联和运营经验,能与PSTN网,与窄带视频业务以及其它数据业务和应用网互联互通。采用H.323技术体制,VoIP运营商可以基本上继承传统运营商的管理和运维模式。尽管H.323在VoIP方面是成功的,但在视讯会议业务网的组建和运营上,却一直没有很成功的例子。H.323在继承了H.320系统组网,互联和运营的经验的同时,也保留了很多在H.320由于电路交换网的局限无法客服的问题,H.320的容量偏小,不易扩展等问题同样出现在了基于H.323组建的网络中。在中国,运营商组建的H.323VoIP和视频业务网都是全国性大网,对网络的扩展性和稳定性要求极高,组网必须多层多域,覆盖城市多达数百,每个月的业务量在几亿分钟以上。对于组建这样的大网,H.320技术不适合,有着太多H.320痕迹的H.323技术也很难成功。
  
    3、H.323的瓶颈问题   
传统的会议系统中,由于音频、视频、数据和信令,都通过一条电路来交换,MCU是作为一个设备存在的,控制和媒体处理这两个功能独立的模块在物理上合并在了一起,H.320系统的一个主要瓶颈也在于此。而在实际H.323系统中,媒体和信令已经完全是两条信道,但仍然沿用了H.320的做法,无法发挥出包交换网络的优势。实际上,多点控制器主要负责会议系统的控制,需要处理的信息量并不是很大,完全可以用软件实现控制很多终端数;多点处理器主要负责媒体处理,需要对大量的媒体流进行处理,需要用硬件实现,应尽可能接近用户端,处理的终端数也就可多可少。这样建立起的视频会议系统是能满足电信网分层的要求的。目前,国际电联也正在推进此项工作,多点控制器和多点处理器分离后使用H.248协议进行通信是可行的。

四、SIP协议   
    SIP是Session Initiation Protocol的缩写,国内文献多译为会话启动协议或会话初始协议。SIP的概念最早出现是在1996年互联网的应用中,并由IETF的多方多媒体会话控制(MMUSIC)首先提出。2002年6月,IETF的SIP工作组又发布了更新版的SIP基本骨架和机理标准RFC3261建议,目前的应用基本上都是以这个建议为基础的。SIP标准定义了多媒体通信及会议信令机制,并借用到HTTP,SDP,MIME,RTP,RTCP等IETF协议。SIP建议与WWW相似,利用Internet结构,通过智能SIP终端提供业务,SIP可利用URI来动态组网。按逻辑功能区分,SIP系统由4种元素组成,即用户代理、SIP代理服务器、重定向服务器以及SIP注册服务器。通常SIP终端同时包括UAC(用户代理客户端)和UAS(用户代理服务端)。UAC用于发起请求,UAS用于落地请求。SIP终端的注册和定位可用的网络资源有:注册服务器、代理服务器和重定位服务器。SIP的终端名称和地址解析可采用的网络资源有:定位服务器,DHCP,ENUM,TRIP和DNS服务器。

    严格地讲,SIP标准是一个实现实时多媒体应用的信令标准,采用了基于文本的编码方式,使得它在应用上,特别是点到点的应用环境中,具有很好的灵活性、扩充性以及跨平台使用的兼容性。SIP的设计目标是通用会话建立和拆线的通用操作协议,没有完整的视频会议和数据会议系统协议框架,IP电话和多媒体通信只是SIP的两种应用之一,SIP的其他应用可以不是IP电话和多媒体通信,如是则SIP的会话过程会非常简单。

五、组网协议的发展分析   
    由H.320到H.323再到SIP,我们可以看出,视讯会议组网协议的发展主线一直很明确,从封闭到开放,从“贵族”到“普及”。在电路交换的时代,会议电视业务还是一个不为大部分人所知的高端业务,而现在我们已经可以借助于MSN等软件,免费地进行面对面的交流。组网协议的不断发展带来的必然是越来越便捷的通信方式,越来越便宜的沟通费用。对于会议组网协议的分析,除了针对独立的业务之外,我们还需要考虑整体的组网框架。在下一代网的讨论中,视讯会议业务也一直是不可或缺的重要部分。
  
    在下一代网的网络架构体系的讨论中,历来有两种迥然不同的策略思路:一种是主张强调智能的端点和边缘,简单的网络设施。因为端到端多媒体融合业务的驱动力来源于端点和边缘,下一代网业务的蓬勃创新和繁荣昌盛正依赖于此。互联网的成功也证明了这种思路对多媒体业务的重要性。另一种思路主张简单的端点和边缘,智能的网络设施。因为只有单纯统一的端点和边缘设备,才有利于规模性的经营管理和控制。PSTN网络所提供的语音业务已验证了这种思路的商业实践的可靠性。ITU-H.323协议和IETF-SIP协议正是某种程度上体现第一策略思路的技术体制。而以MGCP,H.248协议为特征的软交换体系正是体现第二策略思路的实现手段。   
    显而易见,真正意义上的下一代网既需要智能端点业务的创新繁荣,又需要其系统可规模经营管理。对于视讯会议业务来说,这方面的矛盾似乎没有存在,无论是H.323还是SIP,都是以智能终端为基础的,即使是H.320,终端的智能性也要远大于PSTN电话机。在H.323的体系中,国际电联正在推进将H.248融合进H.323的工作,而且该项工作推进的速度非常快,从提出到提交通过只用了大概一年的时间。这项工作证明,智能的网络设备和智能的终端其实并不冲突。对于电信网来说,它所提供的业务需要满足五个“九”的可靠性,SIP,H.323和MGCP/H.248所基于的IP协议本来就不能提供服务质量保障,如果业务网的体系结构也不能提供足够的措施来对其可靠性提供保障,那么0.001%的不可靠性将可能在某些情况下向大的方向迅速偏移。如果为了可能的繁荣丢掉服务质量的承诺,那么最终的结果可能适得其反;但如果还是紧抱着传统不放,则势必将会被淘汰。就目前来说,H.323+H.248对于视讯会议业务应该是一个既满足现有需求,又能向下一代网过渡的组网模式。但H.323要想真正成为下一代的视讯会议组网技术也非常困难,例如防火墙穿越、扩展性及对移动性的支持等都存在诸多问题。
  
    基于SIP的视讯会议目前得到了很多视讯会议制造商的响应,他们都在或多或少地宣称他们的设备可以支持SIP,一方面来自于这些制造商对于下一代视讯会议组网技术的关注,另一方面得益于SIP的简单易开发。但SIP其实是在控制非IP电话类型的业务中更能发挥其简单高效的优势,它可以灵活与PC的其它应用结合,形成更富有创造性的新型业务,所以SIP这种良好的扩展性可以有效地成为H.323系统的补充。对于视讯会议业务来说,SIP对于H.323系统的问题,如防火墙穿越,扩展性等都不存在困难,但也由于SIP彻底摒弃了H.320的思想,目前看来还难作为一个组建完整的视讯会议业务网的协议,而且由于不同的业务有不同的组网要求,IETF自下而上的研究模式也有可能会为未来SIP在多种业务的发展埋下隐藏的绊脚石。

六、结束语   
    尽管目前还无法确定什么协议能够成为下一代的视讯会议组网业务协议,但视讯会议业务组网协议的发展方向必定是跟随下一代网的发展方向,所以我们可以看到有几点还是可以明确的,即:   
    (1)、智能终端。能够提供非常好的灵活性和组合多种业务;   
    (2)、是业务网需要能够进行规模性经营和管理,为业务提供可靠的保障;   
    (3)、具备良好的扩展性,如能够根据需要方便地支持设备移动、新的补充业务等;   
    (4)、必须提供可靠的服务质量,以牺牲服务质量换取的利益最后可能是得不偿失。   

    目前,H.323和SIP都无法满足要求,但可喜的是这两个标准包括其他相关标准的研究正在相互取长补短,相信它们的作用在相当长的时期内仍然是相互补充。在未来的时间里,在不同的环境和实践中,二者或许能够结合或者融合而产生出更适合于视讯会议业务发展的协议。

     

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