（信号与信息处理专业论文）h323终端系统的软件建模与控制子系统的实现.pdf

! ! 查奎望查兰堡主堂竺丝苎一 论文题目：h 3 2 3 终端系统的软件建模与控制子 系统的实现 研究生：李晓东 指导老师：裘正定教授 论文摘要 ( 随着计算机网络和通信的发展，i p 网络多媒体通信的研究方 兴未艾。i t u t 的标准i - i 3 2 3 ，得到了广泛的认可。目前广泛使 用的i p 电话也采用h 3 2 3 作为其标准。 i t u t 制定了统一的标准后，会议电视和可视电话业务得到 了迅猛的发展。目前，一方面是会议电视日趋微机化、多功能化； 另一方面i n t e r n e t 正迅速成为多媒体的网络应用环境。国外已经 开始利用l a n i n t e m e t 进行企业内部群组之间的会议电视通信。 会议电视的国际热点正从基于n i s d n 和传统的p s t n 的多媒体 通信，逐渐转向基于i p 网的多媒体通信。于 本文所做的工作结合了“九五”国家重点科技攻关计划专题 项目“基于i p 网的多媒体增值业务平台的研制”。 论文首先研究了h 3 2 3 通信平台的软件复杂性和原有系统的 实现情况，分析了原有系统在研发方面存在的问题，指出h 3 2 3 通信平台的开发应该充分利用系统工程、软件工程的思想和方法 来进行管理、协调和控制，同时充分利用通信系统、实时系统的 设计思想和模式来指导，整个系统应该是一个规范的、模块化的、 完整的、可二次开发的系统。 ( 软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程学科。统一建 模语言( u m l ) 是一个通用的可视化建模语言，用于对软件进行 描述、可视化处理、构造和建立软件系统制品的文档。使用u m l 可以描述一个系统的静态结构和动态模型。面向对象方法则应用 对象及其交互来描述系统。使用面向对象方法并利用u m l 来进 行系统可视化建模，是现代软件工程中提倡的工作方式。上一 北方交通大学硕士学位论文 h 3 2 3 系统包括四种重要的部件，它们是：终端( t e r m i n a l ) 、 网守( g a t e k e e p e r ) 、网关( g a t e w a y ) 和多点控制单元( m c u ) 。 ( 作者严洛按照h 3 2 3 建议的规范，应用面向对象的分析与设 计方法，对h 3 2 3 “终端”部件软件系统进行了规范化的分析与 设计，提出了5 个主题、1 5 个包的软件系统模型，从而实现了对 “终端”系统服务的明确的层次划分。这样的方案减少了h 3 2 3 “终端”应用逻辑与通信平台服务接口之间的耦合程度，提高了 “终端”软件系统的平台独立性和h 3 2 3 协议服务软件模块和子 系统的内聚性和可重用性。对于“终端”系统的模型，作者使用 了u m l 和r a t i o n a lr o s ec a s e 工具进行了规范的描述，使模型 具有很强的通用性和实用性。 在整个“终端”系统的设计与实现中，论文充分考虑了通信 系统的实时特征，针对通信系统的并发、同步、阻塞以及通信异 常等问题进行了讨论，提出了相应的设计模式解决方案，并在实 践中证明了这些方案的有效性，对同类软件系统的设计具有一定 的参考价值 以“终端”系统的模型为基础，论文完整地设计并实现了h 2 4 5 多媒体通信控制子系统、传输服务层、系统支持模块、调试信息 予系统等等子系统和模块【在整个开发过程中，作者均使用了u m l 对其提出的设计模型进行了静态结构和动态模型的完整的规范的 描述，实现了完整的测试方案，同时完成了演示代码的编写j ! ! 查銮望查兰堡主鲎堡堡兰 一 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o ft h e c o m p u t e r n e t w o r ka n d t e l e c o m m u n i c a t i o n ，t h er e s e a r c ho fm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n o v e r i p b a s e dn e t w o r ki sd e v e l o p i n gr a p i d l y , a n di t u t sr e c o m m e n d a t i o n h 3 2 3i sw i d e l ya c c e p t e da n da d o p t e db yi pt e l e p h o n ea sac o m m o n s t a n d a r d a f t e ri t u th a de s t a b l i s b e dt h eu 1 1 i f l e dc r i t e r i o n ，v i d e oc o n f e r e n c e a n dv i d e o t e l e p h o n ed e v e l o p e dr a p i d l y v i d e o c o n f e r e n c e b e c o m e s m o r ea n dm o r ep e r s o n a l c o m p u t e r i z e d a n dm u l t i f u n c t i o n a lw h i l e i n t e m e tb e c o m e s a g o o d n e t w o r kc i r c u m s t a n c ef o rm u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o n s o m ef o r e i g nc o u n t r i e sh a v eb e g u nt oc o m m u n i c a t e b yv i d e o c o n f e r e n c ei n s i d ec o r p o r a t i o n sg r o u p s o v e rl a n i n t e m e t m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o nh a sg r a d u a l l yb e e na p p l i e df r o mo v e rn i s d n b a s e da n dc o n v e n t i o n a lp s n q - b a s e dn e t w o r ki n t oo v e ri p - b a s e d n e t w o r k w h i c hb e c o m e sa l s ot h ei n t e m a t i o n a lh o t s p o t 。r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o n o fm u l t i m e d i at e l e m a t i cs e r v i c e p l a t f o r m o ft h ew o r k i nt h ep a p e ri so n eo ft h ek e yp r o j e c t ss u p p o r t e d b yt h es t a t ed e v e l o p m e n tp l a n n i n gc o m m i s s i o n n i n t h f i v e y e a rp l a n i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，s o f t w a r ec o m p l e x i t ya n do r i g i n a li m p l e m e n t a t i o n o ft h eh 3 2 3c o m m u n i c a t i o n p l a t f o r mh a sf i r s t l yb e e ns t u d i e d t h e nt h e p r o b l e m so ft h eo r i g i n a li m p l e m e n t a t i o nh a v eb e e na n a l y z e d i th a s b e e ni n d i c a t e di nt h i s p a p e r t h a tt h e d e v e l o p m e n t o ft h e c o m m u n i c a t i o np l a t f o r mc o m p l y i n 2w i t l lh 3 2 3s h o u l du s et h ei d e a a n dm e t h o do fs y s t e m s e n g i n e e r i n g a n ds o f h , v a r e e n g i n e e r i n g t o m a n a g ea n dc o o r d i n a t e a tt h es a m et i m et h ed e s i g ni d e aa n dp a a e r n o fc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dr e a lt i m es y s t e ms h o u l db eu s e dt o d i r e c t a n dt h ew h o l es y s t e ms h o u l db en o r m a t i v e ，m o d u l a r i z e d ， i n t e g r a t e da n d f i tf o rr e u s e s o f t w a r ee n g i n e e r i n gi sa ne n g i n e e r i n gs c i e n c e ，w h i c hc a ni n s t r u c t c o m p u t e r ss o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n dm a i n t e n a n c e u n i f l e dm o d u l e l a n g u a g e ( u m l ) i sau n i v e r s a lo n et h a t c a nb eu s e dt o d e s c r i b e ， m a n a g es o f t w a r e t h ed o c u m e n m o fs o f t w a r es y s t e mp r o d u c t sc a na l s o b ee s t a b l i s h e db vu m l o b j e c t o r i e n t e dd e s c r i b e st h es y s t e mw i t h o b j e c t sa n dt h ei n t e r a c t i o na m o n gt h e mw h i l eii m i ，c a nd e s c r i b ea ! ! 查銮望奎堂堕主兰堡垒兰 s y s t e m l s s t a t i cc o n s t r u c t i o na n dd y n a m i cm o d e l ，s ou s i n go b j e c t o r i e n t e dm e t h o dc o m b i n e dw i t hv i s u a lm o d e l i n gi st h ew o r k i n gp a r e m t h a tt h em o d e ms o f t w a r ee n g i n e e r i n gp r o m o t e s - t h em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n p l a t f o r m w a s d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e dt o t a l l yc o m p l i e s i t u t sh 3 2 3r e c o m m e n d a t i o n 一 ”p a c k e t b a s e dm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n ss y s t e m s ”w h i c hi s a n i n t e r n a t i o n a lc o m p o s i t i v es t a n d a r d h 3 2 3s y s t e md e s c r i b e sf o u ri m p o r t a n tc o m p o n e n t st h a ta r et e r m i n a l ， g a t e k e e p e r, g a t e w a y a n dm c ut h ea u t h o rf i r s t l ys t u d i e dt h et e r m i n a l s y s t e ma n dm a d et h es y s t e mr e q u e s ta n a l y s i sb yu s eo fu s e c a s e s t o g e t h e rw i t ht h ea c t i v i t yd i a g r a m s o nt h e b a s i so ft h a tw o r k ，t h e s y s t e m 。s s t a t i ca n dd y n a m i cm o d e l i n gw a sm a d ew h i c hi n c l u d e s5 s c h e m ea n d15l o g i c a lp a c k a g e s a tt h ee n do ft h ed i s s e r t a t i o n ，s o m es o l u t i o n st ot h e t e c h n o l o g y p r o b l e m sa r eg i v e n ，s u c ha sd e s i g np a r e m f o rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ， t h er e c o g n i t i o no fu s ec a s e sa n da c t o r si nu s e c a s ea n a l y s i s t h e i m p r o v e m e n ti n u s ec a s e sd e s c r i p t i o n ，t h em a n a g e m e n to fd y n a m i c o b j e c t t h em e c h a n i s mo f e r r o rc o n t r o la n dr e c o v e r y a saw h o l e ，i nt h ed i s s e r t a t i o n ，t h ea u t h o ra n a l y z e sa n dd e s i g n st h e h 3 2 3t e r m i n a ls y s t e mb ym e a n so f o b j e c t o r i e n t e dm e t h o da n d v i s u a l m o d e l i n gt e c h n o l o g ya n dc o m p l e t e st h es o f t w a r em o d e l ss u c ha st h e h 2 4 5s u b s y s t e mo fm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o nc o n t r o l ，t h et r a n s p o r t s e r v i c el a y e gt h es y s t e ms u p p o r tm o d e l ，t h es u b s y s t e mo f d e b u g 百r i g , e r e m e a n w h i l e ，t h e t e s t p l a n w a s d e s i g n e d a n dc a r r i e do u t a c c o m p a n y i n g t h ew h o l e d e v e l o p m e n tp r o c e d u r e 碇3 9 3 7 5 8 献给我亲爱的 父亲 、母亲 北方交通大学硕士学位论文 致谢 本论文的工作是结合国家计委“九五”高科技攻关项目“基 于i p 网的多媒体增值业务平台的研制”完成的这个项目是我们 实验室集体智慧的结晶，凝聚了我们实验室众多老师和同学辛勤 的汗水。 首先，我要感谢我荨赦的导师裘正定教授给了我参加此重 大课题的机会，使我有机会得以充分的锻炼自己裘老师治学严 谨的作风及对科学技术发展敏锐的洞察能力给我留下了极深的印 象。裘老师重视理论联系实际，一直致力于把科研成果转化为生 产力，他的远见卓识和博大胸怀时刻激励我不断前进他的为人 师表和平易近人使我深深敬仰，再一次感谢我敬爱的导师裘正定 教授，能成为他的学生是我的荣幸 我还要深深地感谢我的父亲、母亲，他们无怨无悔地向我 奉献着的深切的爱是最伟大的，最无私的是他们的关爱和鼓励 持续地鼓舞着我永不放弃、永远进取。作为他们的儿子是我一生 的骄傲和荣幸! 我还要感谢丁晓明副教授，感谢他在本论文的工作中所给 予的学术指导和为我的工作提供的许多方便条件。我还要感谢胡 绍海副教授和赵帅锋老师，他对我科研上的难题给予了极大的关 心和帮助 在攻读硕士学位期间，我得到了袁保宗教授、阮秋琦教授、 林碧琴副教授、赵耀副教授、唐晓芳老师等热情指导和帮助，在 此表示深深地感谢 在论文的实际开发工作中，田红健硕士对我在数据结构的编 解码实现方法方面给予了认真、热情的帮助刘亚硕士为我的演 示程序进行了完整的设计与实现，他与我在开发过程中对于所遇 到的难点进行了较为详细的讨论刘光磊硕士、于建岗硕士、 杰硕士在开发过程中投入了大量时问给予我代码实现方面的研究 与探索薛成效硕士、王蕾磊硕士和我共同探讨和解决了一些科 研上遇到的难题盛双平硕士在工作和生活中都给予了我热情、 北方交通大学硕士学位论文 真挚的关心和帮助他们的帮助使我受益菲浅 我还要感谢我的好朋友陈明，他在开发过程中与我并肩作 战、通宵达旦，给予了我莫大的帮助，也给我带来了无限乐趣 我还要感谢我的好朋友和好同学吴亦川、舒志龙、陈一帅，与他 们共同生活的几年中我们共同讨论了许多技术上的问题，他们也 给我带来了许多灵感我还要感谢韩延慧女士在我的论文答辩筹 备阶段给予我的大力帮助 还有实验室的张志飞博士、廖敬一博士、卢飞硕士、舒广硕 士以及其它同学都对我的开发工作给予了热情的帮助，对此我表 示衷心的感谢。 我还要感谢我的女朋友门立群小姐在论文工作及撰稿的 整个阶段，她与我同甘共苦，给予了我无私的帮助和关心，我深 深地向她表示感谢! 每当回忆起那些日e l 夜夜，我都会思绪万千、感慨非常。 让我再一次真诚地感谢他们! 让我再一次衷心地祝福他们! 些查奎堡奎兰堕圭茎竺堡苎 i 一 第一章综述 1 ，i 论文的背景和意义 1 通信网络、计算机技术的发展促进了多媒体业务 的广泛应用，以i p 电话、视频会议、远程教学等为 代表的多媒体业务正逐渐展现出其重要性 目前，企业的国际环境变得日益复杂，竞争日趋激烈，现代 企业必须依靠高质量的信息及很高的信息获取能力才能立于不败 之地。对企业特别是大公司而言，在经营活动中，希望借助更先 进的通信系统达到缩短产品投放市场的时间，改善对用户的服 务，减少差旅支出等目的；对个人而言，由于生活环境日趋复杂， 生活节奏越来越快，也希望能随时获取信息，并采用计算机支持 协同工作( c s c w ) 方式来提高工作效率；未来的家庭对多媒体 应用需求主要有远程购物、远程医疗、远程教育、网络游戏等。 这就需要在一种网络基础结构上传输语音、数据和视频等多媒体 数据。 随着通信网络、计算机技术的发展，i p 网络的统一性前所未 有地得到了广泛的认可，其所具有的应用广泛、使用方便、费用 低廉的特点也越来越明显，基于i p 网的实时多媒体通信( 如可视 电话，会议电视，碍电话等) 已成为发展方向。从i p 网络上的 一些试验来看，在i p 网络上传输多媒体信息的效果能够基本满足 要求，并且目前的一些应用表明，在i p 网络传输语音信息的开销 甚至小于平常的长途电话，在一种网络基础结构上进行各种媒体 的传输能够降低维护网络费用，进而可以促进网络融合。 正是基于这样一种局面，i t u 从1 9 9 6 年开始把多媒体通信标 北方交通大学硕士学位论文 准的制定重点转到基于i p 网络的多媒体通信系统标准的制定上a 由于2 3 年内i p 数据流量将超过话音流量成为电信业务的主 流，i t u t 认识到2 0 0 0 年电信环境将以基于i p 的技术为主导。 为此，i t u t 各组全面开展i p 相关标准化的研究工作，指定s g l 3 作为i p 主导研究组。在s g l 3 专门成立了i t u - t 的i p 专家组， 负责协调i p 的网络体系结构、寻址、管理、传送、接入、i p 性 能、互通能力及应用研究，i p 研究被列为最高优先级，原来有的 g i i 等研究项目被降为低优先级。 i n t e m e t 是目前世界上最庞大的计算机网络，它是由数以万计 的l a n 和w a n 通过路由器连接构成的，能提供多种服务，如电 子邮件( e m a i l ) ，电子公告板( b b s ) ，文件传输( f t p ) ，远 程访问( r a s ) ，w e b 浏览( w w w ) ，自动检索业务( a r c h i e ) 等等，其用户已遍及全世界。人们对在i n t e m e t 上进行多媒体通 信产生了浓厚的兴趣，当前，国外商用多媒体应用市场热点是在 多媒体视频会议系统和多媒体检索业务方面。 多媒体视频会议系统实质上是多媒体计算机技术与通信技术 相结合的产物。通过多媒体技术和网络通信技术的支持，视频会 议系统为身处异地的人们提供了一个相互讨论问题，并进而协同 工作的环境。它集计算机的交互性、通信的分布性以及电视的真 实性为一体，具有明显的优越性，因而成为当今计算机领域的一 个研究热点。 视频会议系统多媒体信息的强大表现力和计算机的交互、管 理能力，极大地方便了与会者。在会议发起时，计算机负责用户 间的联络( 包括发送邀请、处理回执等) ；在会议进行中，可自 动处理用户的加入和退出，为用户灵活地参加会议提供了方便。 这种会议系统不仅能实时地传输与会者的声音与影像，产生面对 面讨论的感觉，而且可以将会议上讨论的内容与这些信息的传输 结合起来，便于计算机完成一些事务性工作，减轻与会者的负担。 在会议进行过程中，用户还可以通过数据库查找会议中要用到的 资料，建立会议的目录，记录会议的进展，以便归档保存，供以 后查询。视频会议系统不仅为面对面( f a c et of a c e ) 交谈提供 手段，而且有效支持群体协作，这主要表现在以下方面：提供共 享工作空间；提供足够的视频和音频通信能力，使人们尽量以面 对面方式进行交互：在交互过程中，控制和协调相关用户之间以 及用户与系统之间的关系；提供共享信息空间：人与人之间交互 式数据交换与操纵；同时支持个人与群体工作，并且可以在两者 之间交换信息。 视频会议系统有很广阔的应用前景，现将国内外有关的主要 应用介绍如下。 ( 1 ) 商业会议 视频会议系统最主要的功能，是在提供远端双方立即且面对 面会谈，因此而达到会议目的。其最直接的效益是节省了因会议 而造成的各种费用及时间支出。 ( 2 ) 远程教学和技术培训 利用此系统进行远程教学，可以充分利用全国的教育资源， 提高教学质量和效率。 ( 3 ) 远程医疗和会诊 在分散于异地的医院之间部署视频会议系统，不仅可提高医 疗质量，降低医院的运行成本，而且还可提高医疗诊断的及时性、 准确性，最终达到远程“现场”协作会诊医疗的目的。 ( 4 ) 科研合作和工程设计 视频会议系统彻底改变了人们之间信息相互交流的方式，而 这种新颖的交流方式在科研合作和工程设计中有不可估量的作用 和地位。 总之，视频会议系统无论应用于什么场合、什么目的，其最 终的、也是最直接的效益是节省开支，提高效率。 9 0 年代以来，视频会议业务得到了蓬勃的发展，其发展速度 异常迅猛，这不仅仅是因为视频会议业务突出的优越性已充分地 被人们所认识，另一重要的因素是有关它的i t u 标准的制定，为 推广该种业务起到了关键作用。 遵从i t u 标准的不同厂商产品之间都可通过呼叫来建立联 系，且具有透明的互用能力。其h 3 2 x 标准能使不同厂商遵从标 准的产品设备可以加入世界上所有的基础设旖和通信网络之中。 能够运行视频会议的通信网络( 传输介质) 有很多种，如i s d n 、 b i s d n 、l a n 、p s t n 以及a t m 和i n t e m e t 。 i t u t 从8 0 年代末到1 9 9 8 年期间完成了一系列应用于不同 网络环境下的视听多媒体系统和终端标准的制定工作，其主要的 框架性标准如下： i t u th 3 l o ：描述了h 2 0 0 a v 1 0 0 系列建议中定义的宽带 视听多媒体通信系统和终端的技术要求： 韭互奎望盔兰堡主兰垡堡奎生一 i t u th 3 2 0 ：定义了基于窄带综合业务数字网( n - i s d n ) 窄 带可视电话系统和终端设备的技术规范“1 ： i t u th 3 2 l ：描述了h 3 2 0 终端在b 一 s d n 环境下的适配， 遵循该标准的终端可以和b i s d n 网中的其它h 3 2 1 终端以 及n i s d n 网中的h 3 2 0 终端互通”： i t u th 3 2 2 ：描述了h 2 0 0 a v 1 2 0 系列建议中定义的窄带 可视电话服务的技术规范，主要涉及在保证q o s 的局域网上 开展可视电话业务的要求 1 ： i t u th 3 2 3 5 1 ：i h j t 在1 9 9 6 年推出了版本1 ，定义了在不 保证q o s 的局域网实现视听多媒体通信的系统组件，规程和 协议：1 9 9 7 年1 0 月，i t u t 由推出了版本2 ，即“基于包的 多媒体通信系统”，这也是本论文研究的主要标准；在1 9 9 9 年，又推出了版本3 。 i t u th 3 2 4 【6 1 ：定义了通过v 3 4m o d e m 在p s t n 上进行低 比特率多媒体通信的终端； 特别是随着i p v 6 协议、r s v p 、r t p r t c p 等一系列协议的推 出，在i n t e m e t 上的多媒体通信成为可能。 p v 6 就i p v 4 所带来的 i p 资源有限、无法控制带宽、没有提供同步功能等缺陷进行了改 进，i e t f 开发的r s v p 协议和砌瞪协议使l a n 和i n t e m e t 从理 论上具备了处理实时业务的能力，解决了媒体同步问题，能够满 足多媒体通信业务的要求。 现代通信正向着广泛的无线应用拓展，第三代移动通信系统 的研发已经是现在各大通信公司的重中之重。在3 g 移动通信体 系中，多媒体通信标准正迅猛发展，例如3 g p pt s gs a 4 提出的 在第三代多媒体移动通信标准3 g 3 2 4 m ”就是i t u th 3 2 4 基于 p s t n 的低比特率多媒体通信标准的一个修改版本。由于都是基 于原自i t u t 的标准，在新的3 g 3 2 4 m 中同样应用了许多h 3 2 3 通信系统的功能子集，例如h 2 4 5 控制功能、h 2 6 3 h 2 6 1 视频通 信编解码标准等等。因而即使在新型移动通信领域，i - i 3 2 3 及其 相关标准也都有相当强的生命力。 韭查奎望查兰堡主兰垡笙塞 ! 在这样的背景下，研究和开发符合h 3 2 3 标准的通信平台就 成为国外各大公司、科研机构竞相研究开发的热点，由于i p 网正 处于大发展时期，所以开发出能够统一i p 网多媒体业务的平台具 有重大的意义。国内的厂家和科研单位近来也开始注意到了该标 准的重要性，逐渐投入了h 3 2 3 产品的研究和开发。 2 h 3 2 3 系统的软件复杂性 h 3 2 3 建议是一个参照许多其它i t u t ( 电信标准部) 建议的 综合标准。它包括i ，r u th 系列和t 系列近3 0 个协议，以及将 近l o 多个r f c 文档。 h 3 2 3 定义了四个在分组网上相互影响的组件，即： h 3 2 3 终端( t e r m i n a l ) ：参与一个声音、视频和数 据会议呼叫的完整的功能单元。 h 3 2 3 网关( g a t e w a y ) ：网络互连设备，用于和电 路交换网进行互操作。 h 3 2 3 网守( g a t e k e e p e r ) ：提供其它网络上的标准 终端和h 3 2 3 终端之间进行连接时的地址翻译、用 户管理和网络管理。 h 3 2 3 多点控制单元( m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t ， m c u ) ：组织多点会议时进行会议控制和多点交换的 设备。 h 3 2 3 标准还定义了设备间的操作： 终端如何进行呼叫以及如何接收呼叫： 终端之间如何进行协商，从而定出一个声音、视频 和数据的公共集合( 即终端能力集) ； 声音和视频信息如何格式化成在网络上传输的格式 及如何送到网上； 声音和视频如何进行同步( 唇音同步) ： 终端如何与它们各自的网守进行通信； h 3 2 3 系统描述的主要的四个部件( 终端、网守、网关和多点 控制单元) 都是逻辑部件，也就是说，这里的四个部件都是可以 在某个硬件设备中任意组合的。因而，在设计h 3 2 3 通信平台的 过程中，就必须保证这些逻辑部件的软件独立性。进一步分析， 北方交通大学硕士学位论文 我们还可以看到，h 3 2 3 系统中的每个部件都需要由几个子系统 组成，如h 3 2 3 终端就使用了h 2 2 5 0 涉及的“呼口q 信令控制子 系统”、“注册、许可、状态信令子系统”、“r t p r t c p 媒体流传 输子系统”和 l 2 4 5 涉及的“多媒体通信控制子系统”等等。h 3 2 3 网守则使用了“呼叫信令控制子系统”、“注册、许可、状态信令 子系统”、和“多媒体通信控制子系统”等等。这些子系统的统 一规划、设计和实现是实现一个h 3 2 3 通信平台的基础工作。以 上提及的每一个子系统都是相对独立的实体，都由完整的通信消 息集、通信规程、故障管理和智能实体等组成，因而每一个子系 统的实现又是很完整的一个系统工程。 同时，h 3 2 3 系统是一种通信系统，因而也自然属于一种实时 系统。在实时系统中，时间是决定性因素之一。具体来说，它具 有以下特点8 系统必须在指定时间内处理外部事件，进程并发执行， 以及需要对系统的性能进行优化： 时间线是最重要的：系统必须在指定的时间内( “响应时 间”) 完成指定功能。 事件驱动：系统必须连续响应外部环境产生的事件，这 些事件驱动系统的执行。 软件的不同部分以线程的形式并发执行：并发线程可以 在一个真正的并发系统中运行，在这样的系统中，不同 的线程可以在不同的处理器上执行；并发线程也可以在 一个模拟的并发环境中运行，在这样的环境中，只有一 个处理器执行所有的线程，但是并发操作系统可以合理 地调度这些线程共享同一个处理器。 对非功能性的需求有较高的要求，如可靠性、容错、性 能等。 非确定性：因为并发的复杂性，若使一个系统在所有条 件下正确地工作是相当艰难的。 实时系统的要求使得h 3 2 3 通信系统的实现变得更加复杂。 这样一个复杂的软硬件系统，是不能在没有统一、规范的管 理、规划和设计的情况下正确、及时地完成的。系统的分析和设 计必须系统化、合理化和规范化。 ! ! 查奎望查兰堡主兰垡堡兰! 一 3 原有视频会议系统开发工作中的一些不足 作者所在的实验室是较早进行视频会议系统的研究和开发 的，早期开发的系统是基于i s d n 的会议电视系统，近期主要进 行的是基于i p 网络的多媒体通信平台的研究和开发。在接手原有 视频系统的工作之后，作者进行了分析和研究，主要认为原有的 开发工作有以下一些不足： 多媒体通信平台系统的分柝、设计和开发缺乏统一的管 理和组织 系统没有真正模块化。系统从逻辑上和代码实现上都缺 乏模块化的、系统化的详细方案，没有测试方案和结果， 系统的调试步履为艰，进一步的设计和开发较难 手工作坊式的工作流程使得系统没有正规的分析、设计 和实现文档，工作很难顺利开展 已经实现的系统的设计没有充分考虑容错、效率、可靠 性等实时系统的特性，因而系统的健壮性差、效率较低 基于以上分析可见，原有开发工作急需规范化，软件工程思 想的引入已经必须纳入日程之中了。同时，我们也将要看到，以 面向对象为代表的软件工程思想的革新为软件系统的开发带来了 新的生命力。 4 软件工程科学的发展 软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程学科。采用工 程的概念、原理、技术和方法来开发与维护软件，把经过时间 考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技术方法结 合起来，这就是软件工程。从6 0 年代中期开始，软件界爆发了 众所周知的软件危机。为了克服这一危机，在1 9 6 8 、1 9 6 9 年人 们提出了软件工程这一术语，并在以后不断发展、完善。 北方交通大学硕士学位论文 与此同时，软件研究人员也在不断探索新的软件开发方法， 如p a m a s 方法( 由d p a r n a s l 9 7 2 年提出) 9 1 、s a s d ( 结构化分 析和结构化设计方法) 、面向数据结构的软件开发方法( j a c k s o n 方法和w a r n i e r 方法) i l o l 、p a m ( 问题分析法) 等等。面向对象 ( o o ) 技术是软件技术的一次重要技术革新，在软件开发史上具 有重要的意义。 结构化分析和设计方法要么面向行为，要么面向数据，但没 有既面向行为又面向数据的思想。因此虽然结构化分析和设计方 法使用比较广泛，但只获得有限的成功。 软件的基本组成部分包括产品的行为和这些行为操作的数 据，二者是同等重要的，不应忽视任何一个方面。相比之下，面 向对象的范型把数据和行为看成同等的重要。面向对象方法采用 了封装、继承、多态等技术，着重于软件体系结构的设计，把注 意力从功能转换到了对象，抽象程度从过程抽象提高到数据抽 象，支持向前兼容和修改，致力于软件更高级别的重用，给软件 产业界带来了勃勃生机。国外从8 0 年代起就已经开始在实际工 程项目中采用面向对象技术，并取得了巨大成效，相应产生了许 多面向对象的开发方法，如：b o o c h 方法 1 l l 、o m t 方法f 1 2 1 、 o o s e 方法”副以及现在的p u p “”等等，辅助的开发工具( c a s e ) 也陆续推向市场。软件过程评估领域的能力成熟度模型c m m 的 提出，更大程度地促进了软件工程、软件过程的规范化、系统化。 可以说，现在我们可以充分利用软件工程、过程工程领域的 研究成果来指导我们进行任何复杂的系统分析和设计；同时，也 只有利用科学的管理和规划，我们才能高效率、高质量地完成复 杂系统的开发工作。 5 软件实现技术的发展 随着计算机应用的广泛开展，各种软件技术也如雨后春笋一 般地竟相出现。随着面向对象的软件方法的提出，各种程序语言 苎查銮望查堂堡圭兰焦堕奎 一j ! 一 也同面向对象的方向迈进。其中最具有代表性的就是j a v a 和c + + 。 c + + 具有较好的灵活性和效率，而j a v a 的平台独立性、健壮性也 具有突出的优点。利用c + + 或j a v a 进行面向对象的软件开发可以 充分利用语言的许多突出的优点。另外，随着c 抖标准化的顺利 进行，c + + 的开发逐渐具有较好的通用性和实用性，尤其是s t l ( c 十+ 标准模版库) 的标准化，使得c 十+ 这种语言的实用性大为 增加。我们可以充分利用现有库的支持开发出高效率、高质量的 代码。 在这样的情况下，充分利用系统工程、软件工程的思想和方法 来进行管理、协调和控制，同时充分利用通信系统、实时系统附设 计思想和模式来指导，进行设计和实现一个规范的、模块化的、完 整的、可二次开发的h 3 2 3 通信平台就变得迫在眉睫了 本论文结合了“九五”国家重点科技攻关计划专题项目。基于 i p 网的多媒体增值业务平台的研制”在冒内，作者所在实验室是 较早开始研究h 3 2 3 的，由于目前国内还没有厂家或科研单位开 发出完整的h - 3 2 3 产品，国内用户所使用的h 3 2 3 设备均为国外 的产品所以，本论文的研究工作就显得重要而耳是紧迫的了 1 2 论文的主要内容 本论文介绍了i p 网上多媒体通信的发展、现状及趋势；研究 了i t u th 3 2 3 系列协议及其软件复杂性，针对原有h 3 2 3 通信 平台设计与开发的不足，结合现有软件工程的思想，利用面向对 象的技术及软件建模技术，提出了基于i p 网的多媒体通信平台的 终端系统设计和实现方案。 本论文主要完成了以下工作： 1 ) 研究了软件工程中的面向对象的设计思想和在u m l 的帮 助下进行系统建模的方法 2 ) 研究了h 3 2 3 终端系统的结构和软件复杂性，从系统的 角度对终端部件的组成进行了系统分析和设计，提出了终 端h 3 2 3 应用逻辑服务层、h 3 2 3 协议服务层、传输服务 层的分析和设计模型 北方交通大学硕士学位论文 1 2 3 ) 利用软件工程方法对如下模块完成了分析、设计和实现 的工作： h 2 4 5 子系统：包括 - 1 2 4 5 接口甚 h 。2 4 5 核心处理器屠 h 。2 4 5 淆患管理层 能力交换信令实淬 i 从决定信令实体 单向逻辑通道信令实体 双镝逻辑通道信令实 奉 接收方请求关闭逻辑通道信令实体 通信模式请求信令实体 传输管理包 数据传输服务包 调度模块 a s n 1 消息处理核心模块 系统支持模块 调试信息子系统 4 ) 为“终端”系统的调试和测试增加了一个独立的软件解 决方案 5 ) 针对“具有通信系统特征的软件”设计方案进行了讨论， 提出了对于并发、同步、阻塞以及通信异常等特征的软件 设计解决方案 1 3 论文的结构 论文的结构如下： 第一章：介绍了m 网络上多媒体通信的发展，接着讨论了作 为r p 网络多媒体通信的典型应用一视频会议系统的发展，并研究 了h 3 2 3 通信平台的软件复杂性，分析了原有系统开发中存在的 问题，同时讨论了软件工程和软件技术的发展，以此阐述课题的 研究背景及意义。 第二章：介绍了软件工程中的面向对象的范型及其应用，讨 论了软件过程的各个阶段，并结合统一建模语言对可视化建模过 程进行了探讨。 第三章：从h 3 2 3 建议出发，研究了h 3 2 3 终端系统的结构： 从面向对象的角度对终端系统进行了软件建模。 第四章： 方案。 第五章： 第六章： 结束语： 描述了h 2 4 5 多媒体通信控制子系统的模型和实现 描述了传输服务层的模型和实现方案 讨论了系统分析、设计与实现中的技术难点 对整个论文作一总结。 韭查銮望查兰塑主兰堡堡苎! ! 一 第二章软件工程及面向对象的设计方法 2 1 软件工程的概念 采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护软件，把 经过时间考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技 术方法结合起来，这就是软件工程。正如我们前面提到的，软件 工程是指导计算机软件开发和维护的工程学科。 软件工程强调使用生存周期方法学和各种结构分析及面向对 象设计技术。它们是在七十年代为了处理应用软件日益增长的复 杂程度、漫长的开发周期以及用户对软件产品经常不满意的状况 而发展起来的。人类解决复杂问题时普遍采用的一个策略就是“各 个击破”，也就是对问题进行分解然后再分别解决各个子问题的 策略。软件工程采用的生存周期方法学就是从时间角度对软件开 发和维护的复杂问题进行分解，把软件生存的漫长周期依次划分 为若干个阶段，每个阶段有相对独立的任务，然后逐步完成每个 阶段的任务。采用软件工程方法论开发软件的时候，从对任务的 抽象逻辑分析开始，一个阶段一个阶段地进行开发。前一个阶段 任务的完成是开始进行后一个阶段工作的前提和基础，而后一阶 段任务的完成通常是使前一阶段提出的解法更进一步具体化，加 进了更多的物理细节。每一个阶段的开始和结束都有严格标准， 对于任何两个相邻的阶段而言，前一阶段的结束标准就是后一阶 段的开始标准。在每一个阶段结束之前都必须进行正式严格的技 术审查和管理复审，从技术和管理两方面对这个阶段的开发成果 进行检查，通过之后这个阶段才算结束；如果检查通不过，则必 须进行必要的返工并且返工后还要再经过审查。审查的一条主 要标准就是每个阶段都应该交出“最新式的”( 即和所开发的软 件完全一致的) 高质量的文档资料，从而保证在软件开发工程结 束时有一个完整准确的软件配置交付使用。文档是通信的工具， 它们清楚准确地说明了到这个时候为止，关于该项工程已经知道 了什么，同时确立了下一步工作的基础。此外，文档也起各忘录 的作用，如果文档不完整，那么一定是某些工作忘记做了，在进 入生存周期的下一阶段之前，必须补足这些遗漏的细节。在完成 北方交通大学硕士学位论文 生存周期每个