（通信与信息系统专业论文）h323协议栈中ras和呼叫信令的设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 由于分组交换的口网络特别是i n t e m e t 的飞速发展，与m 网络相关的技术也取 得了巨大的进展。基于包交换网络的可视通信系统成为研究人员和电信、网络及计算 机厂商关注的焦点之一。集语音、文字和图像于一体的i p 网络的可视通信系统是其 中的热点之一。因此，对基于口网络的可视通信系统进行研究有积极意义。 本文首先简要概述了可视通信及其发展，并介绍了h 3 2 3 协议栈结构和系统结构， 对h 2 2 5 0 协议进行了分析。接着结合课题研究，介绍了h 3 2 3 可视通信系统软件终 端的总体方案设计，以及简介了独立于任何操作系统和硬件外设的h 3 2 3 协议栈软件。 然后，分析了本人负责开发的h 2 2 5 0 协议，给出了呼叫接纳( r a s r e g i s t r a t i o n ， a d m i s s i o na n ds t a t u s ) 和呼叫信令两个任务的详细设计及其软件实现。最后论述了呼 叫接纳和呼叫处理模块的测试以及得出的结论。 h 2 2 5 0 协议主要实现两个功能，其一是对r a s 协议功能的实现，完成网守搜 寻、端点登记、呼叫接纳和带宽管理等功能：其二是实现h 2 2 5 0 呼叫信令协议的功 能，建立h 2 4 5 媒体控制信道，或者通过快速连接和隧道机制，建立一条或多条逻 辑信道。 h 2 2 5 0 协议的设计实现有其特殊的困难，一是要对r a s 消息和呼叫信令消息进 行a s n 1 编码；二是设计有限状态机结构实现呼叫信令模块；三是快速连接和隧道技 术两种新机制的实现。因此，在软件设计和代码实现上要对这些进行重点考虑。 关键词：h 3 2 3 协议栈有限状态机抽象语法标记语言1 快速连接隧道机制 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei n t e m e td e v e l o p e dv e r yq u i c k l y i tp r o v i d e st h eb a s e m e mo fc o m p u t e rn e t w o r k t e c h n o l o g y f o rt h e i m p l e m e n to ft h e v i s u a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m t h es y s t e mi sa m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ns y s t e mt h a tc a nt r a n s p o r ta u d i o 、v i d e oa n dd a t ai n f o r m a t i o n o v e ri pn e t w o r k ，a n di st h eo n eo f f o c u st h a tp e o p l es t u d yv i s u a lc o m m u n i c a t i o n s y s t e m f i r s t ，t h i st h e s i s s u m m a r i 7 - 贮st h e d e v e l o p m e n th i s t o r y a n dd i r e c t i o no fv i s u a l c o m m u n i c a t i o n t h e ni n t r o d u c e sh 3 2 3p r o t o c o ls t a c ka n ds y s t e ms t r u c t u r ef i r s t l y , a n d a n a l y z e sh 2 2 5 0p r o t o c 0 1 s u b s e q u e n t l y , b a s eo nt h e s e ，i ti n t r o d u c e st h eg e n e r a ls o f t w a r e s c h e m eo fh 3 2 3v i s u a lc o m m t m i c a t i o ns y s t e ms o f t w a r et e r m i n a l ，a n dt h ei m p l e m e n t a t i o n o fh 3 2 3p r o t o c o ls t a c ki n d e p e n d e n to f a n yo p e r a t i o ns y s t e ma n dh a r d w a r e t h e n i t g i v e s t h ed e t a i l e dd e s i g na n ds o f t w a r er e a l i z a t i o no fr a sa n dc a l ls i g n a l l i n gm o d u l e s a tl a s t ，i t e x p a t i a t e st h et e s ta n dr e s u l t sf o rt h e s et w om o d u l e s t h e r ea r et w om a i nf u n c t i o n si nh 2 2 5 0p r o t o c 0 1 o n ei st or e a l i z er a s s i g n a l l i n g p r o t o c o l ，a n dt oc o m p l e t eg a t e k e e p e rd i s c o v e r y 、e n d p o i n tr e g i s t r a t i o n 、a d m i s s i o n s 、 b a i l d 惭d 也c h a n g e ，a n ds oo n t h eo t h e ri st or e a l i z ec a l ls i g n a l l i n gp r o t o c 0 1 t h a ti st o e s t a b l i s hh 2 4 5m e d i ac o n t r o l c h a n n e l ，o rb yf a s tc o n n e c tp r o c e d u r ea n dt u n n e l l i n g m e c h a n i s mt oe s t a b l i s ho n eo rm o r e l o g i c a lc h a n n e l s t h e r ea l es o m es p e c i a ld i f f i c u l t i e s0 1 1t h ed e s i g no fh 2 2 5 0 p r o t o c 0 1 o n ei s t h e a s n 1e n c o d i n gf o rr a sa n dc a l ls i g n n l l i n gm e s s a g e s a n o t h e ri st h ei m p l e m e n t a t i o nf o r c a l ls i g n a l l i n gm o d u l eb yf s m ( f i n i t es t a t em a c h i n e ) t h el a s ti si m p l e m e n t a t i o nf o rf a s t c o n n e c ta n dt u n n e l l i n gt w on e wm e c h a n i s m s t h e s ed i f f i c u l t i e sm u s tb et a k e ni n t oa c c o u n ti n t h ec o u r s eo f d e s i g no fs 0 1 a r ea n dc o d i n g k e y w o r d s ：h 3 2 3p r o t o c o ls t a c k f s ma s n if a s tc o n n e c t t u n n e l l i n g i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：兔更强 日期：u m b r a y 4 , 9 “日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密回。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：弛交疆i 同期：j 卯4 年斗月工日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 随着i n t e r a c t 的迅猛发展，利用i n t e r a c t 传语音、视频( 即可视通信系统) 已成为 商家聚焦的中心和研究的热点。目前，人们比较熟悉的i p 电话技术就是可视通信技 术的应用之一，还有一种比较通俗和流行的称谓_ v o i p ，即婶网络承载语音业务 ( v o i c e o v e r i p ) 。 可视通信技术的出现和发展，逐渐改变了人类的社会活动方式。可视通信已成为 人类社会经济生活中不可缺少的一部分。据有关研究表明，人类5 5 的有效信息依赖 于面对面的视觉效果，3 8 依赖于说话者的语音，而只有7 依赖于内容。传统的通 信工具，如电话、传真机等都无法达到面对面或一群人聚集在一起的沟通效果。对企 事业单位来说，常年超负荷运转，出差开会，已成为令人苦恼，望而却步的事情。采 用可视通信会议的方式既达到了召开会议的目的，又避免了出差到外地。从效果上来 看，可以缓解交通紧张状况，节省时间和经费。对于一些紧急性会议，可视通信会议 在争取时间、及时商讨决策、及时贯彻上级重要指示、及时取得重要信息等方面，都 具有明显的优越性。它不仅让参加可视通信会议的每一个人都仿佛坐在同一个会议室 内、同一个会议桌前进行面对面的交流，还可以让与会者在开会的同时方便地处理其 他f j 常工作，而不会为出差开会而苦恼i l 】- f 3 1 。 1 1 何谓可视通信 可视通信到目前为止，都还没有极其严格的定义。通常是指一种在位于两个或多 个地点的一群用户之间提供语音和运动彩色画面的双向实时传送的视听会话型电信 会议业务【2 。而可视通信系统则指的是通过现有的各种电气通讯传输媒体，将人物的 静态动态图像、语音、文字、图片等多种信息分送到各个用户的计算机上，使得在地 理上分散的用户可以共聚一处，通过图形、声音等多种方式交流信息，增加双方对内 容的理解能力。 可视通信系统在用户组成模式上分为点对点( 2 人) 和群组可视通信系统( 多人) 两种，按技术实现方式上分为模拟( 如利用闭路有线电视系统实现单向可视会议) 和 数字( 通过软硬件计算机和通讯技术实现) 两种。 可视通信系统传送的是多媒体数据，与普通数据不同，由于声音和动态图像的源 华中科技大学硕士学位论文 信号的数据量较大，无法直接在一般条件的数字线路上传输。同时，基于对实际使用 效果的要求，用户还要求传送的声音、图像信号连续平滑，其它辅助功能使用简捷。 因此，要达到这样的效果，系统在声音图像压缩、通讯线路条件、数据应用程序共 享等方面都对技术提出了很高的要求。 1 2 可视通信的发展 可视通信在电讯行业已经存在了3 0 多年，但在9 0 年代以前，这些系统一直使 用专用的编解码硬件和软件，会议呼叫的各终端使用的编解码器必须来自同一个厂 商，否则不能正常工作，这种非标准化系统产品的使用极大阻碍了可视通信领域的 发展1 2 1 【4 】。 另外，当时的网络状况非常不稳定并且带宽不理想，这样限制了可视通信系统的 传输速度。视频传输在理论上可以达到3 0 帧s 以上，能够与电视的视频传输速度相 符( 电视视频传输n t s c 制式为3 0 帧s ，p a l 制式为2 5 帧s ) ，而当时视频传输速度 一般不超过1 5 帧s ，这样一来，全动态的视频图像几乎是不可能的，得到的图像质量 一般也都不太稳定，并且图像窗口尺寸也不尽人意，所以这种视频传输业务很难大规 模地投入到商用视频通信市场中去。 早期的可视通信，是基于固定会议室的“电视会议系统”，所有参会人员都必须 到专用的会议室进行。但是，目前这种传统的可视通信模式已经无法满足要求快速响 应的商业竞争，有远见的机构对可视通信的兴趣点已经开始由硬件解决方案转向了应 用灵活、成本低廉的软件视频会议解决方案。客观上讲，随着愈来愈廉价的宽带接入 的普及，视频会议由“硬”到“软”是必然的进化历程。 编码、信息压缩技术及宽带接入技术的迅猛发展，使得基于m 网络的新一代可 视通信系统的技术成本和通信成本不断降低，可视通信得到了蓬勃的发展，这两年国 内电信运营商投入巨资大力建设和推广视讯业务，包括中国电信( 新视通) ，联通和 铁通( 全视通) 等，都是对视讯业务巨大市场非常看好的表现。国际上，关于可视通 信技术的研究和标准化工作正在继续深入进行，其主要目标是进一步确保话音质量、 完善网络管理、解决不同运营商之间的互操作性问题及向p 网络上的多媒体通信演 进口】。另外，桌面终端的运用也不断成熟。但是即使是桌面终端系统，也需要购买昂 贵的硬件m c u ( 中央控制单元) 和桌面终端设备，可见，硬件可视通信设备投资的 高成本是其自身实现“大众化”无法逾越的障碍。 华中科技大学硕士学位论文 专家认为要使可视通信真正成为像上网和打电话一样方便的大众化运用，它的前 途在于纯软件的解决方案，也就是用户可以完全利用其现有的计算机和网络系统，实现 可视通信的应用。 但一直以来有三个主要因素影响软件可视通信的发展。第一是计算机c p u 的处 理能力。由于音视频的编解码需要很强的运算处理能力，在i n t e l 奔腾处理器推出之前 的p c 无法满足音视频编解码的运算要求，这也是为什么硬件可视通信长期存在的原 因；其二是通信网络的带宽和价格。高质量的视频信号的传输需要一定的带宽，过去 宽带网络的不普及以及高使用成本大大限制了可视通信的应用；第三是人们的使用习 惯。与传统的硬件视频会议相比，软件系统需要用户对电脑进行简单的操作。很明显 随着科技的飞速进步及计算机与互联网的广泛应用，影响软件可视通信发展的几个因 素均已突破，软件可视通信快速发展所需的技术基础都已成熟。据国际著名的通信研 究机构w a i n h o u s er e s e a r c h 近期预测，未来全球硬件可视通信设备销售的增长约为 1 8 ，而软件可视通信的增长则将达到1 4 4 ，很显然后者将是未来的发展趋势。 在目前的技术条件下，软件可视通信在音视频质量上已非常接近硬件系统的效 果。相比之下，软件可视通信具备许多优势，包括丰富的数据协作、会议管理和控制 功能；非常方便的系统安装部署、扩容和产品升级；使用灵活，可以随时随地召开网 络会议；还有满足客户个性化的定制等等。此外一个非常重要的优势是它的价格，仅 有硬件系统的几分之一甚至更低。 1 3 课题总体情况介绍 通信网络一般包括交换、传输和终端三部分。对于一个已经成熟的网络来说，其 用户量的大小，往往取决于用户的需求和运营商对市场的培养，终端设备是直接面对 用户的，因此，终端设备的研制在这些方面起着至关重要的作用。 传统的电话网采用的是电路交换方式，即电话通信的电路一旦接通后，电话用户 就占用了一个信道，无论用户是否在讲话，只要用户不挂断，信道就一直被占用着。 一般情况下，通话时总有一方在讲话、另一方在听，听的一方没有讲话也占用着信道， 而讲话过程中总会有停顿的时间。因此用电路交换方式时线路利用率很低，至少有 6 0 以上的时间被浪费掉。可视通信传输采用的是分组交换技术，所谓分组交换，是 把数字化的信息，按一定的长度“分组”、打“包”，每个“包”加上地址标识和控制 信息，共享网络。这样，可在一个信道上提供多条信息通路；此外在分组网上传送信 r 华中科技大学硕士学位论文 息通常还采用数据压缩技术，被压缩的信息分组到达目的地后再复原、合成为原来的 信息送到接收端用户。因此，利用分组交换网的可视通信系统比普通电话的线路利用 率提高许多倍。【4 】。 武汉精伦电子股份有限公司是一家专门从事电信终端设备及管理系统研发和生 产的高新技术企业。h 3 2 3 可视通信系统软件终端是该公司和我们合作开发的一款多 媒体通信终端，该软件终端通过安装在具备声卡、麦克风和摄像头的p c 机后，可以 在局域网内进行语音、视频通信。如果通过和h 3 2 3 网守、网关配合，也可在i n t e r n e t 网上进行可视通信以及与其他类型终端( 如h 3 2 0 终端) 进行通信。该软件终端是可 移植的，可以方便地集成在特定的终端设备，因而用户可以是针对电信运行商，也可 以是普通的家庭。 在上述课题的研发过程中，我负责了该软件终端中h 3 2 3 协议栈的呼叫接纳r a s 和呼叫信令h 2 2 5 0 相关模块的设计与实现。在整个开发的过程中碰到了很多的困难 和实际工程中的问题，这些问题的相续解决给了我很多宝贵的经验和体会。这篇论文 是我在该软件终端中工作的一个总结。 华中科技大学硕士学位论文 2 h 3 2 3 协议栈结构及h 2 2 5 0 分析 h 3 2 3 是i t u - t 于1 9 9 6 年提出的基于包交换网的多媒体会议的建议。h 3 2 3 作为 一个协议框架提供了系统及组成部分的描述，语音及视像编码、呼叫方式及呼叫信令 规程等，但是无服务质量( q o s ) 保证【5 】o 2 1h 3 2 3 协议栈结构 i t u - t 于1 9 9 6 年通过了h 3 2 3v l ，内容重点是局域网内的可视电话会议系统全局 标准；1 9 9 8 年h 3 2 3v 2 中增加了补充业务( h 4 5 0 1 3 ) ，系统控制( h 2 2 5 0 ，h 2 4 5 ) 以及 安全( l 2 3 5 ) 等内容，将其推广到一般的分组网络；随后在h 3 2 3v 3 中又增加了呼叫保 持、呼叫暂停和代答、呼叫等待、消息等待、识别服务以及忙时呼叫完成( h 4 5 0 4 8 1 等内容，将研究重点集中于网关控制协议、管理域间协议、移动管理协议和管理数据 库m i b ；2 0 0 3 年定稿的h 3 2 3v 4 重点增加q o s 的内容，加强对h 3 2 3 补充业务和v o i p 电话网络安全的研究，同时引入了媒体网关控制器m g c 和媒体网关m g 的概念【l 】 f 16 l - 【8 1 。 h 3 2 3 协议栈结构如图2 1 所示。其下三层为p b n ( p a c k e t b a s e d n e t w o r k ) 的底 层协议。运输层有两类协议：不可靠传输协议，如u d p ，用于传送实时音视频信号和 终端至网守的r a s ( r e g i s t r a t i o n ，a d m i s s i o n a n ds t a t u s ) 协议；可靠传输协议，如t c p ， 用于传输数据信号及呼叫信令和媒体控制信令。音频编码采用的是g 系列建议，包括 g 7 1 1 、1 3 7 2 3 1 和g 7 2 8 等，其中，g 7 1 1 为必选编码方式，其余为任选方式。视频编 码采用的是h 2 6 0 系列建议，如h 2 6 1 ( 必选方式) 、h 2 6 3 ( 任选方式) 等 9 】- 【1 3 】。上 述实时音视频编码信号均封装在r t p 协议分组中，以提供定时信息和数据报序号，供 接收端重组信号。r t c p 协议提供q o s 监视功能，它是l 玎p 协议的一部分【1 4 1 ，【1 5 1 。 音频应用视频应用i终端控制和管理数据碰用 g 7 h2 6 h2 2 5 0h2 4 5 h2 2 5 0t1 2 0 加密r t c p呼叫控制 r a s 信令系列 r t p 信令信令 不可靠传输协议可靠传输协议 网络层 链路层 物理层 图2 - 1h 3 2 3 协议栈结构 华中科技大学硕士学位论文 h 2 2 5 0 和h 2 4 5 是h 3 2 3 系统的核心协议，前者主要用于呼叫接纳和呼叫信令 控制，后者用于媒体信道控制1 6 l ， 1 7 1 。在h 3 2 3 中，呼叫指的是两个端点之间的一种 点到点的联系。一个呼d q 通信可以只包含一种媒体，也可以包含多种媒体信息，每种 媒体信息在一个逻辑信道上传输，在d 网络中，逻辑信道就是t c p 连接或者无连接 的u d p 通道。每个逻辑信道的打开和关闭、参数设定、收发双方的能力协商等控制 功能由h 2 4 5 协议完成，它还要完成多点会议呼叫各逻辑信道的配合控制功能。h 2 4 5 的控制信号在一条专门的可靠信道( 如t c p 连接) 上传输，称为h 2 4 5 媒体控制信道， 媒体控制信道必需在任何逻辑信道之前先行建立，并在通信结束后释放 。在任何呼 叫丌始之前，首先必需在端点之间建立呼叫联系，同时建立h 2 4 5 控制信道，这就是 h 2 2 5 0 呼叫信令协议的主要功能。当控制功能移交给h 2 4 5 以后，原则上呼叫联系 即可释放，如果有补充业务的话，则要到整个通信结束后才释放呼叫联系。呼叫释放 也由h 2 2 5 0 完成。h 2 2 5 0 协议还包含两个功能。一是规定了如何利用r t p 对音视 频进行封装；二是定义了r a s 协议。r a s 协议的作用是为网络管理点提供确定端点 地址和状态、施行呼叫接纳控制等功能，该管理点就是网守( g k - - g a t e k e e p e r ) 3 1 。 因此，1 4 3 2 3 协议仅仅是一个协议框架，它提供了系统及组成部分描述，呼叫方 式描述以及呼叫信令程序。 2 2 i - i 3 2 3 系统结构 h 3 2 3 定义的多媒体通信系统由终端、网关、网守、多点控制器( m c ) 、多点处 理器( m p ) 和多点控制单元( m c u ) 组成f j 8 ，口9 1 。其系统结构如图2 2 所示。 闰2 - 2h 3 2 3 系统结构 接h3 2 i 模式远行 的h3 2 0 终蛐 6 华中科技大学硕士学位论文 h 3 2 3 终端是在p b n 上遵从h 3 2 3 协议标准进行实时通信的端点设备，它可以集成 在个人计算机中，也可以是一个独立的设备，如以太网电话机或可视电话机。 网关主要是实现h 3 2 3 协议和h 3 2 4 h 3 2 0 i - i 3 1 0 协议的变换和处理，通信协议和 规程之间的互译以及实现h 3 2 3 视频会议网与其他网的互联。 网守主要负责h 3 2 3 会议域的定义与管理；会议终端用户名与地址的翻译；会议 终端的注册、登记和状态显示( r a s 消息) ；h 3 2 3 网络带宽的管理和控制；h 2 2 5 0 呼叫信令和h 2 4 5 媒体控制信令的转接以及作为呼叫转移的管理。 多点控制器( m c ) 提供会议的控制功能。它和参加会议的每个端点执行“能力 交换”过程，指示信息可发送的操作模式，调整向各终端发送的能力集信息，确定会 议的通信模式。多点处理器( m p ) 实现声音及视频的交换、混合或两者的组合等处 理。多点控制单元( m c u ) 是会议通信的重要设备。它必定包含一个m c 。在集中式 多点会议中，还包含一个m p i 在分布式多点会议中，由于音频和视频是由各终端通 过多播方式赢接播发的，因此只需要一个能处理数据的m p 。m c 和m p 只是功能实体， 并非物理实体，m c 可以安装在终端、m c u 、网关、网守上；而m p 可以安装在m c u 、 网关和网守。 2 3 i t 2 2 5 0 呼叫接纳和呼叫信令协议分析 在h 3 2 3 端点之间建立通信关系一般需要经过三个信令过程：r a s 呼叫接纳信令 过程、h 2 2 5 0 呼叫信令过程和h 2 4 5 媒体控制信令过程 5 】。而呼叫接纳和呼叫信令是 h 2 2 5 0 协议规定的主要内容。 r a s 呼叫接纳信令过程执行的是r a s 协议，控制信道为r a s 信道，是一条不可靠 信道，在i p 网中，就是u d p 通道。网守同意接纳后在端点和网守或端点之间建立起呼 叫信令信道，进入呼叫建立。h 2 2 5 0 呼叫信令过程执行呼叫信令协议，控制信道为呼 叫信令信道，在i p 网中，就是可靠的t c p 通道，呼叫建立成功后，在端点之间建立起 h 2 4 5 控制信道。 2 3 1 呼叫接纳r a s 协议 r _ a s 是端点和网守之间执行的协议，基本上是管理功能。它包含的几个过程及功 能如下p j ： ( 1 ) 网守搜寻：用于端点搜寻其归属网守，采用多播机制完成。其后所有r a s 消息均限定在端点和其归属网守之间传送。 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 端点登记：用于端点向网守登记其自身信息，主要是别名和呼叫控制信道 运输层地址。包括去除登记过程。 ( 3 ) 端点定位：用于端点或网守向相应的网守询问某一端点的呼叫控制信道的 运输层地址。 ( 4 ) 呼叫接纳和退出：呼叫接纳是起呼时的第一步操作，询问网守是否允许该 呼叫发起。而呼叫退出是呼叫结束后通知网守，该端点已经退出呼叫。 ( 5 ) 带宽管理：支持端点在呼叫过程中提出带宽改变要求，由网守作决定。 ( 6 ) 状态查询：主要是用于网守询问终端的开机关机状态。 ( 7 ) 网关资源指示：向网守通告该网关的可用资源。( 终端不用该过程) r a s 消息在h 2 2 5 0 协议附录中，定义成a s n 1 树结构的形式给出。在i p 网络中， r a s 消息是基于u d p 消息传送，不能保证能够正确无误地传送到对方，因此实事上 g a s 消息基本上都是成对出现的，对于任何消息都可以考虑通过应答或拒绝消息来确 定消息是否传送到对方，如果没有传送到对方，还有一定的重发机制【l 】。 2 3 2h 2 2 5 0 呼叫信令协议 h 3 2 3 系统的h 2 2 5 0 呼叫信令协议是以i s d n 的q 9 3 1 q 9 3 2 q 9 5 0 为基础制定 的，其中尤以q 9 3 1 1 2 0 】为最重要。h 2 2 5 呼叫信令消息和信息单元都是q 9 3 l 消息和 信息单元的子集，主要差别是对各个消息中用户用户信息单元内容根据h 3 2 3 系统的 要求作了新的增补定义，另外对某些信息单元的个别字段的编码和含义作了一些扩充 和界定。h 2 2 5 0 基本呼叫信令还借用了q 9 3 2 2 1 中的性能( f a c i l i t y ) 消息和用户信 息( u s e ri n f o r m a t i o n ) 单元。用户用户信息单元u u i e 是h 2 2 5 0 呼叫信令中最为重 要的信息单元。它不只是传送常规的端到端用户数据，更为重要的是由此传送h 3 2 3 特定的呼叫控制信息。正是这些特定信息构成了h 3 2 3 系统呼叫信令的核心内容，体 现了系统的呼叫信令能力。该信息单元是呼叫信令主要消息的必备，这些消息中的 u u l e 定义实际上就是h 2 2 5 0 信令消息设计的主要内科3 1 。 从原理上说，q 9 3 l 的控制对象是电路连接( b 信道) ，而h 2 2 5 0 的控制对象只 是呼叫，其任务是建立起端点间的h 2 4 5 控制信道，至于各端点间的媒体通信“连接” ( 即逻辑信道) 的建立和释放是由h 2 4 5 控制协议完成的。因此，q 9 3 1 定义的许多 信令过程和信息单元f 2 0 l ，口2 1 在h 2 2 5 0 中是用不上的，之所以采用直接借用的方法，一 是标准制订速度和可靠性有保障，二是有利于和s c n 的互通。 华中科技大学硕士学位论文 3h 3 2 3 可视通信系统软件终端总体方案 我们的目标是用纯软件来实现h 3 2 3 可视通信系统软件终端，该可视通信软件终 端由两大部分组成：h 3 2 3 协议栈和应用程序相关模块【2 3 1 。 h 3 2 3 协议栈软件是一个独立于任何操作系统和目标系统硬件的可移植的软件 包。为了便于源代码的移植，h 3 2 3 协议栈软件包一律用标准的a n s ic 语言编写。 该软件包通过移植代码，可运行在特定的操作系统和硬件系统环境中。应用程序包括 用户界面、应用主控程序和音视频输入输出程序等。 为了便于原型系统的实现，通过设计和移植h 3 2 3 协议栈软件包，在相关的应用 软件模块的支持下，h 3 2 3 软件包与应用程序代码一起，构成在w i d o w sx p 操作系统 系统环境下运行的一个可执行程序( 进程) ，而该程序进程由多个线程组成。 3 1 软件管理、通信机制简介 h 3 2 3 协议栈是一组标准协议，为了使协议栈软件便于移植，必须提供一种通用 的函数调用机制。这些通用函数到特定操作系统相关函数的转换过程都封装在h 3 2 3 协议栈的公共服务程序中，以便向协议栈各任务提供一种通用接口，而屏蔽与硬件及 操作系统相关的所有细节。h 3 2 3 协议栈公共服务程序包提供一个抽象的实时操作系 统通常所必须提供的功能，如：多任务管理、多任务之间的通信、共享资源的管理、 内存管理和定时器管理【2 3 】。 h 3 2 3 协议栈软件由多个任务组成，而任务由一个或多个实体和调度层组成。通 信是以实体为基础的，因此通信也有两种不同的形式：属于不同任务的实体之间的通 信和同一个任务内的实体之间的通信。该系统为h 3 2 3 协议栈设计公共服务程序模块， 提供上述两种通信模式。该公共服务程序模块呈现给实体程序模块的是统一的消息发 送机制。也就是说，一个实体向h 3 2 3 协议栈内的任何一个实体( 不管是否属于同一 任务) 、或接口实体发送消息时，均调用相应的公共服务函数来分配存放消息的消息 块和缓冲区，然后调用对应的发送函数来发送消息。类似地，接口实体向h 3 2 3 协议 栈内的任何一个实体发送消息时，也调用相同的函数来分配存放消息的消息块和缓冲 区及发送消息。 在公共服务程序的实现上，通信方式取决于通信两实体的隶属关系。如果两实体 华中科技大学硕士学位论文 分别属于不同的两个实时任务，则实体之间的通信通过消息队列传递消息来实现；如 果两实体属于同一个实时任务，则实体之间的通信通过公共服务程序提供的先进先出 ( f i f o ) 队列传递消息来实现。 f i f o 是一个h 3 2 3 协议栈软件内部管理的双链表，如图3 1 所示。 叶司爿三p i 聊。 图3 1 构成f i f o 的双链表结构 图3 2 表示实时任务、实体及通信调度机制。 白一菊e 亟 一触 ， l 匣7 图 雠1 一 f 区赜 图3 - 2 任务、实体及通信调度机制 公共服务模块提供一个定时管理的实时任务和伪实体e n tt i m e r 。该实体与协 议栈实体不同，它管理所有协议栈实体的定时器，当某定时超时时，向相应的协议栈 实体发送超时消息( 事件) 。该实体不接收任何消息。 当一个实体与别的实体( 不管两实体是否在同一任务中) 通信时，发送实体不必知 道接收实体所在的任务名。唯一需要确定的是接收实体( 目的实体) 的实体标识符( 宏) 。 这是一种面向对象的方法。如何把消息发送到目的实体所在任务的消息队列将由公共 服务程序负责。 消息发送由需发送消息的实体执行。为了向其它实体发送一条消息，发送实体必 华中科技大学硕士学位论文 须根据待发送的消息的大小，请求分配一个消息块和存放消息的缓冲块。在获得消息 块和消息缓冲块后，发送实体必须填写消息结构，标明消息的源和目的地实体。消息 块和消息缓冲块通常由最终的接收实体负责释放，这一点必须在填写消息结构时注 明。然后，发送实体调用发送函数将消息发出。有两类邮箱：f i f o 和消息队列。发送 实体在发送消息时，不必关心消息应该往那种邮箱发送。这一分发工作由公共服务程 序完成。 h 3 2 3 协议栈中的每个任务有一个接收队列( 接口任务有两个接收队列) ，存放该 任务中所有实体所要接收的消息。h 3 2 3 协议栈中的每一个任务包含一个消息轮询调 度层，控制对消息的接收和调度。任务中的每一个实体包含一个入口函数。当接收到 的消息目的地为该任务中的某个实体时，消息调度程序将调用该实体的入口函数，所 接收到的消息由该实体的入口函数处理。根据任务在h 3 2 3 协议栈中的位置，消息来 源可能有多个。一个任务的消息轮询调度层是该任务的入口函数。该函数有一个循环 体，周而复始地接收消息，并分发到相应的实体。 h 3 2 3 协议栈中各任务的消息调度程序采用统一的结构编写。然而，对于所有接 口任务，必须另行编写消息调度程序，以便除了接收来自h 3 2 3 协议栈内实体发来的 消息外，还能接收其它任务发来的消息。公共服务程序为h 3 2 3 协议栈的所有任务( 包 括接口任务) 提供上述服务函数。 整个应用程序通过调用入口函数，创建一个初始化任务。该任务负责h 3 2 3 协议 栈的初始化工作，如创建各种资源、创建系统配置数据结构、加载、创建各任务、以 及为各任务设置适当的任务优先级等。创建h 3 2 3 协议栈各任务后，随即进入初始化 配置阶段，进入消息循环，接收来自h 3 2 3 协议栈各实体的配置完成确认消息，等待 h 3 2 3 协议栈所有实体的配置完成后，通知应用层配置完毕，进入运行状态，表示可 以接收和发送来自其它程序部分的消息，并作相应的处理。 3 2 系统软件总体方案描述 h 3 2 3 可视通信软件结构如图3 - 3 所示，每个虚线框代表一个任务，每个任务可 以有一个或多个实体组成。h 3 2 3 协议栈内各个实体都按最新的i t u t 各协议版本实 现。 华中科技大学硕士学位论文 应用接口 i 。 l3 2 3 主控 上 j r j lj r ， - l - l l l ，i f 音频l 顺f 甲甲 l 同步控制 南罱 肿 f l p , a sh 2 2 5 ；舷4 5 一一一= = = = j 芦：f 。制 。 l i上 网络接e li 圉3 - 3h 3 2 3 可视通信软件结构 在该系统中，应用程序用w i n d o w sx p 支持的开发工具和库函数实现，而h 3 2 3 协 议栈软件利用公共服务程序所提供的服务函数实现，两者之间必需有接口程序。接口 包括上下两部分：上面为应用程序接口，下层为网络接口。应用程序按照功能可划分 为三个模块：系统主控与用户界面、音视频输入、音视频输出。网络接口模块是h 3 2 3 协议栈各模块与对端通信时所利用的网络传输层接口，h 3 2 3 协议栈实体将利用网络 传输层所提供的可靠和不可靠连接，向对端发送消息或从对端接收消息，在l 埘环境 中，这些连接是t c p 或u d p 连接。 下面将分别介绍h 3 2 3 协议栈软件各个模块： ( 1 ) h 3 2 3 主控模块 h 3 2 3 主控模块是h 3 2 3 协议栈软件的心脏，它负责对整个会议呼叫等可视通信应 用的指挥、控制和管理。该模块在会议参j n 者- 之间提供对各个呼叫和会议的管理功能， 因此也称为会议管理模块。在软件实现上，该模块是一个实时任务，任务内有h 3 2 3 会议管理实体、r a s 控制实体、h 2 2 5 0 控制实体、h 2 4 5 控制实体和系统配置管理实 体等。该任务一方面与应用层交互，以获取用户的应用需求和命令，或向用户传递相 应信息，并完成对通道和维护配置参数的控制和管理。另一方面，它几乎与协议栈中 的其它所有模块交互，以传递相应的控制信息。 1 2 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 呼叫接纳模块r a s r a s 模块在h 3 2 3 主控模块的控制下，负责呼叫接纳过程的执行。r a s 模块应能 按照r a s 协议要求，实时并可靠地完成对呼叫接纳的控制，实现网守搜寻、端点登记、 端点定位、呼叫接纳、呼叫退出、带宽管理和状态查询等功能。在软件实现上，该模 块是一个实时任务，任务内仅有一个实体：r a s 实体。为了实现对r a s 的可靠控制， 该实体应按照r a s 协议进行诸如超时和消息重发机制的控制剐。 ( 3 ) 呼叫信令模块h 2 2 5 0 呼叫信令模块h 2 2 5 0 在h 3 2 3 主控模块的控制下，负责完成与呼叫有关的信令处 理，根据用户的需求进行呼叫处理。h 2 2 5 0 呼叫信令协议规定，按q 9 3 1 进行呼叫的 接续和释放。该协议是q 9 3 1 的变形。在软件实现上，该模块是一个实时任务，任务 内只有一个实体，即h 2 2 5 0 实体。h 2 2 5 0 实体应能按照h 2 2 5 0 协议要求，实时并可 靠地完成对呼叫的接续和释放控制。为了实现对呼叫的可靠控制，该实体应按照 h 2 2 5 0 协议进行诸如超时和消息重发机制以及呼叫冲突的控制口5 1 。 ( 4 ) h 2 4 5 模块 h 2 4 5 模块在h 3 2 3 主控模块的控制下，负责控制信令的执行，如主从确定、能力 交换、逻辑通道的打开和关闭以及其他能力协商等。在软件实现上，该模块是一个实 时任务，任务内包括9 个实体，主从确定、能力交换和逻辑通道等8 个协议实体相互独 立，分别完成各自的功能：而另外一个特殊实体，称作h 2 4 5 代理实体，功能上起代 替其它实体接收来自网络接口实体的消息并起消息分发的作用。h 2 4 5 各实体应能按 照h 2 4 5 协议要求，实时并可靠地完成对控制信令的处理。为了实现实体状态的可靠 转移，该实体应按照h 2 4 5 进行诸如超时和消息重发机制的控制。 ( 5 ) r t c p 模块 用以传送实时信号传递的质量参数，提供q o s 监视机制；同时还可传送会议通信 中的参会者信息，向没有显示的成员控制和呼叫建立的“松弛型”会议通信提供控制 机制。在软件实现上，r t c p 模块是r t c p 任务中的一个实体。r t c p 实体必须能够发 送包类型为s r 、r r 、s d e s 和b y e 的数据包。必须具有对接收到的音视频s r 和r r 的 分析和统计功能。 ( 6 ) 音频、视频同步控制模块 音，视频的接收端必须考虑“唇同步”，该同步模块通过在音视频流中加入适当 的延时，来达到音视频同步的目的。音视频逻辑通道之间的“唇同步”是指如何消除 华中科技大学硕士学位论文 由于发送端编码器和网络传送等原因造成的音频和视频信号之间的时滞( s k e w ) 或抖动 ( j i t t e r ) 。在软件实现上，该模块是音视频接收解码任务中的一个实体，称作音视频同 步控制实体。该实体负责接收端的音视频同步控制。音视频同步是通过分析接收到 的音频和视频时间戳、以及相应的r t c p 信息来实现的。 ( 7 ) 音频、视频编码模块 音视频编码模块在h 3 2 3 主控模块的控制下，负责执行相应的音视频编码算法， 对从采集模块传来的音视频码流进行编码处理。音频要实现g 7 1 1 、g 7 2 3 1 和g 7 2 8 ， 视频要实现h 2 6 1 和h 2 6 3 协议。在软件实现上，此两模块是音视频编码发送任务中的 两个实体，分别为音频编码实体和视频编码实体。 ( 8 ) 音频、视频解码模块 音频、视频解码模块在h 3 2 3 主控模块的控制下，负责执行相应的音频视频解码 算法，对经过r t p 解包后的音频视频数据进行解码处理，然后将解码后的音视频数 据以消息数据形式传送给音视频同步控制实体。在软件实现上，此两模块是音视频接 收解码任务中的音频解码实体和视频解码实体。 ( 9 ) r t p 模块 将音频视频编码数据进行r t p 打包发送。通过r t p 包传送实时数据，可提供净荷 类型指示( 即数据类型和编码方法) 、数据分组序号、数据发送时戳和数据源标识。 接收端根据这些信息可以正确地重组原始信号。在视频解码时，还可以根据序号判定 接收分组在数据流中的位置，从而不一定完全顺序解码。在软件实现上，该模块是音 视频编码发送任务中的r r p 打包实体。 3 3 系统接口消息描述 h 3 2 3 协议栈由多个实时任务组成，每个任务又由一个或多个实体组成。任务之 间的通信是以实体为基础的，也就是说，通信在实体之间进行。接口消息块常常和缓 冲块一起使用，是实体之间通信的信息载体。消息块和缓冲块是供实体之间通信时存 放通信信息的。其结构如下 2 6 1 ： 消息数据结构为： t y p e d e f s t r u e th s m s g u i n t 2 m s g t y p e ；原语类型+ 1 4 华中科技大学硕士学位论文 u i n t l f r o m ； 消息源实体+ u 【n t l t o ；p 消息目的实体+ u i n t 2 t s a p i ；p 业务接入点标识+ u i n t 2 a d d r ；牛地址信息+ s t r u c th s m s g + p h s m s g _ n e x t ；产指向下一个消息的指针+ ， s t r u c th s m s g p h s m s g _ p d o r ；指向前一个消息的指针+ s t r u c th