（通信与信息系统专业论文）基于xmpp的多方通信系统的研究与实现.pdfVIP

摘要 多方通信一直是人们研究的热点，特别是随着i n t e m e t 和多媒体技术的发展， 基于i n t e r a c t 的多方通信成为了研究的重点。目前流行的多方通信的应用是计算机 会议系统，计算机会议系统为人们的沟通带来了方便。 本文通过对多方通信模式以及会议系统规范的研究，设计和实现了基于x m p p 的多方通信系统。该系统功能强大，支持即时通信，语音通话，数据会议，语音 会议等功能。系统继承了x m p p 互联互通的优点，客户端可以进行跨域的访问。 另外系统支持多协议的互通，实现了x m p p 客户端和其他v o i p 客户端的语音通话。 多方通信中多点控制技术是本文重点的研究内容，本文提出了用发布订阅的 通信模式来实现多点控制的新方法。在对多点控制的设计与实现过程中，首先定 义了基于x m p p 的发布订阅规范，并依据这个规范实现了发布订阅模块，然后在 发布订阅模块之上实现了会议的多点控制。另外利用发布订阅模块还可以开发其 他的多方通信应用，达到了软件复用的目的。 关键字：多方通信x m p p会议系统发布订阅 a b s t r a c t m u l t i p a r t yc o m m u n i c a t i o nh a sb e e nr e s e a r c h h o ts p o t p a r t i c u l a r l yw i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n t e m e ta n d m u l t i m e d i at e c h n o l o g y , i n t e r n e t - b a s e dm u l t i - p a r t y c o m m u n i c a t i o nh a sb e c o m et h ef o c u so ft h es t u d y a tp r e s e n t ，t h ep o p u l a rm u l t i p a r t y c o m m u n i c a t i o ni st h ec o m p u t e rc o n f e r e n c i n gs y s t e m c o m p u t e rc o n f e r e n c i n gs y s t e m s b r i n gt h ec o n v e n i e n c eo fc o m m u n i c a t i o n t op e o p l e t h r o u g hs t u d y i n gt h em o d eo fm u l t i p a r t yc o m m u n i c a t i o na n df r a m e w o r ko f e o n f e r e n c i n gs y s t e m ，x m p p - b a s e dm u l t i - p a r t yc o m m u n i c a t i o ns y s t e m i sd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e di nt h i sp a p e r t h es y s t e mi sp o w e r f u la n ds u p p o r t sn u m b e ro ff e a t u r e s ， s u c h 嬲i n s t a n t - m e s s a g e ，v o i c ec a l l s ，d a t ae o n f e r e n c i n ga n dv o i c ee o n f e r e n c i n g t h e s y s t e mi n h e r i t e dt h ea d v a n t a g e so fi n t e r o p e r a b i l i t yf r o mt h ex m p p , s o t h ec l i e n t sa r e a b l et oc a r r yo u tc r o s s b o r d e rv i s i t s i na d d i t i o n ，t h ei n t e r w o r k i n go fd i f f e r e n tv o l p p r o t o c o l si ss u p p o r t e d t h ex m p p c l i e n tc a nc a l lo t h e rv o l pc l i e n t sc a l l m u l t i - p o i n tc o n t r o lt e c h n o l o g yi nt h es y s t e mi st h ef o c u so ft h i sp a p e r o n e o ft h e i n n o v a t i o n so ft h i sp a p e ri st ou s ep u b l i s h s u b s c r i b ec o m m u n i c a t i o nm o d e lt oa c h i e v e m u l t i p o i n t c o n t r 0 1 i nt h i sp a p e r , x m p p - b a s e dp u b l i s h s u b s c r i b es p e c i f i c a t i o n i s p r o p o s e d ，a n dt h e ni na c c o r d a n c ew i t h t h es e p c i f i c a t i o nt oap u b l i s h s u b s c r i b em o d u l ei s i m p l e m e n t e d t h em o d u l eh a sp l a y e dar o l ei nm i d d l e w a r ef o rt h ed e v e l o p m e n to ft h e u p p e ra p p l i c a t i o n i n t h ep u b l i s h s u b s c r i b em o d u l eo nt h er e a l i z a t i o no f t h e c o n f e r e n c i n gs y s t e mo ft h em u l t i - p o i n tc o n t r o l ，t h eu s e o fp t i b l i s h s u b s c r i b em o d u l ec a n a l s od e v e l o pv a r i o u so t h e rc o m m u n i c a t i o n sa p p l i c a t i o n s ，w h i c hr e f l e c t i n gt h ep r i n c i p a l o fs o f t w a r er e u s e k e y w o r d ：m u l t i - p a r t yc o m m u n i c a t i o n x m p p c o n f e r e n c i n gs y s t e m p u b l i s ；h s u b s c r i b e 创新性声明 本人声明所呈交的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，除了文中特另t l d n 以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：主塑丝 f 1 期：z 护哆岁， 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。 本人签名：术j 1 7 帅日期： 加护乒多， 导师签名： 刚胡： 动多， 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究的背景和意义 随着网络与通信技术的飞速发展，以软交换为核心的下一代网络( n g n ，n e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ) 已成为未来网络的发展趋势。n g n t l 】是以软件换为核心，能 够提供语音、视频、数据等多媒体综合业务，采用开放、标准体系结构，能够提 供丰富业务的下一代网络。另外v o l p ( v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 技术的逐渐成 熟推动了语音和数据业务的融合，更广泛的支持多媒体业务。 多媒体业务的发展，使人们对通信方式的需求从单纯的点对点通信，逐步发 展到多方的，群组的通信。多方通信是指两个或两个以上不同地方的个人或群体， 通过传输线路及多媒体设备，将文本信息、声音、影像等数据互传，达到即时且 互动的沟通【2 】。目前多方通信最流行的应用是计算机会议系统，模仿了现实中的会 议，使不同地域的人们能够参加会议，省去了因出差所带来的时间和金钱的浪费。 计算机会议又分为数据会议( d a t ac o n f e r e n c e ) 和多媒体音视频会议 ( m u l t i m e d i a a u d i o v i d e oc o n f e r e n c e ) 【3 】。数据会议中与会者主要靠文本、图形、 文件等形式的数据交流，所有的数据均是可靠传输。数据会议充分利用计算机的 强大处理能力，进行会议各项功能的模拟，缺点是缺乏语音视频的直观性，而在 多媒体音视频会议中，与会者主要靠实时的视频、音频信息进行交流，突出了会 议的交互性和直观性。因此，多媒体音视频会议与数据会议的结合是现今计算机 会议系统发展的必然趋势。 目前市场上对计算机会议系统的需求很大，主要应用于政府、企业、学校、 医院等场合，虽然各个场合相应功能实现不相同，但基本上都强调了工作内部的 交流和协作，是图像、声音、数据三者通信的统一。总之计算机会议的应用领域 很广，归纳起来有以下几个方面： 远程会议：使得地理位置上分散的各个机构或者个人相互协作，交流信息 和资源，提高企业内部的工作效率，节约成本。 远程教学：利用电子白板充当黑板，应用程序共享方便直观地演示教学课 件和软件，加强教师与学生之间的交流。 远程隔离医疗：通过医学仪器获取病人必要的c t 、x 光照片以及体温等 数据进行专家会诊。 其他用途：还可以应用于厂矿、交通等场合的集中控制，提供了数据交互 的手段，能方便及时地对采集到的数据进行分析。 多方通信中的关键技术有多点控制技术，媒体编解码技术，媒体传输技术， 2 基于x m p p 的多方通信系统的研究与实现 网关技术。在基于i n t e m e t 的实现中，多点控制技术【4 】主要依赖一些控制信令技术， 对通信实体以及服务实体之间的会话和交互进行管理，主要的控制信令协议有： s i p t s l ，h 3 2 3 1 7 1 ，l a x ，j i n g l e “。1 4 】等；媒体传输技术主要是实时传输协议 ( r t p , r e a l - t i m ep r o t o c 0 1 ) 【8 】，该协议是由i e t f 提出的一种用于i n t e r n e t 上、针对 多媒体数据流的传输协议；媒体编解码技术又细分为音频编解码技术，视频编解 码技术和媒体同步技术。另外，在i n t e r n e t 上实现多方通信系统一些技术也深受关 注，如p 2 p 技术，负载均衡技术，网络安全技术等。 x m p p 协议是近些年来发展较快的即时通信协议，它是一个开放的基于x m l 的协议，实现了互联网中即时通信的互联互通，而且x m p p 采用了分布式的网络 体系架构，模块化可扩展的系统架构，使得基于它的开发和扩展功能变得简单。 x m p p 扩展性很好，使得x m p p 并不仅仅局限于为即时通信提供服务，它也被用 来实现v o m 系统，轻量级中间件，内容聚合等服务。在x m p p 协议之上开发多方 通信系统将会产生两方面的好处，首先为多方通信系统的开发提出了一种新的方 法，使多方通信适应了新的技术的发展；另外进一步推动了x m p p 协议的发展。 1 2 发展和研究现状 多方通信的研究早在2 0 世纪7 0 年代已经开始，它的发展经过了四个浪潮： 第一次是基于p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 的群组拨号多方通信， 第二次是i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 上的桌面视频会议系统，第 三次是局域网l a n 内的多方通信系统，第四次是开始于9 0 年代i n t e m e t 上的多媒 体会议系统【r 7 1 。9 0 年代以前，由于系统使用专用的编解码硬件和软件，不同厂商 的系统不能协调工作，非标准化严重阻碍了技术的进步和产品的应用。同时，传 统电信网的高昂的使用成本也限制了网络会议的进一推广。进入9 0 年代，信息技 术和i n t e m e t 技术的发展使计算机会议系统急剧扩大，一些组织提出了会议系统互 联互通的标准，保证了会议系统各生产厂家产品的互操作性。 目前在m 网上主流的会议系统分为两种，一种是基于h 3 2 3 t 1 2 0 协议的计算 机会议系统；另一种是基于s i p ( s e s s i o ni n i t i a lp r o t o c o l ，发起会话协议) 的计算 机会议系统。 h 3 2 3 标准是国际电信联盟i t u ( i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n ) 推 荐的用于局域网多媒体通信的顶层标准，它是h 3 2 0 协议基础上发展起来的，h 3 2 0 规定的是在i s d n 和其他电路交换网络实现的电视会议，h 3 2 3 进一步合理和必要 地发展了h 3 2 0 ，使在局域网l a n 实现的系统通过网关与广域网w a n 上的系统 进行互连，使得运行网络囊括了企业i n t r a n e t 和一般分组交换网络。h 3 2 3 主要关 注的是多媒体会议，另外i t u 还专门为数据会议定义了t 1 2 0 协议【1 3 】。t 1 2 0 系列 第一章绪论 3 协议是i t u - t 制定的数据会议标准，它定义了一系列支持多点数据会议的通信、 会议管理和数据应用协议；它已成为一个成熟的标准，并已得到数据会议领域占 领先地位的计算机和电信企业的支持。它既是i t u t 制定的h 3 2 x 系列多媒体会 议标准的重要组成部分，又可以作为数据会议支持协议单独工作。 s i p 是由i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，i n t e m e t 工程化组织) 定义的 i p 电话信令协议，它主要应用在对两点通信的支持中。但是i e t f 下的s i p p i n g 工作组已经开始对基于s i p 的多方通信技术进行研究，目前已经提出了基于s i p 构建多媒体会议系统的框架建议( 1 强c 4 3 5 3 ) ；i e t f 下的x c o n 工作组，主要研 究多媒体流控制和管理方面的工作，目前在会议策略控制协议1 2 8 】，议席控制需求 1 2 9 ，媒体策略服务器【3 0 】等方面进行了研究，已经取得了阶段性的成果。基于s i p 会议系统是架构在i n t e m e t 上，与h 3 2 3 的会议系统相比，s i p 会议系统互操作性 强、实现简单、代价低、具有良好的扩展性。 本论文所实现的多方通信系统是基于x m p p 协议的，多方通信的多点控制是 由发布订阅通信模式来实现的。目前还没有机构对x m p p 协议的多方通信进行研 究，本文无疑是弥补了这一空白。x m p p 协议在可扩展性、互联互通、即时通信 方面优于s i p 协议，比s i p 更有发展前途的协议，因此研究基于x m p p 的多方通 信系统是有重要意义的。 本论文的创新之处是用发布订阅通信模式来实现多方通信中的多点控制。 1 9 8 7 年在a c m 操作系统原理讨论会上，k e n e t he b i r m a n 就已经在虚拟同步分 布式系统的开发一文中首次提到发布订阅这种通信模式【1 9 】【2 0 】。发布订阅通信模 式经过多年的发展，目前，学术界和工业界从不同侧面对发布订阅系统技术进行 了深入研究，工业界侧重于实用，关注发布订阅系统的服务质量，效率、安全性 和可靠性等；而学术界则注重于增强发布订阅系统的表达能力和对新的应用环境 的支持【2 1 1 。发布订阅模式现在已经成为消息中间件的一种解决方法，如j a v a 的 j m s ( j a v am e s s a g es e r v i c e ) t 2 2 1 ，i b m 的m q 消息中间件等都包含出版订阅通信模 式。在数据分发服务( d a t ad i s t r i b u t e ds e r v i c e ) 的规范中，采用的就是发布订阅 通信模式，利用这种模式进行实时的数据分发，这些已经在自组织网络和无线传 感器网络得到的了使用。另外在开放的x m p p 协议中，也对发布订阅模式进行了 协议规定，这个规定在x m p p 扩展协议x e p 0 0 6 0 中定义，本文对发布订阅模式 的实现是基于x m p p 协议的，并将发布订阅实现成为中间件，可以在此基础上实 现会议应用和其他应用。 1 3 论文的主要工作 本文的课题来源于西安电子科技大学通信软件课题组的i n s t l i n k 项目。i n s t l i n k 4 基于x m p p 的多方通信系统的研究与实现 是一个p 2 p 多媒体群组通信系统，具有即时通信，i p 电话，语音会议，视频会议， 文件传输，信息分发等功能。该系统运行于i n t e m e t 上，可以做到与其他i p 客 户端互通。 目前系统的大体框架已实现，本人主要负责了对整个系统框架的设计以及主 体部分实现。在前期的预研工作中，主要对即时通信系统，多方通信标准和框架 进行了研究。然后根据系统需求设计出系统的整体框架，提出了用发布订阅通信 模式来实现多方通信的多点控制，并为此定义了基于x m p p 的发布订阅规范。在 系统的实现中，本人主要负责底层功能的实现，发布订阅模块的实现，并在发布 订阅模块之上实现了会议管理和控制的应用。 1 4 论文内容安排 本文主要研究了多方通信系统的一些经典协议和通信模型，然后设计和实现 了一个基于x m p p 协议的多方通信系统。以下是论文各章的安排： 第一章，介绍了多方通信系统的研究背景和发展现状，并对会议系统和发布 订阅这种模式进行了简单介绍。 第二章，对多方通信系统中涉及到的协议和模型进行介绍。首先介绍 h 3 2 3 t 1 2 0 协议和s i p 会议系统，并对两者进行了比较。本章还对发布订阅通信 模式进行了介绍，最后给出了基于x m p p 的多方通信的系统模型。 第三章，x m p p 协议将会在这章介绍。主要介绍了x m p p 协议的整体框架， 并对j i n g l e 协议和x e p 0 0 6 0 发布订阅扩展协议进行详细介绍。 第四章，系统性的介绍x m p p 多方通信系统的框架，从功能方面对整个系统 进行介绍。 第五章，对x m p p 多方通信系统的实现进行了详细介绍，实现将从服务器和 客户端两个方面介绍。 第六章，总结本文的主要内容和贡献，并在此基础上对下一步的工作做出一 些展望。 第二章多方通信协议和模型 第二章多方通信协议和模型 多方通信的发展久远，本章首先从通用的角度对多方通信关键技术进行阐述， 接着将具体介绍几种具体的多媒体会议标准，女f ih 3 2 3 标准和基 s i p 的会议框架， 并分析了它们的优缺点。另外对于发布订阅通信模式也将在这章介绍。在本章的 最后将会给出本文所用到的系统模型。 2 1 多方通信的相关概念 多方通信是指两个或两个以上不同地方的个人或群体，通过传输线路及多媒 体设备，将文本信息、声音、影像等数据互传，达到即时且互动的沟通。随着多 媒体和通信技术的发展，多方通信的应用有很多，如音视频会议，协同工作，命 令系统，网络游戏等。多方通信需要满足以下要求： 使处于不同地理位置和不同网络的参与者进行通信。 能够满足很高强度的并发交互。 通信中的参与者之间能够互相感知，即系统对参与者的加入和离开进行管 理，将此信息告知给其他参与者。 保证各个参与者所接受的信息必须是同步的。 系统能够支持对多种数据进行传输，对某些关键数据进行可靠传输，而对 某些数据则尽最大能力( b e s t e f f o r t ) 的传输。如对于数据会议的数据需要 可靠传输，而对于语音视频数据则选择不可靠传输是最好的选择。 结合以上提出的要求，多方通信系统一般要实现如下通信方式：一对多，多 对一，多对多【2 3 1 。图2 1 表示了多方通信系统中存在三种通信方式 一对多多对一 多对多 图2 1 多方通信系统通信方式 一个文件发送者向多个接收者发送发送文件时采用的就是一对多的通信方 式，即所谓的多播，另外系统在向各个与会者发送数据之前，可以利用一对多通 信模式请求参与者所拥有的资源，这样可以决定将发送什么数据给参与者。这个 6 基于x m p p 的多方通信系统的研究与实现 一对多的请求，将会导致多对一的应答发送到请求端，一般来说多对一通信方式 用于多个参与者向同一个目的地址发送消息。而当系统中存在多组会话的时候就 需要用到多对多的通信方式，如协同工作中对成员多个文档进行修改，那么对于 来自不同文档的修改都需要发送给每一个成员。 多方通信早在上世纪7 0 年代就开始发展。最初的多方通信主要用于电信方面， 依靠p s t n 的电路交换来进行信息的传输，参与者要与中心交换器建立一条语音 通道，同时数据也通过这条通道进行半双工的传输。因为采用电路交换，所以差 错控制则由链路层可以完成，但是不能全双工的发送数据，当一端发送数据的时 候，必须确保对端释放发送数据的通道，另外由于没有很好数据采集算法和多媒 体数据压缩技术，使得所发送数据量很小。进入8 0 年代中后期，通信科技迅猛发 展，编码和信息压缩技术的发展，使得多媒体会议设备实用性大为提高，多媒体 会议系统逐步进入市场，但此时由于价格和技术的因素，仍只限于高档的会议室 系统应用【3 0 】。 9 0 年代，i p 技术的发展，出现了用组播技术来实现多方通信，其中m b o n e 是一个成功的例子。m b o n e ( m u l t i c a s tb a c k b o n e ) 是1 9 9 2 年为了进行i n t e r n e t 工程任 务组( i e t e i n t e r n e t e ng i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 视频会议而设立的一个虚拟网络。它与 i n t e m e t 共享同一物理介质，支持声音、视频和白板。但组播方式受网络的局限性很 大，有的网络对组播支持的不够；另外在每个数据包都加入了额外的地址信息， 无法满足同时向大量的接收者发送数据；组播这种策略也不适合持久性发送数据。 随着局域网和互联网的发展，许多组织和机构都在多方通信标准的研究和制 定，其中由l t u t 提出的h 3 2 3 标准和t 1 2 0 协议是目前最全面和完善的会议系统 标准。另外由i e t f 发布基于s i p 的会议系统框架也是目前较成熟的框架。在2 2 节将会对h 3 2 3 t 1 2 0 相关协议进行介绍，2 3 节会对基于s i p 的会议框架进行介 绍。 多方通信研究的内容有很多，如群组的管理，路由技术，数据的发送，差错 控制和流量控制等。本文主要关注的是群组管理，如会议的创建，管理与会者的 加入和离开，以及发言权控制等。 2 2h 3 2 3 t 12 0 系列协议介绍 2 2 1h 3 2 3 协议介绍 h 3 2 3 是国际电信联盟推荐的用于局域网络多媒体通信的顶层标准，h 3 2 3 用 于不支持q o s 的网络环境，而这些网络构成当前企业的主要计算环境，它包括高 速e t h e r n e t 和令牌环网络上的t c p i p 和i p x 等。h 3 2 3 对基于不支持q o s 网络的 多媒体通信系统应用是一个关键技术。 第二章多方通信协议和模型 7 h 3 2 3 使用由i e t f 提出的实时协议( r t p l 玎c p ) 和符合国际标准化的编解码。 它的特点可以概述为： 使用i p 网； 以时间同步包发送视频音频； 每个协商成本为零，但是必须考虑网络升级成本。 h 3 2 3 标准提供了i p 网络上的音频、视频和数据通信的标准。使用遵循h 3 2 3 标准的各种多媒体应用产品可以保证其互操作的兼容性。 图2 2 是h 3 2 3 系统及其构成。h 3 2 3 定义了4 个主要的构成元素：终端 ( t e r m i n a l s ) 、网关( g a t e w a y s ) 、关守( g a t e k e e p e r ) 和多点控制单元( m c u ) 。 图2 2h 3 2 3 系统构成 终端 终端是用于l a n 上的客户设备，提供实时双向的通信，终端设备的基本结构 如图2 3 所示。所有的终端必须至少支持音频通信功能，视频和数据传输功能为可 选。h 3 2 3 规定了音频、视频和数据集成的操作模式，它是下一代i n t e m e t 电话、 音频会议、视频会议技术的主要标准。 基于x m p p 的多方通信系统的研究与实现 话筒扬声嚣 摄像为显示 数据设备 系统控翻和 用户界面 图2 3h 3 2 3 终端设备的结构 所有的h 3 2 3 终端必须支持h 2 4 5 ，此外还要求：q 9 3 1 用于呼叫设置；r a s ( r e g i s t r a t i o n a d m i s s i o n s t a t u s ) 用于同网守交互；对r t p r t c p 音频视频数据流 包的支持。视频编码解码和t 1 2 0 数据会议协议以及m c u 是h 3 2 3 终端的可选构 成元素。 网关 网关是h 3 2 3 会议中的可选构成元素，它提供了许多功能，其中最常用的是 在各种h 3 2 3 设备作转接作用，包括：传输格式( h 2 2 5 和h 2 2 1 ) 之间的转接； 通信过程( h 2 4 5 和h 2 4 2 ) 之间的转接。此外，还包括音频视频的编解码、呼叫 设置以及网络接口方面的转接。由于在同一个局域网中终端设备之间可以直接通 信，因此在不与其他网络连接的情况下不需要网关。终端和网关通过h 2 4 5 和q 9 3 1 协议通信。通过协议编译编码，h 3 2 3 网关可以支持h 3 1 0 、h 3 2 1 、h 3 2 2 和v 7 0 兼容终端。 关守 关守是h 3 2 3 网络中的一个十分重要的组件，它作为一个h 3 2 3 区域中的中 心点，提供呼叫控制服务，h 3 2 3 关守经常作为一个虚拟交换机。关守有两个重要 的功能：首先是对r a s 中定义的终端设备和网关等的地址编译，其次是带宽管理。 由一个关守和所有的h 3 2 3 终端、h 3 2 3 网关、m c u 组成一个h 3 2 3 区域。 多点控制单元( m c u ) m c u 支持含有三个以上节点的会议。在h 3 2 3 中，一个m c u 包括一个多点 控制( m c ) ，还可以包括多个多点处理器( m p ) 。m c 通过处理所有终端之间的 h 2 4 5 通信来决定音频视频性能。m c 还通过决定音频视频的多点传送来控制会议 第二章多方通信协议和模型 9 资源。m c 并不直接处理任何媒体数据流，而是通过m p 进行音频视频信号的混合 或切换。m c 和m p 可以是个专门的单元，也可以是其他h 3 2 3 单元的部分。 m c u 一般布置在中心会场或者监控中心，与远程终端呈星型连接，设置一个 或多个中心端口，这样在中心的多媒体终端就可通过m c u 与远程终端分别通信。 m c u 的“规格 是按端口计算，每个端口可以是一个视频终端。为了增加节点的 数量，可以通过级联的方式，但级联一般不超过两级，因为级联的级数过多时， 将会产生很大的延迟。i t u t 关于多媒体会议的标准只允许采用两级级联的组网模 型。 m c u 中多点控制m c 和多点处理器m p 的个数以及所处的位置是和具体的通 信模型有关的，如果采用集中式多方通信模型则m c u 由一个多点控制器m c 、一 个音频多点处理器、一个视频多点处理器和一个数据多点处理器组成；若采用分 布式的多方通信模式m c u 则仅有一个多点控制器，视频、音频和数据多点处理器 分散在各个终端处。本文主要关注的是多点控制器的作用，这里还要对m c u 的多 点控制器m c 做进一步的介绍。 在m c u 中，多点控制器m c 基本功能有两个：呼叫建立过程中的定位功能和 协商通信过程中所使用的参数。为了支持会议的应用，多点控制还需要提供如下 功能：获取会议列表、呼叫连接、能力协商、模式请求、维护逻辑信道、结束会 议。m c 对整个会议有控制的功能，主要体现对会场的控制，包括邀请某一端参加 多点会议、接受或拒绝某一终端与会要求以及将某一与会者踢出会场等。 2 2 2t 1 2 0 协议介绍 t 1 2 0 系列协议是由国际电信联盟i t u - t 制订的，是计算机多媒体会议环境的 多点数据应用服务的标准。它包括一系列支持实时和多点数据通信的通信协议、 应用协议和服务协议。通过t 1 2 0 系列协议可以实现计算机数据会议中的文件传输 及多用户的数据应用，包括电子白板、应用程序共享、文件传输等。 t 1 2 0 系列协议是一个层次形的协议族。t 1 2 0 协议族可以包含在h 3 2 x 系列 框架之中，也可以独立出来专门支持数据会议。从应用的分层角度来看，自上向 下，t 1 2 0 系列协议是一个十分清晰的分层结构。t 1 2 0 系列协议的整体结构依赖 于各层的协议定义和层间的服务定义，每一层都假设其下层存在，分层化的结构 以及各层之间的服务定义构成了t 1 2 0 的分层结构模型，如图2 4 所示 l o 基于x m p p 的多方通信系统的研究与实现 图2 4t 1 2 0 系列协议的分层结构图 从图2 4 所示中可以看出，t 1 2 0 协议族分好几个层次。从底层开始自下而上， 越往上越接近应用。在t 1 2 0 的分层关系结构中，上层依赖于下层提供的数据通信 服务，每一层也向上层提供自己的数据服务。同时在不同应用实体的对等层之间 通过传递协议数据包进行通信。 在t 1 2 0 的分层结构中也可以分成两大部分来考虑，即底层的核心通信架构和 高层的应用协议。 底层的核心通信架构包括t 1 2 3 ( 多媒体会议特殊数据网络协议) 、t 1 2 2 ( 声 音图像和声音视觉会议服务定义多点通信业务) 、t 1 2 5 ( 多点通信服务协议特点) 和t 1 2 4 ( 普通会议控制) ，它们在会议和群组工作的环境中提供了多点数据通信 服务的基础，是t 1 2 0 系列协议的基础。 高层的应用协议包括t 1 2 6 和t 1 2 7 等，它们定义了用于数据会议的具体应用 的方法和协议标准，例如电子白板和文件传输等。同时t 1 2 0 也可以支持非标准的 应用。采用标准协议的应用系统可以和会议中那些采用应用私有协议的系统共存。 单个应用系统可以同时具有标准和非标准的协议。 对于本文关心的是多点传输服务( m c s ) 这一层的协议，它提供了多点控制的规 范。m c s 是t 1 2 0 的关键单元，由t 1 2 2 和t 1 2 5 两个建议定义，前者定义各类服 务，后者定义m c s 协议数据单元和控制过程。m c s 从下层获取传输连接，并将 他们组成一个域，一个域可以理解为一个独立的会议或团体活动。m c s 的域以一 种层级形式的存在，域中的每个连接是有序的，通信节点与通信节点是有等级关 第二章多方通信协议和模型 系的。如图2 5 所示的是一个m c s 域的拓扑图 j 、国偷，7 图2 5 一个m c s 域的拓扑图 在图2 5 中涉及到了m c s 一些概念，它们的意义如下： m c sp r o v i d e r ：m c s 服务提供者是m c s 系统中的一个基本实体，它直接 与上层的应用程序实体和下层的传输层实体进行交换。 m c sd o m a i n ：m c s 域是由m c s 连接所形成的一个树型层次结构，包括 多个的边界m c sp r o v i d e r 。一个域为相互连接的m c s 用户划分了数据传 输。 m c sc o n n e c t i o n ：一对m c sp r o v i d e r 之间连接，同时这种连接规定了两 个m c sp r o v i d e r 之间层次上的高低，具有方向性。 t o pm c sp r o v i d e r ：在每个m c s 域中，存在一个m c sp r o v i d e r 只有向下 的m c s 连接，没有向上的m c s 连接，它就是t o pm c sp r o v i d e r ，它一般 是这个m c s 域中所有信道、用户i d 及令牌资源的统一管理者。 m c sa p ：m c s 服务访问点是m c s 用户访问m c sp r o v i d e r 服务的接口。 m c sa t t a c h m e n t ：m c sa t t a c h m e n t 使得一个m c s 用户通过m c sa p 绑定 到m c sd o m a i n 上，m c s 用户根据m c sd o m a i ns e l e c t o r 来识别不同的 m c s 域。 m c sc h a n n e l ：m c s 信道是域范围内的地址，同一信道中的用户将能收到 发送到该信道中的数据。m c s 信道是m c s 进行数据传送的手段，是一种 逻辑上的组织方式。 m c st o k e n ：m c s 令牌是m c s 提供的资源和进程管理机制。 从图2 5 中可以看出t 1 2 2 定义的一个m c s 域是由一些m c sp r o v i d e r 和它们 之间的m c s 连接构成的具有层次性的树状结构。在一个m c s 域中只有一个t o p m c sp r o v i d e r ，它只有向下的m c s 连接而没有向上的m c s 连接。用户应用由每 1 2 基于x m p p 的多方通信系统的研究与实现 个本地m c s 服务提供者根据确定的本地m c sd o m a i ns e l e c t o r ( 域标识) 通过 a t t a c h m e n t ( 捆绑) 将自身绑定到一个域中。t 12 2 设计了基于m c s 连接( m c s c o n n e c t i o n ) 、域( m c sd o m a i n ) 、信道( c h a n n e l ) 和令牌( t o k e n ) 的体系结构，用于实 现计算机会议中的多点通信和资源的分配管理功能。参加会议的不同节点通过 m c s 连接构成了域，通常可将一个域理解成一个会议，通过域将不同的节点联系 起来，所有的应用和数据传输都在域的范围内进行。为了实现域中数据传输的有 效管理和控制，m c s 引入了信道的概念。令牌也是m c s 提供的一项重要功能， 通过令牌的抓取、传递、约束、释放和查询等操作来实现会议可用资源的管理和 分配。 2 2 3h 3 2 3 和t 1 2 0 的总结 h 3 2 3 协议主要关注的是语音视频会议；t 1 2 0 协议是属于h 3 2 3 协议的一部 分，是国际上公认的数据会议的标准。h 3 2 3 协议和t 1 2 0 协议的差别如图2 6 所 不 g 7 1 1 g 7 2 2h 2 6 1 t s h a r et 1 2 6t 1 2 7h 2 4 5g 7 2 8h 2 6 3 q 9 3 1g 7 2 3 i 认sg 7 2 9 t 1 2 4r t p t 1 2 2 ，t 1 2 5 r t c p t 1 2 3 t c pu d p i p l a n 图2 6t 1 2 0 协议和h 3 2 3 协议的比较 从图2 6 中可以明显地看到，h 3 2 3 是不支持q o s 网络的多媒体通信协议，而 t 1 2 0 是一个基于可靠传输的数据会议协议，因此在m 网络中，h 3 2 3 的语音和视 频的传输是基于u d p 的，而t 1 2 0 协议则是建立在可靠的t c p 之上的。 t 1 2 0 协议是属于h 3 2 3 协议的一部分，它们之间存在相似之处。h 3 2 3 是通 过多点控制单元( m c u ) 来实现多方通信，而t 1 2 0 则是通过多点传输服务( m c s ) 。 无论是h 3 2 3 中的m c u 还是t 1 2 0 中的m c s 它们都是对多方参加的会议进行控 制，并能够多点发送数据，它们是多方通信的核心。 h 3 2 3 和t 1 2 0 系列协议是一个庞大而复杂的协议族，在具体实现时也有弊端， 第二章多方通信协议和模型 1 3 要完全实现h 3 2 3 和t 1 2 0 系列协议难度大，复杂程度高，这使得目前很少有完全 实现t 1 2 0 系列协议的产品和协议栈软件。从标准的角度来看考虑的越全面越好， 但是对于具体的应用实现来说，大而全往往会造成开发难度的增加，继而导致应 用系统开发的停滞。所以对于t 1 2 0 协议的剖析要抓住协议的核心，并根据具体应 用的情况进行灵活的设计。 2 3 基于s i p 的会议框架 基于s i p 的会议框架是另外一个重要的会议标准。它是架构在i n t e m e t 体系之 上，能够实现基于i n t e r n e t 的多媒体会议、互操作性强、实现简单、代价低等特点。 2 3 1s i p 会议介绍 s i p 是一个应用层的控制协议，用于控制会话的创建、修改和终结。为了支持 会议应用，i e t f 的s i p p i n g 工作组扩展了s i p 协议，在r f c 4 3 5 3 中定义了s i p 的会议框架。如图2 7 是s i p 会议系统框架 一一一一一一一-1二三三三三羽一一一一一一 会议服务器 与会者ll 与会者ll 与会者 图2 7s i p 会议系统框架 s i p 会议会议系统由一个会议服务器和若干个与会者组成，其中图2 7 涉及到 的s i p 会议的概念有： 会议：是指一个多方会话的实例。 f o c u s ：f o c u s 负责与与会者维持信令关系，并确保与会者接受相应的 媒体流。f o c u s 是一个逻辑的功能实体。 会议通知：是指接收会议状态信息的预订，并向预订者返回状态的改变信 息。会议状态包括会议本身维护的状态等信息。 策略服务：是指会议的抽象逻辑和策略，如允许得到与会者列表，何时召 开会议等。 1 4 基于x m p p 的多方通信系统的研究与实现 m i x e r ：负责接收一组相同类型的媒体流，按一定的规则混合，并且分 到每个会议成员。一般均使用r t p 协议来进行媒体传输。但也可以包括 非r t p 的媒体流，如即时消息等。 会议服务器：是指物理上的服务器，至少包含f o c u s ，也可以包括策略 服务，会议通知和m i x e r 等。 2 3 2 会议模式分类 在s i p 会议系统中，通常采用s i p 来进行信令控制和群组管理，而采用r t p 协议进行多媒体传输。因此各个参与者之间的连接关系实际上包含了信令和媒体 两个方面，根据信令和媒体在系统中所处的位置不同，s i p 会议系统分为四种模式： 集中式服务器模式，全分布式模式，媒体服务器模式，分布式混合模式。 集中式服务器 整个系统中有一个中心服务器，服务器中包含了f o c u s ，m i x e r 模块，并 提供了会议策略和会议通知的功能。集中式服务器的结构图如图2 8 ( a ) 所示。 集中式服务器是当前最常用的一种模式，它的特点是服务器对进行会议整体 的管理，可以做到很好的全局控制，实现发言权等机制。缺点是服务器压力过大， 同时不能支持多个会议，另外如果服务器故障，整个系统将会瘫痪。 全分布式模式 在全分布式模式中并没有服务器，参与者自己充当f o c u s ，通过信令交互自 己组成一个会议，这个与a dh o c 网络很相似。多媒体是通过参与者建立的直连通 道来传输。全分布式模式的结构图如图2 8 ( b ) 所示。