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基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现摘要 摘要_ 船9 1 2 1 一一 fv o i p 是电信技术和计算机技术结合的最新进展。q 9 3 1 是i s i ) n 的连接控制协议，r t p r t c p 协议是适用于实时多媒体应用的网络协 议。b l u e t o o t h 是种新的无线通讯协定，是无线数据和话音传输 的开放式标准，它的出现使各种技术上并不兼容的无线信息设备之 间可以实现无缝网络连接和集成。，本文首先简要介绍了目前v o i p 发展的情况，主要的i p 电话设备的体系结构，然后对q 9 3 1 信令和 r t p r t c p 协议进行分析和研究，包括报文格式、信息内容、传输规 范等。而后，针对i p 电话系统的具体特点，本文对q 9 3 1 信令和 r t p r t c p 协议进行了相应的改进，构造出实际可行的点到点i p 网络 电话系统。本次毕业设计采用b l u e t o o t h 技术实现无线电话的空中 接口部分，在本文中详细介绍了接口部分的硬件和软件的实现。最 后，为了能够提高i p 网络电话系统的性能，进一步探讨了在i p 网 络电话上实现q o s 自适应编码的可能，同时提出了一种实用的算法。 关键词：v o i p ；b l u e t o o t h ；q 9 3 1 信令；r t p r t c p 协议； o s 自适应编码 盐! ! ! 曼基王旦l 垡! 塑韭b 鲍塑! 道焦的丛窒与塞堡 a b s t r a c t i p t e l e p h o n y i sav e r yn e wk i n do ft e c h n o l o g yi nt h ef i e l do f i n t e g r a t e dn e t w o r ks e r v i c e a n dt e l e c o m m u n i c a t i o n q 9 31i si s d n s c o n n e c t i o nc o n t r o l p r o t o c o la n d r t p r t c pi sm o s ts u i t a b l ef o rr e a l - t i m e m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n b l u e t o o t h i san e wk i n do fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，a n di sa no p e ns t a n d a r df o rw i r e l e s sd a t aa n d v o i c et r a n s p o r t t h ea p p e a r a n c eo fb l u e t o o t hm a k e si t p o s s i b l ef o rt h e w i r e l e s sd e v i c et h a th a se v e rb e e n i n c o m p a c t i b l e t o c o m p l e m e n t s e a m l e s sn e t w o r kc o m b i n a t i o na n d i n t e g r a t i o n i n t h i s p a p e r ，a f t e r g e n e r a l l yd i s c u s s i n gp r e s e n td e v e l o p m e n ti ni pt e l e p h o n ya n d t h em a i n k i n d so fi pg a t e w a yd e v i c ea r c h i t e c t u r e ，w ef o c u so nq 9 31 s i g n a l p r o t o c o la n d r t p r t c p p r o t o c o l ，s t u d y i n ga n dd i s c u s s i n g t h ed e t a i lo f t h e s e p r o t o c o l s t h e n ，w e d os o m er e s e a r c hi n m e n d i n g t h e s e p r o t o c o l s ，m a k i n g t h e mm o r es u i t a b l ef o rt h ea p p l i c a t i o ni ni pt e l e p h o n y a n dw e i m p l e m e n t ar e a le n d t o e n di pt e l e p h o n es y s t e m b a s e do nt h i s s y s t e m ，u s i n g b l u e t o o t ht e c h n o l o g y , w ec o m p l e m e n th a r d w a r ei n t e r f a c e a n ds o f t w a r ei n t e r f a c e f i n a l l y ，i no r d e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f t h ei ps y s t e m ，w ed i s c u s st h e p o s s i b i l i t yo fi m p l e m e n t i n gq o sa d a p t i v e e n c o d i n g i nv o i p s y s t e ma n dp r e s e n t a n p r a c t i c a la l g o r i t h m w r i t e nb yg ey i m i n d i r e c t e db y w e n gg u i r o n g h u a n g x i a n - w u k e y w o r d s ：v o i p ，b l u e t o o t h ，q 9 3 1p r o t o c o l ，r t p r t c pp r o t o c o l ， q o sa d a p t i v ee n c o d i n g i i 基于b u e t o o t h 的v o i p 通信的研究与实现 第一章前言 第一章前言 i n t e r n e t 是人类社会到目前为止发展最快的一项事物，在全球 范围内呈爆炸性增长的趋势，使全社会很快融入到信息浪潮中，它的 主要业务已由传统的文件传输、电子邮件和远程登录等基本服务转向 视频点播、i p 电话、远程医疗等应用为主的多媒体服务。在i n t e r n e t 的发展过程中，尤其是自1 9 9 4 年因特网开始商业化以来，其流量几 乎以每年翻一番的速度增长，至今没有任何减缓的迹象。但是用户数 的剧增和对带宽要求的提高，导致i n t e r n e t 上信息流量越来越庞大， 每个上网用户所能分到主干网带宽越来越小，信息传输的延迟不断 增加，这阻碍了i n t e r n e t 的进一步发展。如果现有的通信网络能和 i n t e r n e t 相联合的话，就可以为用户提供更加丰富的应用和服务。 以v o i p 等业务为代表的通信服务就充分体现了现代通信技术和 i n t e r n e t 技术的融合。v o i p 等业务的展开，也是目前国际上“三网 合( 将现有的有线电视网、电信网和计算机网统一起来，使得数据、 语音和视频都能在这个统一的网络上传输) ”过程中的重要步骤。 v o i p 是v o i c eo v e ri n t e r n e tp r o t o c o l 的简称，意为i n t e r n e t 上的声音协议。v o i p 是电信技术和计算机技术结合的最新进展。这 个新技术把标准的电话信号变成压缩的数据包，接着通过e t h e r n e t 局域网进行传输或通过i s p 的数据网络在全球范围内传输，而不是通 过传统的电话线传输。这就是说，v o i p 使得用于连接计算机网络的 系统和线路可以起着电话线路的作用，为标准的电话机和p c 提供实 时的声音。 伴随着2 1 世纪的钟声，i t 领域迎来了一项崭新的无线通信技术： b l u e t o o t h ( “蓝牙”) 。b l u e t o o t h 是一种新的无线通讯协定，是无线 数据和话音传输的开放式标准，以短距离的无线连接为主，一般为十 厘米到十米范围，若是增加功率或是加上某些外设则可达到几百米的 距离。它推动和扩大了无线通信的应用范围，使网络中的各种数据和 绝一章前出基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的 j f 宄与实现 语音设备能互连互通，实现个人区域内的快速灵活的数据和语音通 信。b 1 u e t o o t h 采用2 4 0 2 2 4 8 0 g h z 高频无线频率，中心频率为 2 4 5 g h z ，比现有的g s m l 8 0 0 还要高，在发射机频率为1 m h z 时，有效 的b 1 u e t o o c h 数据速率是7 2 1 k b p s 。也许相对w a p 而言，它规范化了 更为具体的硬件及频率应用等内容。( w a p 也是无线通讯协定，从理 解的含义来讲，也许该无线访问协议或是直接称之为无线上网协议， 规范化了网页的浏览格式及通讯协议，如t c p i p 等。) b l u e t o o t h 协议能使包括蜂窝电话、掌上电脑、笔记本电脑、相关外设和家庭 h u b 等包括家庭r f 的众多设备之间进行信息交换。b h e t o o t h 宽带协 议结合电路开关和分组交换机，适用与语音和数据传输。每个声道支 持6 4 k b 每秒同步( 语音) 链接。而异步信道支持任一方向上高到7 2 1 k b 每秒和回程方向5 7 6 k b 每秒的非对称链接。因此，它可以足够快地 应付蜂窝系统上的非常大的数据比率。 正是基于以上对于v o l p 和b l u e t o o t h 的认识，本人以所在的多 媒体实验室为基础进行了基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究。 本研究方案具有以下特点： 1 通过v o i p 技术实现语音数据包在英特网上的传送。 2 通过b l u e t o o t h 技术实现了语音包的无线通信。 3 对q 9 3 1 信令议进行了一定的改进和优化。 4 对r t p r t c p 协议进行了相应的改进和优化。 5 采用了有效的机制，使得系统具有q o s 保证。 本研究方案的创新之处在于： 实现了有线语音网络传输和无线语音网络传输的无缝连接和集 成。在连接到蓝牙模块的笔记本电脑中实现i p 网络连接，使用户可 以通过蓝牙模块和英特网中任何一台p c 机进行通话。任何两个拥有 蓝牙模块的用户之间也可以通过英特网实现无线语音通话。本研究方 案克服了传统电话局限于有线方式的缺点，通过本系统可以实现灵 活、低成本、小功耗的话音通信。在通话的语音质量方面采用了有效 的控制，使本系统在不同的网络负载情况下都可以取得较好的服务质 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现 第一章前言 量。 基于蓝牙的v o i p 电话系统可以有更广泛的应用。在未来的家庭、 办公室或任何可以连上英特网的地方，都可以用蓝牙组成无线网络， 进行语音和数字通信，从而免去电缆带来的诸多不便，同时可以利用 现有的有线局域网和英特网，在更大的范围内进行语音通信。 第二章i p 电话体系结构 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现 第二章i p 电话体系结构 2 1 i p 电话设备的体系结构 目前市场上所提供的i p 电话设备可以大致分为三种体系结构： 插卡式v o i p 服务器；独立式的v o i p 网关；以及结合i p 电话功能的 交换机和路由器。这三种体系结构各有特点，适用于不同的企业和用 户。 2 1 1 插卡式v o i p 服务器 插卡式的v o l p 服务器需要占用一台高性能计算机，通常需要运 行n t 的高档服务器。它主要的优点在于价格便宜，但缺点也是非常 明显的。由于v o i p 服务依赖于通用的p c 计算机，性能不高，同时， 它的维护和安装以及扩展均非常不方便。这种体系结构通常适用于仅 仅需要在两三个点之间完成非经常性i p 通话的小型公司或企业。 2 1 2 独立式的v o l p 网关 独立式的v o l p 网关运行的时候不需要额外的设备，计算机仅仅 是用来辅助配置使用。通常这种类型的i p 电话设备，由于针对i p 电 话的特点进行了优化，性能比插卡式的v o i p 服务器大大提高，安装 和维护也非常方便。通过独立式v o i p 网关提供的功能，可以很方便 地在企业现有的i n t r a n e t 上构建一个虚拟的i p 电话网络。这种体系 结构的v o i p 设备价格比插卡式v o i p 服务器( v o l p 卡+ 高档p c 服务 器) 略高，但是性能要优越得多。它可以使用在大型规模的企业上， 对企业原有的网络框架没有任何特殊的需求。 2 1 3 结合i p 电话功能的交换机和路由器 这是性能最优的体系结构，提供的功能也最强大。但是价格比前 两种体系结构要昂贵得多。通常i s p 或i p 电话运营商选择这种体系 结构。由于各个厂商之间的设备往往不能互连，采用这种体系结构就 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现第二章i p 电话体系结构 意味着推翻企业原有的网络框架，重新升级交换机和路由器。这种代 价是已经拥有完整的企业数据网的客户所不能接受的。 从上面的分析可以看出，对于已经拥有完整的企业网、或者需要 用最小的代价构建自己的虚拟i p 电话网络的用户来说，采用独立式 的v o i p 电话网关是性能价格比最恰当的选择。 2 2i p 电话设备的主要性能参数 i p 电话设备有很多性能参数，主要是以下几个方面：网关类型， 支持的l a n 接口的类型和数目，模拟语音接口的类型和数目，数字语 音接口的类型和数目，通道是否同时支持语音和传真，同时支持的传 真呼叫数目，每次呼叫所需要的语音带宽( 以k b i t s e c 为单位) ，带 宽是否能够调整，网关是否被设计为连接p b x ，是否支持电话到电话 的连接方式，是否支持电话到p c 的连接方式，是否支持p c 到电话的 连接方式，是否支持存储转发的i p 传真，是否支持静音压缩，是否 支持回声消除，是否支持前向纠错，是否使用r t p r t c p ，是否支持 s n m p 等等。 2 3 音频编码标准 在v o i p 设备中主要用到的音频编码标准主要有g 7 1 l ，g 7 2 6 ， g 7 2 7 ，g 7 2 3 ，以及n e tc o d e r 。不同的音频编码标准的压缩质量 不同，所需要的网络带宽也各不相同，从5 3 k b p s 到6 4 k b p s 不等。 由于音频编码标准中，通常不存在可以调整带宽的参数，根据这种特 性，我们可以通过改变音频编码标准的方式来达到调整网络带宽的目 的。 2 4 基于r t p 的v o i p 体系结构 h 3 2 3 是i t u - t 关于在无服务质量( q o s ) 保证的局域网上实时 多媒体通信的一套全面的标准化建议。h 3 2 3 实际上由多个完成不同 功能的标准化建议共同构成，涵盖了多媒体通信中的信令控制、媒体 数据编码、网络传输等诸方面。在多媒体终端设备应用中所涉及的 h 3 2 3 建议和其组成部分的关系如图2 - 1 所示： 第二章i p 电话体系结构 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现 h 3 2 3 建议中定义的多媒体网络通信系统由终端( t e r m i n a l ) 、 网关( g a t e w a y ) 、守护者( g a t e k e e p e r ) 和多点控制单元( m c u ) 等 不同功能角色的部分组成。在唯一守护者管理之下的所有多媒体通信 系统组成部分被定义为h 3 2 3 域。一个域中所有的通信用户在守护者 上注册，由守护者提供地址翻译、接纳控制和带宽控制；由m c u 提供 多点通信和媒体流合成；由网关负责同其他通信网络( 如p s t n 、i s d n 等) 互通。 a u d i oc o d e c g 7 1 1 g 7 2 3 g 7 2 9 r t p v i d e oc o d e c h2 6 ll h 2 6 3j l l a n d a t ai n t e r f a c e i n t e r f a c e t 1 2 0 s y s t e nc o n t r o l h2 4 5 c 0 1 1 打o l q 9 3 1 c a l ls e t u p r a s g a t e k e e p e r 图2 - 1 ：h 3 2 3 标准的包含范围 在h 3 2 3 建议中，控制功能具有核心地位。信令控制e h - - 个独 立的信令功能通过三条分开的信令通道完成，分别是： h 2 4 5 控制通道。负责能力协商，通道管理开、关，流量控制消 息等。 q 9 3 1 呼叫信令通道。依照q 9 3 1 标准完成呼叫控制，在通信终 端之间建立连接。 基于b l u e t o o t h 的v o i p 通信的研究与实现第二章i p 电话体系结构 r a s ( r e g i s t r a t i o n a d m i n i s t r a t i o n s t a t u s ) 通道。在终端与 守护者之间传递r a s 信令，完成注册、接纳、状态控制和带宽管理等 工作。 根据h 3 2 3 建议的协议体系，本系统利用r t p 协议实现了的v o i p 在网络中的传输。在h 3 2 3 协议栈中，我们选取了r t p 协议实现音 频数据的传输，q 9 3 1 信令实现电话呼叫的建立、维护和释放。在数 据传输中，利用r t c p 协议提供一定的控制功能。在这个体系结构中， r t p r t c p 、q 9 3 1 信令都在u d p 协议之上实现。它的体系结构如图2 2 所示。 r t c p 协议 q 9 3 1 信令 r t p 协议 u d p 协议 i p 协议 应用层协议 图2 2 ：基于r t c p 的v o w 体系结构 2 5q 9 3 1 信令 虽然q 9 3 1 信令最初是设计为i s d n 服务的，但是在v o l p 技术 中，由于数据传输所采用的r t p 协议不提供连接的管理，因此我们 借用了q 9 3 1 信令来实现电话呼叫的建立、维护和释放。我们可以 将r t p 数据信道看作一个b 信道，而e 9 3 1 信令所在的信道可以看 作d 信道。这样，q 9 3 1 信令的带外信令特性，以及它的消息格式 等等，都非常适合v o i p 的使用。具体的应用方法，我们将在第四章 中详细描述。 在下面的章节中，我们首先介绍r t p r t c p 协议，然后讨论这些 协议在本系统中的具体应用。 第三章r t p r t c p 协议基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现 第三章r t p r t c p 协议 3 1 r t p 协议 r t p ( r e a l t r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 为具有实时特征的数据( 如交 互式音频与视频) 提供端到端提交服务。典型情况下，应用在u d p 之 上运行r t p ，以便利用u d p 的多路复用、检查和服务。然而，r t p 也 可以和其它适当的下层基础网络或传送协议一同使用。如果下层基础 网络提供多点分发的话，则r t p 通过使用多点分发支持对多个目的地 的数据传送。 r t p 本身既不提供任何保证及时提交的机制，也不提供其他服务 质量q o s 保证，而是依靠下层服务完成这些任务。它既不保证提交， 也不防止错序提交，还不假设下层基础网络可靠而且按序提交分组， r t p 中包含的顺序号允许接收方重建发送方分组序列。但是，在视频 解码中，顺序号也可能用于确定分组的适当位置，从而不必按序解码 分组。 r t p 主要是为了满足多参加方多媒体会议的需要而设计的，但是 并不限于该特定应用，也可应用于其他分布式多媒体应用( 如远程学 习，远程会诊等) 。 r t p 是由两个紧密相连的协议组成的。这两个协议是： 实时传送协议r t p ，传送具有实时属性的数据。 r t p 控制协议r t c p ( r t pc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ，监控服务质量q o s ， 传递有关正在进行中的会话的参加方的信息。r t p 是一个精心设计的 不完整协议框架，不作为一个单独层来实现，以便既能提供为某一应 用所需的信息也能被集成到应用处理之中。r t p 详细说明对于r t p 适 合的所有应用来说是共同的那些功能。对于常规协议来说，可能是通 过使协议更为通用或者是通过增加将需要解析的选项机制来容纳另 外的功能；r t p 则打算根据需要通过修改或增加头部进行剪裁。 因此，除了r t p 规范文档之外，用于某一特定应用的完整规范将 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现 需要一个或多个伴随文档。这些伴随文档可能包括： 轮廓规范文档：定义有效载荷类型码集合及其对有效载荷格式的 映射( 例如媒体编码) 。轮廓也可能定义特定于某一特定类应用的扩 充或修改，典型情况下，一个应用将运行在一个轮廓下。 有效载荷格式规范文档：定义如何在r t p 中携带特定有效载荷， f f f j 女h 音频或视频编码。 3 1 1 几个基本概念 r t p 有效载荷( p a y l o a d ) ：r t p 在分组中传送的数据，例如音 频采样或压缩视频数据。有效载荷的格式和解释不属于r t p 范围。 r t p 分组：由固定的r t p 头部、可能为空的有贡献源表( 详 后) 和有效载荷数据组成的数据分组。有些下层基础协议可 能要求定义r t p 分组封装。典型情况下，一个下层基础协议 分组包含一个r t p 分组，但是如果封装方法支持的话，也可 能包含几个r t p 分组。 r t c p 分组：由一个类似于r t p 数据分组头部的固定头部部分 和其后的根据r t c p 分组类型而变的结构化元素组成。在典型 情况下，多个r t c p 分组合在一起作为一个复合r t c p 分组在 一个下层基础协议分组中发送；它得到了每个r t c p 分组的固 定头部中的长度域的支持。 端口( p o r t ) ：是传送层协议用来区分某一给定主机内多个目 的地的抽象。t c p i p 协议使用小正整数标识端口。o s i 传送 协议使用的传送选择器( t s e l ) 等价于端口，r t p 依赖低层 协议提供某一机制，例如多路复用某一会话的r t p 和r t c p 分 组的端口。 传送地址( t r a n s p o r ta d d r e s s ) ：是网络地址和标识传送级 端点和端口的组合，例如一个i p 地址和一个u d p 端口，分组 由一个源传送地址发送到一个目的传送地址。 r t p 会话( s e s s i o n ) ：使用r t p 通信的参加方集合之间的协 基于b l u e t o o t h 的v o i p 通信的研究与实现 会。对于每个参加方来说，会话由某一特定目的传送地址对 ( 一个网络地址再加上用于r t p 和r t c p 的一对端口) 定义。 目的传送地址可能对所有参加方都是共同，如在i p 多点播送 情形下，也可能对于每个参加方都是不同的，如在个体单点 播送网络地址加上一个公共端口对的情形下。在一个多媒体 会话中，每个媒体通过单独的一个r t p 会话传送，使用自己 的r t c p 分组。多个r t p 会话由不同端口号和( 或) 不同多点 播送地址区分。 同步源s s r c ( s y n c h r o n i z a t i o ns o u r c e ) ：一条r t p 分组流的 源由r t p 头部携带的一个3 2 位的数值型s s r c 标识符来标识， 以便不依赖于网络地址。来自某一同步源的所有分组构成同 一定时和顺序号空间的一部分，因此接收方通过同步源将分 组分类用于回放。同步源的例子包括根据信号源( 例如麦克 风或摄像机) 导出的一条分组流的发送方或者一个r t p 混合 器( 详后) 。同步源可能随时间而改变它的数据格式，例如音 频编码。s s r c 是一个随机选择值，目的是保证在某一特定r t p 会话内是全局唯一的。一个参加方不必为一个多媒体会话中 的所有r t p 会话使用同一s s r c 标识符，s s r c 标识符的联编 通过r t c p 提供。如果某一参加方在一个r t p 会话中生成多条 流，例如来自多个独立视频摄像机，则每条流必须被标识为 一个不同的s s r c 。 有贡献源c s r c ( c o n t r i b u t i n gs o u r c e ) ：对由一个r t p 混合器 生成的组合流作出贡献的一条r t p 分组流的源。混合器将对 某一特定分组作出共享的那些源的s s r c 标识符表插入到该 分组的r t p 头部中。该表称为c s r c 表，一个实例是音频会议。 在音频会议应用中，混合器指示其被组合以生成输出分组的 所有谈话方，允许接收方指示当前谈话方，即使所有音频分 组都包含同一s s r c 标识符( 该混合器的s s r c 标识符) 。 端系统( e n ds y s t e m ) ：它是生成内容用r t p 分组发送和( 或) 基于b l u e t o o t h 的v o i p 通信的研究与实现第三章r t p r t c p 协议 消费收到的r t p 分组的内容的应用。一个端系统在一个特定 r t p 会话中可以充当一个或多个同步源，但是在典型情况下 只作为一个同步源。 混合器( m i x e r ) ：它是一个中间系统，接收来自一个或多个 源的r t p 分组，可能改变数据格式，以某种方式组合这些分 组，然后转发一个新r t p 分组。由于在多个输入源之间的定 时一般将不进行同步，因此混合器将在流之间进行定时调整 而且为该组合流生成混合器自己的定时。因此，所有起源于 某一混合器的分组将被标识以该混合器作为它们的同步源。 转换器( t r a n s l a t o r ) ：它是一个中间系统，转发r t p 分组， 而且保持这些分组的同步源标识符完整无缺。转换器的例子 包括不经混合就转换编码的设备、从多点播送到单点播送的 复制器、防火墙中的应用级过滤器等。 监视器( m o n i t o r ) ：它是一个应用，接收由某个r t p 会话中 的参加方发送的r t c p 分组，特别是接收报告，并且估计当前 服务质量q o s ，用于分发监控、故障诊断和长期统计。监视 器功能很可能被嵌入到参加会话的应用之中，但是也可能作 为一个既不参加也不发送或接收r t p 数据分组的单独应用。 这些称为第三方监视器。 非r t p 方法( n o n - r t pm e a n s ) ：除了r t p 之外，我们还可能 需要其他协议和机制以提供某种可用服务。特别对于多媒体 会议来说，会议控制应用可能分发多点播送地址和密钥，协 商要使用的加密算法，定义r t p 有效载荷类型值和它们代表 的、用于没有预定义有效载荷类型值的有效载荷格式之间的 动态映射。对于简单应用，也可能使用电子邮件或一个会议 数据库。这样的协议和机制的规范超出了r t p 的范围。 3 1 2r t p 数据传送协议 3 1 2 1 r t p 固定头部域 r t p 头部具有如图3 1 所示格式。头1 2 个字节在每个r t p 分组 1 1 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现 中都存在，而c s r c 标识符表仅当由混合器插入时才存在。各域的含 义如下： 123 0123456789 0123456 7890123456 789 01 v = 2lpixlcc l m1p t l 包发送序列号 时间戳 同步据源s s r c 标识 有贡献据源c s r c 标识 图3 - 1 ：r t p 头部格式 版本v ( v e r s i o n ) 域：2 位。该域标识r t p 的版本。 填充p ( p a d d i n g ) 域：1 位。如果填充位置位，则分组在结 尾处包含一个或多个附加的填充字节。这些填充字节不是有 效载荷的组成部分。填充的最后一个字节包含应该忽略的填 充字节的计数。某些使用固定块尺寸的加密算法可能需要填 充，在一个低层协议数据单元中携带几个r t p 分组时也可能 需要填充。 扩充x ( e x t e n s i o n s ) 域：1 位。如果扩充位置位，固定头部 之后就恰好跟一个头部扩充。 c s r c 计数c c ( c s r cc o u n t ) 域：4 位。c s r c 计数包含跟在固 定头部之后的c s r c 标识符的数目。 标记m ( m a r k e r ) 域：1 位。标记的解释由轮廓定义，该域打 算允许在分组流中标记重大事件，如帧边界。通过改变有效 载荷类型域中的位数目，轮廓可能定义附加的标记位或者说 明没有标记位。 有效载荷类型p t ( p a y l o a dt y p e ) 域：7 位。该域标识r t p 有效载荷的格式，由应用确定其解释。轮廓详细说明有效载 荷类型码对有效载荷格式的缺省静态映射。增加的有效载荷 类型码可以通过非r t p 方法动态地定义。一个r t p 头部在任 何给定时间发出单一r t p 有效载荷类型。 顺序号( s e q u e n c en u m b e r ) 域：1 6 位。对于每个发出的r t p 基于b l u e t o o t h 的v o i p 通信的研究与实现第三章r t p r t c p 协议 数据分组，顺序号都要增1 。接收方可能使用它来检测分组 丢失并且恢复分组顺序。顺序号的初值是随机的( 不可预测 的) ，以使得对加密的已知明文攻击更为困难( 即使源本身不 加密) ，因为分组可能流经一个进行加密的转换器。 时戳( t i m e s t a m p ) 域：3 2 位。时戳反映r t p 数据分组中的 第一个字节的采样时刻。采样时刻必须根据时间上单调线性 递增的时钟来导出，以支持同步和抖动计算。时钟的分辨率 对于期望的同步精度和计量分组来说必须足够充分( 典型情 况下每个视频帧占用一个时钟周期就不够充分) 。时钟频率依 赖于作为有效载荷携带的数据的格式，并且在轮廓或者定义 格式的有效载荷格式规范中静态详细说明，或者对于通过非 r t p 方法定义的有效载荷格式可能动态地详细说明。如果r t p 分组被周期性地生成，就使用如同根据采样时钟确定的按计 划进行的采样时刻，而不使用系统时钟读取值。例如，对于 固定速率的音频，时戳时钟很可能对每个采样周期增l 。如 果音频应用从输入设备读取覆盖1 6 0 个采样周期的块，则对 于每个块时戳增高1 6 0 ，不管该块是用一个分组发送还是作 为沉默而被丢掉。时戳的初值是随机的，与顺序号一样，如 果几个连续的r t p 分组是( 在逻辑上) 同时生成的，例如属 于同一个视频帧，则它们可能具有相同的时戳。如果数据不 是按采样顺序发送的，则连续r t p 分组可能包含不单调的时 戳，如在m p e g 插值视频帧的情况下。( 在发送时，分组的顺 序号将依然是单调的) 。 s s r c 域：3 2 位。s s r c 域标识同步源。该标识符是随机选择 的，目的是在同一个r t p 会话内没有两个同步源将具有相同 的s s r c 标识符。尽管多个源选择同一个标识符的概率低，但 是所有r t p 实现必须准备检测并且解决该冲突，r t p 提供描 述冲突概率以及用于解决冲突和基于s s r c 标识符的唯一性 检测r t p 级转发回路的机制。如果源改变其源传送地址，它 第三章r t p f r t c p 协议基于b l u c t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现 也必须选择一个新的s s r c 标识符以避免被解释成回路源。 c s r c 表域：0 到1 5 项，每项3 2 位。c s r c 表标识为该分组中 包含的有效载荷作出贡献的源。标识符个数由c c 域给出。如 果有贡献源超过1 5 个，则可以只标识其中的1 5 个。c s r c 标 识符由混合器插入，使用有贡献源的s s r c 标识符。例如，对 于音频分组来说，就列出为创建一个分组而混合在一起的所 有源的s s r c 标识符，支持在接收方提供正确的谈话方指示。 3 1 2 2 多路复用r t p 会话 经验表明，对于高效协议处理来说多路复用点数应该最小化。在 r t p 中，多路复用由定义r t p 会话的目的传送地址( 网络地址和端口 号) 提供。例如，在由单独编码的音频和视频媒体组成的远程会议中， 每个媒体应该用一条单独的具有自己目的传送地址的r t p 会话传送。 r t p 不准备在单个r t p 会话中同时传送音频和视频，而且基于有效载 荷类型域或s s r c 域解多路复用，相互交叉的具有不同有效载荷类型 但使用相同s s r c 的分组将带来以下几个问题： 如果在会话期间切换一个有效载荷类型，则没有用来标识新 值取代的是哪个旧值的一般方法。 s s r c 被定义用来标识单一定时和顺序号空间。如果媒体块速 率不同，则相互交叉的多个有效载荷类型将需要不同的定时 空间，而且将需要不同的顺序号空间来辨别哪个有效载荷类 型遭受了分组损失。 r t c p 发送方和接收方报告只能为每个s s r c 描述一个定时和 顺序号空间而且不携带有效载荷类型域。 r t p 混合器不具备把相互交叉的不兼容媒体流组合成一个流 的能力。 在一个r t p 会话中传输多个媒体还妨碍在适当的情况下使用 不同的网络路径或者网络资源分配；它还妨碍在用户可接受 的前提下，允许用户只接收媒体的某一子集。例如，如果音 频和视频之和超过可用带宽，则可只接收音频；它同样妨碍 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现第三章r t p r t c p 协议 实现为不同媒体使用不同进程的接收方，而使用单独的r t p 会话，既允许单进程也允许多进程接收方实现。 为每个媒体使用一个不同的s s r c ，但是在同一r t p 会话中发送 它们可以避免前三个问题，却不能避免后两个题。 3 1 2 3 对r t p 头部进行特定于轮廓的修改 对于r t p 可能支持的所有应用类别都共同需要的功能集合来说， r t p 数据分组头部是完整的。然而，为了提高协议运行的效率，并且 更好地适应不同应用类别的特定需要，r t p 数据分组头部可能通过在 轮廓规范中所定义的进行剪裁，同时允许独立于轮廓的监视和记录工 具发挥作用。 标记位和有效载荷类型携带了特定于轮廓的信息，一般它们 被分配在固定的头部中，因为很多应用可能会需要它们，特 殊的情况可能需要增加另一个3 2 位字来保持它们，轮廓可以 重新定义包含这些域的字节以适应不同需要。例如，使用更 多或更少的标记位。如果有标记位，则应该定位在字节的最 高位，因为独立于轮廓的监视器可能具备观察分组损失模式 和标记位之间相互关系的能力。 应该在分组的有效载荷部分携带某一特定有效载荷格式所需 的附加信息，例如视频编码。这可能总是出现在有效载荷部 分的开始处的某个头部中，或者可能由数据模式中的某个保 留值指示。 如果某一特定应用类型需要独立于有效载荷格式的附加功 能，则在这些应用运行其下的轮廓中应该定义附加的固定域。 这些附加域紧随现有固定头部的s s r c 域之后。这些应用将能 快速直接地访问这些附加域，同时允许独立于轮廓的监视器 或记录通过只解释头1 2 个字节来处理r t p 分组。 如果证明增加的功能为所有轮廓共同需要，就应该定义一个r t p 新版本对固定头部做永久改变。 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现 3 1 2 4r t p 头部扩充 r t p 提供一个扩充机制允许实现对新的独立于有效载荷格式的功 能进行实验。这些功能要求在r t p 数据分组头部携带附加信息。该机 制的设计允许其他未经扩充的互操作实现忽略该头部扩充。 该头部扩充只打算支持有限用途，而且其中的多数用途可以用其 他方式更好地实现。例如，对固定头部的特定于轮廓的扩充的处理开 销比较少，因为它既不是有条件的也不是处于可变位置。某一特定有 效载荷格式所需的附加信息不应该使用该头部扩充。但是分组的有效 载荷部分应该携带这些附加信息。 如果r t p 头部中的x 位是1 ，一个可变长度的头部扩充就被追加 到r t p 头部，跟在c s r c 表之后( 如果该表存在的话) 头部扩充包含 一个1 6 倍长度域，计数该扩充中的3 2 位字的数目。不包括4 字节扩 充头部( 因此0 是合法长度) 。r t p 数据头部只可以追加一个扩充。 为了允许多个互操作实现各自独立地对不同头部扩充进行试验或者 允许某一特定实现对一个以上头部扩充类型进行试验，头部扩充的头 1 6 位留做辨别标识符或参数，这1 6 位的格式由r t p 实现运行其下的 轮廓规范定义。r t p 规范本身不定义任何头部扩充。 3 2r t p 控制协议r t c p 协议 3 2 1r t c p 的功能 r t p 控制协议r t c p 基于向会话的所有参加方周期性地发送控制 分组，使用和数据分组相同的分发机制。下层基础协议必须提供数据 和控制分组的多路复用，例如对于u d p 使用单独的端口号。r t c p 执 行如下四个功能： r t c p 的主要功能是提供数据分发质量反馈。这是r t p 发挥传 送协议作用的个组成部分，而且与其他传送协议的流控和 拥挤控制功能相关。反馈可以直接用于自适应编码控制，但 是对i p 多点播送所做的试验已经表明它对于从接收方获得 反馈信息以诊断分发中出现的故障也是至关重要的。向所有 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现第三章r t p r t c p 协议 参加者发送接收反馈报告允许正在观察问题的参加方评价这 些问题是局部的还是全局的。使用象i p 多点播送这样的分发 机制，某一实体( 例如在其他方面并不参与会话的网络服务 提供方) 接收反馈信息并且充当第三方监视器来诊断网络问 题也是可能的。该反馈功能通过r t c p 发送方和接收方报告执 行。 r t c p 携带用于r t p 源的持久传送级标识符规范名c n a m e ( c a n o n i c a ln a m e ) 。由于如果发现冲突或者某一程序重新启 动则s s r c 可能发生变化，因此接收方需要c n a m e 以跟踪每个 接收方。接收方也需要c n a m e 以关联来自某一相关r t p 会话 集合中的某一给定参加方的多条数据流，例如同步音频与视 频。 上述两个功能要求所有参加方发送r t c p 分组。因此必须控制 速率以便r t p 对大型参加方组具有可伸缩性。通过要求每个 参加方都向所有其他参加方发送其控制分组，每个参加方都 可能独立地观察参加方的数目。该数目被用来计算分组发送 的速率。 第四个可选功能是传递最小会话控制信息，例如在用户界面 上显示参加方标识，这最有可能用于“松散控制”型会话， 因为在松散控制型会话中参加者可以自由加入或退出，没有 成员属性控制或参数协商。r t c p 可以作为方便地到达参加方 的信道，但是未必期望它支持应用的所有控制通信需求，因 此可能需要一个高层会话控制协议，但这样的协议不属于r t p 的范围。 当在i p 多点播送环境中使用r t p 时，前三项功能是强制性的， 而且被推荐在所有环境中使用。 3 2 2r t c p 分组类型 r t p 规范定义了几个r t c p 分组类型以携带各种各样的控制信息， 它们是： 基于b l u e t o o t h 的v o l p 通信的研究与实现 发送方报告s r ( s e n d e rr e p o r t ) ：用于来自作为活跃发送方的 参加方的发送和接收统计。 接收方报告r r ( r e c e i v e rr e p o r t ) ：用于来自在作为非活跃发 送方的参加方的接收统计。 源描述s d e s ( s o u r c ed e s c r i p t i o n ) ：源描述项，包括c n a m e 。 再见b y e ：指示参加结束。 应用a p p ( a p p li c a t i o n ) ：特定于应用的功能。 每个r t c p 分组以一个类似于r t p 数据分组的固定头部的固定部 分开始，其后是结构化元素。根据分组类型，结构化元素的长度是可 变的，但总是结束于一个3 2 位边界，多个r t c p 分组可以连接成一个 复合r t c p 分组，用一个低层协议( 例如u d p ) 分组发送。在复合分 组中没有对单个r t c p 分组的显式计数，因为r t p 期望低层协议提供 一个总长度来确定复合分组的结束。 复合分组中的各单个r t c p 分组可以独立处理，对分组次序或组 合没有要求。然而，为了执行