（计算机应用技术专业论文）基于h323协议栈的技术研究与实现.pdf

摘要 近年来，计算机网络的迅速发展给全球各个领域的发展都带来了巨大的变化， 其中基于i p 网络的多媒体通讯技术为人们的远距离交流提供了一个既方便又廉价 的途径，结束了传统电信领域中电路交换一统天下的局面。 h3 2 3 系列标准是国际电信联盟( i t u t ) 专门为分组交换网络设计的多媒体通 信标准，它使用t c p i p 协议，支持视频、音频、数据在网络中的实时编码和传输。 因此，h 3 2 3 多媒体会议系统可以建立在局域网内、局域网之间、甚至是通过i n t e r n e t 互连的主机之间。随着i n t e m e t 的迅速普及和t c p i p 协议的广泛使用，h 3 2 3 标准 有着十分广阔的应用前景。本文首先对h 3 2 3 标准进行了概括性的介绍，包括它 所定义的实体、协议栈、通信过程：用u m l 和面向对象的思想对h 3 2 3 协议栈进 行建模；实现了h 3 2 3 协议栈的模块化划分，并用跨平台的p w l i b 类库实现了h 3 2 3 协议栈；随后对会议电视中视频通信数据网络抖动的消除方法做了深入的研究， 并在此基础上给出了一种有效的解决方案；最后，基于h 3 2 3 协议栈，开发了h 3 2 3 模拟终端，并用单元测试、系统测试的方法对协议栈进行了严格的测试。结果表 明本文所开发的协议栈具有稳定性、可靠性以及可维护性的优点；具有跨平台的 特性，能够实现和国内外主要会议电视厂家终端产品的互连互通；完全符合i t u t h 3 2 3 建议的标准，达到了设计的要求。 关键字：h 3 2 3t c p i p 会议电视u m l 建模 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e rn e t w o r k sh a sb r o u g h tt h e e n o r m o u s c h a n g e f o rt h e g l o b a ld e v e l o p m e n t o fv a r i o u s f i e l d s a m o n gt h e m ， m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g yw h i c hb a s e do ni pn e t w o r ko f f e r sac o n v e n i e n t m a dl o w p r i c e dw a yt os h o r t e nt h ed i s t a n c ea m o n gt h ep e o p l e ，a n dg i v e sa ne n dt o t r a d i t i o n a lc i r c u i t s w i t c h e dc o m m u n i c a t i o n t h eh 3 2 3 p r o t o c o l i si t u t ss t a n d a r df o rm u l t i m e d i ac o n f e r e n c eo v e r p a c k e t b a s e dn e t w o r k ，i ta p p l i e st c p b pa g r e e m e n t ，s u p p o r t st h er e a l - t i m ec o d e ca n d t r a n s m i t t i n g o fv i d e o ，a u d i oa n dd a t ai ni n t e r n e t n e t w o r k t h e r e f o r e ，m u l t i m e d i a c o n f e r e n c ec a nb eh o l db e t w e e no ri nl a n s ，e v e na m o n gt h er e m o t ec o m p u t e r s c o n n e c t e db yi n t e r n e t w i t ht h er a p i dp o p u l a r i z a t i o no fi n t e r n e ta n de x t e n s i v eu s eo f t c p i pa g r e e m e n t h 3 2 3s t a n d a r d sh a v ev e r yw i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c t s t h i sp a p e r f i r s tg i v e sa no v e r v i e wo ft h eh 3 2 3s t a n d a r d s i n c l u d i n gt h ee n t i t y , s t a c ka n do p e r a t i o n p r i n c i p l e so fv i d e o c o n f e r e n c i n gi nt h ei n t e m e t s e c o n d l y , u s e su m l t ob u i l dag e n e r a l a n du s e f u lm o d e lf o rh 3 2 3s t a c k ，a n dd i v i d e st h es t a c ki n t os e v e r a lm o d u l e su n d e rt h e p r i n c i p l eo f o o a a n dr e a l i z e st h es t a c kp r o g r a m m i n gw i mo o p l a n g u a g eo n t h eb a s e o fac r o s s p l a t f o r mc l a s s e s p w l i b s u b s e q u e n t l y , f l u c t u a t i o ni nv i d e ot r a n s m i s s i o ni s d e e p l ya n a l y z e da n dau s e f u l s o l u t i o ni s p r e s e n t e d f i n a l l y , a s i m u l a t i o nt e r m i n a l s o f t w a r ei s d e v e l o p e do nt h eb a s eo fh 3 2 3s t a c k ，t h e nt h es t a c ki st e s t e d 埘t hu n i t t e s t i n ga n ds y s t e m i ct e s t i n g t h er e s u l ts h o w st h es t a c ki nw h i c ht h i sp a p e rd e v e l o p e s ， h a st h em e r i to fs t a b i l i t y , d e p e n d a b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y ；h a sac h a r a c t e r i s t i co f r u n n i n g o nw i n d o w sa n du n i xp l a t f o r m ，c a nc o m m u n i c a t e dw i t ht h em a i nh 3 2 3 t e r m a i n a lp r o d u c t so fs o m ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lv i d e o c o n f e r e n c i n gp r o d u c e r s ， w h i c hp r o v e st h a to u rh 3 2 3s t a c kc o m p l e t e l ya c c o r d sw i t hi t u t ss t a n d a r do fh 3 2 3 r e c o m m e n d a t i o n ，a n dr e a c h e so u rd e s i g n i n gr e q u i r e m e n t k e y w o r d s ：h 3 2 3 t c p i p v i d e o c o n f e r e n c i n g u m l m o d e l i n g 创新性声明 y 5 8 3 3 7 6 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，除了文中特别加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 的任伺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。 小人签名：堡墨坠 f 1 期： 丝垒。! ：墨 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一年解密后适用本授权书。 本人签名：召争杏士l日期： 矽牛，几8 导师签名 犯 、 日期 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 近年来，随着通信技术和i p 网络的发展，它将丰富的信息带入了人们的生产、 生活中，也推动了i p 网络技术的大规模应用和开发，随着其覆盖的范围的不断扩 大，网络性能的不断提高，i p 网络已经在全球范围内构筑起了一个可以实现信息 共享、互连互通的统一平台，它不仅可以承载数据业务，而且也可以将语音、视 频等多媒体信息一步一步融入其中。会议电视正是以i p 网络分组交互技术和以多 媒体信息为目标的网络业务综合化两大主流技术相融合的结果。 随着企业信息化的进程，会议电视作为一个典型的内联网的应用已经变得越 来越普及，利用i n t e m e t 传输语音、视频、数据等多媒体信息已成为商家聚焦的中 心和研究热点。目前，会议电视作为现代化办公和信息交流的手段越来越受到重 视，因此各电信运营商积极建设会议电视业务网，争夺会议电视业务的市场，使之 形成新的业务增长点。为了保证不同厂家产品之间能够互连，i t u t 为多媒体通信 系统提出了套基于i p 网络的通信标准一h 3 2 3 推荐协议”1 。当前，h 3 2 3 协议已经 被业界广泛采用，并且成为国际上会议电视、i p 网络电话的最为成熟的标准。在 我国，h 3 2 3 推荐协议由于成熟性、可靠性，已经成为我国发展基于i p 网络的多媒 体通信技术的标准。h 3 2 3 标准是基于分组交换网络的，它使用t c p i p 协议，支持 视频、音频、数据在网络中的实时编码和传输。因此，h 3 2 3 多媒体会议系统可 以建立在局域网内、局域网之间、甚至是通过i n t e r n e t 互连的主机之问。随着i n t e m e t 的迅速普及和t c p s p 协议的广泛使用，h 3 2 3 标准有着十分广阔的应用前景。 1 2h 3 2 3 协议的由来与发展 i c t 3 2 3 是i t u t 多煤体通信系列标准h 3 2 x 的一部分，这些系列标准使得在 现有通信网络上进行会议电视成为可能。 l 3 2 0 为在n i s d n 上进行多媒体通信的 标准；h 3 2 1 为在b i s d n 上进行多媒体通信的标准；h 3 2 2 为在有服务质量保证 的局域网上进行多媒体通信的标准；h 3 2 4 为在通用电话交换网和无线网络上进行 多媒体通信的标准。 h 3 2 3 协议由国际电信联盟( i t u ) 制定，目标是为分组交换网上的多媒体通信 系统提供标准。因此，它的设计思想包括： 适用的网络类型是分组交换网络( p b n ：p a c k e t - b a s e d n e t w o r k ) 。 2基于h 3 2 3 协议栈的技术研究与实现 适用的通信内容涵盖语音、视频和数据及其它们的组合。 目标系统应该支持p b n 与其它类型网络的互通，包括p s t n 、i s d n 、 b i s d n 和q o s 有保证的l a n 。 目标业务包括会议电视、i p 网络电话，因此需要考虑多点通信的控制。 描述的技术内容主要是在p b n 上实现多媒体通信的系统定义和一般控制 过程。 h 3 2 3 协议是一个框架性协议，旨在定义多媒体通信系统的整体结构和主要工 作过程，它需要组协议的支持，包括音频、视频编解码协议、呼叫控制协议、 媒体流传输协议等等。这些协议规定了系统详细的技术内容，并在h 3 2 3 协议的组 织下，与h 。3 2 3 协议一起构成了分组多媒体通信系统的技术标准。 i t u t 至今已经相继推出了h 3 2 3 协议的四个版本。1 9 9 6 年，i t u t 推出了h 3 2 3 的第一版，定位于局域网，标准解决了点对点及多点会议电视中诸如呼叫与会话 控制，多媒体与带宽管理等许多问题。h 3 2 3 采用了i e t f 的r t p 协议，用来在i p 网上传输语音、图像等实时信号，出于对h 3 2 3 协议功能、效率、服务质量、适用 规模等方面的考虑，i t u t 不断推出新的版本。i t t j t 针对h 3 2 3 第一版中存在的问 题，根据多媒体通信技术发展的趋势，对原有标准进行了大量的修改和完善，于 1 9 9 8 年制定了h 3 2 3 第二版，它主要定义了在分组交换网络上的多媒体通信标准， 剀此这个标准的覆盖面非常广泛，可以完成实际通信业务中大部分业务功能，包 括桌面和会议室型会议电视、i p 电话和可视电话、协同办公、会议电视、远程医疗、 客户服务中心、安全监控、音频视频广播、网上银行、交互购物。与前一个版本 相比，第二版增加了安全性、快速呼叫连接、h 4 5 0 附加功能、t 1 2 0 数据会议等， 另外从i e t f 借鉴了一些经验，例如用u r l 作为别名等。h 3 2 3 第二版已是一个功能 较完备的版本，目前 l 3 2 3 设备都支持h 3 2 3 第二版或以上版本。1 9 9 9 年，i t u t 又 公和了支持大范围网络应用的第三版，增加u d p 信令、简单终端类型、通信域的 管理以及q o s 等功能。 2 0 0 0 年底，i t u t 又推出最新的第四版，对网络应用的稳定性、冗余性以及可 拓展性等问题作了补充，使通信质量得到了进一步保证。 随着h 3 2 3 协议的修改和功能的不断扩充，并且由于h 3 2 3 协议本身的复杂性 和较大的解释余地，给会议电视设备的丌发带来了许多问题，如协议间的兼容性、 产品的互操作性、服务质量、安全性等等。这就要求h 3 2 3 协议具有可维护性、可 重用性、可扩展性，以适应协议的完善和发展。在此基础上，国内i p 标准研究组正 在制定关于基于h 3 2 3 的会议电视系统的国内通信行业标准。 笙二主堑鲨_ 三 1 3 本文的主要工作和内容 本论文课题来源于中兴通信股份有限公司多媒体通信系统一会议电视技术的 开发和研究，h 3 2 3 力、议栈是会议电视技术的核心，是实现在i p 网络上进行多媒 体通信的基础，本课题研究的目的是丌发符合i t u t h 3 2 3 建议的多媒体通信协议 栈，实现不同厂家会议电视产品的互连互通，同时为制定符合我国国情的h3 2 3 协议标准提供参考。 本文的研究工作是熟悉多媒体协议h 3 2 3 的体系结构和所涉及的相关技术， 采用面向对象的思想对h 3 2 3 进行建模，实现h 3 2 3 协议的模块化划分；对h 3 2 3 协议视频传输中的图像抖动原理进行了深入的分析与研究，给出了一种实用的解 决方法。 丌发工作是以软件实现了i p 网络上的h 3 2 3 协议栈。采用面向对象编程语言 v i s u a lc + + ，基于跨平台的p w l i b 类库，实现了t t 3 2 3 协议栈的模块化编程，并对 h 3 2 3 协议栈进行了单元测试和系统测试。 本文共分五章：第一章为绪论，介绍了基于i p 网络的多媒体技术以及所用到 的通信协议，并对本文的工作做了简要的说明；第二章分析了多媒体通信协议的 体系结构、通信过程，并对协议栈结构中各个部分功能做了详细的介绍；第三章 采用u m l 语言，对h 3 2 3 协议栈进行了面向对象可视化建模；第四章对h 3 2 3 协 议栈进行模块化划分，并用跨平台类库p w l i b 编程实现了h 3 2 3 协议栈；第五章对 会议电视中的视频传输抖动算法进行了研究，并给出了一种实用的解决方案。第 六章对所实现的h 3 2 3 协议栈进行了单元测试与系统测试，最后对协议栈的性能 进行了分析，指出了其中的不足和进一步研究与改进的方向。 !茎王望：! 垄垫垫垫盟丛查堕塑兰塞堡 第二章h 3 2 3 的体系结构 本章首先分析了h 3 2 3 系统的体系结构，简单介绍了h ，3 2 3 系统的组成以及每 个部分实现的功能。之后分析了h 3 2 3 协议栈的特点、结构，并重点介绍了协议 栈的通信过程以及通信建立过程中所用到的三个信令协议。 2 1h 3 2 3 的系统结构 h 3 2 3 系统的组成部件称为h 3 2 3 实体，它主要包括终端、网关、多点控制单 元m c u 和网闸四种实体。图2 1 为h 3 2 3 系统的基本结构。 幽2 1h3 2 3 的系统结构 终端是h 3 2 3 系统的端节点，直接面向用户，是在系统中提供实时、双向通 信的端点设备，所有h 3 2 3 终端都必须有一个音频编解码器，必须能收发g 7 1 1 音 频信号，作为任选功能可收发( 3 7 2 2 、c r 7 2 8 、g 7 2 9 、g 7 2 3 1 和m p e g l 音频编码 信号：视频编解码可以采用h 2 6 1 协议或h 。2 6 3 协议。实际通信时，通过h 2 4 5 协议的“能力交换”过程，在发送和接收方之间协商决定使用何种编码方式处理 数据。 网闸为h 3 2 3 系统中的可选组件，其功能是向h 3 2 3 的终端、网关和m c u 提供 呼叫控制服务，是r a s 协议的实现。网闸在系统中必须提供4 1 0 n 务，主要包括： 地址翻译、呼叫接纳、带宽控制、区域管理等等，带宽管理、呼叫鉴权、呼叫控 制信令和呼叫管理等为网闸的可选功能。网闸虽然在h 3 2 3 协议中是可选项，然而， 实际应用时是不可或缺的。 m c u 是h 3 2 3 系统中的多点通信功能部件，支持三个端点或更多端点之间的会 议通信控制。它包括一个必需的多点控制器m c ，有时需要附加多点处理器m p 。 第二二章h3 2 3 的体系结构 m c 实现多点通信的控制功能，m p 接收来自各参会端点的音频、视频和数据信弓 流，经处理后回送各终端。在h ，3 2 3 协议中，m c 和m p 只是逻辑实体，即不可呼叫 也不可寻址，它们可以存在于h 3 2 3 系统的其它可寻址的实体中。 网关是h 3 2 3 系统中提供h 3 2 3 终端与其它i n 标准兼容终端之间实时双向 通信的端点设备。网关的作用就是完成两项转换功能：媒体信息编码的转换和信 令的转换。 其r r ，终端、网关和m c u 通称为端点，端点可以发起呼叫，也可以接收呼日q ， 媒体信息流就在端点生成或终结。网闸不可呼叫，但是网闸参与呼叫的控制，具 有运输层地址，是可寻址的h 3 2 3 实体。 2 2 h 3 2 3 协议栈 h ，3 2 3 协议是为分组交换网络提供多媒体通信的标准协汉族，它支持点到点， 点到多点的通信，提供包括语音、数据和视频及其组合的多媒体通信服务。它由 呼u q 控制、媒体编码、管理控制、网络安全和会议通信等一系列协议组成，包括 音频、视频和数据应用以及多媒体会议应用。其主要目的是实现位于不同网络中 的终端之间的音频、视频通信。 2 2 1h 3 2 3 协议栈的特点 h 3 2 3 协议的推出符合在开放式网络平台和应用平台上进行互连互通的通信 发展趋势，它具有以下几个特点： ( 1 ) 编码标准统一：h 3 2 3 为音频和视频数据流的压缩和解压缩提供了统一 的标准，保证了来自不同厂家的设备具有相同的支持。 ( 2 ) 采用了协商机制：用户希望在与其它用户进行通信时无需考虑兼容性问 题。h 3 2 3 协议在保证接收者可以解压缩信息以夕 ，还规范了接收端和 发送端之间在交换媒体流之前的控制过程，借以通告彼此的处理能力， 从而协商媒体的通信方式。 ( 3 ) 网络的独立性：h 3 2 3 基于底层网络结构之上。随着包括宽带管理技术 在内的各种网络技术的不断发展，基于h 3 2 3 的解决方案可以无需修改 直接利用这些增强的特性。 ( 4 ) 平台的独立性：h 3 2 3 不依赖于任何硬件和操作系统，遵循h ，3 2 3 的平 台可以是各种式样和大小的，包括个人电脑、专用平台、有i p 功能的电 话、有线电视的机顶盒等。 ( 5 ) 多点支持：h 3 2 3 中的m c u 提供了一个强大和灵活的结构，可以支持三 点和更多点的会议。 6基丁h3 2 3 协议栈的技术研究与实现 ( 6 ) 带宽管理：由于音频和视频通信传送的数据量大，不仅对网络带宽的需 求高，而且很容易引起网络拥塞。h 3 2 3 的带宽管理功能，可以限制同 时发生在网络中的h 3 2 3 连接数目或者h 3 2 3 可使用的总带宽，从而保 正关键的通信不受影响。 2 2 2h 3 2 3 协议栈结构 在o s i 七层参考模型的分层结构中，h 3 2 3 协议属于应用层的控制协议。h 3 2 3 协议栈的结构”j 如图2 2 所示。 协议栈的底三层为p b n 的底层协议，涉及的传输层协议有两类：不可靠传送 协议， 2 h u d p ，用于传送实时声像信号和终端至网闸的登记协议；可靠传送协议， 女h t c p ，用于传送数据信号及呼叫信令和媒体控制协议。 声像应用终端控制和管理数据应用 g 7 x xh2 b x h 2 2 50 终端至h2 2 5o 呼h2 4 5 媒体 加密r t c pt1 2 0 系列 网闸信令o 雌)叫信令( c s )信道控制 盯p 不可靠传送协议c u d p )可靠传送协议( t e l ) 网路层 链路层 物理屡 图2 2h 3 2 3 协议栈结构 协议栈中话音编码采用狸应的g 系列建议，其中q 7 1 1 为必备编码方式，其 余为任选方式，目前会议电视最常用的是g 7 2 9 a 和g 7 2 3 1 。 视频编码采用h 2 6 0 系列建议，如h 2 6 1 、h 2 6 3 等。经过编码的语音、视频 信号封装r t p 协议分组中发送到网络上，同时由r t c p 协议提供q o s 监测控制。 数据通信采用t 1 2 0 系列协议，它是用于多媒体会议的数据协议。t 1 2 0 系列 曲、议规定了如何在一次多媒体多点会议的过程中有效、可靠且实时地分配应用数 据，以确保不相似端点之间透明的互操作性。 h 2 2 5 0 和h 2 4 5 是h 3 2 3 系统的核心协议，前者主要用于端点与网闸之间的 通信以及呼叫的控制，后者建立媒体信道，控制媒体信道的传输。在h 3 2 3 中， 呼叫指的是两个端点之间的斗种点到点的联系。一个呼叫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送，在i p 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。每个逻辑信道的打丌和关闭、 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 第二章h 3 2 3 的体系结构 7 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 f 如t c p 连接) 上传送，称为h ，2 4 5 控制信道，控制信道必需在任何逻辑信道建立 之前先行建立，并在通信结束后释放。 在呼叫开始之前，端点一般需要遵循h ，2 2 5 o 中的r a s 协议，注册在h 3 2 3 系统中的控制点一网闸上，以便接受网闸的呼叫认证管理和地址解析服务；之后 由h 2 2 50 中的呼叫控制协议规范端点之间建立呼叫联系的交互过程，同时建立 h 2 4 5 控制信道。当控制功能移交给h 2 4 5 协议以后，原则上呼叫联系即可释放， 也可以等到整个通信结束后才释放呼口q 联系。呼叫释放也遵循h 2 2 5 0 协议中的规 定。 h 2 2 5 ，o 还规定了在发送数据前如何对数据进行封装。从协议栈结构可以看出 音频、视频信息是用r t p 协议封装的；r a s 协议消息在传输层上用的是u d p 协 议封装，呼叫控制消息、h 2 4 5 消息和数据信号用t c p 封装。 2 。3 h 3 2 3 的通信过程及相关协议 h 3 2 3 端点之间建立通信关系一般要经过如下三个信令过程： ( 1 ) n - 乎n q 接入过程：执行r a s 协议( h 2 2 5 0 协议) ，传输信道为r a s 信道( 不可靠 通道) ，网闸同意接入后在端点和网闸间或端点之间建立起呼叫信令信道，进入呼 叫建立。 ( 2 ) 呼叫建立过程：执行呼叫建立信令协议( 即h 2 2 5 o 协议) ，传输信道为呼叫 信令信道( 可靠通道) ，呼叫建立成功后，在端点之间建立起h 2 4 5 控制信道。 ( 3 ) 连接控制过程：执行h 2 4 5 控制协议，控制信道为媒体控制信道，简称控制 信道( 可靠通道) ，在端点之间建立起具有一定带宽的一个或多个实时通信的逻辑 信道( 均为不可靠通道) ，逻辑信道相当于s e n 中的连接。 整个通信过程由以下5 个阶段组成： p h a s el ：呼叫建立过程，包括接入过程。 p h a s e2 ：初始通信与能力交换。 p h a s e3 ：可视通信的建立。 p h a s e4 ：通信进行中的信令，包括带宽改变等。 p h a s e5 ；呼叫结束，关闭所有信道。 其中，p h a s e1 主要涉及h 2 2 5 0 协议过程，其余阶段则主要是h 2 4 5 协议过程。 下面的章节对通信中所用到的传输地址和三个信令协议作简单的介绍。 2 3 1 传输地址 在i p 网络中，h 3 2 3 实体消息通过传输地址进行收发，传输地址就是网络层地 8基丁h 3 2 3 协议栈的技术研究与实现 址+ 传输服务接入点标识( t s a p i d ) ，对于i p 网络就是i p 地址+ t c p 或u d p 端口号。 通信双方的应用程序相互传递信息必须知道对方程序的传输地址。由于网络层地 址一般是确定的，而t s a p 标识一般是动态分配的，因此关键是如何把本端的t s a p 标识告诉对方。在h 3 2 3 系统中，采用了几个周知( w e l l k n o w n ) 的t s a p 标识： 。r a s 信道t s a p 标识。由于端点启动时第一步操作就是要向网闸注册，因此 必须事先知道网闸r a s 信道的传输地址，常称此地址为r a s 地址，其端口号为1 7 1 9 。 。呼叫信令信道t s a p 标识。在没有网闸的情况下，两个端点通信的第一步操 作就是要用呼叫信令建立呼叫，因此必须事先知道对方的呼叫信令传输地址。 h 2 2 5 0 协议中规定，在i p 网络点对点通信时，端点的缺省t c p 端口号是1 7 2 0 。 。网闸还有个周知的多播地址( i p 地址：2 2 4 0 1 4 1 ，u d p 端口号：1 7 1 8 ) 。 在多网闸的情况下，端点在刚启动时还不知道归属哪一个网闸，包括其网络层地 址，因此需要利用这个多播地址广播查找消息，以确定归属网闸。 h 3 2 3 实体的h 2 4 5 控制信道、音频信道、视频信道和数据信道均采用动态t s a p 标识。其中，h 2 4 5 控制信道的t s a p 标识通过呼叫信令信道传送给对方，各媒体信 道的t s a p 标识通过h 2 4 5 控制信道传送给对方。 在基于i p n 络的h 3 2 3 应用中，r a s 信道采用u d p 报文传送r a s 消息，其相应 的t s a p 标识就是u d p 端口号。呼叫信令信道和h 2 4 5 控制信道采用t c p 报文传送信 息，其相应的t s a p 标识就是其t c p 端口号。 2 3 2r a s 协议 r a s 全称为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 ，是端点和网闸之间执行的协议i “， 基本上是管理功能。它包含网闸搜寻、端点登记、端点定位、n tn q 接纳、呼叫退 出、带宽管理和状态查询等过程。 各过程所用的r a s 消息如表2 1 所示。 表2 1r a s 消息 过程消息目的 叫闸搜寻g r q g c f g r j用于端点搜寻其归属网闸 r r q r c f r r j 端点髓记用于端点向网闸登记其自身信息，主要是别名和呼叫控制信道运输层地址 u r q u c f u r j 端点定位l r q ，l c f l r j用于端点或网闸向相应的网闸询问某一端点呼叫控制信道的运输层地址 呼叫接纳a r q a c f a r j端点呼叫前，询问网闸是否允许该呼h q 发起 呼叫退出d r q d c f d r j呼叫结束后通知网闸释放占用的资源 f 带宽管理b r q b c f b r j支持端点在呼q 过程中带宽改变要求，是否改变由网闸做决定 l 状态告询i r o l r r土要用于网闸询问终端的开机关机状态 箜三童旦：! ! ! 塑焦丕丝塑一一三 表2 1 中列出了7 个主要的r a s 过程及过程中所用到的消息。其中，a r q a c f 和d r o d c f 是整个呼叫控制过程中的第一对和最后一对消息，分别标识呼叫的开 始和结束。在a r q 消息中，端点给出了目的端的标识，网闸如果接纳呼叫，则把 目的端或者自己的呼叫控制信道传输层地址在a c f 消息中返回。在这个过程中， 不仅主叫方发起呼叫前要发送a r q 请求，被叫方在收到对端的s e m p 消息时也要向 所属网闸发送a r q 请求。在a r q 消息中还有3 个关于呼叫的标识参数： 。呼叫引用值c r v ( c a l lr e f e r e n c ev a l u e ) ：该参数用于标识呼叫，仅在呼叫段 上局部有效。例如n , 乎n q 采用网闸路由模式，则在主叫端一网闸和网闸一被叫端两 个呼叫段上的c r v 一般不同。 呼叫标识( c a l li d ) ：也用于标识呼叫，但它是一个全局有效参数。也就是说 即使呼叫被分成若干段，属于同一呼叫的r a s 消息和呼叫信令消息中的此标识都 相同。 。会议标识c i d ( c o n f e r e n c ei d ) ：用于会议的唯一标识，由主叫端点建立。c i d 由端点网络地址、会议呼叫发起的绝对时间和所用协议版本三个部分组成。 2 3 3 呼叫信令协议 呼叫信令指一些消息和处理程序，这些消息和处理程序用来建立呼叫，请求 呼叫带宽改变，得到呼叫中端点所处的状态以及断开呼叫等。h 3 2 3 系统中所使 用的呼叫控制协议消息主要取白e9 3 1 和q 9 3 2 协议【5 】，之所以被直接借用，是 为了加快呼叫控制协议( 即h 2 2 5 0 协议) 制定的速度、保证通信的可靠性且便 于与s c n 网络的互通。h 2 2 5 0 呼叫控制协议按h 3 2 3 协议的要求，在q 9 3 1 和 e 9 3 2 协议的基础上对信令过程作了筛选，增补了信令消息中用户一用户信息单 元的内容，并对消息中某些信息单元的个别字段作了编码和定义上的扩充和界定。 h 2 2 5 0 呼叫信令消息是q 9 3 l 消息的子集，主要有s e t u p ( 发起呼叫1 、 a l e a i n g ( 振铃) 、c o n n e c t ( 呼叫建立) 、r e l e a s ec o m p l e t e ( 拆除呼叫) 等。 2 3 4 媒体通信控制协议 h 2 4 5 协议是通用的多媒体控制协议，主要是针对会议通信而设计的。h 3 2 3 系统采用h 2 4 5 协议作为控制协议9 】，用于控制通信信道的建立、维护和释放。 在h 2 4 5 协议中，定义了两类信道：控制信道和通信信道。控制信道用来在不 同的h 3 2 3 实体间传送h 2 4 5 消息，控制媒体信道的建立和释放。控制信道是可靠 信道，在i p 网络中对应为一个t c p 连接，其端口号是在h 2 2 5 0 呼叫建立过程中动态 分配的；通信信道又称逻辑信道，用来传送用户的媒体信息。两个实体问可有多 条逻辑信道，在呼叫中可以根据需要随时建立和释放，逻辑信道可以是单向信道， 1 0基丁h 3 2 3 协议栈的技术研究与实现 也可以是双向信道。可以认为控制信道是一个特殊的逻辑信道，它在整个呼叫期 间始终存在，其信道号为0 。 h2 4 5 的控制过程主要包括以下三个过程： ( 1 ) 能力交换过程：终端通过交换终端能力集，让对方知道自己可以接收的信号 组合，其目的是确保发送的多媒体信号都能被接收端接收和正确解码，使 通信双方了解对方接收和发送信号的能力。 ( 2 ) 主从确定过程：主从确定过程是为了避免信令过程中的冲突现象。主从状 态确定后，在整个呼叫过程中保持不变。 ( 3 ) 逻辑信令信道过程：这一过程包括逻辑信道的打开、关闭和释放。在建立 双向逻辑信道时，为了避免两方同时打开信道，首先通过主从决定过程确 定一个主终端，由它启动信道的打开，在双方都知道对端的逻辑信道地址 并确保对端也知道己端地址以后，才开始媒体信息的传送。 其中，能力交换和主从确定是h 2 4 5 协议的两个初始过程，只有在这两个过程成功 完成后，才能进行后续的信道建立过程。如果任一个过程失败，必须至少重试两 次，才能放弃建立连接并释放呼叫。 h 2 4 5 消息的类型有四种：请求、响应、命令和指示。请求消息要求接收方执 行所要求的操作并立即响应；响应消息是对请求消息的回复，可以确认或拒绝请 求；命令消息也要求接收方执行所要求的操作，但不要求回送响应消息；指示消 息只是传送消息，不要求接收方执行操作，也无需返回响应。 第三章h 3 2 3 协议的面向对象建模 第三章h 3 2 3 协议的面向对象建模 u m l ( u n i t i f i e dm o d e ll a n g u a g e ) 是一种面向对象的建模语言，它从不同视角为 系统架构建模，形成系统的不同视图，本章首先对u m l 建模语言做了简单的介绍， 之后用u m l 对本论文所描述的h 3 2 3 协议栈进行了可视化建模。 3 1 u m l 建模语言概述 u m l 是一种定义良好、易于表达的、功能强大且普遍使用的建模语言。，是 被国际对象管理组织( o m g ) 采纳的基于面向对象的标准建模语言，它融入了软件 工程领域的新思想、新方法和新技术。其作用域不限于支持面向对象的分析和设 计，还支持从需要分析开始的软件开发的全过程。采用u m l 作为统一的建模语言 有其必要性和先进性：首先，过去数十种面向对象的建模语言都是相互独立的， 而u m l 可以消除一些潜在的不必要的差异，以免用户混淆；其次，通过统一语义 和符号表示，使项目根植于一个成熟的标准建模语言，可以大大拓宽研制和开发 的软件系统的适用范围，并大大提高其灵活程度。 u m l 为软件系统的设计和开发提供了四类模型： 第一类是用例图，它从用户的角度描述了系统的功能，并指出各功能的操作 者。 第二类是静态图，包括类图、对象图和包图。其中类图用于定义系统中的类， 包括描述类之间的联系( 如关联、依赖、聚合等) 和类的内部结构( 类的属性和操 作) 。因此类图描述系统的类的静态结构，即它所描述的是一种静态关系，在系统 的整个生命周期都是有效的。对象图是类图的实例，几乎使用与类图完全相同的 标识。他们的不同点在于对象图显示类的对象实例，而不是实际的类。由于对象 存在生命周期，因此对象图只能在系统的某一时间段存在。包是一种分组分层机 制，叮以用来组织类、用例等模型元素，包图由包组成，表示包与包之问的关系， 用于描述系统的层次结构。 第三类是动态图，描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系，包括状态 图、活动图、合作图。状态图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态 的转移条件。通常，状态图是对类图的补充。在实用上并不需要为所有的类绘制 状态图，而只需要为那些有多个状态、并且其行为受外界环境的影响而发生改变 的类绘制状态图。而活动图描述为满足用例的要求所进行的活动以及活动间的约 束关系，使用活动图可以很方便的识别并行活动。顺序图显示对象之间的动态合 作关系，它强调对象之间的消息发送的顺序，同时也显示对象之间的交互；合作 基于h 3 2 3 协议栈的技术研究与实现 图着重描述对象问的动态合作关系。除显示信息交换外，合作图还显示对象以及 它们之间的关系。如果强调实践和顺序，则使用顺序图；如果强调通信的关系， ! l ! i j 选择合作图，顺序图和合作图合称为交互图。 第四类是实现图，包括组件图和配置图。其中组件图描述代码组件的物理结 构及各种组件之间的依赖关系。一个组件可能是一个资源代码组件、一个二进制 组件或一个可执行组件。组件图包括逻辑类和实现类的有关信息，它有助于分析 和理解组件之间相互影响程度。配置图定义了系统中的软硬件的物理体系结构。 它可以显示实际的计算机和设备( 用节点表示) 以及它们之间的连接关系，也可显 示连接的类型及组件之间的依赖性。在节点内部，放置可执行组件和对象以显示 节点与可执行软件单元的对应关系。 u m l 使用于系统丌发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。 在需求分析阶段，可以用用例来捕获用户需求。通过用例建模，描述对系统感兴 趣的外部角色及其对系统的功能要求。分析阶段抓住关系问题域中的主要概念( 如 抽象、类和对象等) 和机制，需要识别这些类以及它们相互间的关系，并用u m l 类 图来描述。在分析阶段，只对问题域的对象( 现实世界的概念) 建模，而不考虑定 义软件系统中技术细节的类。这些技术细节将在设计阶段引入，因此设计阶段为 构造阶段提供了更详细的规格说明。u m l 模型还可以作为测试阶段的依据。系统 通常需要经过单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。不同的测试阶段使用 不同的组件图和合作图，如单元测试使用类图测试底层代码功能的具体实现；系 统测试使用用例图来验证系统的行为。 3 2h 3 2 3 协议栈的u m l 建模 由于u m l 的通用性、统一性，在软件开发过程中受到了广泛的应用，下文使 用用例图、类图、顺序图、状态图从静态结构和动态行为来描述h 3 2 3 协议。 3 2 1 用例图 用例图用来描述系统功能，它主要包括用例、角色和系统边界。用例用于描 述每个功能需求，系统边界用于界定系统功能范围，而角色用于描述与系统功能 有关的外部实体”。根据h 3 2 3 终端间建立通信连接的过程，大致需要五个阶段： 向网闸( g a t e k e e p e r ) 注册终端信息、终端间的呼叫建立、终端的能力协商、m c u 的主从确定以及最后的打开媒体通信的逻辑信道。这些协议过程都可以看作用例。 因此根据协议实体划分的用例图如图3 1 所示，主要有五个用例，分别是r a s ( 包 含各r a s 过程) 、呼叫( c a l l ，完成呼叫建立功能) 、能力交换( t c s ) 、主从决定 ( m s d ) 、逻辑信道控制( o l c ，包括逻辑信道打开、关闭) 。其中呼叫用例与其它 箜三童旦：! 望垫垫塑亘塑塑墨堡焦旦 用例之间存在依赖关系。外部角色有两个，即与呼叫用例关联的h 3 2 3 终端和与r a s 用例关联的网闸。 3 2 2 类图 协议栈 尺蛆s ，j 4 、 - ，7 、 c 绷卜 一。j ，| j 一、i ， + 、一， 一一+ m s do l c t c s 图3l 用例图 类图是用类和它们之问的关系描述系统的一种图示，是从静态角度表示系统 的，属于静态模型。类图是构建其它图的基础，影响整个系统的体系结构，因此 类的定义对整个系统起着至关重要的作用。 为了使h 3 2 3 协议栈的类层次结构具有稳定性，便于维护、可重用、可扩展， 需要精心设计类及其之间的关系，这里把h 3 2 3 协议栈类划分为五种类型： 1 、接口类 接口类提供了外界( 应用层和网络层) 访问协议栈的通道，外界对于协议栈的 实现是不可见的，从而实现了协议栈的面向对象封装性。接口类是静态类，根据 h 3 2 3 协议栈的功能划分的接口类有四个：c h 3 2 3 e n t i t y 、h r a s p r o t o c o l i n t e r f a c e 、 h h 2 2 5 c s p r o t o c o l i n t e r f a c e 年h h 2 4 5 p