基于SIP的遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

基于SIP的遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

【摘要】遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相比有諸多優(yōu)勢(shì)，目前已成為多媒體通信在教育領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)是基于IP網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)。文章首先介紹和分析IP網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信最為流行的SIP協(xié)議，然后，依據(jù)SIP多媒體通信系統(tǒng)常用結(jié)構(gòu)中的緊耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用SIP協(xié)議棧技術(shù)，提出了一種基于SIP的多媒體教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解決方案，并對(duì)其工作特點(diǎn)和流程進(jìn)行了詳細(xì)的分析?！娟P(guān)鍵詞】遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)；H.323；SIP

一、引言

遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)是一種全新的教學(xué)方式，相比傳統(tǒng)教學(xué)，它充分合理地利用網(wǎng)絡(luò)、媒體等介質(zhì)，使得教學(xué)活動(dòng)的開展不受時(shí)間空間的限制，優(yōu)化了教學(xué)資源配置，提高了教學(xué)效率。

遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)的上述特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)使得它成為多媒體通信在教育領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，目前的發(fā)展方向是基于IP網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)。由于多媒體信息具有數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性、同步性和突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，多媒體通信系統(tǒng)具有集成性、交互性和同步性的特點(diǎn)，因此對(duì)多媒體通信的硬件和軟件系統(tǒng)提出了很高的要求。

二、SIP協(xié)議及其特點(diǎn)

SIP(SessionInitializationProtocol，會(huì)話發(fā)起協(xié)議)是一個(gè)由IETFMMUSIC(MultipartyMultimediaSessionControl)工作組提出，面向Internet會(huì)議和電話的簡(jiǎn)單應(yīng)用層信令協(xié)議，用于建立、調(diào)整和終止多媒體會(huì)話。

相比多媒體通信的另外一種流行協(xié)議H.323，SIP協(xié)議有如下5個(gè)特點(diǎn)：

第一，與H.323采用二進(jìn)制方法表示消息不同，SIP消息基于文本，采用UTF-8字符集編碼，具有詞法和語(yǔ)法簡(jiǎn)單、可讀性好的優(yōu)點(diǎn)。

第二，H.323中的呼叫建立和媒體邏輯信道建立的過(guò)程是分離的，呼叫建立時(shí)延較長(zhǎng)。SIP系統(tǒng)的呼叫控制信令由SIP傳送，由會(huì)話描述協(xié)議SDP完成媒體能力交換和RTP地址信息獲取的任務(wù)。SDP消息作為SIP的消息體來(lái)發(fā)送，會(huì)話控制和媒體能力交換同時(shí)進(jìn)行，會(huì)話建立的時(shí)延較短。

第三，H.323網(wǎng)絡(luò)中各元素均為對(duì)等實(shí)體，實(shí)體間傳送的是對(duì)等控制信令消息，而SIP網(wǎng)絡(luò)則采用IP網(wǎng)絡(luò)常用的C/S(客戶機(jī)/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)。

第四，定位用戶、支持用戶移動(dòng)性。SIP利用注冊(cè)服務(wù)器將用戶的實(shí)際物理位置與用戶的SIP地址相綁定，便于在定位用戶時(shí)實(shí)現(xiàn)地址映射功能；利用重定向服務(wù)器將目標(biāo)用戶地址信息返回給代理服務(wù)器。

第五，協(xié)議簡(jiǎn)單，有良好的擴(kuò)展性。SIP是在諸如SMTP、HTTP的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，借鑒了其它Internet標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的設(shè)計(jì)思想。由于SIP與HTTP非常相似，許多解析HTTP協(xié)議的程序只要經(jīng)過(guò)少許修改就可以用到SIP中。

SIP消息分為SIP請(qǐng)求消息和SIP應(yīng)答消息兩大類。所有的SIP消息都是由一個(gè)起始行、一個(gè)或多個(gè)標(biāo)題頭、一個(gè)表示標(biāo)題頭結(jié)束的空行和可選的消息體組成。

SIP核心規(guī)范定義了6種基本請(qǐng)求方法：INVITE(邀請(qǐng))、ACK(確認(rèn))、OPTIONS(可選項(xiàng))、BYE(再見(jiàn))、CANCEL(取消)和REGISTER(注冊(cè))。其中，REGISTER方法用于向服務(wù)器注冊(cè)用戶位置信息；INVITE、ACK和CANCEL用于會(huì)話的建立；BYE用于結(jié)束會(huì)話；OPTIONS用于向服務(wù)器咨詢服務(wù)器的性能。

SIP核心規(guī)范定義了如下幾種實(shí)體：

用戶代理(UserAgent)：用戶的系統(tǒng)接口，負(fù)責(zé)與終端用戶進(jìn)行交互?？煞譃橛脩舸砜蛻舳?UAC，UserAgentClient)和用戶代理服務(wù)器(UAS，UserAgentServer)。

代理服務(wù)器(ProxyServer)：用于轉(zhuǎn)發(fā)SIP消息，代表UAC發(fā)起請(qǐng)求，并向UAC返回響應(yīng)，既充當(dāng)客戶機(jī)又充當(dāng)服務(wù)器?？煞譃闊o(wú)狀態(tài)代理服務(wù)器和保留狀態(tài)代理服務(wù)器兩類。

重定向服務(wù)器(RedirectServer)：重定向服務(wù)器通過(guò)提供可能的位置來(lái)幫助定位目標(biāo)SIP用戶代理。它不發(fā)出任何定位目標(biāo)代理的行為，而僅僅返回目標(biāo)代理可能的出現(xiàn)位置信息。

注冊(cè)服務(wù)器(RegisterServer)：注冊(cè)服務(wù)器存儲(chǔ)用戶的位置信息，負(fù)責(zé)將用戶的SIP地址與用戶當(dāng)前所在的物理地址進(jìn)行綁定，這樣就能夠向代理服務(wù)器提供用戶的位置信息，協(xié)助代理服務(wù)器在轉(zhuǎn)發(fā)SIP請(qǐng)求消息時(shí)能夠迅速定位用戶。

三、SIP遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）基本概念和術(shù)語(yǔ)

課堂實(shí)例：一個(gè)由唯一資源標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)，由一組SIP用戶代理、媒體流和通信網(wǎng)絡(luò)組成的多媒體會(huì)話，參與成員有教師和學(xué)生；

課堂系統(tǒng)：由一個(gè)或多個(gè)課堂實(shí)例組成；

FOCUS：中心SIP用戶代理，是一個(gè)課堂實(shí)例的管理者；

課堂策略：課堂運(yùn)作和進(jìn)行的規(guī)則總稱，包括成員策略和媒體策略；

成員策略：管理課堂成員的規(guī)則總稱，包括身份鑒別、角色控制及權(quán)限控制；

媒體策略：處理媒體流的規(guī)則總稱；

課堂狀態(tài)：包括管理各個(gè)課堂實(shí)例的FOCUS的狀態(tài)和課堂策略的狀態(tài)；

課堂URI：課堂實(shí)例的唯一標(biāo)識(shí)符。

（二）總體結(jié)構(gòu)

依據(jù)DYNAMICSOFT公司首席科學(xué)家JonathanRosenberg博士提出的緊耦合SIP多媒體會(huì)議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，我們?cè)O(shè)計(jì)并提出教學(xué)系統(tǒng)的以下結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)為集中服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，一個(gè)中心服務(wù)器對(duì)應(yīng)一個(gè)課堂實(shí)例。從邏輯上劃分，中心服務(wù)器分為管理服務(wù)器和控制服務(wù)器。在物理實(shí)現(xiàn)上，采用管理服務(wù)器和控制服務(wù)器分離、一臺(tái)管理服務(wù)器配合多臺(tái)控制服務(wù)器的方式。因此，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，系統(tǒng)為星型結(jié)構(gòu)。

從功能上看，系統(tǒng)分管理子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)。管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)管理課堂狀態(tài)信息數(shù)據(jù)、課堂策略信息數(shù)據(jù)和用戶信息數(shù)據(jù)；課堂控制系統(tǒng)要負(fù)責(zé)與一個(gè)或多個(gè)終端進(jìn)行SIP消息流和媒體信息流的交換，并對(duì)其進(jìn)行控制，以保證課堂實(shí)例的正常運(yùn)行。

除管理服務(wù)器和控制服務(wù)器外，系統(tǒng)還包含SIP服務(wù)器和終端。終端是師生參與課堂并獲取課堂功能服務(wù)的接口，SIP服務(wù)器協(xié)助控制服務(wù)器完成與參與課堂的師生之間的SIP會(huì)話的建立和維護(hù)。

SIP服務(wù)器可分為注冊(cè)服務(wù)器、代理服務(wù)器和重定向服務(wù)器，它們分別完成用戶地址注冊(cè)、SIP消息的路由和轉(zhuǎn)發(fā)、返回目標(biāo)SIP用戶代理地址信息的任務(wù)。

終端與控制服務(wù)器除了通過(guò)SIP服務(wù)器交換SIP消息外，還直接通過(guò)建立RTP會(huì)話交換實(shí)時(shí)媒體流消息；終端與管理服務(wù)器之間、控制服務(wù)器與管理服務(wù)器之間則采用課堂信令和自定義接口交換消息。