视频会议系统h.docx
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视频会议系统h
硕士学位论文
视频会议系统H.323与SIP互通网关的设计与实现
专业名称：
软件工程
研究生姓名：
温泉
导师姓名：
翟玉庆
倪庆剑
TheDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFINTERWORKINGGATEWAYBETWEENH.323ANDSIPONVideoconference
AThesisSubmittedto
SoutheastUniversity
FortheAcademicDegreeofMasterofEngineering
BY
WENQuan
Supervisedby
Prof.ZHAIYu-qing
and
Dr.NIQing-jian
CollegeofSoftwareEngineering
SoutheastUniversity
June2014
东南大学学位论文独创性声明
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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南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作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：
日期：
东南大学学位论文使用授权声明
东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。
除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。
论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。
研究生签名：
导师签名：
日期：
摘要
视频会议系统又称会议电视系统，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，将声音，影像及文件资料互相传输，实现即时互动的沟通。
随着视频会议技术的日益成熟，视频会议系统在世界范围内各大中小型企业中的使用越来越普及，而主流视频会议系统是基于国际电信联盟制定的H.323协议与互联网工程组提出的SIP协议，H.323协议技术成熟、应用广泛，但较为复杂、繁琐，而SIP协议相对于H.323协议出现较晚，具有容易理解，易于实现的特点，因此发展迅速。
因此基于两种不同协议的视频会议终端之间的互通成为了当下趋势，本课题正是在此背景下进行的研究和开发。
本文设计并实现了视频会议系统H.323与SIP互通网关，网关基于H.323与SIP协议栈，对分别基于H.323与SIP协议的终端提供了良好的互通功能。
具体的，本文针对互通网关的开发做了如下工作：
一．通过研究对比H.323协议和SIP协议的特点和优劣势，具体探讨了两种不同协议的呼叫流程，消息解析，消息响应方式，提出了协议转换的解决方案，设计了互通网关的架构。
二．在互通网关软件架构的具体设计中，通过对协议间通信机制的分析，提出了模块化的设计方案，提高了互通网关的开发效率，减少了维护成本。
三．通过延伸的需求分析，为即时发现互通网关的bug，保证其在提供服务时的稳定性，特别增加了日志系统，以便在问题发生时准确的跟踪定位出根因。
论文的研究工作基本解决了互通网关设计过程中的一些关键技术问题，满足了视频会议系统中分别基于H.323协议与SIP协议终端的互通、支持多种视音频协议以及通过日志系统迅速定位问题根因等需求，系统安全性和可靠性高，报警实时，具有很好的工程应用价值。
关键词：
H.323协议，SIP协议，互通网关，消息解析
Abstract
Videoconferencesystemisalsocalledtheconferencetelevisionsystem,referstotwoormorethantwodifferentpartsoftheindividualorgroups,Viathetransmissionlinesandmultimediaequipment,sound,imageandfiledatacanbetransmittedwitheachother,realizingreal-timeinteractivecommunication.Withvideoconferencetechnologybecomingmoreandmoremature,videoconferencesystemwithinthescopeofsmallandmedium-sizedenterprisesarewidelyusedaroundtheworld.AndmainstreamvideoconferencingsystemisbasedontheH.323protocoldevelopedbytheinternationaltelecommunicationunionandtheSIPprotocolproposedbytheInternetengineeringgroup.ThetechnologyofH.323protocolismatureandwidelyused,butitismorecomplexandtedious.However,comparedwiththeH.323protocol,SIPprotocolappearedlaterbutithasthecharacteristicsofeasy-understanding,easy-implementanddevelopingrapidly.Sotheinterworkinggatewaybetweenterminalsofvideoconferencebasedontwodifferentprotocolshasbecomethetrend.Andthetopicistheunderthebackgroundoftheresearchanddevelopmentofthat.
ThispaperdesignedandimplementedofvideoconferencesystemH.323andSIPinterworkinggateway.ThegatewayisbasedonH.323andSIPprotocolstackandprovidesagreatinterworkingfunctionfortheterminalbasedonH.323andSIPprotocol.Specifically,thispaper madethefollowingworkforthedevelopmentofthegatewayasfollows:
Firstly,bycomparingwiththecharacteristics,advantagesanddisadvantagesofH.323andSIPprotocol,specificallydiscussedtheanalysisoftwodifferentprotocolsinthecallingprocess,messageparsingandmessageresponsemodefield.Iputforwardthesolutionoftransformationbetweendifferentprotocolsanddesignthearchitectureoftheinterworkinggateway.
Secondly,Iputforwardthemodulardesigntoimprovetheefficiencyofthedevelopmentandtoreducemaintenancecostsofthesysteminthearchitectureoftheinterworkinggatewayafteranalyzingthecommunicationmechanismbetweentheproposedprotocols.
Thirdly,inordertodetecttherealtimeerrorsintheinterworkinggateway,theloggingsystemisneededtotrackandpositiontheproblemsoccurredinthesystemwhichisrunning,sothatthesecurityandstabilityisalwaysbeingguarantee.
Theresearchworkofthisthesishasbasicallysolvedsomekeytechnicalproblemsintheinterworkinggatewayinthedesignprocessandsatisfiesmanyneeds,Forexample,theinterchangesterminalbasedonH.323protocolandSIPprotocolcansupportformultiplevideoandaudioprotocols.Anditcouldquicklypositiontheproblemsbyloggingsysteminthevideoconferencesystem.Ithasfriendlyman-machineinterface,highsystemreliabilityandsecurity,alarminreal-time,andhasgreatvalueinengineeringapplication.
Keywords:
H.323protocols,SIPprotocol,communicationgateway,messageparsing
目录
摘要I
AbstractII
目录I
第一章绪论1
1.1研究背景1
1.2研究动机与目的1
1.3国内外研究现状2
1.3.1发展历史2
1.3.2国内外主要厂商及产品2
1.3.3DCS和FCS3
1.4章节安排4
第二章通信方式及相关技术原理分析5
2.1现场总线技术5
2.1.1现场总线发展历史及标准化5
2.1.2现场总线技术特点6
2.1.3监控报警系统组网方案选择6
2.2CAN总线7
2.2.1CAN的一些基本概念和特点8
2.2.2四种数据帧及帧结构9
2.3信息传递机制12
2.4双CAN冗余热备份技术12
2.5本章小结13
第三章监控报警系统的分析与实现14
3.1系统主要技术指标要求14
3.1.1主要功能技术指标14
3.1.2产品行业规范要求15
3.2系统硬件架构15
3.3系统软件架构18
3.3.1软件需求19
3.3.2软件设计的规范及要求19
3.3.3软件体系结构19
3.3.4人机界面功能模块具体划分20
3.3.5通信模块21
3.3.6系统数据库管理22
3.3.7报警管理23
3.3.8用户操作24
3.4工作流程逻辑分析24
3.4.1报警处理流程24
3.4.2系统工作流程26
3.5系统的具体实现27
3.5.1监测点研究27
3.5.2帧的传输、接收和解析29
3.5.3报警信息的发送31
3.6本章小结31
第四章系统界面设计和控件库的开发32
4.1UI设计思路32
4.2UI展示与描述33
4.3控件库37
4.3.1报警灯37
4.3.2仪表盘38
4.3.3柱状图39
4.3.4趋势图40
4.3.5报警列表控件41
4.3.6其它控件41
4.4本章小结43
第五章延伸报警板系统44
5.1系统指标44
5.1.1硬件基础44
5.1.2性能指标44
5.1.3必备功能44
5.2软件模块和功能45
5.3数据帧接收，解析和显示46
5.4本章小结47
第六章总结与展望48
6.1论文工作总结48
6.2研究工作展望50
致谢51
附录一52
参考文献53
第一章绪论
1.1研究背景
本课题来源于华为企业业务智真部门视频会议系统中“SwitchCenter”数据交换中心项目的协议互通网关模块，主要实现的功能是将两个互不相通的多媒体通信协议H.323与SIP实现地址解析、消息解析和码流转换，并映射两个不同协议的网络间编解码算法，最终达到协议互通的目的。
H.323协议是由国际电信联盟远程通信标准化组织（ITUTelecommunicationStandardizationSector，简称ITU-T）制定的在无QoS保证的分组网络上传输实时多媒体信息的网络系统标准，而SIP是互联网工程任务组（TheInternetEngineeringTaskForce,简称IETF）提出的一个应用层的控制信令，而目前运用于视讯产业视频会议系统中的通信协议大多采用的是H.323协议。
但随着视频会议系统技术迅速发展，SIP协议以其简单、容易理解以及易实现的特点，引起了业界的广泛关注，不少视频会议厂商已经开始使用SIP协议，但是由于H.323.协议比较成熟，在一段时间内，SIP还不能完全取代H.323,在视频会议领域将出现两者共存的局面，实现二者之间的互通已经成为当前亟待解决的一个关键问题，目前，SIP和H.323两种协议之间的互通已经成为一种趋势。
本课题正是在此背景下对H323-SIP互通网关展开深入研究。
1.2研究动机与目的
课题研究的总目标是：
基于对H.323协议和SIP协议及其在视讯系统中终端的观察及研究，分析两种协议通信行为的特征，设计可行的多媒体通信协议H.323和SIP协议的互通网关，并在华为的视频会议系统中验证该互通网关在各种复杂组网，呼叫流程中是否可行，同时在日志系统的配合下，即时定位出出错信息，提高其稳定性。
为达到该目标，需要完成以下几个子目标：
1）分析研究H323协议与SIP协议，并对基于两种不同协议的视讯终端进行比对，并了解两种协议在呼叫流程、地址解析、消息解析以及媒体编解码算法的异同。
2）编码实现H.323协议与SIP协议的呼叫流程、地址解析、消息解析和媒体编解码算法的转换功能，使给予两种不同协议的视讯终端能够进行视音频码流传输。
3）完善日志跟踪系统，使得互通网关运行时遇到问题，可以迅速定位出根因，提高稳定性。
4）互通网关在各种复杂组网，呼叫流程中都能够顺利进行，并将网络环境的影响降到最小。
1.3国内外研究现状
1.3.1发展历史
视频会议的发展已经有将近40年了，在90年代前没有一个全球的统一标准，所以世界上的各大视频会议的厂商使用各自开发的编解码器，导致了各种会议的终端只有使用同一厂商生产的才能够正常工作，这极大的阻碍了视频会议系统的发展，并且极大的受限于当时网络状况，同时不理想的带宽，也限制的视频会议音视频码流，辅流的传输速度。
视频会议真正的有了好的发展是在1997年3月ITU-T发布H.323.协议，这一互通标准使得各厂商相继推出各自符合标准的产品，而随着近年来网络运营商对网络环境的长久建设和改造以及ISDN（综合服务数字网），DDN（数字数据服务），VPN（虚拟专用网络），xDSL（通用数字用户线），ATM（异步传送模式）等技术的发展应用，使得视频会议系统所处的网络环境也越来越稳定。
现在国内几个较大的视频会议网有国家电网“网娱”视频会议系统，中国人民银行视频会议网，中国联通视频会议业务网等。
1.3.2国内外主要厂商及产品
挪威康斯伯格（kongsberg）[]：
康斯伯格成立于1814年，总部位于挪威康斯伯格市，在25个国家设有分支机构，员工6472人，销售服务网络遍及北美洲、南美洲、亚洲、欧
目前世界各大视频会议系统由于种种条件及环境的限制，这些品牌的视频终端都有着各自的优缺点，Radvision、Polycom、Tandberg等都推出了基于H.323和SIP[10]的产品，从最初的只支持H.323协议的VOIP[2]网络电话发展到现在的SIP协议能够与Windows的模式相配合，得到Microsoft的认可和支持，Microsoft己经选择SIP作为其实时通信策略并在MicrosoftXP、PocketPC和MSNMessenger中进行了部署。
Polycom公司成立于1990年，是全球一体化协作通讯的领导者。
是专业开发、制造和销售高质量音视频会议系统及解决方案的领先提供商。
通过广泛的整合视频、语音、数据和网络解决方案提供最佳通讯体验。
Polycom公司的的PolycomHDX4000系列产品为专业工作场所提供高清可视协作，在拥挤的IP网络上通过优化实现高性能、最高质量的的语音、视频和共享内容服务，即使在未达到最佳标准的网络或者互联网上也能提供高大1080p的质量。
PolycomHDX4000的亮点还在于它是一款支持IPV4和IPV6双栈[6][28]的产品，而市场上大部分的产品只能支持IPV4或者IPV6。
Polycom最新的VSX7000e产品内置PolycomStereoSurround技术，其系统具备市场上最好的音频，其中所使用的Pro—Motion技术让图像更加流畅，用户还可以在PolycomVSX7000e上集成PolycomSoundStationVTXl000电话会议系统，并且可以在会议电话上可以直接发起视频呼叫，利用所配置的麦克风实现立体声，避免了多条连接电缆和过多的配件造成的会议桌面混乱现象。
该视频终端同时支持H.323及SIP呼叫，并同时支持多种视频格式，如CIF、4CIF、720p、1080p等，用户也可以选择在IP、SIP、ISDN[27][22]上进行呼叫，会议可以在最新的加密标准下有保障地召开，Polycom也有类似于互通网关的产品PolycomCMA。
该产品基于Windows操作系统，采用标准的H.323协议，提供LPR-DBA超强网络丢包恢复机制，支持HD720p视频接收，VGA视频发送，支持H.263和H.264[37]双流，支持地址簿，该产品可作为视频会议终端的一个管理工具，也可作为H.323GK[11]使用，该产品同时可以支持SIP终端的管理，缺点是图形化界面较为复杂，对于普通用户来说配置组网环境较为复杂。
Tandberg泰德通信公司是一个视频会议系统制造商，总部位于挪威奥斯陆和美国纽约市。
Tandberg是一个专门从事研发H.323标准的产品的公司。
在2005年2月宣布了其核心产品TandbergMXP提供对微软公司的高级支持。
现在，无论是Tandberg个人级产品还是会议室型设备，TandbergMXP视频终端都能完全支持H.323协议和SIP协议，并配合MicrosoftOfficeLiveCommunicationsServer2005，该服务器套件目前包含企业级即时通信（IM，InstantMessaging），未来还将兼容Microsoft的整合式通信用户端。
目前TandbergMXP产品对用户提供H.323和SIP的软件升级。
通过对H.323协议和SIP议的支持，Tandberg公司进一步加强了音频和视频电话的整合力度。
TandbergMXP终端设备已经能够连接到WindowsMessenger，实现便捷的视频通话。
同时，用户也可将音频通话、IM以及现场提示有效整合到视频通话中。
此外，Tandberg的MXP还可支持内置多点会议功能，即支持在同一会议中可以实时调度会议，查看各终端的会议状态，如宽带信息、视频格式、音频格式、辅流状态等。
Tandberg的MXPISDN还可以实现H.323和SIP等多种协议间的连通。
Tandberg公司的产品VCS同时提供了H.323终端的注册功能以及SIP产品的注册功能，以及不同信令之间的转码通信功能，配置简单，全部图形化界面，对用户来讲非常方便，VCS设计的区域划分以及成员规则的方法为业界树立了标杆。
NMSCommunications专为通信界顶尖的应用设计产品及服务，全球财富50强的电信运营商及通讯设备提供商均采用他们的产品，提供包括系统构建模块、系统架构、系统设计、顾问及支持服务。
NMSCornrnunications研发的VideoAccess2.0系统是一种新型SIP视频电话系统，通过VideoAccess2.0系统，开发商目前可以在3G或IP网络上部署高性能的视频应用。
VideoAeeess2.0系统支持各种CIF视频流，视频通话重接以及用于SIPIP视频终端的流媒体网关支持，NMS公司的产品价格较为昂贵，在中小型公司用户中不能普及。
华为的ViewPoint9039高清视讯终端，是华为的新一代分离式视讯终端，同时提供了H.323协议和SIP协议的服务，支持H.263/H.264（MPEG-4Part10）编码技术和4CIF高清晰图像分辨率，最高可以提供8M会议带宽，为用户提供DVD画质的高清晰图像：
支持H.263视频压缩标准，G.711、G723.1音频压缩标准，能够为用户提供高质量的音频、视频和数据通讯功能，在视频项目中搭配其他视频终端产品一起使用可以达到很好的视频通信效果，可通过H．323/SIP会议电视终端，也可以通过华为公司研发的多点控制单元（MCU9660,8660系列）加入多点视频会议，非常适合分支公司较多的企业召开会议，华为公司的SMC1.0以及SMC2.0系统提供了对会议终端强大的管理能力，召开会议可以直接在其图形化界面进行，并且提供了内置的H.323GK功能，但目前SMC还不支持SIP终端和H.323终端的互相通信功能，H.323-SIP互通网关也正在研发中。
我目前实习所在的华为苏州研究所“SC”项目组正在研发的“SwitchCenter”起到视频会议系统纽带的功能，该产品集成了H.323协议终端所需的H.323GK以及SIP协议终端所需的SIP服务器。
除此之外，该产品还为视频终端提供了完备的基于RTP/RTCP协议[35]的媒体中继功能，并且为后续H.323-SIP互通网关的实现留下了接口。
以上这些大公司的产品，性能卓越，功能完善，可扩展性好，产品的安全性稳定性较好，属于专业级视频会议终端设备，价钱高昂，且这些产品由于对协议消息包中填充的字段不同，所以不同公司产品进行互通的时候存在了很大的
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