基于SIP的遠程多媒體教學系統的設計與研究

【摘要】遠程多媒體教學與傳統教學相比有諸多優勢，目前已成為多媒體通信在教育領域研究的熱點。遠程多媒體教學的發展趨勢是基于IP網絡的遠程多媒體教學。文章首先介紹和分析IP網絡上多媒體通信最為流行的SIP協議，然后，依據SIP多媒體通信系統常用結構中的緊耦合系統結構，利用SIP協議棧技術，提出了一種基于SIP的多媒體教學系統的設計解決方案，并對其工作特點和流程進行了詳細的分析。【關鍵詞】遠程多媒體教學；H.323；SIP

一、引言

遠程多媒體教學是一種全新的教學方式，相比傳統教學，它充分合理地利用網絡、媒體等介質，使得教學活動的開展不受時間空間的限制，優化了教學資源配置，提高了教學效率。

遠程多媒體教學的上述特點和優勢使得它成為多媒體通信在教育領域研究的熱點，目前的發展方向是基于IP網絡的遠程多媒體教學。由于多媒體信息具有數據量大、實時性、同步性和突發性強的特點，多媒體通信系統具有集成性、交互性和同步性的特點，因此對多媒體通信的硬件和軟件系統提出了很高的要求。

二、SIP協議及其特點

SIP(SessionInitializationProtocol，會話發起協議)是一個由IETFMMUSIC(MultipartyMultimediaSessionControl)工作組提出，面向Internet會議和電話的簡單應用層信令協議，用于建立、調整和終止多媒體會話。

相比多媒體通信的另外一種流行協議H.323，SIP協議有如下5個特點：

第一，與H.323采用二進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，具有詞法和語法簡單、可讀性好的優點。

第二，H.323中的呼叫建立和媒體邏輯信道建立的過程是分離的，呼叫建立時延較長。SIP系統的呼叫控制信令由SIP傳送，由會話描述協議SDP完成媒體能力交換和RTP地址信息獲取的任務。SDP消息作為SIP的消息體來發送，會話控制和媒體能力交換同時進行，會話建立的時延較短。

第三，H.323網絡中各元素均為對等實體，實體間傳送的是對等控制信令消息，而SIP網絡則采用IP網絡常用的C/S(客戶機/服務器)結構。

第四，定位用戶、支持用戶移動性。SIP利用注冊服務器將用戶的實際物理位置與用戶的SIP地址相綁定，便于在定位用戶時實現地址映射功能；利用重定向服務器將目標用戶地址信息返回給代理服務器。

第五，協議簡單，有良好的擴展性。SIP是在諸如SMTP、HTTP的基礎上建立起來的，借鑒了其它Internet標準和協議的設計思想。由于SIP與HTTP非常相似，許多解析HTTP協議的程序只要經過少許修改就可以用到SIP中。

SIP消息分為SIP請求消息和SIP應答消息兩大類。所有的SIP消息都是由一個起始行、一個或多個標題頭、一個表示標題頭結束的空行和可選的消息體組成。

SIP核心規范定義了6種基本請求方法：INVITE(邀請)、ACK(確認)、OPTIONS(可選項)、BYE(再見)、CANCEL(取消)和REGISTER(注冊)。其中，REGISTER方法用于向服務器注冊用戶位置信息；INVITE、ACK和CANCEL用于會話的建立；BYE用于結束會話；OPTIONS用于向服務器咨詢服務器的性能。

SIP核心規范定義了如下幾種實體：

用戶代理(UserAgent)：用戶的系統接口，負責與終端用戶進行交互。可分為用戶代理客戶端(UAC，UserAgentClient)和用戶代理服務器(UAS，UserAgentServer)。

代理服務器(ProxyServer)：用于轉發SIP消息，代表UAC發起請求，并向UAC返回響應，既充當客戶機又充當服務器。可分為無狀態代理服務器和保留狀態代理服務器兩類。

重定向服務器(RedirectServer)：重定向服務器通過提供可能的位置來幫助定位目標SIP用戶代理。它不發出任何定位目標代理的行為，而僅僅返回目標代理可能的出現位置信息。

注冊服務器(RegisterServer)：注冊服務器存儲用戶的位置信息，負責將用戶的SIP地址與用戶當前所在的物理地址進行綁定，這樣就能夠向代理服務器提供用戶的位置信息，協助代理服務器在轉發SIP請求消息時能夠迅速定位用戶。

三、SIP遠程多媒體教學系統的設計

（一）基本概念和術語

課堂實例：一個由唯一資源標識符標識，由一組SIP用戶代理、媒體流和通信網絡組成的多媒體會話，參與成員有教師和學生；

課堂系統：由一個或多個課堂實例組成；

FOCUS：中心SIP用戶代理，是一個課堂實例的管理者；

課堂策略：課堂運作和進行的規則總稱，包括成員策略和媒體策略；

成員策略：管理課堂成員的規則總稱，包括身份鑒別、角色控制及權限控制；

媒體策略：處理媒體流的規則總稱；

課堂狀態：包括管理各個課堂實例的FOCUS的狀態和課堂策略的狀態；

課堂URI：課堂實例的唯一標識符。

（二）總體結構

依據DYNAMICSOFT公司首席科學家JonathanRosenberg博士提出的緊耦合SIP多媒體會議系統結構模型，我們設計并提出教學系統的以下結構。

系統為集中服務器體系結構，一個中心服務器對應一個課堂實例。從邏輯上劃分，中心服務器分為管理服務器和控制服務器。在物理實現上，采用管理服務器和控制服務器分離、一臺管理服務器配合多臺控制服務器的方式。因此，從拓撲結構上看，系統為星型結構。

從功能上看，系統分管理子系統和控制子系統。管理子系統負責存儲管理課堂狀態信息數據、課堂策略信息數據和用戶信息數據；課堂控制系統要負責與一個或多個終端進行SIP消息流和媒體信息流的交換，并對其進行控制，以保證課堂實例的正常運行。

除管理服務器和控制服務器外，系統還包含SIP服務器和終端。終端是師生參與課堂并獲取課堂功能服務的接口，SIP服務器協助控制服務器完成與參與課堂的師生之間的SIP會話的建立和維護。

SIP服務器可分為注冊服務器、代理服務器和重定向服務器，它們分別完成用戶地址注冊、SIP消息的路由和轉發、返回目標SIP用戶代理地址信息的任務。

終端與控制服務器除了通過SIP服務器交換SIP消息外，還直接通過建立RTP會話交換實時媒體流消息；終端與管理服務器之間、控制服務器與管理服務器之間則采用課堂信令和自定義接口交換消息。