H.323的系统控制

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背景：

在过去的几年年，中国视频通信领域发生了巨大变化。全年市场总额达到了14亿，视频通信市场迅速发展，国内各家电信运营商把他作为增值业务进行推广，宽带网络和VPN的加速成熟，更推动了视频会议系统在政府和企业集团、远程医疗、国际贸易、远程教育、远程监控等领域的应用。视频通信产品的主要提供商推出了更多样化的产品，各行业的具体应用需要基本的超媒体平台予以支持。 我们可以预见：随着网络环境、视频会议运行成本、视频硬件设备的采购成本、视频软件产品的质量及互通性能等多方面的问题的解决和视频通信技术的进一步完善，视频通信的普及应用将会在短时间内得以实现，被越来越广泛地应用到日常办公中。视频会议系统之脊髓——多点会议控制单元（Multipoint Control Unit—MCU）也日益受到人们的关注。

H.323是于1996年 ITU－T第15组在日内瓦会议上正式提出的，最初是叫作“工作于不保证业务质量的LAN上的多媒体通信终端系统 ”。1997年底通过了H.323 V2，改名为“基于包交换网络的多媒体通信终端系统”。目前H.323已经发展到V4版本了。 H.323协议为基于网络的通信系统定义了四个主要的组件：终端（Terminal）、网关（Gageway）、关守（Gagekeeper）、多点控制单元（MCU）。H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，是ITU-T制订的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。H.323协议被普遍认为是目前在分组网上支持语音、图像和数据业务最成熟的协议。采用H.323协议，各个不同厂商的多媒体产品和应用可以进行互相操作，用户不必考虑兼容性问题。该协议为商业和个人用户基于LAN、 MAN的多媒体产品协同开发奠定了基础。

H.323协议的开发目的是用来的分组交换网络上为用户提供取代普通电话的VoIP业务和视频通信系统。

H.323 架构定义了四个主要的组件：终端（Terminal）、网关（Gageway）、关守（Gagekeeper）、多点控制单元（MCU）。

H.323 结构的信息交换方式有五种类型：

音频（数字化）语音；

视频（数字化）；

数据（文件或图像）；

通信控制（功能支持交换、逻辑控制信道等）；

控制连接和会话（安装和解除）。

整个系统控制由H.245控制信道、H.225.0呼叫信令信道和RAS（注册、许可、状态）信道提供。

发展情况：

H.323协议族是一个有机的整体，根据功能可以分为四类，也就是说该协议从系统的总体框架（H.323）、视频编解码（H.263）、音频编解码（H.723.1）、系统控制（H.245）、数据流的复用（H.225）等各方面做了比较详细的规定，为网络电话和可视电话会议系统的进一步发展和系统的兼容性提供了良好的条件。

系统控制协议包括H.245、H.225.0协议。整个系统控制由H.245控制信道、H.225.0呼叫信令信道和RAS（注册、许可、状态）信道提供，H.225.0是一个框架协议，遵循H.323V2标准，包含了RAS和Q.931两部分，描述了为在分组网络上的H.323设备之间传送音频、视频、数据和控制信息而进行关联、编码及分组的方法。H.225.0负责协议和消息格式的描述。

H.225.0把RTP/RTCP用于所有下层分组网络媒体流的分组和同步，H.225.0假定了一个初始信令是建立在非RTP传输地址之上的呼叫模型，并把此呼叫模型用于呼叫建立和能力协商（见H.323和H.245），这之后将建立一个或多个RTP/RTCP连接。H.225.0包含RTP/RTCP的详细使用方法。

RAS是端点和GK之间的协议，利用H.225.0消息来执行在端点和GK之间的注册、接入、带宽改变、状态、以及脱离过程。

Q.931呼叫信令是H.225.0中用于在两个H.323端点之间建立呼叫连接的控制信令。当整个网络中有GK时，其初始接入消息在主叫端点与GK之间，利用GK的RAS信道传输地址进行交换。在初始接入消息交换时，GK在ACF消息中指示了其他端点的呼叫信令传输地址，主叫端口根据此地址与其他端口建立呼叫。

相关理论：

H.245控制信道承载管理H.323通信实体操作的端到端控制消息，包括能力交换、逻辑信道的开和关、模式选择请求、流量控制消息及通用命令和指示。H.245信令在两个终端间或一个终端和MC间再或一个终端和网关间建立。对于端点参与的呼叫，端点应在每个方向上建立一个H.245控制信道，并使用H.245建议的消息和规程。

用H.225.0呼叫控制信令来建立两个H.323终端间或终端与网守间的连接。呼叫信令信道的建立先于H.323终端间的H.245控制信道和其它任何逻辑信道，因此，它的建立不受H.245控制信道的管理。

RAS（Registration, Admission and Status, 登记、接纳和状态协议）信号运用H.225.0控制消息在终端与网守之间执行登记、接纳、带宽改变和使二者脱离关系等过程。RAS信道不受H.245控制信道管理。系统没有网守时，无需建立RAS信道。若系统中存在网守，RAS信道建立早于终端间的任何信道。

H.323系统中的通信可以看成是视频、音频、控制信息的混合。系统控制功能是H.323终端的核心，它提供了H.323终端正确操作的信令。这些功能包括呼叫控制（建立与拆除）、通力切换、命令和指示信令以及用于开放和描述逻辑信道内容的报文等。整个系统的控制由H.245控制信道、H.225.0呼叫信令信道以及RAS信道提供。H.225.0标准描述了无QoS保证的LAN上媒体流的打包分组与同步传输机制。H.225.0对传输的控制流进行格式化，以便输出到网络接口，同时从网络接口输入报文中检索出接收到控制流。另外，它还完成逻辑帧、顺序编号、纠错与检错功能。

在H.323多媒体通信系统中，控制信令和数据流的传送利用了面向连接的传输机制。在IP游戏栈中，IP与TCP协作，共同完成面向连接的传输。可靠的传输保证了数据数据包传输时的流量控制、连续性以及正确性，但也可能引起传输时延以及占用网络宽带。H.323将可靠的TCP用于H.245控制信道、T.120数据信道，呼叫信令信道。而视频和音频信息采用不可靠的、面向非连接的传输方式，即利用用户数据协议UDP（User Datagram Protocol）。UDP无法提供很好的QoS，只提供最少的控制信息，因此传输时延较TCP小。 在有多个视频流和音频流的多媒体通信系统中，基于UDP和不可靠传输利用IP多点广播和由IETF实时传输协议RTP处理视频和音频信息。IP多播是以UDP方式进行不可靠多点广播传输的协议。RTP工作于IP多播的顶层，用于处理IP网上的视频和音频流，每个UDP包均加上一个包含时间戳和序号的报头。若接收端配以适当的缓冲，那么它就可以种用时间戳和序号信息"复原，再生"数据包、记录失序包、同步语音、图像和数据以及改善边接重放效果。实时控制协议RTCP用于RTP的控制。RTCP监视服务质量以及网上传送的信息，并定期将包含服务质量信息的控制信息包发分给所有通信节点。

在大型分组网络如因特网中，为一个多媒体呼叫保留点足够的宽带是很重要的，也是很困难的。另一个IETF协议--资源预流协议RSVP允许接收端为某一特殊的数据流申请一定数量的宽带，并得到一个答复，确认申请是否被许可。虽然RSVP不是H.323标准的正式组成部份，但大多数H.323产品都必须支持他，因为宽带的预流对IP网络上多媒体通信的成功至关重要，RSVP需要得到终端、网关、装有多点处理器的MCU以及中间路由器或交换机的支持。

H.225.0适用于不同类型的网络，其中包括以太网、令牌环网等。H.225.0被定义在诸如TCP/IP，SPX/IPX传输层。H.225.0通信的范围是在H.323网关之间，并且是在同一个网上，使用同一种传输协议。如果在整个因特网上使用H.323协议，通信性能将会下降。H.323试图把H.320扩展到无质量保证的局域网中，通过使用强大的认可控制会议控制，使一个专门会议的参加者从几人到几千人。

H.225.0建立了一个呼叫模型，在这个模型中，呼叫建立和性能协商没有使用RTP传输地址，呼叫建立之后才建立若干个RTP/RTCP连接。呼叫建立之前，终端可以向某个关守（Gatekeeper）注册。如果终端要向某个关守注册，它必须知道这个关守的年限（Vintage）。正因为如此，发现（discovery）和注册(registion)结构都包含了一个H.245类型的对象标志，它提供了H.323应用版本的年限。这些结构还包含了可选择的非标准消息，它允许终端建立非标准关系。在这些结构的末尾，还包括了版本号的非标准状态。其中：版本号是必须的，非标准信息是可选的。非标准信息用来在两个终端之间相通知其年限及非标准状态。虽然所有的Q.931消息在用户到用户信息中具有可选的非标准信息，但在所有的RAS通道信息中还是具有可选的非标准信息。另外，在任何时候都能发送一个非标准RAS消息。进行注册、认可和状态通信的不可靠通道称为RAS通道。开始一个呼叫一般必须首先发送一个认可请求消息，接着发送一个初始建立消息，这个过程以收到连接消息为结束。

当可靠的H.245控制通道建立之后，音频、视频以及数据的传输通道都可以相应建立。多媒体会议的有关设置也可以在这里设置。当使用可靠的H.245控制通道传送消息后，H.225终端可以通过不可靠通道发送音频、视频数据。错误隐藏和其它一些信息是用来处理发生丢包的情况。一般情况下，音频、视频数据包不会重发，因为重发将引起网络网络上的延时。假设底层已经处理了对位出错的检测，而且错误的包不会传给H.225。音频、视频数据和呼叫信号不会在同一个通道里传输，并且不使用同样的消息结构。H.225.0有能力使用不同的传输地址，在不同的RTP实例当中发送和接收音频、视频数据，以确保不同媒体帧的序列号和每种媒体的服务质量。现在ITU正在研究如何把音频、视频数据包混合在同一个传输地址中同一帧中，虽然音频、视频数据能够凭错传输层服务访问点标识来共享同一个网络地址，但是制造商还是选择使用不同的网络地址来分别传输音频、视频数据。在网关、多点控制单元和关守中可以使用动态传输层服务访问点标识来代替固定传输层服务访问点标识。

一个可靠的传输地址用于终端与终端之间的呼叫建立，也可以用于关守之间，可靠的呼叫信号连接必须按照下例规则进行。在终端与终端的呼叫信号传输中，每个终端都可以打开或关闭可靠呼叫信号通道。对于关守的呼叫信号传输，终端必须保证在整个过程中打开可靠端口。虽然关守能够选择是否关闭信号通道，但是对于网关正在使用的呼叫通道，关守必须保证它打开。诸如显示信息等Q.931信息可以在端到端之间传输。如果由于传输层的某个原因使得可靠的连接被断开，这个连接必须重建，此次呼叫不认为是失败。除非H.245通道被关闭。呼叫状态和呼叫参考值不受关闭可靠连接的影响。同一时间可以打开多个H.245通道，因此同一个终端可以同时参加多个会议。在一个会议中，一个终端甚至可以同时打开多种类型的通道，例如，同时打开两个音频通道来得到立体声效果。但是在一个点对点的呼叫中只能打开一个H.245控制通道。

H.245协议定义了主从叛别功能，当在一个呼叫中的两个终端同时初始化一个相同的事件时，就产生了冲突。例如，资源只能被一个事件使用。为了解决这个问题，终端必须判断谁是主终端，谁是从终端，主从叛别过程用来判断哪个终端是主终端，哪个是从终端。终端的状态一旦决定，在整个呼叫过程期间都不会改变。性能交换过程用来保证传输的媒体信号是能够被接收端接收的，也就是接收端必须能够解码接收数据。这要求每一个终端的接收和解码能力必须被对方终端知道。终端不需具备所有的能力，对于不能理解的要求可以不予理睬。终端通过发送它的性能集使对方知道自己的接收和解码能力。接收性能描述了终端接收和处理信息流的能力。发送必须确保所发送的性能集的内容是自己能够做到的。发送性能给接收方提供了操作方式的选择集，接收方可以从中选择某种方式。如果缺省了发送性能集，这说明了发送方没有给接收方选择，但这并不说明发送方不会向接收方发送数据。这些性能集使得终端可以同时提供多种媒体流的处理。例如，一个终端可以同时接收两路不同的H.262视频信号和两路不同的H.722音频信号。性能消息描述的不仅仅是终端具有的固有能力，还描述了它可以同时具有哪些模型。它也可能表示了发送性能和接收性能之间的一种折中。终端可以使用非标准参数结构来发送非标准性能和控制消息。非标准消息是制造商或其它组织定义的，用来表明其终端所具有的特殊能力。

逻辑通道信号过程确保在逻辑通道打开时，终端就具有接收和解码数据的能力。打开逻辑通道消息包含了关于传送数据的描述。逻辑通道必须在终端有能力同时接收所有打开通道的数据时才通被打开。一个逻辑通道由传送方打开。接收方可以向传送方请求关闭逻辑通道，传送方可以接受请求，也可以拒绝请求。当性能交换结束时，双方终端通过交换的性能描述符都知道了对方的性能。终端不需要知道描述符中所有性通，只要知道它使用的性能即可。终端知道自己与对方终端的环型延时是很有用的。环型延时判别就是用来测试环型延时的，它还可以用来测试远方终端是否存在。命令和说明可以用来传送一些特殊的数据。命令和说明不会得到远程终端的响应消息。命令用于强迫远程终端执行一个动作，说明用于提供信息。