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视讯宽频时代─再探ITU-T H.323标准
 

【作者: 王鵬權】2000年02月01日 星期二

浏览人次:【8945】

前言

随着网路宽频时代来临,虽然我们在应用层面上的需求或许不曾改变,但是底层所采用的科技可能早已日行千里了,本文以技术应用的观点来探讨H.323如何传送视讯会议的影音,也让我们感受到同样传送语音影像,但应用ISDN和TCP/IP的通信方式,还是有那么一点点的不同。


H.323标准

H.323标准是指透过封包网路(packet-based)即时传送声音、影像及资料讯息的一种基础技术,它详细指明了构成要素(component)、通讯协定(protocol)以及透过封包网路传递并提供多媒体通讯的程序,如(图一)。封包网路包含IP(包括Internet)或网路封包交换(IPX, Internet packet exchange)、区域网路(LAN, local-area networks )、企业网路(ENs, enterprise networks)、都会型网路(MANs , metropolitan-area networks),以及广域网路(WANs, wide-area networks)等。


《图一 封包网络上的H.323终端机》
《图一 封包网络上的H.323终端机》

H.323标准可以应用在很多的地方:例如只传送声音的IP通讯方式(telephony)、可传送声音及影像的影像电话(videotelephony),或是可同时传递声音、影像、资料等。 H.323标准也可以适用在多点的多媒体通讯上(multipoint-multimedia communications),它提供了各种的服务,因此可以广泛地运用在各式各样的范围如︰消费者、企业和娱乐应用上。


H.323版本

H.323标准是由ITU-T研究团队制定,于1996年十月被接受,提供了LANs上的虚拟电话系统及设备一种不担保品质的服务(QoS),它就如同名字使人联想般在LANs环境的媒体通讯中十分重要,H.323的第一版并不提供保证的QoS,随着VoIP的应用出现以及IP通讯方式替H.323的规格说明版本做了准备,但VoIP标准的出现导致产品的不相容,以致于引起新需求的出现,例如提供电脑基础(PC based)与传统在交换式回路网路(switched circuit network)沟通。这样的需求促使IP通讯方式的标准产生。第二版H.323标准是仍为封包式多媒体通讯系统,并满足这些传统的需求且在1998年被接受。


新的特色很快地在H.323标准的第三版中将会被加入。这些被加入的特色包括fax-over-packet networks、Gatekeeper-Gatekeeper communication以及fast-connection mechanisms。


H.323与其他H.32x标准系列的关系

H.323标准为ITU-T推荐的H.32x标准系列中之一。其他标准则定义了不同网路型态的多媒体通讯服务:


1.H.324-SCN


2.H.320-ISDN(integrated services digital network)


3.H.321and H.310-B-ISDN ( broadband integrated services digital network)


4.H.322-提供保证QoS的LAN


发展H.323标准的最主要目的之一就是在相容于其他的多媒体服务网路,这样的相容性必须透过闸道器(Gateway)才能达成,而闸道器提供任何网路及讯号传送的相容需求。


H.323的构成要素

H.323标准有四个主要构成要素,并提供了单点对单点以及单点对多点的多媒体通讯服务:


1.终端机(terminals)


2.闸道器(Gateways)


3.守门员(Gatekeepers)


4.多点控制组件(MCU, multipoint control units)


终端机(terminals)

用于即时、双向(bidirectional)的多媒体通讯方式。一台H.323终端机可以用一部个人电脑或是单机的设备来执行H.323及多媒体应用程式,它支援声音通讯传输并且可以支援任何影像或资料通讯传输。因为一台H.323终端机仅提供声音通讯传输的基本服务,所以H.323终端机在IP通讯方式服务中扮演着极重要的角色。一台H.323终端机可以用一部个人电脑或是单机的设备来执行H.323及多媒体应用程式。 H.323标准最主要的目的便是与其他不同的多媒体终端机通讯。H.323终端机可以相容于SCN的H.324、无线网路、B-ISDN的H.310、ISDN的H.320、B-ISDN的H.321以及QoS LANs上的H.322。 H.323终端机也可以在多点的会议中使用。


闸道器(Gateways)

Gateway是用以连接两种不同的网域。一部H.323 Gateways可提供H.323网域和非H.323网域间的连线。例如︰一部Gateways可以连接并提供H.323终端机与SCN网域(SCN网域包含所有交换通讯网路,如PSTN间的通讯。要达到这种不同网域的连线可以透过电话拨接及断线的传输协定;或改变在两种不同网域间传输媒介的格式;或是转换Gateway所连接不同网域间的资讯。然而在两个H.323网路终端机间的通讯则可不需要Gateway。


守门员(Gatekeepers)

一个Gatekeepers是H.323网域的大脑。它是在H.323网域间所有通话时的焦点。虽然Gatekeepers不一定是必需的,但Gatekeepers却提供了重要的服务,如定址递送addressing、认证和终端机及Gateway的鉴定;以及频宽管理、结帐、计价、收款等。 Gatekeepers也可以提供通话路由(call-routing)服务。


多点控制组件(Multipoint Control Units)

多点控制组件(MCUs)可支援透过三个或多个以上H.323终端机的会议,所有会议中的终端机可以透过MCU建立连线,MCU可管理会议的资源,终端机间有关决定声音或影像加密/解密(CODEC)使用的协商。


H.323区域(H.323 Zone)

H.323区域为所有终端机、Gateway和MCUs的组合,并由单一的Gatekeeper所控制。一个区域至少包括一个终端机,也可以是多个Gateways或MCUs。但一个区域却只能有一个Gatekeeper。一个区域可以是独立的网路通讯方式,也可以是由多个路由器或其他设备连接的网域区块所组成。


H.323规定的通讯协定

H.323规定的通讯协定如(图二)所示。 H.323并不需完全依赖封包网路,它的传输通讯协定可以透过封包网路但并不明确定义它们。


《图二 H.323规定的通讯协议》
《图二 H.323规定的通讯协议》

1.声音加解密


2.影像加解密


3.H.225登录、许可和状态(RAS)


4.H.225信号发送


5.H.245控制信号


6.即时传送通讯协定(RTP, real-time transfer protocol)


7.即时控制通讯协定(RTSP, real-time control protocol)


声音加密/解密

透过H.323终端机传送,Audio CODEC可加密透过麦克风传送的声音讯号,并将解密后的声音讯号传送到接收端的H.323终端机上的喇叭。因为声音是H.323标准所提供的最低服务水准,所以所有的H.323终端机必需至少支援声音加密/解密的功能,如同ITU-T所制定的G.711标准(声音以64kbps加密)。此外,如G.722 (64,56,48kbps)、G.723.1(5.3及6.3kbps)、G.728(16 kbps)、G.729(8kbps)等声音加密解密等建议方式,也可以同时支援。


影像加密/解密

透过H.323终端机传送,Video CODEC可加密透过摄影机镜头传送的影像讯号,并将解密后的影像讯号传送到接收端的H.323终端机的影像显示器上。因为影像是H.323标准所提供的选择性服务,所以所有H.323终端机所支援的影像加密/解密也是选择性的功能。然而任何H.323终端机提供的影像传讯均必需支援影像加密和解密的功能,如同ITU-T所制定的H.261建议方式。


H.225登录、许可和状态(status)

登录、许可和状态(RAS)是端点(终端机和闸道器)和守门员Gatekeepers间的一种协定。 RAS常被用来执行端点(endpoint)和守门员(Gatekeepers)间的登录、许可控制、频宽改变、状态以及解除程序(disengage procedure)。一个RAS频道可用来交换RAS讯息。这个讯号频道在终点及守门员间开放,且比任何其他频道间的建立更重要。


H.225发送信号

H.225发送信号是用来建立两个H.323端点间的连线。藉由在发送信号频道上交换H.225的通讯协定讯息即可达成。这个发送信号在两个H.323端点间或是一个端点及一个守门员(Gatekeeper)间是开放的。


H.245控制信号

H.245控制信号是用来交换点对点的控制讯号,并可支配H.323端点的运作。这些控制讯号可以载送的相关讯息如下:


1.协定标准交换


2.讯号逻辑频道(logical channel)的开关


3.讯号的流量控制


4.一般命令及指令


即时传送协定

即时传送协定(RTP)提供了即时终端对终端声音及影像传输服务,而H.323则是透过IP网路传送资料。 RTP通常用来传送经由UDP(UDP ,user datagram protocol)的资料。 RTP和UDP一起提供了传输协定的机能。 RTP提供了身份识别、序号编号、时间标记和传送监控等服务,而UDP则提供了多路传输(multiplexing)和封包计算(checksum)等服务。 RTP同时也可以和其他传输协定一起运用。


即时传送控制协定

即时传送控制协定(RTCP, real-time control protocol)是RTP的互补功能,它提供了控制服务。 RTCP最主要的功能便是提供资料分配传送的品质回馈。其他的RTCP功能包含承载一个RTP来源的传送识别器(transport-level identifier)​​,通常被接受者用来使声音及影像同步。


终端机特色(terminal characteristics)

H.323终端机必须支援以下功能:


1.H.245用以终端交换及多媒体渠道的开关。


2.H.225用以拨号发信和通话设定。


3.RAS用以登录和使用守门员( Gatekeeper)的其他传送控制。


4.RTP/RTCP用以声音和影像封包的排序。


H.323终端机也必需支援G.711的声音加密/解密(audio CODEC)。其他H.​​323终端机的非必要组成元素则有影像加密/解密功能(video CODEC)、T.120资料会议协定和MCU通讯。


Gateway和Gatekeeper特色

Gateway提供了在通话设定和解除、不同网域间的媒介格式和H.323及非H.323网域间的资讯转换的传送协定。如(图三),一个H.323 Gateway的应用程式是在IP的通讯方式中,H.323 Gateway并可透过此一方式连结IP网路及SCN网路(例如:ISDN网路)。


《图三 Gateway Protocol Stack》
《图三 Gateway Protocol Stack》

在H.323方面,Gateway可执行H.245控制信号来做资讯交换;执行H.225通话发信来作为通话设定及解除;执行H.225登录、许可和状态(RAS)来作为与Gatekeeper的登录。在SCN方面,Gateway则执行特定的SC​​N协定(例如:ISDN和SS7协定)。


终端机通常以H.245控制发信协定和H.225拨号发信协定(call-signaling protocol)来与Gateway沟通。 Gateway将这些协定转变为在非H.323网路上各自互补及对应,反之亦然。 Gateway也执行在H.323网路方面及非H.323网路方面的拨号设定与解除动作。声音、影像和资讯格式的传送也可能经由Gateway执行。


如果两种终端机型态能找到一个共同的沟通模式,那么可能就无须声音与影像的转换。至于ISDN上H.320的Gateway,则是两种终端机型态均需要G.711声音与影像的传输协定,所以共同的模式总是存在着。 Gateway同时拥有在H.323网路上的H.323终端机以及其他在非H.323网路终端机的特色。


Gatekeepers特色

Gatekeepers为H.323端点提供发信控制(call-control)服务,例如︰位址转换以及如同在RAS中定义过的频宽管理功能,H.323网域的Gatekeepers是非必需的,然而如果它们在网路中出现,终端机和Gatekeepers就必须使用它们的服务。 H.323标准同时定义了Gatekeepers必须提供的代理服务,且也说明了其他它所提供的非必须的功能。


Gatekeepers的非必要特色就是拨号发信(call-signaling)的路由功能。端点传送拨号发信讯息给Gatekeepers,且Gatekeepers按路线发送至目的端点,而端点也轮流地直接传送拨号发信讯息给同等的其他端点。 Gatekeepers的这个特色是很有用的,透过拨号的监视,Gatekeepers将可提供网路中更好的拨号控制。经由Gatekeepers按路线发送,则提供了网路中更好的绩效,因为Gatekeepers可以使得路由决定(route decision)同时以多种因素为基础,例如Gatekeepers间的共同资讯协定。


Gatekeeper在H.323系统中不是必要的,这些由Gatekeeper提供的服务由RAS定义并且包含了位址转换、许可控制、频宽控制以及区域管理(zone management),如(图四)。没有Gatekeeper的H.323网域不一定有这些功能,但是包含IP通话方式Gatekeeper的H.323网域,Gatekeeper应该也包含了将E.164的拨号位址转换为运输网址的功能,Gatekeeper是H .323必然的构成要素,但是也可以当作是Gatekeeper或是MCU的一部份。


《图四 Gatekeeper构成要素》
《图四 Gatekeeper构成要素》

Gatekeeper功能

位址转换(Address translation)

来自于H.323网路的拨号利用代码来标示目的终端机的位址,来自于H.323网路之外以及由Gateway接收的拨号则利用E.164电话号码(例如886-2-26591816)来标示目的终端机的位址。 Gatekeeper必须要转换E.164电话号码或是代码成为目的地终端机的网路位址(例如IP基础网路的222.232.42:543)。透过H.323网路中的网路位址,则可以到达这个目的地端点。


许可控制(Admission control)

Gatekeeper可以控制H.323网路中端点的许可,它利用RAS讯息、许可要求(ARQ)、许可确认(ACF)以及许可回绝(ARJ)来达到此功能。


频宽控制(Bandwidth control)

Gatekeeper利用RAS、频宽要求(BRJ)、频宽确认(BCF)及频宽回绝(BRJ)来达到频宽控制的目的,当接受所有的频宽改变要求时,频宽控制也可以是无用的功能。


区域管理(Zone management)

Gatekeeper提供了在它所控制区域中的终端机、Gateway及MCU下述功能-位址转换、许可控制和频宽控制。


其他Gatekeeper功能

1.拨号控制发信


Gatekeeper可以在H.323端点间按规定发送拨号发信讯息的路线。在点对点的会议中,Gatekeeper可以处理H.225的拨号发信讯息,而Gatekeeper也可允许端点直接轮流地发送H.225的拨号发信讯息给其他端点。


2.拨号认证


当端点送出拨号发信讯号给Gatekeeper时,Gatekeeper会根据H.225规格可能接受或是拒绝通话,拒绝的原因可包含从特定终端机或Gatekeeper上的access-based或time-based限制。


3.拨号管理


Gatekeeper可以保持所有活动中的H.323拨号资讯,所以它可以藉由所保留的资讯提供频宽管理控制它的区域,或是重新发送拨号给不同的端点来达到负载平衡的功能。


H.225登录、许可和状态

H.225 RAS可利用在H.323端点(终端机和闸道器)与Gatekeeper间有以下方式:


1.闸道器搜寻(GRQ)


2.端点登录


3.端点定位


4.许可控制


5.存取权杖(access tokens)


RAS讯号可以由RAS频道承载但并不可靠,因此,RAS讯号交换可能与超出时间及重拨计数有关。


Gateway Discovery

Gateway Discovery程序应用在H.323端点来定义端点必须登录的Gatekeeper。 Gateway Discovery可以以静态或动态方式执行。在静态Discovery中,端点可知道Gatekeeper的传送位址。在动态模式的Gateway Discovery中,端点可以Gateway上的多重位址多重拨放GRQ讯号:「谁是我的Gatekeeper?」一个或多个Gatekeeper可能以GCF讯号回应:「我可以是你的Gatekeeper。 」


端点登录

登录是端点间用来加入某一区域的一种程序,并且通知区域守门员的传送和将位址写成代码。所有对守门员的端点登录都是它们结构的一部份。


端点定位

端点位址是端点传送位址的一种程序,并决定和规定了它的代码或E.164位址。


其他控制

RAS频道是用与其他种的控制机制,例如限制端点进入区域的许可控制、频宽控制以及端点由Gatekeeper和区域内解除的解除控制。


H.225拨号发信和H.245控制发信

H.225拨号发信

H.225拨号发信是用来设定H.323端点(终端机及Gateways)间的连接,透过此一标准则及时的资讯可以立即输送,拨号发信包括经由可靠的拨号发信频道交换的H.225协定讯息,例如︰H.225协定讯息可以透过IP基础的H.323网路上的TCP运送。


如果H.323网路中没有Gatekeeper,则H.225讯息可以在端点间交换。当Gatekeeper存在于网路中时,H.225讯息不是直接在端点间交换,就是透过Gatekeeper分配路径后在端点间交换,第一种方式是直接拨号发信,而第二种方式叫做Gatekeeper -routed拨号发信,这种选择的方法是由Gatekeeper在RAS许可讯息交换时决定的。@中標:Gatekeeper-Routed call signaling


许可讯息(admission message)是透过RAS频道在端点和Gatekeeper间交换。 Gatekeeper接收到拨号发信频道从端点来的拨号发信讯息后,再依路线发送至拨号发信频道上的其它端点。


直接拨号发信(Direct call signaling)

在许可被确认时,Gatekeeper端点可以直接交换拨号发信讯号,端点在拨号发信频道上交换拨号发信。


H.245控制发信

H.245控制发信是由H.323终端间的点对点H.245讯息之交换构成,H.245控制讯息可以透过H.245控制频道运送,H.245控制频道是频道0且永远开放,不像其他的媒介频道。这些讯息传送包含了对讯息交换以及逻辑频道的开关的。


讯号交换Capabilities Exchange

讯号交换是利用终端机交换讯息来沟通的一种程序,并提供他们端点间的传送及接收能力,传送能力描述了终端机传送资料的能力,接收能力则描述了终端机接收和处理媒介能力。


逻辑频道发信Logical Channel Signaling

逻辑频道承载了从端点到其他端点(在点对点的会议中)或多点(在多点会议中)的资讯,H.245提供对开放或关闭逻辑频道的讯息,一个逻辑频道是单向性的。


连接程序

这个模组描述了H.323拨号、建立媒介通讯和断讯(release the call)时的步骤,举例中的网路包括两个与Gatekeeper连结的H.323终端机(T1和T2),假设信号发信送为直接联结,同时也假设资料是利用RTP传输。 (图五)说明了H.323拨号的建立方式。


《图五 H.323控制发信流程图》
《图五 H.323控制发信流程图》

1.T1在RAS频道上发出RAS ARQ讯息给Gatekeeper执行登录。 T1发出直接拨号发信的需求。


2.Gatekeeper确认T1的许可,并送出ACF给T1。 Gatekeeper 以ACF指示T1可以直接拨号发信。


3.T1发出H.225拨号发信设定讯息给T2,并要求连线


4.T2以H.225拨号程序讯息回应给T1。


5.T2必须登录Gateway。它送出RAS ACF讯息给在RAS频道上的Gatekeeper。


6.Gatekeeper确认登录,并传送RAS ACF讯息给T2。


7.T2送出H.225通知讯息,并通知T1建立连线的要求。


8.T2确认连接线建立,并H.225连线讯息给T1,然后拨号建立。 (图六)


《图六 H.323拨号建立图》
《图六 H.323拨号建立图》

9.H.245控制频道在T1及T2建立。 T1送出一个H.245 Terminal CapabilitySet讯息给T2交换。


10.T2告知收到T1的capabilities后,并送出H.245 Terminla-CapabilitySetAck讯息。


11.T2与T1交换capabilities并传送一个H.245 Terminal-Capability-Set讯息。


12.T1告知收到T2的capabilities并送出一个H.245 Terminal-CapabilitySetAck讯号。


13.T1开放T2一个媒介频道并送出一个H.245 open-LogicalChannel讯息。 RTCP频道的传送位置包含在讯息内。


14.T2告知由T1到T2的单向逻辑频道建立,并送出一个H.245 openLogicalChanneAck讯息。在acknowledge讯息中包含了RTP传送位址,并由T2分配且送出RTP媒介流和之前T1接受到的RTCP位址予以T1使用。 (图七)


《图七 H.323媒介流与媒介控制流程》
《图七 H.323媒介流与媒介控制流程》

15.然后,T2开放一个媒介频道给T1并送出H.245 open-Logical-Channel讯息。 RTCP频道的传送位址也包含在讯息中。


16.T1告知收到T2与T1间单向逻辑频道的建立后,送出H.245 openLogicalChannelAck讯息。在告知讯息中包含了T1分配的RTP传送位址及T2接受到的RTCP位址,并由T2送出RTP媒介流。


17.T1送​​出RTP压缩媒介流给T2。


18.T2送出RTP压缩媒介流给T1。


19.T1送出TCP讯息T2。


20.T2送出TCP讯息T1。


21.T2 启动拨号解除,并送出一个H.245EndSessionCommand讯息给T1。


22.T1解除拨号端点并送出一个H.245EndSessionCommand讯息给T2以确认解除作业。


23.T2完成拨号解除并送出一个H.225解除完成讯息给T1。 (图八)


《图八 H.323拨号解除流程》
《图八 H.323拨号解除流程》

24.T1和T2与守门员解除连线并送出一个RAS DRQ讯息给守门员。


25.守门员解除与T1和T2的连线并送出DCF讯息给T1以确认。


(作者任职于甲尚科技)


(网际先锋2000.2月号69期)


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