SIP協(xié)議遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

王倩，武穎，黃煒

摘 要：隨著多媒體和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，基于SIP協(xié)議的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的研究和應(yīng)用已經(jīng)成為非常熱門的話題。結(jié)合SIP協(xié)議所具有的靈活、方便、易擴(kuò)展的特點(diǎn)，提出構(gòu)建一種基于SIP協(xié)議的適應(yīng)學(xué)習(xí)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程多媒體教育視頻系統(tǒng)。本文著重討論了該系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇及工作原理。

關(guān)鍵詞：SIP；遠(yuǎn)程教育；多媒體

1 引言

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育是一種全新的教學(xué)模式，相比傳統(tǒng)教學(xué)，它是當(dāng)今信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)學(xué)科、通信學(xué)科、電子學(xué)科、網(wǎng)絡(luò)學(xué)科等多個(gè)領(lǐng)域互相交叉、融合的高科技產(chǎn)物。利用Internet傳輸文字、圖形、圖像、聲音和視頻等多媒體的教學(xué)信息，達(dá)到雙向、實(shí)時(shí)交互的傳輸目的，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。當(dāng)前要求教育資源均衡發(fā)展的呼聲日趨強(qiáng)烈，遠(yuǎn)程教育需求迅速增加，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源實(shí)時(shí)、方便、可靠傳送到遠(yuǎn)端，建立一套完整的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)對(duì)教育部門和使用單位來說具有非常重要的意義。

2 SIP協(xié)議簡(jiǎn)介

2.1 SIP協(xié)議介紹

SIP協(xié)議是一個(gè)基于文本的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層信令控制協(xié)議，主要用于發(fā)起、調(diào)整和終結(jié)多個(gè)參與者的多媒體會(huì)話，包括IP電話、多媒體會(huì)議及網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)游戲等全面的多媒體業(yè)務(wù)。SIP在建立和維持終止多媒體會(huì)話協(xié)議上，支持5個(gè)方面的多媒體通信功能：

用戶定位：檢查終端用戶的位置，用于通訊。

用戶有效性：檢查用戶參與會(huì)話的意愿程度。

用戶能力：檢查媒體和媒體的參數(shù)。

建立會(huì)話：建立會(huì)話參數(shù)在呼叫方和被叫方。

會(huì)話管理：包括發(fā)送和終止會(huì)話，修改會(huì)話參數(shù)，激活服務(wù)等等。

2.2 SIP協(xié)議的特點(diǎn)

SIP協(xié)議主要借鑒了HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議）和SMTP在IP網(wǎng)絡(luò)中的成功經(jīng)驗(yàn)，因此它簡(jiǎn)便、靈活、穩(wěn)健、易擴(kuò)展。具有以下特點(diǎn)：

1）SIP獨(dú)立于媒體。傳統(tǒng)電話在傳輸語音過程中只能使用一種媒體編碼，即脈沖編碼調(diào)制編碼PCM，而SIP具有媒體協(xié)商等功能，任何多媒體應(yīng)用（例如：游戲、遠(yuǎn)程教學(xué)）都可以使用SIP來建立會(huì)話。

2）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。

3）SIP具有良好的擴(kuò)展性，大大降低了對(duì)中心節(jié)點(diǎn)（核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器）的壓力，在同樣情況下，可大幅度提高系統(tǒng)對(duì)呼叫的處理能力。

4）SIP獨(dú)立于傳輸層，通過用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）以及傳輸控制協(xié)議（TCP），將獨(dú)立于底層基礎(chǔ)設(shè)施的用戶靈活地連接起來。

這些特點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)和流媒體時(shí)實(shí)傳輸提供了良好技術(shù)支持與安全保障，使得進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻教學(xué)成為可能，并具有推廣使用的現(xiàn)實(shí)可行性。

2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇

實(shí)現(xiàn)SIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有端對(duì)端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、混合式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)三種。前兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在一定的局限性，用來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)不能很好地滿足跨域和多播的需求，而混合式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以很方便地實(shí)現(xiàn)跨域連接的功能，并且借助于SIP協(xié)議強(qiáng)大的路由能力較好地實(shí)現(xiàn)多播功能?；旌鲜骄W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還較端對(duì)端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及集中式結(jié)構(gòu)更具有擴(kuò)展能力。例如，要在已有的系統(tǒng)中添加一個(gè)域，那么只需要在系統(tǒng)中添加一臺(tái)域服務(wù)器，在該服務(wù)器上安裝代理服務(wù)器軟件并告知該代理服務(wù)器核心服務(wù)器的地址所在，代理服務(wù)器自動(dòng)連接核心服務(wù)器，這樣就能完成系統(tǒng)的擴(kuò)展。

3 SIP遠(yuǎn)程教學(xué)工作原理

根據(jù)SIP協(xié)議的會(huì)話原理，在遠(yuǎn)程教學(xué)活動(dòng)的過程中，整個(gè)系統(tǒng)的工作步驟可分為以下幾步：虛擬教學(xué)課堂的建立、參與、交互、結(jié)束，以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)教學(xué)過程的控制。

（l）創(chuàng)建遠(yuǎn)程教學(xué)課堂

基于SIP協(xié)議的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)支持兩種課堂創(chuàng)建類型：即時(shí)遠(yuǎn)程教學(xué)和預(yù)約式遠(yuǎn)程教學(xué)。即時(shí)遠(yuǎn)程教學(xué)課堂的創(chuàng)建可通過多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)課堂終端完成：用戶只需向指定的遠(yuǎn)程教學(xué)課堂URI發(fā)送INVITE請(qǐng)求即可，由此產(chǎn)生的新的URI由302響應(yīng)的Contact頭域帶回。

預(yù)約式遠(yuǎn)程教學(xué)課堂的創(chuàng)建可通過Web管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)程教學(xué)課堂預(yù)定成功后，將向系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的遠(yuǎn)程教學(xué)課表內(nèi)插入一條記錄?？刂品?wù)器的Web管理模塊對(duì)該表的記錄進(jìn)行周期掃描，若發(fā)現(xiàn)有新的遠(yuǎn)程教學(xué)課堂記錄，則按照預(yù)定要求生成新的遠(yuǎn)程教學(xué)課堂節(jié)點(diǎn)，并添加到遠(yuǎn)程教學(xué)課堂列表中。

（2）加入遠(yuǎn)程教學(xué)

在SIP遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中，加入到遠(yuǎn)程教學(xué)課堂中的方式有多種。Call-In方式，即用戶（學(xué)員、課程主持者等）可通過E-mail、Web公告和即時(shí)消息等方式事先獲得遠(yuǎn)程教學(xué)URI，然后向遠(yuǎn)程教學(xué)URI發(fā)送INVITE消息，請(qǐng)求加入遠(yuǎn)程教學(xué)。Call-Out方式，即遠(yuǎn)程教學(xué)開始后，控制中心向用戶發(fā)送INVITE消息，邀請(qǐng)其加入遠(yuǎn)程教學(xué)。

（3）遠(yuǎn)程教學(xué)狀態(tài)信息通告機(jī)制

在遠(yuǎn)程教學(xué)過程中，通過遠(yuǎn)程教學(xué)通告服務(wù)（CNS），教師與學(xué)生可以獲得遠(yuǎn)程教學(xué)事件的狀態(tài)信息。師生在加入遠(yuǎn)程教學(xué)后可向控制中心發(fā)送SUBSCRIBE請(qǐng)求，訂閱感興趣的事件和狀態(tài)通知的服務(wù)。當(dāng)某類事件或遠(yuǎn)程教學(xué)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，通告服務(wù)器將生成狀態(tài)報(bào)告的事件包，通過NOTIFY請(qǐng)求發(fā)送給訂閱者，通告發(fā)生的事件或狀態(tài)的變化情況。

（4）控制機(jī)制

控制消息在教師、服務(wù)器和學(xué)生之間傳遞，包括控制命令和控制事件。通過控制命令更改資源（如發(fā)言權(quán)、視頻顯示等公共資源）狀態(tài)，由教師或經(jīng)過授權(quán)的參與者發(fā)往服務(wù)器，其內(nèi)容涉及：添加遠(yuǎn)程教學(xué)課堂資源、使用遠(yuǎn)程教學(xué)課堂資源、用戶批準(zhǔn)或拒絕請(qǐng)求以及改變策略等請(qǐng)求。控制事件消息由服務(wù)器發(fā)往參與者，提供關(guān)于資源狀態(tài)信息的報(bào)告，向參與者報(bào)告關(guān)于遠(yuǎn)程教學(xué)的情況，包括課堂資源占用情況的變化、策略或媒體配置的變更等。

（5）結(jié)束遠(yuǎn)程教學(xué)

結(jié)束遠(yuǎn)程教學(xué)課堂的形式有兩種：預(yù)約式遠(yuǎn)程教學(xué)和即時(shí)型遠(yuǎn)程教學(xué)。預(yù)約式遠(yuǎn)程教學(xué)在創(chuàng)建課堂時(shí)，也預(yù)設(shè)定了結(jié)束時(shí)間。當(dāng)教學(xué)的結(jié)束時(shí)間到來時(shí)，如果遠(yuǎn)程教學(xué)課堂中仍有學(xué)生，控制中心就向其發(fā)送BYE消息將其刪除，然后執(zhí)行注銷過程。注銷成功后，控制服務(wù)器將相應(yīng)的遠(yuǎn)程教學(xué)課堂節(jié)點(diǎn)刪除。即時(shí)型遠(yuǎn)程教學(xué)在創(chuàng)建課堂時(shí)沒有設(shè)定結(jié)束時(shí)間，而是根據(jù)遠(yuǎn)程教學(xué)中的參與者數(shù)目來決定結(jié)束課堂與否。當(dāng)遠(yuǎn)程教學(xué)中的最后一個(gè)參與者退出課堂后，視為遠(yuǎn)程教學(xué)結(jié)束并執(zhí)行注銷過程，注銷完成后即刪除該課堂節(jié)點(diǎn)。

4 結(jié)束語

基于SIP協(xié)議的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，遵循TCP/IP協(xié)議，能將網(wǎng)上原有的系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，形成一個(gè)多網(wǎng)合一的多媒體教學(xué)網(wǎng)，通過視頻課堂，使分布在不同地區(qū)的終端用戶在“虛擬教室”中進(jìn)行“面對(duì)面”學(xué)習(xí)和討論。將媒體通信協(xié)議SIP與現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)相結(jié)合，這種新興的教育技術(shù)和手段，能為廣大遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者提供公平、廣泛和廉價(jià)的基于視頻互動(dòng)學(xué)習(xí)的“面對(duì)面”教育方式，使遠(yuǎn)程教育效率大大提高，使遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者能夠真正從遠(yuǎn)程教育中獲益。

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