基于IP网络的多媒体通信系统研究

南京邮电大学硕士学位论文基于IP网络的多媒体通信系统研究姓名：张文雯申请学位级别：硕士专业：教育技术学指导教师：龚建荣2011-01南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要I摘要随着计算机网络通信技术和多媒体技术的不断发展，基于IP网络的多媒体通信业务是当今通信领域研究的重点，其中之一就是多媒体会议系统。视频会议系统通过各种通信网络及相关的多媒体设备，使地理上分散的用户在网络上通过视频、声音、文本等信息流进行交互式的交流。VPN技术是在公共传输网络上通过隧道技术完成专用数据信息传输的技术，提高用户网络运营和管理的灵活性，满足用户对信息传输安全性、实时性的需要。MPLSVPN集隧道技术和路由技术于一身，吸取基于虚电路的VPN的服务质量(QoS)的优点，使用MPLS组网具有极好的灵活性和扩展性。本文主要对H.323多媒体视频会议系统进行研究，为解决原有的H.323会议系统存在的安全性和QoS保证问题，引入了MPLSVPN作为视频会议系统传播的网络平台。为进一步完善MPLSVPN网络的性能，本文针对不同的链路设计不同的QoS方案，解决了不同MPLSVPN之间的QoS映射问题，并且使用了区分服务模型对实时多媒体网络系统中的QoS提供保证。为了加强视频会议系统数据传输的安全性，在不改动MPLSVPN网络结构的前提下，探究了一种基于CE路由器的IPSec集成方案，使得CE路由器之间可以形成一条安全的IPSec隧道，实现了VPN用户数据分组在MPLSVPN网络中的安全传输。最后给出了基于MPLSVPN的H.323多媒体视频会议系统的实现方案。关键词：视频会议；H.323；MPLSVPN；QoS；IPSec南京邮电大学硕士研究生学位论文ABSTRACTIIABSTRACTAsthecontinuousdevelopmentofcomputernetworkandcommunicationtechnology,alongwiththemultimediatechnology,computernetworkhasnowgraduallyevolvedintoavariedmultimediainformationnetwork.Multimediatechnology,whichbasedonIPnetworkisthehotspotofcurrentresearchincommunication.MutimediatechnologyservicesbasedonIP,amongwhichismultimediaconferencesystem,asystemenableusersgeographicallydispersedcommunicateinteractivelyviainformationflowsuchasvideo,soundandtextthroughvariousnetworksandmultimediaequipments.VPNiscurrentlyahotresearchonnetworktechnology,whichaimstoimprovetheflexibilityofnetworkoperationandmanagementtosatisfyusers’requirementsontransmissionsecurityandreal-timecapability,usingtunneltotransferdelicateddataviathepublicnetwork.MPLSVPNcombinestechnologyoftunnelingandroutinginoneandhasthemeritofVPNQoSbasedonvirtualcircuit,whichmakesitanextraordinaryflexibleandscalabletoconstructaMPLSVPNnetwork.ThethesismakesanintensivestudyofH.323mutimediavideoconferencesystem,presentingamethodviaMPLSVPNnetworktoconstructtheH.323multimediacommunicationsysteminviewofthedeficiencyofQoSandsecurityoftraditionalvideoconference.ForabetterperformanceofMPLSVPN,QoSpolicyisdesignedforcorrespondinglinktomatchthemapoverthenetwork.ToachieveQoSguaranteeinIPbasedmultimediacommunicationsystem,thisthesisintroducesaDiff-ServModelcombinedwithMPLSVPN,andthenproposesanintegratedIPSecsolutionbasedonCErouterstosecurethetransmissionofVPNdataviatheMPLSVPN,andfinallyaddressestheimplementationofH.323multimediavideoconferencesystembasedonMPLSVPN.Keyword:VideoConference;H.323;MPLSVPN;QoS;IPSec南京邮电大学学位论文原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，也不包含为获得南京邮电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。南京邮电大学学位论文使用授权声明南京邮电大学、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、缩印或其它复制手段保存论文。本文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）授权南京邮电大学研究生部办理。研究生签名：_____________日期：____________研究生签名：____________导师签名：____________日期：_____________南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论1第一章绪论1.1课题研究背景通信技术的持续进步在很大程度上影响着我们信息交换方式的变革，这种影响使得我们正处在一个新时代的开端。其主要特征就是互联网的迅速崛起所引起的IP通信技术的广泛应用，即第三次通信革命。IP通信技术已开始成为通信舞台上的主角，并与语音通信、视频通信形成新的产业会聚，使一个崭新的通信世界日渐凸现出来。通信业在经历了将近一个世纪的电路交换通信模式后，目前其技术的整体发展趋势是由电路交换向分组交换演化，IP网络将是未来通信网络的基础。目前世界各国、各大厂商都在研究基于IP的多媒体通信，一些国际标准化组织，包括国际标准化组织(ISO)、因特网工程任务组(IETF)和国际电联电信标准部(ITU-T)都在积极地进行基于IP的多媒体通信的研究，制定相应的标准。基于IP网络的一类多媒体通信业务就是多媒体会议系统。由于多媒体会议系统要求的实时性是最高的，特别是在会议中的对话。随着下一代网络技术的发展与成熟，企业之间商务信息交流和企业内部借助网络通讯日趋频繁，基于网络能提供远程异地交互且视音频兼具的会议系统己成为国内外研究的一个热点。1.2视频会议系统概述1.2.1视频会议系统的概念视频会议(Videoconference)亦称会议电视、视讯会议，是利用计算机技术和通信设备通过传输信道在两点或多个地点之间建立可视通信，实现图像、语音及数据交流的一种会议形式[1]。多媒体视频通信系统是集通信技术、计算机技术、微电子技术、光学技术、声像学技术为一体的远程异地的通信系统，它将计算机的交互性、计算机网络通信的分布性、电视视频音频的真实性有机地结合在一起，成为现代化不可缺少的通信使用手段[2]。1.2.2视频会议系统的类型根据视频会议系统的通信网络、传输内容、终端配置以及媒体选择的不同，可以将其分为以下五类[3]：（1）从通信网络（或传输介质）角度通信网络从其结构的本质可以分为下列几种：通用电话网、局域网(LAN：LocalAreaNetwork)、综合业务数字网(ISDNIntegratedServicesDigitalNetwork)、异步传输网(ATM网南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论2络：AsynchronousTransferMode)、因特网(Internet)。这样就形成了5种视频会议系统，即基于POTS、LAN、ISDN、ATM、和Internet的视频会议系统。（2）从传输内容角度在实际的计算机会议系统中，根据不同程度的需求和目的，在网络中交互的会议内容也有极大的差别，这样形成了计算机会议系统的几种不同形式：文件会议、数据会议、可视会议系统、桌面视频会议系统。（3）从终端配置角度为了同时且实时地提供每个与会者的活动情况，从终端角度可将视频会议系统分为两种：多监视器系统(MultipleMonitors)和多窗口系统(SingleMonitorScreenWithSegmentedWindows)。（4）从媒体选择角度为了优化网络连接，从媒体选择角度，可将视频会议系统分为两类：媒体可选系统(SelectableMediaConference)和媒体固定系统(CommonMediaConference)。（5）根据与会者参加的方式根据与会者参加的方式，视频会议系统可分为四种：单用户系统、拨号群组系统、点到点系统和多点可视系统。此外，也可以将视频会议系统分为室内型会议系统和桌上型会议系统，或分为预先安排型(PreScheduled)和即时召开型(On-Demand)等。1.2.3视频会议系统的组网方式视频会议系统的组网结构随着与会者参加方式的不同有所不同，从整体上看有两种组网结构：点对点组网结构和多点会议组网结构。（1）点对点组网结构点对点视频会议系统只涉及到两个会议终端系统，其组网结构如图1.1[4]所示，只需在终端系统的系统控制模块中增加会议管理功能即可实现，终端系统只需互相拨号呼叫对方并得到对方确认后即可召开视频会议。图1.1点对点组网结构南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论3（2）多点会议组网结构在多个会议场点进行多点会议时，需设置至少一个MCU，MCU通常设置在网络结点处。多点会议组网结构比较复杂，根据MCU数目可分为两类：单MCU方式和多MCU方式。而多MCU方式一般又可分为星型组网结构和层级组网结构。1．单MCU方式单MCU组网方式如图1.2[4]所示。图中TA，TB，…，TF均为视频会议终端系统设备。各会议场点依次加入会议时，必须经过MCU确认并通知先于加入会议的会议场点。图1.2单MCU组网结构2．星型组网结构方式多MCU连接的星型组网结构如图1.3[4]所示，VCT是视频会议终端（VideoConferenceTerminal）缩写。这种方式易于会议的扩展，各MCU在组网结构中地位平等，其会议控制模式采用主席控制模式。图1.3多MCU连接的星型组网结构3．层级组网结构方式多MCU连接的层级组网结构适用于布署在各会议场点地域上很分散的情况，通信网南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论4络可以是ISDN、B-ISDN或DDN，这种层级方式覆盖地域广阔，不仅易于扩充，也利于管理。MCU之间有层级之分，下层MCU受控于上层MCU。这种结构将是未来视频会议系统最理想的组网结构，其最理想的通信网络结构是现存的Internet。1.3国内外研究综述目前的多媒体会议系统趋向于选择