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視訊寬頻時代─再探ITU-T H.323標準
 

【作者: 王鵬權】   2000年02月01日 星期二

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前言

隨著網路寬頻時代來臨,雖然我們在應用層面上的需求或許不曾改變,但是底層所採用的科技可能早已日行千里了,本文以技術應用的觀點來探討H.323如何傳送視訊會議的影音,也讓我們感受到同樣傳送語音影像,但應用ISDN和TCP/IP的通信方式,還是有那麼一點點的不同。


H.323標準

H.323標準是指透過封包網路(packet-based)即時傳送聲音、影像及資料訊息的一種基礎技術,它詳細指明了構成要素(component)、通訊協定(protocol)以及透過封包網路傳遞並提供多媒體通訊的程序,如(圖一)。封包網路包含IP(包括Internet)或網路封包交換(IPX, Internet packet exchange)、區域網路(LAN, local-area networks )、企業網路(ENs, enterprise networks)、都會型網路(MANs, metropolitan-area networks),以及廣域網路(WANs, wide-area networks)等。


《圖一 封包網路上的H.323終端機》
《圖一 封包網路上的H.323終端機》

H.323標準可以應用在很多的地方:例如只傳送聲音的IP通訊方式(telephony)、可傳送聲音及影像的影像電話(videotelephony),或是可同時傳遞聲音、影像、資料等。H.323標準也可以適用在多點的多媒體通訊上(multipoint-multimedia communications),它提供了各種的服務,因此可以廣泛地運用在各式各樣的範圍如︰消費者、企業和娛樂應用上。


H.323版本

H.323標準是由ITU-T研究團隊制定,於1996年十月被接受,提供了LANs上的虛擬電話系統及設備一種不擔保品質的服務(QoS),它就如同名字使人聯想般在LANs環境的媒體通訊中十分重要,H.323的第一版並不提供保證的QoS,隨著VoIP的應用出現以及IP通訊方式替H.323的規格說明版本做了準備,但VoIP標準的出現導致產品的不相容,以致於引起新需求的出現,例如提供電腦基礎(PC based)與傳統在交換式迴路網路(switched circuit network)溝通。這樣的需求促使IP通訊方式的標準產生。第二版H.323標準是仍為封包式多媒體通訊系統,並滿足這些傳統的需求且在1998年被接受。


新的特色很快地在H.323標準的第三版中將會被加入。這些被加入的特色包括fax-over-packet networks、Gatekeeper-Gatekeeper communication以及fast-connection mechanisms。


H.323與其他H.32x標準系列的關係

H.323標準為ITU-T推薦的H.32x標準系列中之一。其他標準則定義了不同網路型態的多媒體通訊服務:


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-提供保證QoS的LAN


發展H.323標準的最主要目的之一就是在相容於其他的多媒體服務網路,這樣的相容性必須透過閘道器(Gateway)才能達成,而閘道器提供任何網路及訊號傳送的相容需求。


H.323的構成要素

H.323標準有四個主要構成要素,並提供了單點對單點以及單點對多點的多媒體通訊服務:


1.終端機(terminals)


2.閘道器(Gateways)


3.守門員(Gatekeepers)


4.多點控制組件(MCU, multipoint control units)


終端機(terminals)

用於即時、雙向(bidirectional)的多媒體通訊方式。一台H.323終端機可以用一部個人電腦或是單機的設備來執行H.323及多媒體應用程式,它支援聲音通訊傳輸並且可以支援任何影像或資料通訊傳輸。因為一台H.323終端機僅提供聲音通訊傳輸的基本服務,所以H.323終端機在IP通訊方式服務中扮演著極重要的角色。一台H.323終端機可以用一部個人電腦或是單機的設備來執行H.323及多媒體應用程式。H.323標準最主要的目的便是與其他不同的多媒體終端機通訊。H.323終端機可以相容於SCN的H.324、無線網路、B-ISDN的H.310、ISDN的H.320、B-ISDN的H.321以及QoS LANs上的H.322。H.323終端機也可以在多點的會議中使用。


閘道器(Gateways)

Gateway是用以連接兩種不同的網域。一部H.323 Gateways可提供H.323網域和非H.323網域間的連線。例如︰一部Gateways可以連接並提供H.323終端機與SCN網域(SCN網域包含所有交換通訊網路,如PSTN間的通訊。要達到這種不同網域的連線可以透過電話撥接及斷線的傳輸協定;或改變在兩種不同網域間傳輸媒介的格式;或是轉換Gateway所連接不同網域間的資訊。然而在兩個H.323網路終端機間的通訊則可不需要Gateway。


守門員(Gatekeepers)

一個Gatekeepers是H.323網域的大腦。它是在H.323網域間所有通話時的焦點。雖然Gatekeepers不一定是必需的,但Gatekeepers卻提供了重要的服務,如定址遞送addressing、認證和終端機及Gateway的鑑定;以及頻寬管理、結帳、計價、收款等。Gatekeepers也可以提供通話路由(call-routing)服務。


多點控制組件(Multipoint Control Units)

多點控制組件(MCUs)可支援透過三個或多個以上H.323終端機的會議,所有會議中的終端機可以透過MCU建立連線,MCU可管理會議的資源,終端機間有關決定聲音或影像加密/解密(CODEC)使用的協商。


H.323區域(H.323 Zone)

H.323區域為所有終端機、Gateway和MCUs的組合,並由單一的Gatekeeper所控制。一個區域至少包括一個終端機,也可以是多個Gateways或MCUs。但一個區域卻只能有一個Gatekeeper。一個區域可以是獨立的網路通訊方式,也可以是由多個路由器或其他設備連接的網域區塊所組成。


H.323規定的通訊協定

H.323規定的通訊協定如(圖二)所示。H.323並不需完全依賴封包網路,它的傳輸通訊協定可以透過封包網路但並不明確定義它們。


《圖二 H.323規定的通訊協定》
《圖二 H.323規定的通訊協定》

1.聲音加解密


2.影像加解密


3.H.225登錄、許可和狀態(RAS)


4.H.225信號發送


5.H.245控制信號


6.即時傳送通訊協定(RTP, real-time transfer protocol)


7.即時控制通訊協定(RTCP, real-time control protocol)


聲音加密/解密

透過H.323終端機傳送,Audio CODEC可加密透過麥克風傳送的聲音訊號,並將解密後的聲音訊號傳送到接收端的H.323終端機上的喇叭。因為聲音是H.323標準所提供的最低服務水準,所以所有的H.323終端機必需至少支援聲音加密/解密的功能,如同ITU-T所制定的G.711標準(聲音以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)等聲音加密解密等建議方式,也可以同時支援。


影像加密/解密

透過H.323終端機傳送,Video CODEC可加密透過攝影機鏡頭傳送的影像訊號,並將解密後的影像訊號傳送到接收端的H.323終端機的影像顯示器上。因為影像是H.323標準所提供的選擇性服務,所以所有H.323終端機所支援的影像加密/解密也是選擇性的功能。然而任何H.323終端機提供的影像傳訊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建議方式。


H.225登錄、許可和狀態(status)

登錄、許可和狀態(RAS)是端點(終端機和閘道器)和守門員Gatekeepers間的一種協定。RAS常被用來執行端點(endpoint)和守門員(Gatekeepers)間的登錄、許可控制、頻寬改變、狀態以及解除程序(disengage procedure)。一個RAS頻道可用來交換RAS訊息。這個訊號頻道在終點及守門員間開放,且比任何其他頻道間的建立更重要。


H.225發送信號

H.225發送信號是用來建立兩個H.323端點間的連線。藉由在發送信號頻道上交換H.225的通訊協定訊息即可達成。這個發送信號在兩個H.323端點間或是一個端點及一個守門員(Gatekeeper)間是開放的。


H.245控制信號

H.245控制信號是用來交換點對點的控制訊號,並可支配H.323端點的運作。這些控制訊號可以載送的相關訊息如下:


1.協定標準交換


2.訊號邏輯頻道(logical channel)的開關


3.訊號的流量控制


4.一般命令及指令


即時傳送協定

即時傳送協定(RTP)提供了即時終端對終端聲音及影像傳輸服務,而H.323則是透過IP網路傳送資料。RTP通常用來傳送經由UDP(UDP ,user datagram protocol)的資料。RTP和UDP一起提供了傳輸協定的機能。RTP提供了身份識別、序號編號、時間標記和傳送監控等服務,而UDP則提供了多路傳輸(multiplexing)和封包計算(checksum)等服務。RTP同時也可以和其他傳輸協定一起運用。


即時傳送控制協定

即時傳送控制協定(RTCP, real-time control protocol)是RTP的互補功能,它提供了控制服務。RTCP最主要的功能便是提供資料分配傳送的品質回饋。其他的RTCP功能包含承載一個RTP來源的傳送識別器(transport-level identifier),通常被接受者用來使聲音及影像同步。


終端機特色(terminal characteristics)

H.323終端機必需支援以下功能:


1.H.245用以終端交換及多媒體渠道的開關。


2.H.225用以撥號發信和通話設定。


3.RAS用以登錄和利用守門員( Gatekeeper)的其他傳送控制。


4.RTP/RTCP用以聲音和影像封包的排序。


H.323終端機也必需支援G.711的聲音加密/解密(audio CODEC)。其他H.323終端機的非必要組成元素則有影像加密/解密功能(video CODEC)、T.120資料會議協定和MCU通訊。


Gateway和Gatekeeper特色

Gateway提供了在通話設定和解除、不同網域間的媒介格式和H.323及非H.323網域間的資訊轉換的傳送協定。如(圖三),一個H.323 Gateway的應用程式是在IP的通訊方式中,H.323 Gateway並可透過此一方式連結IP網路及SCN網路(例如:ISDN網路)。


《圖三 Gateway Protocol Stack》
《圖三 Gateway Protocol Stack》

在H.323方面,Gateway可執行H.245控制信號來做資訊交換;執行H.225通話發信來作為通話設定及解除;執行H.225登錄、許可和狀態(RAS)來作為與Gatekeeper的登錄。在SCN方面,Gateway則執行特定的SCN協定(例如:ISDN和SS7協定)。


終端機通常以H.245控制發信協定和H.225撥號發信協定(call-signaling protocol)來與Gateway溝通。Gateway將這些協定轉變為在非H.323網路上各自互補及對應,反之亦然。Gateway也執行在H.323網路方面及非H.323網路方面的撥號設定與解除動作。聲音、影像和資訊格式的傳送也可能經由Gateway執行。


如果兩種終端機型態能找到一個共同的溝通模式,那麼可能就無須聲音與影像的轉換。至於ISDN上H.320的Gateway,則是兩種終端機型態均需要G.711聲音與影像的傳輸協定,所以共同的模式總是存在著。Gateway同時擁有在H.323網路上的H.323終端機以及其他在非H.323網路終端機的特色。


Gatekeepers特色

Gatekeepers為H.323端點提供發信控制(call-control)服務,例如︰位址轉換以及如同在RAS中定義過的頻寬管理功能,H.323網域的Gatekeepers是非必需的,然而如果它們在網路中出現,終端機和Gatekeepers就必須使用它們的服務。H.323標準同時定義了Gatekeepers必須提供的代理服務,且也說明了其他它所提供的非必須的功能。


Gatekeepers的非必要特色就是撥號發信(call-signaling)的路由功能。端點傳送撥號發信訊息給Gatekeepers,且Gatekeepers按路線發送至目的端點,而端點也輪流地直接傳送撥號發信訊息給同等的其他端點。Gatekeepers的這個特色是很有用的,透過撥號的監視,Gatekeepers將可提供網路中更好的撥號控制。經由Gatekeepers按路線發送,則提供了網路中更好的績效,因為Gatekeepers可以使得路由決定(route decision)同時以多種因素為基礎,例如Gatekeepers間的共同資訊協定。


Gatekeeper在H.323系統中不是必要的,這些由Gatekeeper提供的服務由RAS定義並且包含了位址轉換、許可控制、頻寬控制以及區域管理(zone management),如(圖四)。沒有Gatekeeper的H.323網域不一定有這些功能,但是包含IP通話方式Gatekeeper的H.323網域,Gatekeeper應該也包含了將E.164的撥號位址轉換為運輸網址的功能,Gatekeeper是H.323必然的構成要素,但是也可以當作是Gatekeeper或是MCU的一部份。


《圖四 Gatekeeper構成要素》
《圖四 Gatekeeper構成要素》

Gatekeeper功能

位址轉換(Address translation)

來自於H.323網路的撥號利用代碼來標示目的終端機的位址,來自於H.323網路之外以及由Gateway接收的撥號則利用E.164電話號碼(例如886-2-26591816)來標示目的終端機的位址。Gatekeeper必須要轉換E.164電話號碼或是代碼成為目的地終端機的網路位址(例如IP基礎網路的222.232.42:543)。透過H.323網路中的網路位址,則可以到達這個目的地端點。


許可控制(Admission control)

Gatekeeper可以控制H.323網路中端點的許可,它利用RAS訊息、許可要求(ARQ)、許可確認(ACF)以及許可回絕(ARJ)來達到此功能。


頻寬控制(Bandwith control)

Gatekeeper利用RAS、頻寬要求(BRQ)、頻寬確認(BCF)及頻寬回絕(BRJ)來達到頻寬控制的目的,當接受所有的頻寬改變要求時,頻寬控制也可以是無用的功能。


區域管理(Zone management)

Gatekeeper提供了在它所控制區域中的終端機、Gateway及MCU下述功能-位址轉換、許可控制和頻寬控制。


其他Gatekeeper功能

1.撥號控制發信


Gatekeeper可以在H.323端點間按規定發送撥號發信訊息的路線。在點對點的會議中,Gatekeeper可以處理H.225的撥號發信訊息,而Gatekeeper也可允許端點直接輪流地發送H.225的撥號發信訊息給其他端點。


2.撥號認證


當端點送出撥號發信訊號給Gatekeeper時,Gatekeeper會根據H.225規格可能接受或是拒絕通話,拒絕的原因可包含從特定終端機或Gatekeeper上的access-based或time-based限制。


3.撥號管理


Gatekeeper可以保持所有活動中的H.323撥號資訊,所以它可以藉由所保留的資訊提供頻寬管理控制它的區域,或是重新發送撥號給不同的端點來達到負載平衡的功能。


H.225登錄、許可和狀態

H.225 RAS可利用在H.323端點(終端機和閘道器)與Gatekeeper間有以下方式:


1.閘道器搜尋(GRQ)


2.端點登錄


3.端點定位


4.許可控制


5.存取權杖(access tokens)


RAS訊號可以由RAS頻道承載但並不可靠,因此,RAS訊號交換可能與超出時間及重撥計數有關。


Gateway Discovery

Gateway Discovery程序應用在H.323端點來定義端點必須登錄的Gatekeeper。Gateway Discovery可以以靜態或動態方式執行。在靜態Discovery中,端點可知道Gatekeeper的傳送位址。在動態模式的Gateway Discovery中,端點可以Gateway上的多重位址多重撥放GRQ訊號:「誰是我的Gatekeeper?」一個或多個Gatekeeper可能以GCF訊號回應:「我可以是你的Gatekeeper。」


端點登錄

登錄是端點間用來加入某一區域的一種程序,並且通知區域守門員的傳送和將位址寫成代碼。所有對守門員的端點登錄都是它們結構的一部份。


端點定位

端點位置是端點傳送位址的一種程序,並決定和規定了它的代碼或E.164位址。


其他控制

RAS頻道是用與其他種的控制機制,例如限制端點進入區域的許可控制、頻寬控制以及端點由Gatekeeper和區域內解除的解除控制。


H.225撥號發信和H.245控制發信

H.225撥號發信

H.225撥號發信是用來設定H.323端點(終端機及Gateways)間的連接,透過此一標準則及時的資訊可以立即輸送,撥號發信包括經由可靠的撥號發信頻道交換的H.225協定訊息,例如︰H.225協定訊息可以透過IP基礎的H.323網路上的TCP運送。


如果H.323網路中沒有Gatekeeper,則H.225訊息可以在端點間交換。當Gatekeeper存在於網路中時,H.225訊息不是直接在端點間交換,就是透過Gatekeeper分配路徑後在端點間交換,第一種方式是直接撥號發信,而第二種方式叫做Gatekeeper-routed撥號發信,這種選擇的方法是由Gatekeeper在RAS許可訊息交換時決定的。@中標:Gatekeeper-Routed call signaling


許可訊息(admission message)是透過RAS頻道在端點和Gatekeeper間交換。Gatekeeper接收到撥號發信頻道從端點來的撥號發信訊息後,再依路線發送至撥號發信頻道上的其它端點。


直接撥號發信(Direct call signaling)

在許可被確認時,Gatekeeper端點可以直接交換撥號發信訊號,端點在撥號發信頻道上交換撥號發信。


H.245控制發信

H.245控制發信是由H.323終端間的點對點H.245訊息之交換構成,H.245控制訊息可以透過H.245控制頻道運送,H.245控制頻道是頻道0且永遠開放,不像其他的媒介頻道。這些訊息傳送包含了對訊息交換以及邏輯頻道的開關的。


訊號交換Capabilities Exchange

訊號交換是利用終端機交換訊息來溝通的一種程序,並提供他們端點間的傳送及接收能力,傳送能力描述了終端機傳送資料的能力,接收能力則描述了終端機接收和處理媒介能力。


邏輯頻道發信Logical Channel Signaling

邏輯頻道承載了從端點到其他端點(在點對點的會議中)或多點(在多點會議中)的資訊,H.245提供對開放或關閉邏輯頻道的訊息,一個邏輯頻道是單向性的。


連接程序

這個模組描述了H.323撥號、建立媒介通訊和斷訊(release the call)時的步驟,舉例中的網路包括兩個與Gatekeeper連結的H.323終端機(T1和T2),假設信號發信送為直接聯結,同時也假設資料是利用RTP傳輸。(圖五)說明了H.323撥號的建立方式。


《圖五 H.323控制發信流程圖》
《圖五 H.323控制發信流程圖》

1.T1在RAS頻道上發出RAS ARQ訊息給Gatekeeper執行登錄。T1發出直接撥號發信的需求。


2.Gatekeeper確認T1的許可,並送出ACF給T1。Gatekeeper 以ACF指示T1可以直接撥號發信。


3.T1發出H.225撥號發信設定訊息給T2,並要求連線


4.T2以H.225撥號程序訊息回應給T1。


5.T2必須登錄Gateway。它送出RAS ACF訊息給在RAS頻道上的Gatekeeper。


6.Gatekeeper確認登錄,並傳送RAS ACF訊息給T2。


7.T2送出H.225通知訊息,並通知T1建立連線的要求。


8.T2確認連接線建立,並H.225連線訊息給T1,然後撥號建立。(圖六)


《圖六 H.323撥號建立圖》
《圖六 H.323撥號建立圖》

9.H.245控制頻道在T1及T2建立。T1送出一個H.245 Terminal CapabilitySet訊息給T2交換。


10.T2告知收到T1的capabilities後,並送出H.245 Terminla-CapabilitySetAck訊息。


11.T2與T1交換capabilities並傳送一個H.245 Terminal-Capability-Set訊息。


12.T1告知收到T2的capabilities並送出一個H.245 Terminal-CapabilitySetAck訊號。


13.T1開放T2一個媒介頻道並送出一個H.245 open-LogicalChannel訊息。RTCP頻道的傳送位置包含在訊息內。


14.T2告知由T1到T2的單向邏輯頻道建立,並送出一個H.245 openLogicalChanneAck訊息。在acknowledge訊息中包含了RTP傳送位址,並由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。(圖七)


《圖七 H.323媒介流與媒介控制流程》
《圖七 H.323媒介流與媒介控制流程》

15.然後,T2開放一個媒介頻道給T1並送出H.245 open-Logical-Channel訊息。RTCP頻道的傳送位址也包含在訊息中。


16.T1告知收到T2與T1間單向邏輯頻道的建立後,送出H.245 openLogicalChannelAck訊息。在告知訊息中包含了T1分配的RTP傳送位址及T2接受到的RTCP位址,並由T2送出RTP媒介流。


17.T1送出RTP壓縮媒介流給T2。


18.T2送出RTP壓縮媒介流給T1。


19.T1送出RTCP訊息T2。


20.T2送出RTCP訊息T1。


21.T2 啟動撥號解除,並送出一個H.245EndSessionCommand訊息給T1。


22.T1解除撥號端點並送出一個H.245EndSessionCommand訊息給T2以確認解除作業。


23.T2完成撥號解除並送出一個H.225解除完成訊息給T1。(圖八)


《圖八 H.323撥號解除流程》
《圖八 H.323撥號解除流程》

24.T1和T2與守門員解除連線並送出一個RAS DRQ訊息給守門員。


25.守門員解除與T1和T2的連線並送出DCF訊息給T1以確認。


(作者任職於甲尚科技)


(網際先鋒2000.2月號69期)


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