NGN环境下多媒体会议系统几项关键技术的研究

摘要

下一代网络(NextGenerationNetwork，NGN)是电信网络的未来发展方向。NGN的提出和发展为多媒体交互技术的成熟和演进提供良好的基础架构级别的支持。本文旨在充分理解和利用NGN为多媒体交互业务发展带来的契机，在NGN环境下的多媒体会议系统的几方面关键技术进行了较为深入的研究、以及与之对应的工程实践。 多媒体会议的出现已经有较长的时间，其基于企业级的应用已经比较成熟。本文结合较长时间的跟踪研究，运用数学手段相对深入的研究和分析了多媒体会议的形式，给出了ACPMP功能模型，并证明、归纳和总结出设计高性能、高并发支持的NGN环境下的多媒体会议系统设计实现的八条原则。在理论分析的基础之上，提出的“系统熟识率”概念，用于评价系统用户的关系构成和系统的应用导向。 本文分析了现有主流多媒体会议标准，总结出其发展趋势是以松耦合、多应用、高扩展性的SIP协议将成为主导。根据在NGN环境下提供大规模多媒体会议服务的具体需求，运用这些原则提出了可以采用SIP承载的GMIP协议。我们给出了GMIP协议应用中的实体定义、信令参考模型和媒体参考模型，规约了GMIP协议PDU基于XML的定义，并且简述了PDU的定义和生成方式，最后给出了GMIP协议栈的面向真实部署的实现。 本文集中的探讨了NGN环境下多媒体会议系统的高性能、实时媒体合成的模型和算法，在混音方案中，我们构造出了ASW、AEW两种新的输入加权混音算法，还对其进行面向一般的混音模型的优化。我们还给出了代数和分段加权算法，通过对该算法控制参数的分析，最后给出了两种实用方案的优化算法。对于视频合成，我们提出了一般性的模型，并且给出DCT域的视频合成算法，结合对应的运动矢量合成算法，我们给出一般性的视频合成和转码流程。在NAT穿透方面，通过分析和研究现有的MIDCOM、STUN、TURN、ICE等多种NAT穿透方案，我们明确提出对于SIP/GMIP信令统一采用中转形式，而对于媒体则尽量采用NAT穿透。我们给出与呼叫过程结合的优化的媒体NAT穿越方案，并且将其与现有方案进行比对，并且将其与GMIP整合构成整体架构的一个部分。 最后，本文简述了对目前多套已经成功商用的多媒体通信的反向工程结果，并对这些结果进行了分析，总结它们的优势和不足。结合我们对于NGN环境下的多媒体会议形式、协议、媒体处理和传输方面的研究结果，并将展开大规模多媒体会议服务运营作为系统实现的重要目标，给出了GMI系统的相关模型、方法论和架构，并且对于GMI系统的实现做了扼要的示例。最后将GMI系统与现有的多套成功商用的多媒体通信系统进行逐项对比，明确GMI系统的在NGN环境下的优势，同时也看到不足。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：插图目录、表格目录

第1章绪论

1.1引言

1.2多媒体会议应用背景

1.3多媒体会议技术的演进和研究现状

1.3.1多媒体会议技术的演进

1.3.2大众对于多媒体交互的需求的演进

1.4下一代网络与软交换技术概述

1.4.1 NGN的基本含义

1.4.2 NGN的基本架构和特点

1.4.3软交换体系结构与核心协议

1.4.4 NGN技术的发展概况

1.4.5 NGN网络环境为多媒体会议应用提供的新的能力

1.5本文的项目背景

1.6本文论域及贡献

1.6.1提出CPMP功能模型作为系统研究与设计实现的理论基础

1.6.2提出NGN环境下多媒体会议服务系统设计的八条原则

1.6.3提出隐私策略完备性规约、系统熟识率和DoPS攻击概念

1.6.4提出包含系统参考模型和拥有完整严密规约的GMIP协议

1.6.5提出基于ASW、AEW的ASSW的音频合成算法及方案

1.6.6提出基于DCT压缩域合成的视频合成方案

1.6.7提出了一套经过优化的NAT穿透方案

1.6.8给出适合NGN环境下大规模运营的GMI会议服务系统实现

1.7关于IPv6的考虑

1.8本文结构安排

第2章多媒体会议的形式研究

2.1多媒体会议的功能模型

2.1.1功能因素的定义与属性

2.1.2功能因素的关系

2.1.3多媒体会议的定义

2.2多媒体会议的生命周期

2.2.1会议生命周期中的状态

2.2.2会议生命周期中的状态迁移

2.2.3会议生命周期研究的意义

2.3多媒体会议的形式研究

2.3.1逻辑会议对象

2.3.2多媒体会议中的角色

2.3.3会议的信令过程形式

2.3.4会议的创建和销毁形式

2.3.5会议的参与形式

2.3.6会议的控制形式

2.3.7会议的媒体过程形式

2.4多媒体会议系统中的出席功能

2.4.1出席功能的实现方式

2.4.2隐私策略与安全

2.4.3 DoPS攻击及其解决

2.5本章小结

第3章多媒体会议的协议研究

3.1多媒体会议相关的标准协议

3.1.1 SIP协议族

3.1.2 H.323协议族

3.1.3 T.120协议族

3.1.4 Parlay API/Parlay X

3.2 GMIP协议

3.2.1现有协议标准及草案体系存在的问题

3.2.2 GMIP协议解决的问题

3.2.3 GMIP协议设计与实现的目标

3.2.4 GMIP协议的构成

3.2.5 GMIP示例

3.2.6 GMIP面向应用的处理

3.3 GMIP协议栈实现

3.4 GMIP对NGN环境的适应性

3.5 GMIP协议及协议栈性能实验及分析

3.6本章小结

第4章高性能媒体处理与NAT穿透

4.1高性能音频混合研究

4.1.1多媒体会议中音频多点处理器模型

4.1.2音频混合前后的处理

4.1.3音频混合算法的一般性讨论

4.1.4音频混合方案的选取与优化

4.2高性能视频合成研究

4.2.1多媒体会议中视频多点处理器模型

4.2.2 DCT域视频合成算法的一般性讨论

4.2.3 DCT域视频合成方案

4.2.4视频合成与转码的工作流程

4.3媒体的NAT穿透

4.3.1信令和媒体穿透的一般性解决方案

4.3.2常见解决方案与分析

4.3.3在部署上保证信令全部中转

4.3.4优化的媒体NAT穿透方案

4.3.5媒体穿透对会议的影响

4.4实验及结果分析

4.4.1音频混合实验结果及分析

4.4.2 DCT域视频合成实验结果及分析

4.5本章小结

第5章GMI会议服务系统实现

5.1现有多媒体会议运营系统概述

5.1.1系统分类

5.1.2逆向工程分析

5.2 GMI会议服务系统的目标

5.2.1 GMI会议服务系统的目标

5.2.2现有商用系统与实验系统存在的问题

5.3 GMI模型、方法论与架构

5.3.1 GMI模型

5.3.2 GMI方法论

5.3.3 GMI架构

5.4面向应用的规约和扩展

5.4.1会议生命周期模型的修订

5.4.2会议模式的规约

5.5 GMI系统的实现

5.5.1系统实现概述

5.5.2会议业务逻辑实现概述

5.6 GMI与现有系统的对比

5.7本章小结

第6章结论与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

攻读博士期间发表的学术论文

攻读博士期间参与的科研工作

致谢