SIP協議遠程教育系統的研究與應用

王倩，武穎，黃煒

摘 要：隨著多媒體和網絡通信技術的迅速發展，基于SIP協議的遠程教育系統的研究和應用已經成為非常熱門的話題。結合SIP協議所具有的靈活、方便、易擴展的特點，提出構建一種基于SIP協議的適應學習的現代遠程多媒體教育視頻系統。本文著重討論了該系統的技術特點、網絡結構的選擇及工作原理。

關鍵詞：SIP；遠程教育；多媒體

1 引言

現代遠程教育是一種全新的教學模式，相比傳統教學，它是當今信息時代，計算機學科、通信學科、電子學科、網絡學科等多個領域互相交叉、融合的高科技產物。利用Internet傳輸文字、圖形、圖像、聲音和視頻等多媒體的教學信息，達到雙向、實時交互的傳輸目的，使得教學活動的開展不受時間空間的限制，優化了教學資源配置，提高了教學效率。當前要求教育資源均衡發展的呼聲日趨強烈，遠程教育需求迅速增加，為實現優質教育資源實時、方便、可靠傳送到遠端，建立一套完整的遠程教育系統對教育部門和使用單位來說具有非常重要的意義。

2 SIP協議簡介

2.1 SIP協議介紹

SIP協議是一個基于文本的網絡應用層信令控制協議，主要用于發起、調整和終結多個參與者的多媒體會話，包括IP電話、多媒體會議及網絡互動游戲等全面的多媒體業務。SIP在建立和維持終止多媒體會話協議上，支持5個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：檢查用戶參與會話的意愿程度。

用戶能力：檢查媒體和媒體的參數。

建立會話：建立會話參數在呼叫方和被叫方。

會話管理：包括發送和終止會話，修改會話參數，激活服務等等。

2.2 SIP協議的特點

SIP協議主要借鑒了HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本傳輸協議）和SMTP在IP網絡中的成功經驗，因此它簡便、靈活、穩健、易擴展。具有以下特點：

1）SIP獨立于媒體。傳統電話在傳輸語音過程中只能使用一種媒體編碼，即脈沖編碼調制編碼PCM，而SIP具有媒體協商等功能，任何多媒體應用（例如：游戲、遠程教學）都可以使用SIP來建立會話。

2）定位用戶、支持用戶移動性。SIP利用注冊服務器將用戶的實際物理位置與用戶的SIP地址相綁定，便于在定位用戶時實現地址映射功能；利用重定向服務器將目標用戶地址信息返回給代理服務器。

3）SIP具有良好的擴展性，大大降低了對中心節點（核心網絡服務器）的壓力，在同樣情況下，可大幅度提高系統對呼叫的處理能力。

4）SIP獨立于傳輸層，通過用戶數據報協議（UDP）以及傳輸控制協議（TCP），將獨立于底層基礎設施的用戶靈活地連接起來。

這些特點為實現遠程教學和流媒體時實傳輸提供了良好技術支持與安全保障，使得進行遠程視頻教學成為可能，并具有推廣使用的現實可行性。

2.3 網絡結構的選擇

實現SIP協議的網絡結構有端對端網絡結構、集中式網絡結構、混合式網絡結構三種。前兩種網絡結構存在一定的局限性，用來實現遠程教育系統不能很好地滿足跨域和多播的需求，而混合式網絡結構可以很方便地實現跨域連接的功能，并且借助于SIP協議強大的路由能力較好地實現多播功能。混合式網絡結構還較端對端網絡結構及集中式結構更具有擴展能力。例如，要在已有的系統中添加一個域，那么只需要在系統中添加一臺域服務器，在該服務器上安裝代理服務器軟件并告知該代理服務器核心服務器的地址所在，代理服務器自動連接核心服務器，這樣就能完成系統的擴展。

3 SIP遠程教學工作原理

根據SIP協議的會話原理，在遠程教學活動的過程中，整個系統的工作步驟可分為以下幾步：虛擬教學課堂的建立、參與、交互、結束，以及對整個系統教學過程的控制。

（l）創建遠程教學課堂

基于SIP協議的遠程教學系統支持兩種課堂創建類型：即時遠程教學和預約式遠程教學。即時遠程教學課堂的創建可通過多媒體遠程教學課堂終端完成：用戶只需向指定的遠程教學課堂URI發送INVITE請求即可，由此產生的新的URI由302響應的Contact頭域帶回。

預約式遠程教學課堂的創建可通過Web管理系統來實現。遠程教學課堂預定成功后，將向系統數據庫的遠程教學課表內插入一條記錄。控制服務器的Web管理模塊對該表的記錄進行周期掃描，若發現有新的遠程教學課堂記錄，則按照預定要求生成新的遠程教學課堂節點，并添加到遠程教學課堂列表中。

（2）加入遠程教學

在SIP遠程教學系統中，加入到遠程教學課堂中的方式有多種。Call-In方式，即用戶（學員、課程主持者等）可通過E-mail、Web公告和即時消息等方式事先獲得遠程教學URI，然后向遠程教學URI發送INVITE消息，請求加入遠程教學。Call-Out方式，即遠程教學開始后，控制中心向用戶發送INVITE消息，邀請其加入遠程教學。

（3）遠程教學狀態信息通告機制

在遠程教學過程中，通過遠程教學通告服務（CNS），教師與學生可以獲得遠程教學事件的狀態信息。師生在加入遠程教學后可向控制中心發送SUBSCRIBE請求，訂閱感興趣的事件和狀態通知的服務。當某類事件或遠程教學的狀態發生變化時，通告服務器將生成狀態報告的事件包，通過NOTIFY請求發送給訂閱者，通告發生的事件或狀態的變化情況。

（4）控制機制

控制消息在教師、服務器和學生之間傳遞，包括控制命令和控制事件。通過控制命令更改資源（如發言權、視頻顯示等公共資源）狀態，由教師或經過授權的參與者發往服務器，其內容涉及：添加遠程教學課堂資源、使用遠程教學課堂資源、用戶批準或拒絕請求以及改變策略等請求。控制事件消息由服務器發往參與者，提供關于資源狀態信息的報告，向參與者報告關于遠程教學的情況，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）結束遠程教學

結束遠程教學課堂的形式有兩種：預約式遠程教學和即時型遠程教學。預約式遠程教學在創建課堂時，也預設定了結束時間。當教學的結束時間到來時，如果遠程教學課堂中仍有學生，控制中心就向其發送BYE消息將其刪除，然后執行注銷過程。注銷成功后，控制服務器將相應的遠程教學課堂節點刪除。即時型遠程教學在創建課堂時沒有設定結束時間，而是根據遠程教學中的參與者數目來決定結束課堂與否。當遠程教學中的最后一個參與者退出課堂后，視為遠程教學結束并執行注銷過程，注銷完成后即刪除該課堂節點。

4 結束語

基于SIP協議的遠程教學系統，遵循TCP/IP協議，能將網上原有的系統有機地結合在一起，形成一個多網合一的多媒體教學網，通過視頻課堂，使分布在不同地區的終端用戶在“虛擬教室”中進行“面對面”學習和討論。將媒體通信協議SIP與現代遠程教育系統相結合，這種新興的教育技術和手段，能為廣大遠程學習者提供公平、廣泛和廉價的基于視頻互動學習的“面對面”教育方式，使遠程教育效率大大提高，使遠程學習者能夠真正從遠程教育中獲益。

參考文獻

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