SIP协议远程教育系统的研究与应用

王倩，武颖，黄炜

摘 要：随着多媒体和网络通信技术的迅速发展，基于SIP协议的远程教育系统的研究和应用已经成为非常热门的话题。结合SIP协议所具有的灵活、方便、易扩展的特点，提出构建一种基于SIP协议的适应学习的现代远程多媒体教育视频系统。本文着重讨论了该系统的技术特点、网络结构的选择及工作原理。

关键词：SIP；远程教育；多媒体

1 引言

现代远程教育是一种全新的教学模式，相比传统教学，它是当今信息时代，计算机学科、通信学科、电子学科、网络学科等多个领域互相交叉、融合的高科技产物。利用Internet传输文字、图形、图像、声音和视频等多媒体的教学信息，达到双向、实时交互的传输目的，使得教学活动的开展不受时间空间的限制，优化了教学资源配置，提高了教学效率。当前要求教育资源均衡发展的呼声日趋强烈，远程教育需求迅速增加，为实现优质教育资源实时、方便、可靠传送到远端，建立一套完整的远程教育系统对教育部门和使用单位来说具有非常重要的意义。

2 SIP协议简介

2.1 SIP协议介绍

SIP协议是一个基于文本的网络应用层信令控制协议，主要用于发起、调整和终结多个参与者的多媒体会话，包括IP电话、多媒体会议及网络互动游戏等全面的多媒体业务。SIP在建立和维持终止多媒体会话协议上，支持5个方面的多媒体通信功能：

用户定位：检查终端用户的位置，用于通讯。

用户有效性：检查用户参与会话的意愿程度。

用户能力：检查媒体和媒体的参数。

建立会话：建立会话参数在呼叫方和被叫方。

会话管理：包括发送和终止会话，修改会话参数，激活服务等等。

2.2 SIP协议的特点

SIP协议主要借鉴了HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）和SMTP在IP网络中的成功经验，因此它简便、灵活、稳健、易扩展。具有以下特点：

1）SIP独立于媒体。传统电话在传输语音过程中只能使用一种媒体编码，即脉冲编码调制编码PCM，而SIP具有媒体协商等功能，任何多媒体应用（例如：游戏、远程教学）都可以使用SIP来建立会话。

2）定位用户、支持用户移动性。SIP利用注册服务器将用户的实际物理位置与用户的SIP地址相绑定，便于在定位用户时实现地址映射功能；利用重定向服务器将目标用户地址信息返回给代理服务器。

3）SIP具有良好的扩展性，大大降低了对中心节点（核心网络服务器）的压力，在同样情况下，可大幅度提高系统对呼叫的处理能力。

4）SIP独立于传输层，通过用户数据报协议（UDP）以及传输控制协议（TCP），将独立于底层基础设施的用户灵活地连接起来。

这些特点为实现远程教学和流媒体时实传输提供了良好技术支持与安全保障，使得进行远程视频教学成为可能，并具有推广使用的现实可行性。

2.3 网络结构的选择

实现SIP协议的网络结构有端对端网络结构、集中式网络结构、混合式网络结构三种。前两种网络结构存在一定的局限性，用来实现远程教育系统不能很好地满足跨域和多播的需求，而混合式网络结构可以很方便地实现跨域连接的功能，并且借助于SIP协议强大的路由能力较好地实现多播功能。混合式网络结构还较端对端网络结构及集中式结构更具有扩展能力。例如，要在已有的系统中添加一个域，那么只需要在系统中添加一台域服务器，在该服务器上安装代理服务器软件并告知该代理服务器核心服务器的地址所在，代理服务器自动连接核心服务器，这样就能完成系统的扩展。

3 SIP远程教学工作原理

根据SIP协议的会话原理，在远程教学活动的过程中，整个系统的工作步骤可分为以下几步：虚拟教学课堂的建立、参与、交互、结束，以及对整个系统教学过程的控制。

（l）创建远程教学课堂

基于SIP协议的远程教学系统支持两种课堂创建类型：即时远程教学和预约式远程教学。即时远程教学课堂的创建可通过多媒体远程教学课堂终端完成：用户只需向指定的远程教学课堂URI发送INVITE请求即可，由此产生的新的URI由302响应的Contact头域带回。

预约式远程教学课堂的创建可通过Web管理系统来实现。远程教学课堂预定成功后，将向系统数据库的远程教学课表内插入一条记录。控制服务器的Web管理模块对该表的记录进行周期扫描，若发现有新的远程教学课堂记录，则按照预定要求生成新的远程教学课堂节点，并添加到远程教学课堂列表中。

（2）加入远程教学

在SIP远程教学系统中，加入到远程教学课堂中的方式有多种。Call-In方式，即用户（学员、课程主持者等）可通过E-mail、Web公告和即时消息等方式事先获得远程教学URI，然后向远程教学URI发送INVITE消息，请求加入远程教学。Call-Out方式，即远程教学开始后，控制中心向用户发送INVITE消息，邀请其加入远程教学。

（3）远程教学状态信息通告机制

在远程教学过程中，通过远程教学通告服务（CNS），教师与学生可以获得远程教学事件的状态信息。师生在加入远程教学后可向控制中心发送SUBSCRIBE请求，订阅感兴趣的事件和状态通知的服务。当某类事件或远程教学的状态发生变化时，通告服务器将生成状态报告的事件包，通过NOTIFY请求发送给订阅者，通告发生的事件或状态的变化情况。

（4）控制机制

控制消息在教师、服务器和学生之间传递，包括控制命令和控制事件。通过控制命令更改资源（如发言权、视频显示等公共资源）状态，由教师或经过授权的参与者发往服务器，其内容涉及：添加远程教学课堂资源、使用远程教学课堂资源、用户批准或拒绝请求以及改变策略等请求。控制事件消息由服务器发往参与者，提供关于资源状态信息的报告，向参与者报告关于远程教学的情况，包括课堂资源占用情况的变化、策略或媒体配置的变更等。

（5）结束远程教学

结束远程教学课堂的形式有两种：预约式远程教学和即时型远程教学。预约式远程教学在创建课堂时，也预设定了结束时间。当教学的结束时间到来时，如果远程教学课堂中仍有学生，控制中心就向其发送BYE消息将其删除，然后执行注销过程。注销成功后，控制服务器将相应的远程教学课堂节点删除。即时型远程教学在创建课堂时没有设定结束时间，而是根据远程教学中的参与者数目来决定结束课堂与否。当远程教学中的最后一个参与者退出课堂后，视为远程教学结束并执行注销过程，注销完成后即删除该课堂节点。

4 结束语

基于SIP协议的远程教学系统，遵循TCP/IP协议，能将网上原有的系统有机地结合在一起，形成一个多网合一的多媒体教学网，通过视频课堂，使分布在不同地区的终端用户在“虚拟教室”中进行“面对面”学习和讨论。将媒体通信协议SIP与现代远程教育系统相结合，这种新兴的教育技术和手段，能为广大远程学习者提供公平、广泛和廉价的基于视频互动学习的“面对面”教育方式，使远程教育效率大大提高，使远程学习者能够真正从远程教育中获益。

参考文献

[1]王慧芳.网络教育技术基础〔M].北京：国防工业出版社，2003

[2]高小玲，吕鹏宇.远程教育系统〔M].北京：中国宇航出版社，2004

[3]赵学军.软交换技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2004