統(tǒng)一通信客戶端軟件架構(gòu)研究

羅有平，汲錫林

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.中國電子設(shè)備系統(tǒng)工程公司研究所，北京 100141)

0 引言

統(tǒng)一通信(Unified Communication，UC)是融合了電信網(wǎng)應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的綜合解決方案[1]，通過對用戶多種通信方式的融合，使用戶可以利用客戶端進(jìn)行通信[2]，并能夠訪問其所需的語音、視頻和數(shù)據(jù)等多媒體應(yīng)用服務(wù)[3]，以方便用戶使用并豐富其體驗。

統(tǒng)一通信客戶端是統(tǒng)一通信系統(tǒng)的外在表現(xiàn)形式[4]，為用戶提供了體驗統(tǒng)一通信業(yè)務(wù)的接口。通過客戶端與服務(wù)器間協(xié)議交互，協(xié)同完成統(tǒng)一通信系統(tǒng)提供的各項功能：聯(lián)系人管理、群組管理、狀態(tài)呈現(xiàn)、即時消息、文件傳輸、音視頻呼叫、音視頻會議、監(jiān)控調(diào)看和云臺控制等[5]。實現(xiàn)這些功能涉及的協(xié)議包括：初始會話協(xié)議(Session Initiation Protocol，SIP)、XML配置訪問協(xié)議(XML Configuration Access Protocol，XCAP)、消息會話中繼協(xié)議(Message Session Relay Protocol，MSRP)、簡單對象訪問協(xié)議(Simple Object Access Protocol，SOAP)、Diameter、輕量級目錄訪問協(xié)議(Lightweight Directory Access Protocol，LDAP)和簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(Simple Network Management Protocol，SNMP)等多種協(xié)議，每種協(xié)議都與統(tǒng)一通信系統(tǒng)中的具體功能相關(guān)，發(fā)揮著各自的重要作用，文獻(xiàn)[6-10] 對這些協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)描述。

用戶可以在電腦、手機(jī)、平板和智能話機(jī)等多種硬件終端上使用統(tǒng)一通信系統(tǒng)提供的豐富業(yè)務(wù)，這就要求統(tǒng)一通信客戶端軟件能運行在不同的系統(tǒng)平臺上[11]，例如：Android、IOS、Windows和Linux等操作系統(tǒng)，上述需求決定了統(tǒng)一通信客戶端軟件必須能夠跨平臺移植開發(fā)。

開發(fā)統(tǒng)一通信客戶端的傳統(tǒng)方法是基于一款操作系統(tǒng)提供的接口，從多種協(xié)議實現(xiàn)、邏輯處理、數(shù)據(jù)存儲到人機(jī)界面逐步開發(fā)[12]，開發(fā)人員需要熟練掌握多種復(fù)雜協(xié)議、各操作系統(tǒng)接口及開發(fā)手段，開發(fā)難度極高，且很難保證用戶跨終端使用的一致性體驗。

為了屏蔽協(xié)議交互的復(fù)雜性，將統(tǒng)一通信系統(tǒng)中的協(xié)議交互封裝成接口(Application Programming Interface，API)的形式開放給統(tǒng)一通信客戶端開發(fā)者，使其能夠更加簡單、方便地開發(fā)多種應(yīng)用。所以全球一些知名的通信企業(yè)均有其軟件開發(fā)工具包(Software Development Kit，SDK)，分別提供Windows SDK、Android SDK、JS SDK[13]。

統(tǒng)一通信客戶端的跨平臺平滑移植對于提高代碼可復(fù)用性有著重要意義[14]，更決定了軟件功能的一致性。但各廠家提供的SDK雖與操作系統(tǒng)平臺具有強(qiáng)相關(guān)的缺陷，但目前很難與國內(nèi)外大公司同臺競爭，只能立足軍民融合領(lǐng)域、企業(yè)通信及行業(yè)用戶，走定制化道路，快速響應(yīng)用戶個性化需求，所以需要研究跨平臺的統(tǒng)一通信客戶端軟件架構(gòu)。

1 客戶端軟件體系架構(gòu)

統(tǒng)一通信客戶端軟件架構(gòu)如圖 1所示，由支撐層、通信層、應(yīng)用與業(yè)務(wù)邏輯層和界面展現(xiàn)層4層組成。

圖1 統(tǒng)一通信客戶端軟件體系架構(gòu)

該分層架構(gòu)將人機(jī)交互界面與業(yè)務(wù)處理模塊、底層通信模塊、系統(tǒng)平臺進(jìn)行分離，保證了客戶端軟件中模塊之間的獨立性，使得架構(gòu)具有更好的擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

將支撐層、通信層和應(yīng)用與業(yè)務(wù)邏輯層3層編譯成統(tǒng)一通信客戶端SDK，基于該SDK進(jìn)行統(tǒng)一通信客戶端軟件開發(fā)，開發(fā)者不需要考慮協(xié)議流程的細(xì)節(jié)，只需要關(guān)心友好人機(jī)界面的設(shè)計與實現(xiàn)[15]。

分層跨平臺軟件架構(gòu)對于提高統(tǒng)一通信客戶端軟件的穩(wěn)定性和一致性都會起到良好的作用，更能加快客戶端軟件的研發(fā)進(jìn)度[16]。隨著用戶的體驗和使用，統(tǒng)一通信客戶端必然會進(jìn)行完善和改進(jìn)，而這些完善和改進(jìn)基本上都是針對應(yīng)用方面的，不具備平臺相關(guān)性，軟件的升級和改進(jìn)可以同時適用多個平臺，這對于后期維護(hù)可以說是事半功倍[17]。

1.1 支撐層

支撐層的零操作系統(tǒng)(Zero Operating System，ZOS)是運行在操作系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)服務(wù)平臺，提供了支持多種操作系統(tǒng)環(huán)境下的統(tǒng)一抽象接口操作，如線程、信號量、互斥量、消息隊列和內(nèi)存等。高層軟件與底層的操作系統(tǒng)實現(xiàn)分離，使高層軟件可以在不考慮特定的處理機(jī)、編譯器和操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，降低操作系統(tǒng)對軟件開發(fā)和維護(hù)的影響，使開發(fā)人員把更多的精力放在對應(yīng)用的總體把握和設(shè)計實現(xiàn)上，開發(fā)操作系統(tǒng)無關(guān)的應(yīng)用，方便編程調(diào)試和程序的移植[18]。

ZOS對上層提供穩(wěn)定高效的服務(wù)，是整個平臺的基礎(chǔ)。ZOS采用組件技術(shù)，提供任務(wù)管理、消息隊列、計時器管理、內(nèi)存管理、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)管理、日志管理、鏈表、隊列、字符串操作、文件、信號量和互斥等，對上層提供統(tǒng)一穩(wěn)定的服務(wù)，上層應(yīng)用軟件直接使用ZOS的抽象接口，開發(fā)操作系統(tǒng)無關(guān)的應(yīng)用。ZOS組成如圖 2所示。

圖2 ZOS組成

1.2 通信層

通信層提供了底層協(xié)議的封裝，屏蔽了底層協(xié)議細(xì)節(jié)和業(yè)務(wù)流程，為上層提供了應(yīng)用開發(fā)接口API，方便上層業(yè)務(wù)邏輯對底層協(xié)議的調(diào)用，主要包括與統(tǒng)一通信系統(tǒng)服務(wù)器之間的通信協(xié)議、語音引擎和視頻引擎等。

通信協(xié)議組件主要包括SIP、XCAP和MSRP。協(xié)議組件負(fù)責(zé)完成與統(tǒng)一通信服務(wù)器交互消息的編解碼。

語音引擎實現(xiàn)G.711和G.729等音頻編碼，包括防抖控制、靜音檢測、語音激活檢測、舒適噪音、回聲抑制和降噪處理等功能。

視頻引擎完成H.263、MPEG4、H.264和H.265等視頻編碼以及音視頻同步、畫面平滑處理和動態(tài)碼率控制等功能。

1.3 應(yīng)用與業(yè)務(wù)邏輯層

應(yīng)用與業(yè)務(wù)邏輯層是客戶端軟件的重要組成部分，對上通過API和回調(diào)函數(shù)實現(xiàn)應(yīng)用開發(fā)者的配置和管理，對下調(diào)用通信層協(xié)議組件和媒體處理，完成統(tǒng)一通信系統(tǒng)中客戶端的業(yè)務(wù)邏輯處理。

應(yīng)用與業(yè)務(wù)邏輯層實現(xiàn)統(tǒng)一通信業(yè)務(wù)的邏輯功能，由狀態(tài)/事務(wù)管理模塊和各種業(yè)務(wù)組件組成，如圖3所示。狀態(tài)/事務(wù)管理模塊負(fù)責(zé)初始化和釋放各個業(yè)務(wù)組件，管理客戶端的所有會話和窗口。通過應(yīng)用與業(yè)務(wù)處理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)通信模式的管理、調(diào)度和切換。各種業(yè)務(wù)組件實現(xiàn)了各種業(yè)務(wù)邏輯，完成終端用戶的語音、視頻和數(shù)據(jù)等通信功能。

圖3 應(yīng)用與業(yè)務(wù)邏輯層組成

數(shù)據(jù)庫管理模塊存儲用戶注冊信息和SDK運行過程的中間數(shù)據(jù)信息等，為其他功能模塊的運行提供支撐。

聯(lián)系人管理模塊實現(xiàn)添加、修改、刪除聯(lián)系人，維護(hù)聯(lián)系人列表的狀態(tài)等功能。

群組管理模塊實現(xiàn)創(chuàng)建群組、添加群組成員、刪除群組成員、編輯群組屬性和刪除群組等功能。

即時消息功能模塊實現(xiàn)文本、表情、圖片、語音和涂鴉等信息內(nèi)容的即時消息推送服務(wù)，具有消息群發(fā)、離線消息等功能。

狀態(tài)呈現(xiàn)功能模塊實現(xiàn)實時的顯示用戶在線狀態(tài)(空閑、忙碌和離線等)的訂閱與發(fā)布。

文件傳輸功能模塊實現(xiàn)點對點文件傳輸以及大消息業(yè)務(wù)層傳輸控制。

音視頻呼叫功能模塊主要完成點對點音視頻通話，同時提供呼叫保持和呼叫等待等補(bǔ)充業(yè)務(wù)。

多媒體會議功能模塊實現(xiàn)發(fā)起即時或預(yù)約會議、邀請成員入會、刪除會議成員、結(jié)束會議、關(guān)閉發(fā)言權(quán)控制、會議策略控制和會場控制等功能。

1.4 界面展現(xiàn)層

界面展現(xiàn)層主要用于實現(xiàn)人機(jī)交互的用戶體驗，包括主界面、登陸界面、消息界面、群組管理界面、會議界面和撥號界面等。一方面用戶通過界面輸入信息，并通過控制中心模塊轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的應(yīng)用與業(yè)務(wù)邏輯處理模塊；另一方面用戶界面通過控制中心模塊接收來自相應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯的信息，并展現(xiàn)給用戶，從而實現(xiàn)客戶端的人機(jī)交互。

2 基于SDK的客戶端軟件設(shè)計與實現(xiàn)

基于上述軟件架構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一通信客戶端軟件設(shè)計與開發(fā)，以“簡單、簡潔、好用”為設(shè)計目標(biāo)，功能調(diào)用具有快捷鍵，用戶可在各功能間快速切換。開展通信主界面、配置管理界面、音視頻電話撥號界面和消息界面等功能界面的設(shè)計，統(tǒng)一通信客戶端軟件界面設(shè)計如圖4所示。

圖4 統(tǒng)一通信客戶端軟件界面設(shè)計

3 應(yīng)用結(jié)果分析

為了驗證統(tǒng)一通信客戶端軟件的跨平臺性，打造一個要素全、可迭代、可擴(kuò)展的統(tǒng)一通信軟件平臺，構(gòu)建了支持各類音視頻資源IP化接入的統(tǒng)一通信系統(tǒng)，系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D5所示。

客戶端平臺主要包括：模擬電話、手臺、視頻會議終端、攝像頭、PC終端、Android手持終端、IOS手持終端、平板終端和智能多業(yè)務(wù)終端等。其中模擬電話、電臺通過網(wǎng)關(guān)接入到統(tǒng)一通信系統(tǒng)中，作為傳統(tǒng)通信終端，可使用音頻電話或音頻會議業(yè)務(wù)；PC終端、Android手持終端、IOS手持終端、平板終端和智能多業(yè)務(wù)終端上分別運行跨平臺的客戶端軟件，通過該客戶端軟件可以訪問統(tǒng)一通信服務(wù)系統(tǒng)所提供的所有音頻、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。客戶端軟件以用戶為中心，融合多種媒體，增強(qiáng)用戶體驗。

圖5 統(tǒng)一通信系統(tǒng)拓?fù)鋱D

通過系列試驗及行業(yè)用戶推廣應(yīng)用，基于上述軟件架構(gòu)開發(fā)的客戶端軟件具備以下特點：

① 功能豐富：為用戶提供其所需要的語音、視頻、文本和圖片等多種媒體形式通信業(yè)務(wù)，包括語音通信、視頻通信、視頻會議、視頻監(jiān)控、即時消息、群組通信和文件傳輸?shù)龋?/p>

② 平臺無關(guān)：SDK中引入了ZOS子層，屏蔽Android、IOS、Windows和Linux等操作系統(tǒng)接口差異性，為統(tǒng)一通信客戶端軟件跨平臺移植提供了保證；

③ 裁剪靈活：統(tǒng)一通信客戶端采用純軟件設(shè)計，可根據(jù)不同行業(yè)用戶的業(yè)務(wù)需求選配對應(yīng)模塊，形成定制化客戶端軟件；

④ 擴(kuò)展性強(qiáng)：統(tǒng)一通信客戶端軟件架構(gòu)采用模塊化、組件化的設(shè)計機(jī)制，每種業(yè)務(wù)處理、業(yè)務(wù)控制都是一個獨立的軟件模塊，各個模塊之間通過總線形式進(jìn)行通信，新增業(yè)務(wù)只需開發(fā)相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理模塊即可。

4 結(jié)束語

本文將支撐層、通信層、應(yīng)用與業(yè)務(wù)邏輯層構(gòu)建為跨平臺的統(tǒng)一通信客戶端SDK，基于SDK提供的統(tǒng)一API和回調(diào)函數(shù)，實現(xiàn)在Android、IOS、Windows和Linux等操作系統(tǒng)下的人機(jī)交互界面，并在包含多終端的統(tǒng)一通信系統(tǒng)環(huán)境中，驗證了統(tǒng)一通信客戶端軟件架構(gòu)的正確性和跨平臺能力。基于該軟件架構(gòu)開發(fā)的客戶端軟件易于跨平臺安裝，便于使用，操作便捷，能以開放性、兼容性的設(shè)計滿足不同行業(yè)用戶的應(yīng)用需求，其個性化的業(yè)務(wù)定制能力為用戶提供了可用、好用的解決方案。

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