基于NGN遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的指令設(shè)計(jì)

孟治國(guó)

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子通信系，廣東廣州 510300）

一直以來(lái)，視頻監(jiān)控在許多場(chǎng)合承擔(dān)著重要的安防任務(wù)，隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化技術(shù)的發(fā)展，多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)逐漸受到用戶的關(guān)注。遠(yuǎn)程多級(jí)監(jiān)控結(jié)合了計(jì)算機(jī)控制、音視頻技術(shù)、流媒體傳輸、地理定位、自動(dòng)識(shí)別等技術(shù)，通過(guò)公共通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對(duì)下一級(jí)或遠(yuǎn)端監(jiān)控點(diǎn)控制，擴(kuò)展了圖像上傳、下發(fā)信息、監(jiān)控云臺(tái)、雙向?qū)χv等功能。隨著數(shù)據(jù)量傳輸?shù)脑黾樱W(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)向后遷移和后臺(tái)信息提供更多新功能，造成服務(wù)器負(fù)擔(dān)過(guò)重，如何利用接口系統(tǒng)和路由設(shè)備，優(yōu)化指令來(lái)分流數(shù)據(jù)，保證任務(wù)更合理分派等問(wèn)題值得探索。

1 主要技術(shù)

基于下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）的遠(yuǎn)程多級(jí)監(jiān)控方案迎合了網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢(shì)，由統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)控制多路的數(shù)字前端監(jiān)控設(shè)備，為NGN提供具有實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)呼叫控制和連接控制功能。軟交換技術(shù)可謂是NGN的核心技術(shù)之一，直接決定了下一代網(wǎng)絡(luò)功能的強(qiáng)弱，軟交換使用的呼叫、會(huì)話控制協(xié)議主要有實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）、實(shí)時(shí)控制協(xié)議（RTCP）、H.323協(xié)議族、SIP/SOP協(xié)議和BICC協(xié)議等幾種。

會(huì)話初始化協(xié)議（Session Initiation Protocol，SIP）在軟交換技術(shù)中占有重要地位，由IETF的MMUSIC（Multiparty Multimedia Session Control）工作組提出，SIP是一個(gè)應(yīng)用層控制協(xié)議，它能建立、修改和終止多媒體會(huì)話，具有采用文本編碼、使用請(qǐng)求/響應(yīng)模式、建立會(huì)話和描述會(huì)話分離、采用端到端的協(xié)議、互操作性好等特點(diǎn)［1］，SIP將成為NGN中的核心控制協(xié)議，對(duì)NGN的大規(guī)模商用具有十分重要的意義。

下一代網(wǎng)絡(luò)的SIP（NGN SIP）還在不斷發(fā)展中，NGN SIP對(duì)IETF SIP加以了限定和擴(kuò)充，其協(xié)議體系在很大程度上引用IETF的標(biāo)準(zhǔn)或草案作為基礎(chǔ)，而后加以整合，根據(jù)NGN的特點(diǎn)和要求，NGN SIP的標(biāo)準(zhǔn)化還有很多方面的工作。本設(shè)計(jì)基于SIP、RTP/RTCP協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻網(wǎng)關(guān)的編解碼技術(shù)，形成了SIP路由器及各種UA（用戶代理端）產(chǎn)品，應(yīng)用于遠(yuǎn)程多級(jí)監(jiān)控資源通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了即時(shí)傳輸程序的單元集成［2］。

協(xié)議互通測(cè)試采用符合國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的X－Lite網(wǎng)絡(luò)視頻軟電話、SIP通信器、Wireshark等開(kāi)源標(biāo)準(zhǔn)工具，目的是逐漸替代復(fù)雜的H.323音視頻會(huì)話控制協(xié)議，從遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)領(lǐng)域，擴(kuò)展到了多個(gè)通信應(yīng)用領(lǐng)域。

基于Oracle的數(shù)據(jù)及通信服務(wù)器架構(gòu)技術(shù)，開(kāi)發(fā)SIP服務(wù)器、SIP路由器，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言用JAVA，開(kāi)發(fā)工具用太陽(yáng)微系統(tǒng)公司的NetBean 6.8。采用開(kāi)源PJSIP（詳見(jiàn)http://www.pjsip.org）及 JRTP（詳見(jiàn) http://www.jrtp.org）技術(shù)，開(kāi)發(fā)帶SDP媒體特性的SIP User Agent（簡(jiǎn)稱(chēng)UA），其開(kāi)發(fā)語(yǔ)言用C++，開(kāi)發(fā)工具用Microsoft.Net Studio 2005。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

遠(yuǎn)程多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)主要由各級(jí)監(jiān)控中心和終端組成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，各級(jí)監(jiān)控中心是服務(wù)器指令中心、資源交互平臺(tái)和下一級(jí)的路由中繼，終端是系統(tǒng)末級(jí)單元，充任拾取數(shù)據(jù)和管理用戶設(shè)備作用，多級(jí)結(jié)構(gòu)依靠傳輸網(wǎng)絡(luò)組成有機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，服務(wù)端設(shè)備包括視頻交換網(wǎng)關(guān)、SIP路由器、系統(tǒng)管理服務(wù)器、視頻矩陣、Web服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、顯示設(shè)備等。服務(wù)端接口硬件出于兼容、擴(kuò)展和指令程序的要求，設(shè)計(jì)出UA通信接口、SIP通信接口、控制接口等各類(lèi)接口，將來(lái)有新設(shè)備或下級(jí)系統(tǒng)接入，只需要添加必要的接口和指令，很容易融合到大系統(tǒng)。在服務(wù)器系統(tǒng)和系統(tǒng)接口之間，按照安全、分工和指令分類(lèi)，抽象出事務(wù)實(shí)現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、SIP Servlet等。其中SIP Servlet是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中起統(tǒng)籌作用。獨(dú)立出數(shù)據(jù)層是實(shí)現(xiàn)控制、數(shù)據(jù)信息分流的必要選擇，便于數(shù)據(jù)、資源自成體系，更好地實(shí)現(xiàn)資源庫(kù)管理。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

媒體管理平臺(tái)實(shí)施對(duì)網(wǎng)上的基于SIP的流媒體設(shè)備進(jìn)行呼叫連接、控制云臺(tái)等，需要集成通信接口程序，以便向SIP Servlet發(fā)出查詢或連接指令，解釋處理傳回的響應(yīng)指令。

終端中的流媒體源設(shè)備包括攝像頭、視頻網(wǎng)關(guān)等，本地源設(shè)備、轉(zhuǎn)發(fā)器、管理平臺(tái)等UA要進(jìn)入SIP路由器體系，源設(shè)備需要集成接口程序，以解釋指令，SIP服務(wù)器可能向其發(fā)起交互連接，發(fā)送、收集、控制云臺(tái)命令，必須在路由器的配置文件中進(jìn)行正確的配置［3］。

流媒體轉(zhuǎn)發(fā)器將源設(shè)備的媒體中介轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)處，流媒體轉(zhuǎn)發(fā)器由SIP服務(wù)器的指令控制，從源設(shè)備處獲取流媒體，然后按SIP服務(wù)器傳來(lái)的指令發(fā)送到目標(biāo)。

基于當(dāng)前數(shù)據(jù)流，特別是多媒體數(shù)據(jù)流的海量信息，而控制等指令要求快捷傳送，各級(jí)監(jiān)控中心與下一級(jí)監(jiān)控中心、終端之間建立虛擬雙向雙傳輸通道，所謂虛擬是指完全由軟件編程實(shí)現(xiàn)，不改變物理連接。控制等信令走控制通道，用來(lái)監(jiān)控管理、使用設(shè)備與目標(biāo)設(shè)備之間建立會(huì)話并傳輸控制命令，信令協(xié)議具體參見(jiàn)本規(guī)范相關(guān)部分的規(guī)定。數(shù)據(jù)流通道用來(lái)傳輸視頻圖像、音頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)壓縮編碼的音視頻流保留原傳輸協(xié)議。

3 通信指令設(shè)計(jì)

系統(tǒng)能互訪的核心技術(shù)有TCP/IP協(xié)議、Servlet編程、URI等，與一般Sockets網(wǎng)絡(luò)編程一致，實(shí)現(xiàn)Servlet的前提需要一個(gè)地址，特別設(shè)計(jì)的SIP URI形如camera1.group1.gdqy.gdjy.cnjy@gz.gd.cn，其中 gz.gd.cn 表示 SIP路由的物理位置，可以是域名，也可以是IP地址［4］。而camera1.group1.gzjy.gdjy.cnjy 表示該 URI的邏輯位置，用于SIP路由的解析，可以根據(jù)該URI構(gòu)造一個(gè)樹(shù)型結(jié)構(gòu)，與前面系統(tǒng)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)。

為對(duì)應(yīng)各級(jí)監(jiān)控中心和終端，SIP URI也可以分為兩類(lèi)。終端是末級(jí)功能單元，該單元可以小到某一個(gè)智能攝像頭，也可以包括接口、控制器、轉(zhuǎn)發(fā)器等設(shè)備為一個(gè)單元，都對(duì)應(yīng)一個(gè)SIP URI，通過(guò)URI可以完成接收數(shù)據(jù)、發(fā)起呼叫、按需傳輸以及定址等工作。各級(jí)監(jiān)控中心對(duì)應(yīng)邏輯位置，是SIP URI域名的子集，包含一個(gè)區(qū)域的所有設(shè)備、接口和程序，也可以管理所有客戶端。

獲取URI列表的目的，主要用于上級(jí)中心獲取下級(jí)中心的監(jiān)控資源，資源包括組、視頻點(diǎn)、報(bào)警點(diǎn)等，采用逐級(jí)請(qǐng)求的方式獲取。用SIP MESSAGE方法獲取URI列表，消息體的內(nèi)容為:

1） 請(qǐng)求:LIST［SIP_URI］KSLP/1.0，其中的SIP_URI為SIP地址，NULL表示該用戶所獲授權(quán)的根地址。

2）應(yīng)答:URI NAME TYPE STATUS，其中的TYPE為可管理的單元類(lèi)型，default=DL。

系統(tǒng)控制信息傳輸，采用SIP協(xié)議作會(huì)話控制，控制命令的傳輸流程如圖2所示，對(duì)于邏輯上直接上下的URI，可以不經(jīng)過(guò)SIP服務(wù)器的轉(zhuǎn)接。

參數(shù)查詢?cè)O(shè)置用MESSAGE方法實(shí)現(xiàn)，在消息體中參數(shù)設(shè)置信令。在消息體中自行擴(kuò)展，加入云臺(tái)（或其他設(shè)備）控制指令，Content－Type為 Application/，以云臺(tái)控制指令定義為例左轉(zhuǎn)控制如下:

圖2 控制命令的傳輸

例如，Content－Type:Application/JKECP（ECP:Equipment Contrl Protocol設(shè)備控制協(xié)議）表示消息體包含的控制信令為YYYY廠商設(shè)備配置信令，消息體的內(nèi)容根據(jù)XXXX.cfgXXXX.framework.V0.1 和XXXX.cfgXXXX.protocol.V0.2協(xié)議來(lái)生成。下面是利用MESSAGE方法，查詢?cè)O(shè)備參數(shù)，獲取通道號(hào)的例子:

再比如，獲取遠(yuǎn)方設(shè)備列表的指令流:管理平臺(tái)UA→SIP服務(wù)器→遠(yuǎn)方的SIP路由器→遠(yuǎn)端的SIP URI，輔以通信端口號(hào)實(shí)施終端擴(kuò)展，對(duì)于臨時(shí)增加監(jiān)控設(shè)備等要求有用，代碼為:

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)遵循了標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，符合構(gòu)成方式、功能、視頻傳輸?shù)男枨蠓治觯瑢?shí)現(xiàn)了流媒體傳輸協(xié)議、視頻采集和視頻傳輸設(shè)備的技術(shù)要求，達(dá)到了聯(lián)網(wǎng)視頻數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻數(shù)據(jù)檢索規(guī)范、聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和視頻數(shù)據(jù)的安全性標(biāo)準(zhǔn)。隨著下一代網(wǎng)絡(luò)的到來(lái)，通信行業(yè)將會(huì)迎來(lái)一次新的變革，文章通過(guò)對(duì)NGN的主要交換協(xié)議SIP進(jìn)行分析及應(yīng)用，為以后更多基于NGN的產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用作了一個(gè)嘗試。

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［1］陳羽，張治中.NGN中SIP監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2008（8）:84－87.

［2］榮瑋，儀海波，羅少鋒，等.基于網(wǎng)絡(luò)電視的視頻通話方案設(shè)計(jì)［J］.電視技術(shù)，2010，34（8）:60－61.

［3］廖永紅，孟治國(guó).雙網(wǎng)多媒體可視電話系統(tǒng)安全架構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.通信技術(shù)，2009（12）:50－52.

［4］范廣，張治中，楊蘊(yùn)宇.NGN集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)SIP解碼模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.半導(dǎo)體技術(shù)，2009，34（9）:899－902.