（通信与信息系统专业论文）网络视频监控系统中告警联动子系统的研究与实现.pdf

武汉邮电科学研究院硕+ 论文 摘要 4 f f | | | l i l i f 洲l l i l i j l f f l 洲m 1 瑚一 19 9 6 7 0 1 告警联动功能是网络视频监控系统中最重要的功能之一。网络视频监控系统必 须具备多种告警方式，快速的响应能力，灵活的告警策略以及人性化报警形式。本文 实现的告警联动系统对网络视频监控系统的完善、发展将具有很大的意义。如何让告 警联动系统与网络视频监控系统其他各子系统协调工作，如何快速准确的接收告警信 息，如何对告警信息进行处理，如何配置灵活的告警策略，如何实现多样的告警方式 是一个值得研究的重要课题。 在本文中，笔者采用r t p 、s i p 、s o a p 等协议实现了告警联动系统与网络视频 监控系统其他各子系统的通信功能。同时，笔者运用软件工程知识对本系统进行了需 求分析、设计，运用数据结构知识、数据库知识、多线程编程技术、网络编程技术， 以c 语言为编程工具，在l i n u x 和w i n d o w s 平台下实现了一个能够快速响应告警消息， 具备多种告警处理方式的告警联动系统。实验结果表明，该系统能够及时准确的接收 到告警消息并按照告警联动策略联动到相应的设备和用户，并且响应时间非常小。该 系统的需求分析、设计与实现均由本人独立完成，系统实现部分的代码长度超过5 0 0 0 行。 在大多数视频监控系统中，由于没有用专门的告警联动服务器来处理告警信息， 其处理的效率和处理的功能都不强大，而且容易出现告警丢失，致使客户对告警处理 不满意的情况时有发生。测试结果表明，本系统将告警信息集中进行处理，在告警处 理功能、系统性能、告警处理效率方面相对于国内外的大多数告警联动系统更加优越， 并且响应速度更加快速，极少出现大多数告警联动系统中出现的告警丢失或者未处理 的情况，极大的提高了告警处理的能力。另外，本系统中提出了短信和彩信告警的实 现方法，该设计思想已经提交给中国电信上海研究院，作为下一版视频监控系统规范 的参考。 关键词：视频监控系统；告警联动系统；s i p 协议；s o a p 协议 武汉邮电科学研究院硕十论文 a b s t r a c t t h ef u n c t i o no fa l a r ms u b s y s t e mi si m p o r t a n ti nn e t w o r kv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m w h i c hh a st h ef e a t u r eo fr a p i dr e s p o n s e ，v a r i o u sk i n d so fh u m a n i s t i ca l a r mm o d e sa n d f l e x i b l et a c t i c s t h ea l a r ms u b s y s t e mr e a l i z e di n t h i sp a p e ri st h ec o m p l e t e m e n ta n d d e v e l o p m e n to fn e t w o r kv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m i ti sa ni m p o r t a n ti s s u et h a th o wt o r e c e i v et h ea l a r mi n f o r m a t i o nr a g p i d l y , h o wt op r o c e s si t ，h o wt ou s ef l e x i b l et a c t i c s ，a n d h o wt or e a l i z ev a r i o u sk i n d sa l a r mm o d e s i nt h i s e s s a y , t h ew r i t e r u s e sr t p , s i pa n ds o a pt or e a l i z et h ef u n c t i o no f c o m m u n i c a t i n gw i t ho t h e rs u b s y s t e m si nn e t w o r kv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m i nt h e m e a n t i m e ，t h ew r i t e ru s e st h ek n o w l e d g eo fs o f t w a r ee n g i n e e i n g , d a t as t r u c t u r e ，d a t a b a s e m u t l i t h r e a dp r o c e s s i n g ，a n dc o m p u t e rn e t w o r kt od e s i g na n dr e l i z et h ea l a r ms u b s y s t e m w h i c hc a np r o c e s st h ea l a r mi n f o r m a t i o nr a p i d l ya n dh a st h ef e a t u r eo fv a r i o u sk i n d so f h u m a n i s t i ca l a r mm o d e sw i t ht h ep r o g r a m m i n gt o o l so fci nt h ep l a t f o r mo fl i n u xa n d w i n d o w s t h er e s u l to fe x p e r i m e n ti n d i c a t e st h a tt h i ss y s t e mw i t ht h es h o r tr e s p o n s et i m e c a l l a c c e p t t h ea l a r m i n f o r m a t i o n c o r r e c t l ya n dr a p i d l y i nt i m ea n dn o t i f i e st h e c o r r e s p o n d i n gd e v i c e sa n du s e r s t h ea n a l y s i so fd e m a n d ，d e s i g no ft h es y s t e ma n dt h e a c h i v m e n to fi ti sc o m p l e t e db yt h ew r i t e r t h el e n g t ho ft h ec o d e sp a s s e s5 0 0 0 t h ef u n c t i o na n de f f i c i e n c yo fm o s tn e t w o r kv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mi sn o tv e r y g o o dw i t ht h ef r e q u e n t l yl o s so fa l a r mi n f o r m a t i o na n dt h eu n s a t i s f a c t i o no fu s e r s t h e r e s u l to ft h et e s to fa l a r ms u b s y s t e mi n d i c a t e st h a tt h i ss y s t e mp r o c e s s e st h ea l a r m i n f o r m a t i o nc e n t r a l i z e d l ya n ds u r p a s s e sm o s tn e t w o r kv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mw i t ht h e r a p i dr e a c t i o ns p e e da n df e wl o s so fa l a r mi n f o r m a t i o na n dh i g h e rc a p a b i l i t yo fp r o c e s s i n g a l a r mi n f o r m a t i o n i na d d i t i o n ，t h i ss y s t e mp r o p o s e st h ew a yo fa l a r mm o d eo fm m s ( m u l t i m e d i am e s s a g i n gs e r v i c e ) a n ds m s ( m u l t i m e d i am e s s a g i n gs e r v i c e ) w h i c h i s h a n d e dt ot h er e s e r c ho fc h i n at c l e c o mt ob e c o n s i d e r e da st h er e f e r e n c eo ft h en e x t s t a n d a r do fn e t w o r kv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m k e yw o r d s ： v i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m ；a l a r ms u b s y s t e m ；s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o n p r o t o c 0 1 ) ；s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 武汉邮电科学研究院硕士论文 第l 章绪论 近年来，随着信号处理技术的进步，视频和图像处理技术近年来得到迅速地发展， 并逐步渗透到我们的社会生活中，大量的视频监控的应用已经出现。我们可能都已经 看到，视频监控已经几乎无所不在：银行的柜台和a t m 机，小区、酒店、写字楼、 机场等公共场所的安全管理，高速公路和停车场的车辆收费管理，以及道路交通的流 量管理等等【l j 。本章对国内外视频监控系统的发展现状及趋势做了介绍，同时对本课 题的研究目的、意义、主要内容及创新点做出了说明。 1 1 视频监控系统的发展及国内外的研究情况 视频监控已经不仅仅局限于安全防范，而是已成为一种对各行各业都较为行之 有效的监督手段和管理资源。其应用领域和应用灵活性也已经远远超出传统的安防监 控所定义的范畴【2 l 。互联网应用的蓬勃兴起，图像压缩编码与流媒体技术的逐步演进， 系统处理能力的大幅提升，在降低成本，提高灵活性，可扩充性等方面提供了强大的 技术驱动力。受益于这些技术突破，视频监控应用得以大大扩展【3 1 ，并且逐渐进入有 着极大的需求的新兴行业市场。同时，各大运营商也意识到了这样的市场机遇与挑战， 各大运营商都在对视频监控系统进行研究与开发工作【4 】。 视频监控系统的发展大致经历了三个发展阶段： ( 1 ) 在2 0 世纪9 0 年代初及以前，主要是以模拟设备为主的闭路系统，成为第一 代视频监控系统，即模拟视频监控系统【5 1 。 ( 2 ) 2 0 世纪9 0 年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们 利用计算机的告诉数据处理能力进行视频的采集和处理，从而大大提高了图像质量， 增强了视频监控的功能。这种基于多媒体计算机的系统称为第二代视频监控系统，即 模拟输入与数字压缩、显示和控制系统。因为核心设备是数字设备，因此可以称为数 字视频监控系统嘲。 ( 3 ) 到了2 0 世纪9 0 年代末特别是近两三年，随着网络带宽、计算机处理能力和 存储容量的迅速提高，以及各种实用视频信息处理技术的出现，视频监控进入了全数 武汉邮电科学研究院硕士论文 字化的网络时代，称为第三代视频监控系统阴，即全数字视频监控系统或网络数字视 频监控。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放 为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命。与第一代 传统闭路电视监控系统和第二代半数字式监控系统相比，第三代监控系统基于 t c p i p 网络协议，以分布式的概念出现，将监控模式拓展为分散与集中相辅相成， 无限度的拓展了监控的范围。在监控的范围。在硬件设备方面，第三代系统运用了更 为先进的d a , a d 转换设备视频服务器，或内置处理器的网络摄像机，把图像处理 ( 采集、压缩、协议转换、传输) 设置在监控点，利用无处小在的互联网和局域网， 达到全网范围内的即插即用，实现了从图像采集，传输，录像、最终输出的全过程数 字化，该系统固化的处理程序相较第二代系统也更加稳定，因而是真正意义的全数字 网络监控系统。 视频监控系统的第二阶段和第三阶段可以统称为数字视频监控系统。数字视频监 控系统是以计算机为中心，以数字视频处理技术为基础，利用图像数据压缩的国际标 准( j p e l 3 i m p e g 1 或m p e g - 4 ) 8 1 ，综合利用图像传感器、计算机网络、自动控制和 人工智能等技术的一种新型监控系统。数字视频监控系统将摄像机获得的模拟电视信 号转变为数字视频信号以便于计算机处理，或者由数字摄像机直接输出数字视频信 号，传送到用户的客户端进行显示。 在国内，数字视频监控与识别系统应用的研究起步较晚，但技术水平很高。已有 许多高等院校及研究院所在数字视频监控领域投入了相当程度的研究精力，例如：清 华大学、中科院自动化所、上海交通大学、清华大学等。同时，国内的运营商也看到 了视频监控系统的巨大市场，各大运营商都在积极推出相应的视频监控产品，如中国 电信的“电信全球眼 业务。全球眼系统是完全基于网络的数字化图像远程传输、处 理和控制的大型应用管理系统平台。它利用高性能服务器和l i n u x 软件平台完成图 像采集、传输、控制、管理和保存等功能，对具有跨地区管理需求的行业用户，提供 集中统一管理的图像管理系绀9 1 随着国际经济的发展，各国对安防同益重视，视频监控终于在2 l 世纪迎来全球 目光的关注。世界各国工业经济、旅游经济、文化体育事业的互融促使视频监控技术 的应用领域越来越多元化，而网络视频监控这一高新技术的突破也大力推动全球的繁 荣与稳定。世界各国在发展视频监控业务方面有着不同的业务模式【l o 】。 2 武汉邮电科学研究院硕士论文 目前国外视频监控业务主要应用在公共领域、行业用户和个人用户。在公共 场所，国外设置i 了众多监控设备，以加强对公共领域安全的控制能力。另外，在交通、 银行、大型连锁超市、居民住宅等领域都己经得到了广泛应用。在美、英等国，个人 使用视频监控主要是应用于住宅的安全防范和财产的监控【l 。 ： 同时，国外正在悄悄地推进视频监控技术的全新意义的革新，那就是智能视 频监控技术( i n t e l l i g e n tv i d e os u r v e i l l a n c e ) b e 。视频监控系统也随之大量涌现，智能 视频监控系统在商业、国防安全和军事应用领域中的需求日益增加。正是由于智能视 频监控系统具有如此大的应用前景，引起许多国家的高度重视，并投入大量资金和科 技人员进行了广泛研究。 在1 9 9 6 年至1 9 9 9 年间，美国国防高级研究项目署( d a r p a ) 设立了以卡内基 梅隆大学为首联合美国十几所高等院校和研究机构参加的视频监控重大项目【1 3 】。该项 目主要目标是利用视频理解、网络通信、多种传感器融合等技术实现对未来城市、，战 场等的自动监控。d a r p a 在2 0 0 0 年又资助了远程人类识别重大项目j 研究开发多模 式的监控技术以实现远距离情况下人的检测、分类和识别，以增强国防、民用等场合 免受恐怖袭击的保护能力【1 3 】。 一 - 寥： 在欧洲，欧盟长期研究项目( e u l t r ：e u r o p e a nu n i o nl o n gt e r mr e s e a r c h ) 资助比 利时k a t h o l i e k e 大学的电子工程系、法国国家计算机科学和控制研究院等欧洲著名的 大学和研究机构联合研究为警察、法庭等司法机关提供基于图像处理的视频监控系统 【。目标是提供图像视频处理、理解技术，让司法机关能从现有的监控系统的录像资 料中获得更多有用的犯罪证据。另外，欧盟信息社会技术的f r a m e w o r k5 程序委员会 也在19 9 9 年设立了视频监控和检索重大项目，旨在开发一个系统来有效地管理公共 交通系统，从而缓解城市交通压力【1 5 】。日本也开展了用于公共区域及智能小区的视觉 监控的计划等。 1 2 本课题的研究背景和意义 本课题的研究背景是武汉烽火网络有限责任公司的s m a r t e y e3 0 网络视频监控 系统，是推出的一项基于互联网的图像远程监控、传输、存储、管理的视频监控系统。 本系统利用宽带网络，将分散、独立的图像采集点进行联网，实现跨区域、全国范围 3 武汉邮电科学研究院硕士论文 内的统一监控、统一存储、统一管理、资源共享【1 6 1 。 ， 然而，网络视频监控系统中的告警联动子系统是该网络视频监控系统中重要的 组成部分。告警联动系统的开发对视频监控系统的完善，发展具有巨大的意义。如何 接收告警信息，如何对告警信息进行处理，告警策略是否灵活，告警方式是否多样及 人性化都是衡量告警系统的重要指标【瑚。一个好的监控系统必须备有多种报警方式， 快速的响应能力，。灵活的告警策略以及人性化报警形式。如何让告警联动子系统与视 频监控其他各子系统协调工作，如何获取和处理告警信息是告警联动系统设计的核心 内容【1 9 】。 一 网络视频监控系统由于采用数字形式，及具有相当处理能力的计算机完全可以实 现全自动化报警，从而把传统模拟时代人工的艰苦劳动中解脱出来【1 7 】。而且利用计算 机网络可以扩大报警的地域范围，增加报警的形式。 1 3 本课题的研究目标 本课题的设计主要目标是实现一个通过s i p 协议接收各种告警信息，并对相应的 告警信息进行联动的，功能强大的，响应速度快的告警联动系统。主要有以下几个实 现目标： ：1 基于s i p 协议实现收发包：实现向上层提供在网络中与其他子系统和相关设 备之间实现消息的发送和接收。将上层要发送的消息内容按照规定格式封装成数据 包，发送到其他子系统和相关设备。同时，将网络上接收到的数据包，按照规定格式 解析出其中内容，填写在内部的消息结构中，提交给上层模块处理。 2 基于s o a p 协议实现收发包：告警联动服务器的配置由网管进行配置，启动 相关的参数需要通过s o a p 协议和网管进行通信获得。 3 联动到设备：收到告警消息后，联动到相应的系统，主要包括：a 联动到用 户的客户应用端。告警联动系统根据告警类型及相关的视频通道，查询其对应的告警 联动策略，如果某用户订购了接收告警功能，就将告警消息通过中心管理控制服务器 发给用户的客户应用端。b 联动到统一存储管理单元通知网络录像存储单元进行录 像。c ，联动到解码器，通过解码矩阵输出。d 联动到摄像头，根据告警联动策略， 调用摄像头预置位。 4 武汉邮电科学研究院硕士论文 4 联动到用户：收到告警消息后，根据视频通道号和和用户的i d 查询管理平 台的数据库得到用户的e m a i l 地址，电话号码，手机号码。然后将告警信息用标准格 式以短信的方式发送到用户的手机，同时将告警信息以语音的方式联动到用户的电 话。同时，还要将抓拍的图片以彩信的方式发送到用户的手机上。 5 基于s o a p 协议实现联动到第三方告警处理设备：收到告警消息后，查询其 对应的告警联动策略，如果配置了联动发送给第三方告警处理设备，告警联动系统就 将告警信息发送给第三方告警处理设备【2 0 j 。 。 1 4 本文内容和主要创新点 本文由七章组成，各章节的具体安排如下： 本文第1 章对国内外视频监控系统的发展现状及趋势做了介绍，并对本课题的研 究目的、意义、主要内容及创新点做出了说明。j ， 本文第2 章对各种编码格式标准和建议及其特性进行详细的介绍并提出适合于 视频监控告警联动系统的编码格式。对传输协议r t p 、s o a p 、s i p 协议进行介绍并 说明其在本课题中的应用。 ，、 本文第3 章介绍了网络视频监控的组成，并且对其各子系统进行了简单的介绍。 同时，对告警联动子系统在网络视频监控中的位置进行了介绍，说明了告警联动子系 统与网络视频监控系统中其他子系统的联系。 本文第4 章对告警联动系统的需求分析、数据库的设计、数据结构的设计、软件 结构的设计、s i p 及s o a p 消息接口的设计进行了详细的说明。 本文第5 章对告警联动系统的整体运行流程的实现、s i p 消息收发包模块、消息 处理模块、注册模块、数据库访问模块、同志模块的实现进行了详细的描述。 本文第6 章介绍了告警联动系统测试的拓扑、内容、结果进行了说明。 本文第7 章是对本课题的总结与展望。 本文的创新点如下： 1 在国内外视频监控系统中，告警消息的处理都没有单独用设计出一个服务器 来进行处理，而本系统将视频监控中重要的告警联动功能单独作为一个服务 器来处理。 5 武汉邮电科学研究院硕士论文 2 大多数视频监控系统中，由于没有用专门的告警联动服务器来处理告警信息， 其处理的效率和处理的功能都不强大，而且容易出现告警丢失，致使客户对 告警处理不满意的情况时有发生。而测试结果表明，本系统将告警处理的功 。能、性能、效率大大提高，且响应速度较快，极少出现告警丢失或者未处理 的情况。 3 在电信全球眼规范中没有提到短信报警和彩信报警的处理流程，而在本系统 中实现了该功能。本系统的实现流程思想已经提交作为下一版视频监控系统 的标准制定参考。 6 武汉邮电科学研究院硕士论文 第2 章告警联动系统关键技术的研究与应用 4 在视频监控系统的实现工程中，采用s i p 协议实现媒体会话的建立及通信，同时 在与网管进行通信时，使用了s o a p 协议进行通信。本章将对s i p 协议和s o a p 协议 进行介绍，并说明了这两种协议在视频监控告警联动子系统中的应用。 2 1s i p 协议概述 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议是由i e t f ( i n t c m e t 工程任务组) 提出的基 于p 网络，实现实时通信应用的一种信令协议。该协议是分组网络中处理语音和多 媒体通信的呼叫控制信令协议，在p 网络中常称为会话控制协议或会话发起协议， 其基本功能是通信会话建立、释放和修改以及终端通信能力的协商。邀请用户加入 m b o n e ( m u l t i c a s tb a c k b o n e 多址传播骨干网) 会话是互联网工程任务组( 匝t f ) 提 交s i p 的初衷【2 l 】。1 9 9 6 年2 月份，s i p v l ( s i p 的第一个版本) 作为一个互联网草案提 交给i e t f 。同年1 2 月份，在i e t f 第3 7 届大会上，一份s i p v 2 ( s i p 的第二个版本) 的互联网草案提交给i e t f 2 2 。2 0 0 2 年，j r o s e n b e r g ，h s c h u l z d r m e 等提交了s i p 协 议的现行版本，即r f c 3 2 6 1 。s i p 是基于h 订p 和s n m p 协议设计的。在基于s i p 协 议的应用中，每一个会话可以是各种不同的数据，可以是普通的文本数据，也可以是 经过数字化处理的音视频数据，还可以是诸如有戏等应用的数据。 s i p 协议应用的会话( s e s s i o n ) ，是指用户之间的数据交换，这种数据可以是文本 数据，也可以是数字化处理的音频、视频、还可以是诸如有戏等应用的数据，因此 s i p 应用具有巨大的灵活性瞄】。 2 1 1s i p 协议提供的功能及特点 s i p 协议是呼叫控制信令协议，它可以用来创建、维护和结束与一个或多个参与 者会话。这些会话包括i n t e r a c t 多媒体会议、远程教学、i n t e m e t 电话呼叫以及多媒体 发布等等。s i p 也可以邀请成员加入己经存在的会话，可以在己存在的会话中加入或 去除媒体类型。s i p 还支持名字映射和重定向服务，这样就可以支持用户的移动通信 ( 用户只要拥有一个不变的全局用户标识，而不必在意其当前处于那个网络) 。总的 武汉邮电科学研究院硕士论文 来说，s i p 从以下5 个方面支持多媒体会话： - ( 1 ) 用户定位：判定通信终端的位置 ( 2 ) 用户可用性：判定通信终端是否愿意参与会议； ( 3 ) 用户能力：判定将要使用的媒体类型和媒体参数； ( 4 ) 会话建立：在通信双方建立会话的所有参数； ( 5 ) 会话管理：包括传输和中止会话、修改会话的参数、请求各种服务。 对于一些对安全性要求很高的服务，s i p 也提供了安全机制，包括服务拒绝、验 证机制( 用户对用户和代理服务器对用户) 、整合保护和加密。 s i p 是用来发现定位用户、建立和修改多媒体会话的协议。s i p 信息是基于文本 形式的，完全使用i s 0 1 0 6 4 6 的u t f 8 消息集合进行明文编码，开发容易，实现起来 简单。除此之外，s i p 协议还具有如下特点： 首先，良好的互操作性。s i p 协议是一个开放的统一标准，凡是基于s i p 的所有 终端、软件均可互连互通。同时，s i p 与现有的i n t e m e t 应用结合紧密，并可利用 u r i ( u n i v e r s a lr e s o u r c ei d e n t i f i e r s ) 来动态组网。 其次，组件的复用与协议的适用性。s i p 和s m t p 一样采用m i m e ( m u l t i p u r p o s e i n t e m e tm a i le x t e n s i o n s ) 来携带s i p 协议传送的信息，和h t t p 一样采用u r i 来确定 用户位置；许多在s m t p 和h t t p 协议上比较成熟的组件、协议都可以在s i p 中使用。 此外，能实现端到端的通信。s i p 是实现端到端业务的协议，主要业务在用户代 理实体中实现。s i p 的p r o x y 等服务器完成消息的转发、消息的路由功能，并不对业 务进行处理，可大幅提高系统对呼叫的处理能力。在s i p 系统中增加业务，只需要终 端增加业务处理，降低了网络更新频率，符合i n t e m e t 的发展趋势。 最后，s i p 还具有良好的扩展性。s i p 协议的用户可以在互联网上的任何地方同 时邀请多个会话者加入同一个会话中。s i p 本身不提供业务，而是提供使用s i p 消息 提供会话建立的机制，s i p 消息可以携带任何格式的消息体。这些s i p 特性使s i p 的 扩展性良好，可以通过定义新的方法和消息头域丰富s i p 自身的呼叫控制，通过携带 不同的消息体完成不同的数据业务凹。 8 武汉邮电科学研究院硕士论文 2 1 2s i p 的网络体系结构 i s i p 定义了多种s i p 实体，它们分别是用户代理( u s e ra g e n t ，简称u a ) 、注册服 务器( r i e g i s t r 砷、代理服务- 器( p r o x ys e r v e r ) 和重定向服务器( r c d i r e c ts e r v e r ) 。它们分 别在s i p 协议体系结构中起着不同的作用。一个标准的s i p 网络如图2 1 所示： r e d i r e c t r e g i s t e r p r o x y s e l l 。c r p r o x y s e r v e r u s c r a g e n t 图2 1s i p 的网络体系结构 s i p 网络体系架构包括以下元素： 用户代理( u s e ra g e n t ) ：会话的发起者和响应者，包括u a c ( u s e ra g e n tc l i e n t ) 和 u a s ( u s e r a g e n ts e w e r ) ，u a 既可以是p c 上的软件终端，也可以是集成在嵌入式底 统中的硬件终端。u a c 是发起s i p 事务请求的功能实体，u a s 是接收s i p 事务请求 的功能实体。u a c 和u a s 都能终止一个呼叫。 代理服务器( p r o x ys e r v e r ) ：主要用于处理s i p 消息、完成s i p 消息的路由，代表 其他客户机发起请求，既充当服务器又充当客户机的媒介程序，实际的数字化语音信 息流并不通过代理服务器进行传输。 重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) ：接收s i p 请求，把请求中的原地址映射成零个或 多个新地址，返回给客户机。重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) 与位置服务器( l o c a t i o n s e r v e r ) 有联系，协议为l d a p ，它将用户新的位置返回给呼叫方。呼叫方可根据得到 的新位置重新呼叫。与代理服务器p r o x ys e r v e r 不同的是，r e d i r e c ts e r v e r 不会发起 自己的呼叫。与u s e r a g e m 不同的是，重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) 不接受呼叫终止 或主动终止呼叫。 注册服务器( r e g i s t e rs e r v e r ) ：接收客户机注册请求，完成用户地址注册。 9 武汉邮电科学研究院硕士论文 在实际组网中，由于各个服务器工作内容的互相依赖性，注册服务器、位置服务 器、重定向服务器可以集成到一台主机中。这样做减少了不必要的网络内部信令传输， 有助于信令处理效率的提高，同时也可以降低设备成本，集成之后，服务器内部从软 件或硬件上分为各个功能模块，分别对应四个逻辑模块。 位置服务器( l o c a t i o ns e r v e r ) 位置服务器存储并向用户返回可能的位置信息，注 册服务器接收到位置信息时即刻将这些信息上载到位置服务器【2 5 】。 2 1 3s i p 协议消息 与h t l t 协议一样，s i p 也是一个请求应答协议。s i p 消息包括从u a c 向u a s 发送的请求消息和从u a s 返回给u a c 的相应消息两种。 s i p 定义了6 种s i p 请求，每一种都有不同的作用。每个s i p 请求都含有一个称 为方法( m e t h o d ) 的字段，它表示这个请求的目的，分别是：i n v i t e ( 邀请) ；a c k ( 确 认) ；o p t i o n s ( 可选项) ；b y e ( 再见) ；c a n c e l ( 取消) ；r e g i s t e r ( 注册) o 请求消息如下： l 、二i n v i t e 、。_ i n v i t e 方法用来邀请用户或应用程序加入某会话，会话描述( 用s d p 协议) 含 于消息体中。对于两方呼叫来说，主叫方在会话描述中指示其能够接受的媒体类型参 数，还可以指示其首选的媒体类型。被叫方必需在成功响应消息的消息体中指明其希 望使用哪种媒体。 如果收到的是关于参加会议的邀请，服务器可以根据c a l l i d 或者会话描述中的 标识确定用户己经加入该会议，此时服务器可自动返回成功响应消息。 如果收到关于己有呼叫的一个新的邀请，则应检查该消息的头部或会话描述是否 有变化，然后调整相应的内部状态及信息或者媒体参数。 s i p 仅仅处理对用户的请求和用户对请求的接收。所有的会话细节都通过使用会 话描述协议进行协商。这样，s i p 可以通过使用不同的会话描述符邀请用户参与任何 类型的会话。 2 a c k a c k 请求用来确认客户机己收到对于i n v a t e 请求的最终响应，该方法仅和 1 0 武汉邮电科学研究院硕士论文 i n v i t e 消息配合使用。产生i n v i t e 请求的客户端收到对i n v i t e 请求的最终应答 时i 就发出一个a c k 请求，提供一个三次握手过程：邀请响应证实，对于 证实消息不再回送响应。a c k 请求可以有消息体，用以通知被叫使用的最终会话描 述。如果不含消息体，则被叫就使用i n v i t e 请求中的会话描述。 3 0 p t i o n s o p t i o n s 请求用于询问服务器的性能情况，包括这个服务器所支持的方法和会 话描述协议。简言之，该方法用于询问服务器的能力。 4 b y e 用户代理客户程序用此方法指示结束呼叫。b y e 请求按i n v i t e 请求同样的方式 前传，主叫方或被叫方都可以发起。某一方收到b y e 请求后就应停止向发起b y e 请 求的另一方发送媒体流。 。 5 c a n c e l 。- 囊； c a n c e l 方法用于取消一个尚未完成的请求，对于已完成的请求( 即已收到最终 响应的请求) 则没有影响。如果s i p 服务器已收到一个i n v i t e 请求但仍没有返回一个 最终应答，这是它可以对一个c a n c e l 请求进行响应。可是，如果它已经为这个 i n v i t e 请求返回了一个最终应答，那么它不会对c a n c e l 请求做任何响应。 6 r e g i s t e r 。 蔷， 客户程序使用r e g i s t e r 方法在s i p 服务器上登记列于c o n t e s t 字段中的地址。 r e g i s t e r 消息也包含注册的有效期，用户可以通过设置该值，限定一次注册的有效 期。在到期前，用户需要再次注册以防止失效。一个用户也可以同时在几个地点被注 册，通过这种方法告诉服务器在所有的注册地点查找用户，直到找到这个用户为止。 s i p 中用3 位整数的状态码和原因码表示对请求做出的应答。原因代码给出状态 码的文字描述，其中1 x x 响应为暂时响应，其他为最终响应，s i p 协议定义了用于 响应消息的六种状态码 2 6 1 ： 1 x x ：临时消息，表示发出的请求已被对方接收，正在处理，如t r y i n g ( 1 0 0 ) 、 r i n g i n g ( 18 0 ) ； 2 x x ：表示对方已经成功接收、解析可接受请求； 3 x x ：表示需要重定向请求； 4 x x ：表示客户端出现错误； 1 1 武汉邮电科学研究院硕士论文 5 x x ：表示服务器端出现错误 ， 6 x x ：表示出现了全局故障，请求在任何主机中都无效： 2 1 4s i p 消息的格式 s i p 协议是一个基于文本的协议，使用u ，i f - 8 字符集( r f c 2 2 7 9 1 7 ) 。一个s i p 消息既可以是一个从客户端到服务器端的请求，也可以是一个从服务器端到客户端的 一个应答。即使在字符集上和语法细节上有所不同，请求( 7 1 ) 还是应答( 7 2 ) 消 息都基于r f c 2 8 2 2 格式的。( s 口允许包头域不是标准的r f c 2 8 2 2 包头域) 。这两种 消息类型都由一个起始行，一个或者多个包头域，一个可选的消息中文组成。 一般消息=起始行 消息包头 ， c r l f 【消息正文】 起始行=请求行状态行 起始行、每一个包头行、空行，都必须由回车换行组成( c i 也f ) 。即使消息中文 没有，也必须有一个空行跟随。 一 除了在字符集上的区别以外，很多s i p 的消息和包头域的格式都同h t t p 1 1 一 。样：s i p 的请求消息包含一个请求行、几个消息头( h e a d e r ) 、一个空行和一个消息体。 s i p 请求消息的请求行的格式为： r e q u e s t - - l i n e = m e t h o ds pr e q u e s t - u r is ps i p v e r s i o nc r l f 如：i n v i t es i p ：b t h e r e c o ms i p 2 0 。在请求行中包含了一个方 法( m e t h o d ) ，决 定了请求消息的类型和目的。 在s i p 规范中，一共定义了6 种s i p 请求，见表2 1 。 表2 1s i p 请求方法 m e t h o dn a n e m e a n i n g m e t h o dn a m e m e a n i n g i n v i t ei n v i t eo p t i o n s c a p a b i l i t yq u e r y a c k a c k n o w l e d g e m e n t c a n c l ec a n c e l r e g i s t e r r e g i s t e r b y e b y e 消息头提供了关于请求( 或者应答，在应答消息里也包含消息头) 的信息和关于 1 2 武汉邮电科学研究院硕士论文 这些消息所包含的消息体的信息。表2 2 列出了s i p 核心协议种定义的所有4 4 个消 息头a ： ：。 表2 2s i p 协议中定义的所有s i p 消息头 a c c e p ta c c e p t - e n c o d i n ga c c e p t - l a n g u a g e a i e r t - l n f oa l l o w a l s oa u t h o n i z a t i o nc a l l i dc a l l - l n f oc o n t a c t c o n t e n t d i s p o s i t i o nc o n t e n t - e n c o d i n gc o n t e n t - l a n g u a g ec o n t e n t - l e n g t hc o n t e n t - t y p e c s e q d a t e e n c r y p t i o n e r r o t - i n f o e x p i r e s f r o m i n - r e p l y - t o m a x - f o r w a r d s m i m e v e r s i o n o r g a n i z a t i o n p r i o r i t yp r o 舭u t h e n t i c a t ep r o x y - a u t h o r i z a t i o np r o x y - r e q u i r e r e c o r d - r o u t e s u b j e c tr 骼p o n s e a e yr e t r y a f t e r r o u t es e r v e r s u b j e c ts u p p o r t e d li m e s t a m pt o u n s u p p o r t e d u s e r - a g e n t v i a w a r n i n g w w w - a u t h e n t i c a t e s i p 响应消息包括状态行、消息头、空行和消息体。状态行的格式为：版本号、 状态码和原因短语，即： s t a t u s l i n e = s i p v e r s i o ns ps t a t u s c o d es pr e a s o n - p h r a s ec r l f 。 如：s i p 2 01 8 0r i n g i n g 。当前的版本号为s i p 2 0 ，状态码是从1 0 0 _ 吒9 9 的整数， 目分成6 种不同的类。表2 3 列出了所有可能的情况 2 7 1 。 f + 一 壤 表2 3s i p 状态码可能出现的情况 。： 一 s t a t u sc o d e m e a n i n g s t a t u sc o d e m e a n i n g l x x ( 1 0 0 - 1 9 9 ) 2 x x ( 2 0 0 2 9 9 ) 3 x x ( 3 0 0 - 3 9 9 ) 2 1 5s i p 信令过程 p r o v i s i o n a l s u c c e s s r e d i r e c t i o n 4 x x ( 4 0 0 - 4 9 9 ) 5 x x ( 5 0 0 - 5 9 9 ) 6 x x ( 6 0 0 - 6 9 9 ) c l i e n te r r o r s e r v e re r r o r g l o b a lf a i l u r e 1 s i p 注册过程 任何s i p 终端在启动时都要向注册服务器注册，图2 2 表示了向注册服务器注册 的过程。用户代理服务器向注册服务器发送注册包，注册服务器回应2 0 0o k 消息表 示注册成功。 1 3 武汉邮电科学研究院硕士论文 u s e ra g e n t r e g i s t e rs e r v e r 1 r e g i s t e r一 2 2 0 0 0 k 图2 2s i p 注册过程 2 s i p 会话建立过程 s i p 会话建立过程如图2 3 所