丁才成

(常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處，江蘇 常州 213164)

基于SIP信令I(lǐng)P全交換遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代畜牧業(yè)養(yǎng)殖基地信息監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

丁才成

(常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處，江蘇 常州 213164)

隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型背景下，綠色、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品已成為時(shí)代的需求。現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)分布廣、面積大，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集中管理已迫在眉睫。SIP協(xié)議作為當(dāng)今IP全交換網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域的一個(gè)應(yīng)用層信令控制協(xié)議，在構(gòu)建開放管理平臺(tái)起著重要作用，通過對(duì)實(shí)況播放業(yè)務(wù)流程、云臺(tái)控制業(yè)務(wù)流程的構(gòu)建與分析詳細(xì)的介紹了SIP信令的應(yīng)用，同時(shí)介紹了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建的具體方案。

SIP信令 ； IP全交換監(jiān)控 ； 現(xiàn)代畜牧業(yè)養(yǎng)殖 ；信息監(jiān)測(cè) ；應(yīng)用研究

0 引 言

中國(guó)農(nóng)業(yè)正處在從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向綠色、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)?，F(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖基地監(jiān)控系統(tǒng)出于對(duì)現(xiàn)代養(yǎng)殖基地監(jiān)控管理的需求特點(diǎn)，需要對(duì)分布在多個(gè)區(qū)域的養(yǎng)殖基地進(jìn)行集中監(jiān)控、管理，管理人員可以實(shí)時(shí)查詢到養(yǎng)殖基地的運(yùn)行狀態(tài)。

由于養(yǎng)殖基地分布廣、面積大，為解決養(yǎng)殖基地管理難的問題，對(duì)養(yǎng)殖基地量身設(shè)計(jì)的了實(shí)時(shí)在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以數(shù)字化無線視頻監(jiān)控為主的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為養(yǎng)殖物的安全，管理系統(tǒng)的提高效率做出貢獻(xiàn)。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)殖基地周圍進(jìn)行監(jiān)控，并與安防報(bào)警設(shè)備聯(lián)動(dòng)，防止不法分子的偷盜行為[1]。在線視頻可以隨時(shí)隨地通過手機(jī)或電腦掌握養(yǎng)殖基地的溫度、濕度等，可以讓養(yǎng)殖物在最適合的環(huán)境中生長(zhǎng)，保證管理者獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)從80年代開始進(jìn)入我國(guó)以來，發(fā)展速度很快，從技術(shù)層面上劃分，經(jīng)歷了四個(gè)不同的技術(shù)發(fā)展階段：模擬監(jiān)控、模數(shù)混合監(jiān)控、IP流媒體監(jiān)控、IP全交換監(jiān)控。在IP全交換監(jiān)控組網(wǎng)中，以編碼器/IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)代替了模擬采集；IP網(wǎng)絡(luò)代替了“光纖+光端機(jī)+矩陣+流媒體服務(wù)器”；IP SAN/NVR網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)代替了DVR存儲(chǔ)；以標(biāo)準(zhǔn)信令(SIP)代替廠商私有控制協(xié)議，并獨(dú)立為管理平臺(tái)；以分層、開放、模塊化架構(gòu)代替模擬、封閉的架構(gòu)。

大棚分布面積廣，監(jiān)控點(diǎn)位布置分散，依靠傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)顯然不能實(shí)現(xiàn)，使用基于SIP信令協(xié)議的IP全交換監(jiān)控才能真正意義上解決上述問題。

1 SIP指令分析

SIP屬于 OSI 結(jié)構(gòu)中應(yīng)用層的協(xié)議，使用 C/S 的架構(gòu)，用于發(fā)起和管理用戶間的會(huì)話[2]。用于創(chuàng)建、修改和釋放一個(gè)或多個(gè)參與者的會(huì)話。這些會(huì)話可以是Internet 多媒體會(huì)議、IP電話或多媒體分發(fā)[3]。會(huì)話的參與者可以通過組播、單播進(jìn)行通信。SIP協(xié)議采用基于文本格式的Client/Server模式，以文本的形式表示消息的語(yǔ)法、語(yǔ)義和編碼。SIP的基本功能包括：用戶定位、用戶能力協(xié)商、用戶可用性確定、會(huì)話建立、會(huì)話管理。SIP消息是SIP客戶端和服務(wù)器之間通信的基本信息單元，默認(rèn)使用UDP協(xié)議。SIP消息可以分為Request和Response消息[2]。SIP消息由一個(gè)起始行(Start-line)、一個(gè)或多個(gè)字段組成的消息頭(Message Header)、一個(gè)標(biāo)志信息結(jié)束的空行(CRLF)以及作為可選項(xiàng)的消息體(Message body)組成。其中起始行按消息類型的不同分為請(qǐng)求行(Request-Line)和狀態(tài)行(Status-Line)。請(qǐng)求行用于Request消息中，狀態(tài)行用于Response消息。

1.1 SIP消息-INVITE消息

如圖1所示,INVITE用于邀請(qǐng)終端參加一個(gè)會(huì)話[4]16。INVITE消息的Request-Line中的Request-URL表示該請(qǐng)求當(dāng)前的目的地址，如果該請(qǐng)求由Proxy Server轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，Request-URL即為Proxy Server的地址。在本例中被叫方的目的URL為172.1.1.1：5060。SDP字段中所攜帶的媒體信息，在本例中接收者地址為172.1.0.61。

圖1 INVITE消息

1.2 SIP消息-200 OK

如圖2所示,200 OK消息表示成功消息，表示請(qǐng)求已經(jīng)被成功確認(rèn)、接受或執(zhí)行[4]18。用于對(duì)INVITE、BYE、INFO消息的響應(yīng)。對(duì)于INVITE消息的響應(yīng)，通常200 OK中會(huì)攜帶被叫方愿意接受的媒體信息參數(shù)。如本例中，接收者的端口號(hào)為10 000。音視頻的編碼參數(shù)與INVITE消息中的SDP一致。

圖2 200 OK消息

1.3 SIP消息-BYE

如圖3所示,BYE消息用于釋放與會(huì)者之間的會(huì)話。在本例中，消息頭FROM和TO字段分別攜帶了發(fā)起者的地址，分別為WEB客戶端以及設(shè)備終端EC1801，用于結(jié)束客戶端的實(shí)況流解碼會(huì)話。

圖3 BYE消息

1.4 SIP消息-INFO

如圖4所示,INFO消息用于視頻監(jiān)控中的業(yè)務(wù)開始通知，如服務(wù)器開始控制云臺(tái)，開啟手工錄像等[4]24。本例中為UAS VM通知編碼器UAC開啟手工存儲(chǔ)的一個(gè)消息請(qǐng)求。請(qǐng)求內(nèi)容Command=“CMD_STORE_CONTROL”。即開啟存儲(chǔ)。

圖4 INFO消息

1.5 實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)舉例結(jié)合業(yè)務(wù)流程分析

1.5.1 實(shí)況播放業(yè)務(wù)流程分析

當(dāng)客戶端上拖動(dòng)一路圖像到客戶端窗口或某監(jiān)視器時(shí)如圖5所示，客戶端首先會(huì)通過HTTP信令VM服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求[5]，按照如下流程進(jìn)行實(shí)況建立。

圖5 監(jiān)控視頻實(shí)況建立流程圖

實(shí)況建立流程如下：

(1)WEB客戶端通過SDK獲取設(shè)備信息，發(fā)起建立監(jiān)控關(guān)系的請(qǐng)求

(2)VM先通過SIP的INVITE消息通知媒體接受設(shè)備(DC/客戶端)建立監(jiān)控關(guān)系，DC/客戶端在回應(yīng)消息200OK中攜帶接受方的IP地址、端口號(hào)、視頻編碼等媒體參數(shù)。

(3)VM先通過SIP的INVITE消息通知EC設(shè)備建立監(jiān)控關(guān)系，消息中攜帶媒體參數(shù)和接受方(DC/客戶端)的接受IP地址和端口，EC回應(yīng)200 OK包含自己所支持的媒體參數(shù)。

(4)VM收到EC發(fā)送的200 OK后分別向DC/客戶端和EC發(fā)送ACK消息進(jìn)行確認(rèn)。

(5)此時(shí)發(fā)送/接受雙方監(jiān)控關(guān)系建立，接受方在指定的端口監(jiān)聽數(shù)據(jù)，發(fā)送方向制定的目的地發(fā)送數(shù)據(jù)。

(6)(DC/客戶端)接受到實(shí)時(shí)視頻流后，解碼并輸出顯示到電視墻或顯示器。

(7)如果要結(jié)束實(shí)況播放，可以在WEB客戶端關(guān)閉窗口，或取消監(jiān)視器的監(jiān)控關(guān)系，隨后VM會(huì)通過SIP的BYE消息通知發(fā)送/接收方終止監(jiān)控關(guān)系。發(fā)送/接收雙發(fā)向VM回應(yīng)200 OK.實(shí)況播放過程終止。

1.5.2 云臺(tái)控制流程構(gòu)建及分析

圖6 云臺(tái)控制流程圖

如圖6所示,在云臺(tái)控制前首先要正確配置云臺(tái)的控制協(xié)議、云臺(tái)控制地址碼、RS485串口的云臺(tái)控制波特率。并保證EC的RS485串口和云臺(tái)攝像機(jī)的云臺(tái)控制線正確連接。

當(dāng)WEB客戶端對(duì)云臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，客戶端首先會(huì)將指令通過HTTP發(fā)送到VM。VM將云臺(tái)控制指令通過SIP的INFO消息發(fā)送給EC，其中包含云臺(tái)地址碼和控制參數(shù)如旋轉(zhuǎn)和聚焦變倍。EC收到INFO消息后會(huì)回應(yīng)200 OK，并通過RS485串口將控制指令發(fā)出，控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 現(xiàn)代養(yǎng)殖基地遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

養(yǎng)殖基地遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)如圖7～圖9所示，整個(gè)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：養(yǎng)殖基地遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、中國(guó)移動(dòng)VPN專線傳輸網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)終端、互聯(lián)終端[6]。

養(yǎng)殖基地遠(yuǎn)程監(jiān)控中心：負(fù)責(zé)對(duì)分散的養(yǎng)殖基地環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)控、管理、分析，接收各個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)傳來的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理分析、存儲(chǔ)、顯示和輸出等功能，處理所有的報(bào)警信息，記錄報(bào)警事件，通過短信轉(zhuǎn)發(fā)告警和發(fā)送后臺(tái)管理人員的控制命令給各個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。

圖7 現(xiàn)代養(yǎng)殖基地遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)圖

圖8 現(xiàn)代養(yǎng)殖基地遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控主界面

圖9 現(xiàn)代養(yǎng)殖基地遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)物養(yǎng)殖庫(kù)區(qū)主監(jiān)控主界面

中國(guó)移動(dòng)VPN專線傳輸網(wǎng)：監(jiān)控中心和各養(yǎng)殖場(chǎng)的監(jiān)控終端通過中國(guó)移動(dòng)VPN專線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)交互，監(jiān)控中心和監(jiān)控終端進(jìn)行綁定，保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通信的安全性。視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)則通過VPN專線傳輸至監(jiān)控中心。

監(jiān)控終端：將各養(yǎng)殖場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心的監(jiān)控服務(wù)器。并可以同時(shí)輸出聲光告警，提醒維護(hù)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。視頻監(jiān)控則能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看養(yǎng)殖區(qū)作物生長(zhǎng)情況、當(dāng)前環(huán)境、人員出入等情況。

互連終端：在本系統(tǒng)中監(jiān)控中心的管理服務(wù)器支持互連終端管理。互聯(lián)終端通過網(wǎng)線與監(jiān)控中心服務(wù)器連接，從而便于后臺(tái)管理人員實(shí)時(shí)了解養(yǎng)殖場(chǎng)的實(shí)際工作狀況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管控一體化，滿足無人值守的要求，系統(tǒng)具備區(qū)域權(quán)限管理功能，每個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)管理人員只能查看所在區(qū)域的養(yǎng)殖場(chǎng)設(shè)備情況，實(shí)現(xiàn)按站點(diǎn)管理。

3 結(jié)束語(yǔ)

整個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用基于SIP信令的IP全交換監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了最先進(jìn)的“集中監(jiān)測(cè)、集中維護(hù)、統(tǒng)一管理”的模式，滿足分散現(xiàn)代畜牧業(yè)養(yǎng)殖場(chǎng)的集中統(tǒng)一管理的需要，更滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)安全、實(shí)時(shí)、完整的存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程的集中管控。

[1] 蘭欽妹.基于gprs無線網(wǎng)絡(luò)的電視發(fā)射機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控方案[J].東南傳播，2007，38(10)：157-158.

[2] 宋勇,白燕,曾光裕.SIP協(xié)議消息壓縮算法的研究與探討[J].計(jì)算機(jī)工程,2006，32(6)：275-277.

[3] 楊豐瑞，蔣培健，張杰.基于SIP的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)信令的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù),2011,35(19)：96-98.

[4] 宇視認(rèn)證教程,構(gòu)建宇視IP智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)[M].浙江杭州,浙江宇視科技有限公司,2013.

[5] 陳瑩.SIP協(xié)議在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2009,12(1):99-103.

[6] 許世杰,何偉,姜樹明,等.基于SIP的多區(qū)域監(jiān)控融合技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2014,24(11):118-121.

Research of Application of the IP Total Exchange Remote Control System Based on SIP Signaling in the Information Monitoring of Modern Livestock Farming Bases

Ding Caicheng

(Dean’s Office, Changzhou Vocational Institute of Engineering, Changzhou Jiangsu 213164, China)

In the background of transformation from traditional to modern agriculture in China, green, fine-quality and high-yield agricultural product has become the demand of the times. Modern livestock farms are widely distributed over a large area so that it is urgent to realize centralized management through a remote monitoring and management platform. As an application layer signaling control protocol in the present IP total exchange network monitoring field, the SIP protocol plays an important role in building up open management platforms. Through analysis and construction of live broadcast business process and PTZ control business process, this paper introduces details about application of SIP signaling as well as concrete schemes for the construction of the remote monitoring system.

SIP signaling； IP total exchange monitoring； modern livestock farming； information monitoring；application research

本文為丁才成主持的院級(jí)科研課題“精密機(jī)床門機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”的成果，課題編號(hào)：(KJ14304)

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.02.010

TP393.1

A

1000-3886(2017)02-0033-03

丁才成(1983-)，男 ，江蘇常州人，碩士，專業(yè)：控制理論與控制工程，研究方向：建筑智能化，常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處副處長(zhǎng)。

定稿日期: 2016-08-25