Onvif双网段开发在视频监控系统中的应用

宛吉林，沈琼霞

（1.光纤通信技术和网络国家重点实验室 湖北 武汉 430074；2.武汉邮电科学研究院 湖北 武汉 430074）

随着如今视频监控系统已经发展到系统网络化时期，NVR系统基于网络摄像头来进行监控，即IP监控系统[1]。由于NVR系统和前端IPC（IP camera）的网络网段常常出现不统一而导致，设备发现和互连出现的问题，使得NVR系统往往只能在某一个网段和前端IPC进行连接。文中研究的就是通过开发Onvif协议来实现双网段的功能，使得NVR系统和前端IPC实现任意网段的设备发现和搜素。

1 方案设计

NVR最主要的功能是通过网络接收IPC（网络摄像机）设备传输的数字视频码流，并进行存储、管理，从而实现网络化带来的分布式架构优势。为了实现局域网内NVR对IPC的统一管理，实现对任意网段的设备发现和连接功能。可以在NVR和前端IPC设置一个共同的副网段的地址，假如为10的网段。这个网段对于用户来说是隐蔽的，不可更改的地址，可以在任何情况下使用该网段实现互连和设备发现。这就需要涉及到两个方面的设计问题，如何实现Onvif协议的多网段设备发现，以及NVR系统如何获取前端IPC设备服务端的副网段地址 （10网段的地址），这个地址用来替换掉Onvif接口所获得的各profile和url中的主网段地址。设计模式如图1所示。

图1 系统结构设计图Fig.1 Structure diagram of the system design

2 关键技术及具体实现

2.1 Onvif协议的多网段搜索设计

在ONVIF协议规范中，与设备进行通信交互，首当其冲的问题就是ONVIF协议的设备发现服务，这是其他服务的基础。ONVIF协议运用Ws-Discovery（Web Services Dynamic Discovery，Web Services动态搜索）协议。这是一种实现设备自动发现动态搜索的方法，能够实现对多个目标服务的发现，客户端先用多播方法发送一个探测包，目标服务监听到后，若发现匹配便以单播的方法回复给客户端。

文中NVR系统借助onvif协议中采用的ws-discovery协议的Ad-Hoc模式完成局域网内的设备搜索。在Ad-Hoc模式下，客户端以广播的形式在一定的网络范围了发送探测（Probe报文）消息以搜寻目标服务[2]。在该探测消息中，包含相应的搜寻条件，如设备类型（type）。符合该条件的目标服务在接收到探测消息之后，将自身相关的信息（scope信息，包括主网段的地址）回复给作为广播消息发送源的客户端（即NVR端）[3]。客户端根据获取到的服务信息，选择适合的服务进行调用。我们就可以在NVR端通过设备io接口获取NVR设备的配置ip，作为localip传参给soap结构体。在NVR端创建好Probe的报文消息，指定type类型为Network Video Transmitter和唯一的urn:uuid信息，可以用当前的时间作文随机数填入进去，然后通过多播地址239.255.255.250和端口3702来向局域网内发送该Probe消息[4]。Onvif多网段搜索流程如图2所示。

图2 Onvif多网段搜索流程图Fig.2 Flow chart of onvif network segments search

在Onvif代码中的soap结构体中添加localip成员，在soap socket的tcp_connect（）函数中套接字bind绑定当前的localip，函数主要实现部分如下：

ONVIF协议是基于SOAP+XML消息格式进行通信的[5]，在搜索之前需要对SOAP消息进行准备工作。在NVR端，创建一个这样的 soap实例struct soap mysoap，soap_init（&mysoap）初始化soap结构体环境变量，通过设备io接口linux函数 ioctl获取 NVR设备的配置 ip，传参给 mysoap.localip，设置 mysoap.connect_flags为SO_BROADCAST表示广播，然后填写好 mysoap.header消息的头部信息（wsa__MessageID、wsa__To、wsa__Action），主要是 urn:uuid 信息（唯一性，可以用当前的时间作为随机数填入进去），然后便是创建好Probe的报文消息，指定probe.d__Types类型为NetworkVideoTransmitter，并且设置mysoap的命名空间调用函数soap_set_namespaces[6]。 由此得到Probe报文的SOAP_XML请求消息如下：

然后通过多播地址239.255.255.250和端口3702来向局域网内发送该Probe消息。其函数实现如下：

根据这样的步骤，客户端将广播消息通过SOAP协议通知到局域网络内，等到符合条件的设备响应。

2.1 前端IPC的响应设计

在IPC端需要有与NVR系统一致的副网段地址，才能够对NVR系统的广播包进行响应的回应。同时IPC应当有合适的消息格式提供给NVR系统，来使NVR系统获取到该副网段的地址。故IPC端应该配置副网段的网络地址（如10网段地址），并设计在onvif搜索回应包中包含10网段的信息，可以在ProbeMatches报文中的scopes字段中加一条信息，故定义了一种ProbeMatches的格式，通过onvif测试软件Onvif Conformance Test Tool可以看到IPC端的回应报文，如图3所示。

图3 IPC端添加副网段的搜索回应图Fig.3 Chart response of IPC added the sub network segment

可以看到onvif测试软件通过10.168.1.181的网址来进行局域网内的IPC设备搜索，发现了Device Service Address为192.168.200的IPC，这正是因为在IPC端设计有10网段的地址，才能够onvif协议能够发现该设备。同时，IPC端在scopes中添加了subaddress的字段，其中包含了副网段的地址（10.0.10.229）。这样可以使得NVR系统在设备发现时，可以准确简便的提取获得该副网段的地址，用于后面的连接管理过程。

4 系统搜索和连接测试

通过NVR和IPC前端的配合设计，就能完成预想的设计目的，实现任意网段的设备搜索和添加连接。NVR系统和IPC端添加好相同的副网段，在搜索时就能够发现IPC设备，同时提取实际的服务地址，即副网段地址，用于替换掉onvif协议接口所获得的各profile和音视频播放url中的主网段地址，这样就可以实现两者之间的连接。如图4所示，在Hi3531芯片Linux2.6内核的平台上运行我们的NVR系统，在搜索和添加部分实现了该设计，并完成实际应用。

图4 NVR系统的搜索添加各网段IPC图Fig.4 Interface chart of the NVR system searching and connecting

5 结束语

文中介绍了在NVR系统中onvif协议的设备发现和连接管理IPC的改进方法，以及和前端IPC的对应设计，从而可以实现NVR和IPC在副网段的设备发现和互连管理，解决了网段不一致时出现的设备发现和互连管理的问题，该设计方案简便地解决了NVR设备发现的网络局限和连接管理问题，具有重要的实际运用价值。

[1]赵也倪.基于ONVIF的智能监控管理软件设计 [D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2012.

[2]马宇昌，沈苏彬，欧阳志.基于ONVIF标准的设备发现的设计与实现[J].计算机技术与发展，2013（11）:224-228.MA Yu-chang，HEN Su-bin，OUYANG Zhi.Design and implementation for device discovery based on ONVIF[J].Computer Technology and Development，2013（11）:224-228.

[3]储强.ONVIF协议媒体服务的设计实现[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2012.

[4]李校林，肖路欢，何策.基于ONVIF协议的NVR系统中网络视频接口的设计[J].电视技术，2014，38（11）:166-169.LI Xiao-lin，XIAO Lu-huan，HE Ce.Design and implementation of NVR system network video interface based on ONVIF protocol[J].Video Eengineering，2014，38（11）:166-169.

[5]罗正华，陈绍祥，傅勇.基于ONVIF标准的视频监控技术研究[J].成都大学学报，2013（12）:378-382.LUO Zheng-hua，CHEN Shao-xiang，FU Yong.Research for video monitoring technology based on ONVIF[J].Journal of Chengdu University，2013（12）:378-382.

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