基于SIP信令IP全交换远程监控系统在现代畜牧业养殖基地信息监测中的应用研究

丁才成

(常州工程职业技术学院教务处，江苏 常州 213164)

基于SIP信令IP全交换远程监控系统在现代畜牧业养殖基地信息监测中的应用研究

丁才成

(常州工程职业技术学院教务处，江苏 常州 213164)

随着中国农业由传统向现代农业的转型背景下，绿色、优质、高产的农产品已成为时代的需求。现代畜牧养殖场分布广、面积大，通过远程监控管理平台实现集中管理已迫在眉睫。SIP协议作为当今IP全交换网络监控领域的一个应用层信令控制协议，在构建开放管理平台起着重要作用，通过对实况播放业务流程、云台控制业务流程的构建与分析详细的介绍了SIP信令的应用，同时介绍了远程监控系统构建的具体方案。

SIP信令 ； IP全交换监控 ； 现代畜牧业养殖 ；信息监测 ；应用研究

0 引 言

中国农业正处在从传统农业向绿色、优质、高产为目的的现代化农业进行转型升级。现代畜牧养殖基地监控系统出于对现代养殖基地监控管理的需求特点，需要对分布在多个区域的养殖基地进行集中监控、管理，管理人员可以实时查询到养殖基地的运行状态。

由于养殖基地分布广、面积大，为解决养殖基地管理难的问题，对养殖基地量身设计的了实时在线视频监控系统，以数字化无线视频监控为主的视频监控系统，为养殖物的安全，管理系统的提高效率做出贡献。监控系统对养殖基地周围进行监控，并与安防报警设备联动，防止不法分子的偷盗行为[1]。在线视频可以随时随地通过手机或电脑掌握养殖基地的温度、湿度等，可以让养殖物在最适合的环境中生长，保证管理者获得最大经济效益。

视频监控系统技术从80年代开始进入我国以来，发展速度很快，从技术层面上划分，经历了四个不同的技术发展阶段：模拟监控、模数混合监控、IP流媒体监控、IP全交换监控。在IP全交换监控组网中，以编码器/IP网络摄像机代替了模拟采集；IP网络代替了“光纤+光端机+矩阵+流媒体服务器”；IP SAN/NVR网络存储代替了DVR存储；以标准信令(SIP)代替厂商私有控制协议，并独立为管理平台；以分层、开放、模块化架构代替模拟、封闭的架构。

大棚分布面积广，监控点位布置分散，依靠传统的模拟监控系统显然不能实现，使用基于SIP信令协议的IP全交换监控才能真正意义上解决上述问题。

1 SIP指令分析

SIP属于 OSI 结构中应用层的协议，使用 C/S 的架构，用于发起和管理用户间的会话[2]。用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话可以是Internet 多媒体会议、IP电话或多媒体分发[3]。会话的参与者可以通过组播、单播进行通信。SIP协议采用基于文本格式的Client/Server模式，以文本的形式表示消息的语法、语义和编码。SIP的基本功能包括：用户定位、用户能力协商、用户可用性确定、会话建立、会话管理。SIP消息是SIP客户端和服务器之间通信的基本信息单元，默认使用UDP协议。SIP消息可以分为Request和Response消息[2]。SIP消息由一个起始行(Start-line)、一个或多个字段组成的消息头(Message Header)、一个标志信息结束的空行(CRLF)以及作为可选项的消息体(Message body)组成。其中起始行按消息类型的不同分为请求行(Request-Line)和状态行(Status-Line)。请求行用于Request消息中，状态行用于Response消息。

1.1 SIP消息-INVITE消息

如图1所示,INVITE用于邀请终端参加一个会话[4]16。INVITE消息的Request-Line中的Request-URL表示该请求当前的目的地址，如果该请求由Proxy Server转发时，Request-URL即为Proxy Server的地址。在本例中被叫方的目的URL为172.1.1.1：5060。SDP字段中所携带的媒体信息，在本例中接收者地址为172.1.0.61。

图1 INVITE消息

1.2 SIP消息-200 OK

如图2所示,200 OK消息表示成功消息，表示请求已经被成功确认、接受或执行[4]18。用于对INVITE、BYE、INFO消息的响应。对于INVITE消息的响应，通常200 OK中会携带被叫方愿意接受的媒体信息参数。如本例中，接收者的端口号为10 000。音视频的编码参数与INVITE消息中的SDP一致。

图2 200 OK消息

1.3 SIP消息-BYE

如图3所示,BYE消息用于释放与会者之间的会话。在本例中，消息头FROM和TO字段分别携带了发起者的地址，分别为WEB客户端以及设备终端EC1801，用于结束客户端的实况流解码会话。

图3 BYE消息

1.4 SIP消息-INFO

如图4所示,INFO消息用于视频监控中的业务开始通知，如服务器开始控制云台，开启手工录像等[4]24。本例中为UAS VM通知编码器UAC开启手工存储的一个消息请求。请求内容Command=“CMD_STORE_CONTROL”。即开启存储。

图4 INFO消息

1.5 实时监控业务举例结合业务流程分析

1.5.1 实况播放业务流程分析

当客户端上拖动一路图像到客户端窗口或某监视器时如图5所示，客户端首先会通过HTTP信令VM服务器发起请求[5]，按照如下流程进行实况建立。

图5 监控视频实况建立流程图

实况建立流程如下：

(1)WEB客户端通过SDK获取设备信息，发起建立监控关系的请求

(2)VM先通过SIP的INVITE消息通知媒体接受设备(DC/客户端)建立监控关系，DC/客户端在回应消息200OK中携带接受方的IP地址、端口号、视频编码等媒体参数。

(3)VM先通过SIP的INVITE消息通知EC设备建立监控关系，消息中携带媒体参数和接受方(DC/客户端)的接受IP地址和端口，EC回应200 OK包含自己所支持的媒体参数。

(4)VM收到EC发送的200 OK后分别向DC/客户端和EC发送ACK消息进行确认。

(5)此时发送/接受双方监控关系建立，接受方在指定的端口监听数据，发送方向制定的目的地发送数据。

(6)(DC/客户端)接受到实时视频流后，解码并输出显示到电视墙或显示器。

(7)如果要结束实况播放，可以在WEB客户端关闭窗口，或取消监视器的监控关系，随后VM会通过SIP的BYE消息通知发送/接收方终止监控关系。发送/接收双发向VM回应200 OK.实况播放过程终止。

1.5.2 云台控制流程构建及分析

图6 云台控制流程图

如图6所示,在云台控制前首先要正确配置云台的控制协议、云台控制地址码、RS485串口的云台控制波特率。并保证EC的RS485串口和云台摄像机的云台控制线正确连接。

当WEB客户端对云台摄像机进行控制时，客户端首先会将指令通过HTTP发送到VM。VM将云台控制指令通过SIP的INFO消息发送给EC，其中包含云台地址码和控制参数如旋转和聚焦变倍。EC收到INFO消息后会回应200 OK，并通过RS485串口将控制指令发出，控制云台转动。

2 现代养殖基地远程监控系统构建

养殖基地远程监测系统组网如图7～图9所示，整个系统主要由以下几个部分组成：养殖基地远程监控中心、中国移动VPN专线传输网络或3G网络、监测终端、互联终端[6]。

养殖基地远程监控中心：负责对分散的养殖基地环境数据进行集中监控、管理、分析，接收各个养殖场传来的各种实时数据，呈现监控画面，实现对监控数据的实时处理分析、存储、显示和输出等功能，处理所有的报警信息，记录报警事件，通过短信转发告警和发送后台管理人员的控制命令给各个养殖场，实现远程实时控制。

图7 现代养殖基地远程监控系统组网架构图

图8 现代养殖基地远程监控系统监控主界面

图9 现代养殖基地远程监控系统动物养殖库区主监控主界面

中国移动VPN专线传输网：监控中心和各养殖场的监控终端通过中国移动VPN专线通信网络实现监控数据交互，监控中心和监控终端进行绑定，保证监控数据通信的安全性。视频监控数据则通过VPN专线传输至监控中心。

监控终端：将各养殖场现场监控数据实时传送到监控中心的监控服务器。并可以同时输出声光告警，提醒维护人员进行实时监管。视频监控则能远程实时查看养殖区作物生长情况、当前环境、人员出入等情况。

互连终端：在本系统中监控中心的管理服务器支持互连终端管理。互联终端通过网线与监控中心服务器连接，从而便于后台管理人员实时了解养殖场的实际工作状况，实现远程管控一体化，满足无人值守的要求，系统具备区域权限管理功能，每个养殖场管理人员只能查看所在区域的养殖场设备情况，实现按站点管理。

3 结束语

整个养殖场远程监控系统采用基于SIP信令的IP全交换监控系统，实现了最先进的“集中监测、集中维护、统一管理”的模式，满足分散现代畜牧业养殖场的集中统一管理的需要，更满足对现场数据安全、实时、完整的存储和远程的集中管控。

[1] 兰钦妹.基于gprs无线网络的电视发射机房远程监控方案[J].东南传播，2007，38(10)：157-158.

[2] 宋勇,白燕,曾光裕.SIP协议消息压缩算法的研究与探讨[J].计算机工程,2006，32(6)：275-277.

[3] 杨丰瑞，蒋培健，张杰.基于SIP的无线视频监控系统信令的设计与实现[J].电视技术,2011,35(19)：96-98.

[4] 宇视认证教程,构建宇视IP智能视频监控系统[M].浙江杭州,浙江宇视科技有限公司,2013.

[5] 陈莹.SIP协议在视频监控系统中的应用[J].计算机系统应用,2009,12(1):99-103.

[6] 许世杰,何伟,姜树明,等.基于SIP的多区域监控融合技术研究与实现[J].计算机技术与发展,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

本文为丁才成主持的院级科研课题“精密机床门机控制系统的设计与实现”的成果，课题编号：(KJ14304)

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.02.010

TP393.1

A

1000-3886(2017)02-0033-03

丁才成(1983-)，男 ，江苏常州人，硕士，专业：控制理论与控制工程，研究方向：建筑智能化，常州工程职业技术学院教务处副处长。

定稿日期: 2016-08-25