基于IMS的远程视频监控系统设计.pdf

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1、http:/-1-基于基于 IMS 的远程视频监控系统设计的远程视频监控系统设计 步日欣，吕玉琴，李巍海，刘刚 北京邮电大学电子工程学院，北京(100876)E-mail： 摘摘 要：要：面向最终用户的视频监控业务目前正在越来越受到关注，本文首先分析了 IMS 网络开放性的网络架构，在此基础之上，结合视频监控业务的业务需求和技术特点，提出了基于 IMS 网络的远程视频监控系统的架构设计，并且对组网方案、信令流程和计费管理作了相应的阐述，为在 IMS 网络上开发多样服务提供了参考。关键词：关键词：IP 多媒体子系统，会话发起协议，远程视频监控系统 中图分类号：中图分类号：TN929.5 1.引言

2、引言 随着移动通信技术的发展，新的业务成为推动技术发展的一个主要动力。而 3GPP 提出的 IP 多媒体子系统（IMS），不仅仅带来了新的移动应用业务，而且改变了移动业务的网络结构和应用模式，为新业务的开发提供了灵活性。IMS 提供开放的业务接口，实现了用户平面、控制平面、业务平面的分离，使得业务的实现能够独立于下层的承载网络，这也为开展更加灵活的、丰富多彩的业务提供了一个契机。传统的远程视频监控业务是建立在模拟线路，私有网络和私有协议之上的，只是面向与企业和集团用户，无法为普通消费者提供服务。面向个人的视频监控服务的需求正在变得越来越强烈，可以应用于安全、交通、医疗等领域，IMS 的开放性也

3、为视频监控的发展提供了契机。在未来的远程视频监控业务中，将不再仅仅是面向企业级用户，也可以面向更多的普通用户。本文在 IMS 开放体系架构的基础之上，分析了视频监控业务的网络架构、业务逻辑、功能实现，提出了基于 IMS 网络的视频监控业务的架构设计。2.IMS 中的业务架构中的业务架构 为了适应下一代网络业务与控制分离的原则，IMS 必须提供开放的接口来接入各种业务服务器，允许各种业务提供商通过标准的接口来向网络提供服务1。IMS 业务架构由 S-CSCF以及各种应用服务器组成，跟当前的开放性业务结构是一致的，都是三层结构：最上层是应用服务器 AS；第二层是业务能力服务器 SCS；第三层是 S

4、-CSCF2。S-CSCF 使用统一的 ISC接口与业务平台相连，在 S-CSCF 看来，SIP 应用服务器、OSA 服务能力服务器和 IM-SSF都执行相同的接口行为，使各种服务器都能接入 IMS。http:/-2-WLANGPRSX-CSCFS-CSCFSIP ASIM-SSFOSA SCSIMS 网络业务提供层接入层ISC 图 1 IMS 网络的业务架构 S-CSCF（服务 CSCF）：作为一个 SIP Proxy 用来控制呼叫和会话，并且监测何时以及怎样控制增值业务的业务逻辑。S-CSCF 提供了一个 ISC（IMS Service Control interface）的统一的接口，该

5、接口采用了 SIP 协议，不同的业务接入到 IMS 时，只需要提供一个协议转换功能实体来完成到 ISC 接口的协议转换，因此可以方便地利用多种应用服务平台开展业务。X-CSCF：可以是 I-CSCF 或者 P-CSCF。IMS 中的 SIP 信令路由经过的元素。P-CSCF是接入网到 IMS 网络的第一个接入点，从接入网中收到 UA（User Agent）发来的 SIP 注册和会话建立消息，转发到归属域中的 I-CSCF，再发至相应的 S-CSCF。I-CSCF 为每个呼叫灵活选择相应的 S-CSCF。SIP AS：是一种应用服务器，用于提供各种各样的增值业务。本文中的视频监控服务器是由 SI

6、P AS 实现的，因此不对其他两种 AS 作相应的介绍，SIP AS 提供远程视频监控业务相关的服务，包括注册、用户信息管理、录像和计费。3.基于基于 IMS 的远程视频监控业务架构的远程视频监控业务架构 3.1 架构设计架构设计 3.1.1 总体架构总体架构 http:/-3-摄像头客户端P-CSCFP-CSCFI-CSCFS-CSCFHSSSIP AS视频监控业务平台 图 2 远程视频业务的总体架构图 IMS 提供开放的业务接口，可以在现有的网络上方便的部署新业务。视频监控业务平台，可以方便的加载到现有的 IMS 网络架构上，可以由网络运营商运营，或者第三方业务运营商运营。当用户根据 RF

7、C3261 协议要求3，发起视频监控业务请求时，S-CSCF 可以根据用户的请求属性，触发视频监控业务，将请求转发到视频监控业务平台。3.1.2 视频监控业务平台视频监控业务平台 S-CSCFSIP AS注册服务器数据库服务器录像服务器数据修改Web端计费单元 图 3 视频监控业务的业务平台 视频监控业务平台包括 SIP AS，注册服务器，数据库服务器，录像服务器和计费单元五部分，实现了用户注册，业务信息管理，录像，计费等功能。http:/-4-3.2 业务流程业务流程 3.2.1 注册注册 UES-CSCFASRegister1.REGISTER2.REGISTER3.REGISTER7.R

8、EGISTER8.REGISTER9.REGISTER4.401 Unauthorized5.401 Unauthorized6.401 Unauthorized10.200 OK11.200 OK12.200 OK 图 4 注册过程流程图 UE 可以代表视频监控客户端，也可以代表视频监控摄像头,为了简化图示，没有列出P-CSCF，I-CSCF 以及其他 IMS 网元。摄像头需要定期向AS的注册服务器发送REGISTER注册消息，以宣告自己的工作状态；同样的，客户端设备也需要定期向 AS 的注册服务器发送 REGISTER 注册消息，通过一系列的认证、鉴权措施，获得对自己权限范围内的摄像头的访

9、问权限，也可以获得摄像头设备的在线信息，涉及到 presence 服务，本文不做详细讨论。3.2.2 发起会话发起会话 UES-CSCFASCamera1.INVITE2.INVITE3.INVITE7.ACK8.ACK9.ACK4.200 OK5.200 OK6.200 OK13.200 OK14.200 OK15.200 OKRTP数据流10.BYE11.BYE12.BYE 图 5 发起会话流程图 视频监控客户端向自己拥有访问权限的摄像头发送 INVITE 请求，请求建立视频连接，视频建立请求必须经过 AS 服务器，以方便服务管理和计费，如图 5 中的 1，2，3 步骤。摄像头端回复 20

10、0 OK 应答，同意建立视频连接，如图 5 中的 4，5，6 步骤。视频监控客户端发送 ACK 确认消息后，开始实时视频流的传输，如图 5 中的 7，8，9http:/-5-步骤。视频监控客户端可以随时发送 BYE 消息，来断开某一个建立的视频传输，如图 5 中的10-15 步骤。3.2.3 录像录像 UES-CSCFMSCameraAS1.INFO2.INFO3.INVITE4.200 OK5.REINVITE6.REINVITE7.200 OK8.200 OK9.ACK10.ACK11.ACKRTP数据流12.INVITE13.200 OK14.REINVITE15.REINVITE16.

11、200 OK18.ACK17.200 OK19.ACK20.ACK开始录像21.BYE/INFO 图 6 录像过程流程图 视频监控客户端和摄像头之间已经建立了视频数据流传输，在视频传输期间，客户端可以发起录像请求的命令，对某一段时间内的视频图像进行有选择地存储，存储的视频数据存放在服务提供商所提供的 MS 上。录像请求命令采用的是 RFC 2976 中的 INFO 消息4。在视频传输期间，客户端向 AS 发送录像的命令，如图 6 的 1，2 步骤。AS 控制 MS 分别与视频监控客户端和摄像头端建立连接，如图 6 的 3-11 步骤（MS 与客户端建立 RTP 连接），12-20 步骤（MS

12、与摄像头建立 RTP 连接）。MS 起到了桥接的作用，从而可以对视频图像进行存储。视频监控客户端可以通过 INFO 消息随时停止对视频流的录像工作，也可以通过 BYE消息断开视频监控的服务连接。如图 6 中的 21 步骤。3.2.4 管理计费管理计费 基于 IMS 的视频监控业务可以采用多种计费方式，可以根据用户的权限高低，观看视频的次数，使用录像功能等方面进行计费。根据 IMS 的计费原理，视频监控服务的计费模型如图 7 所示：http:/-6-RfRoISCOCF视频监控ASS-CSCFCCF 图 7 管理计费结构图 TS 32.260 5规定了 IMS 的计费总体框架，而 TS 32.2

13、60 和 TS 32.299 规定了 IMS 的计费细节，包括接口设计等等。IMS 体系既支持在线计费能力，也支持离线计费能力。在线计费就是线计费系统与 IMS 实体进行实时交互，并控制和监视与业务使用有关的计费过程。离线计费主要是指在会话之后收集计费信息，而且计费系统不会实时地影响所使用的业务。视频监控 AS 可以根据会话的特征和用户签约信息来区分是离线计费还是在线计费。在线计费时 AS 通过 Rf 接口将计费信息发往 OCS（Online Charging System），采用离线计费时 AS 通过 Ro 参考点将计费信息发往 CCF（Charging Collection Functio

14、n）。在 Rf 和 Ro接口，AS 均使用 DIAMETER 协议的 ACR 消息发送计费信息到 OCS 或 CCF，并应用DIAMETER 协议的 ACA 消息从 OCS 或 CCF 接收应答。在业务管理方面，提供了数据库服务器，存储用户信息，包括业务信息、权限信息等。数据库服务器同注册服务器，SIP AS 相连，可以方便的存储和调用用户管理信息。同时，还可以通过远程客户端，以 Web 界面的方式，修改用户的权限或者增加新的业务应用。4.总结总结 本文根据 IMS 网络开放性的特点，在 SIP 协议灵活性的基础之上，并结合视频监控业务的业务需求，提出了基于 IMS 网络的远程视频监控系统的架

15、构设计，并且对组网方案和信令流程作了相应的阐述。IMS 可以更好的实现业务和网络的融合，必定将给通信技术的发展带来新的动力。IMS网络不仅给用户带来了新的业务体验，也可以更好的实现新业务的开发和部署。基于 IMS实现的视频监控业务，将提供给用户实实在在的业务体验，满足了用户的需求。http:/-7-参考文献参考文献 1 张同须，3G IP 多媒体子系统 IMS融合移动网与因特网 M 北京 人民邮电出版社 2006.4 2 TS23.228“IP Multimedia Subsystem(IMS)”S 3GPP,2006.6 3 RFC 3261“SIP:Session Initiation P

16、rotocol”S IETF,2002.6 4 RFC 2976“The SIP INFO Method”S IETF,2000.10 5 TS32.260“Charging management:IP Multimedia Subsystem(IMS)charging”S 3GPP,2006.9 Design of Remote Visual Surveillance System Based on IP Multimedia Subsystem Bu Rixin,Lv Yuqin,Li Weihai,Liu Gang Beijing University of Posts and Tele

17、communications,Beijing（100876）Abstract End-user-oriented video surveillance business is growing concern.This paper analyzes the open IMS network structure.And according to video surveillance business requirements and technology characteristics,a remote video surveillance system based on the IMS netw

18、ork structure is designed.Schema of network construction,signaling process,accounting and management are also discussed in the article.The paper provides a reference to development of multiplicity services based on IMS networks.Keywords:IMS,SIP,remote surveillance system 作者简介：作者简介：步日欣，男，硕士研究生，主要研究方向为 SIP，IPv6 下一代互联网和数字家庭网络；吕玉琴，女，北京邮电大学硕士生导师，北京邮电大学智能终端研究中心主任，信号与系统教研中心主任，在计算机应用领域中，致力于通信软件研究、应用潜入式操作系统开发应用软件和对智能化信息终端设备的研究。