基于FreeSWITCH构建远程监控系统的探索

贾夫松 王希常

摘 要：基于当前监控系统的特点，本文进行基于FreeSWITCH的远程监控系统的研究。针对当前人们对监控的需求，以开源的软交换机FreeSWITCH为软交换平台，以SIP协议为信令协议，设计实现了一种方便，廉价，高效和实时的监控系统。该系统与传统的监控系统相比较，灵活性好，扩展性高，即摆脱了对硬件设施的依赖，又实现了高品质的视频监控，实践表明该系统处理能力强，视频效果好，通过对SIP信令和视频数据包的分离来减小服务器压力，对处理并发视频流传输具有良好的效果，为开发监控系统提供了参考价值。

关键词：VoIP；FreeSWITCH；SIP协议；多媒体

远程监控系统是一种让身首异处的人们通过网络实现“实时、方便、可视”的通信技术。传统的监控系统采用专门的硬件来完成监控业务，这种设计依赖硬件，费用高、可扩展性不强，更无法实现异地实时监控。随着VoIP（Voice over IP）技术的兴起和计算机处理能力的增强，可在计算机上利用软件实现实时监控。这里以支持SIP协议的FreeSWITCH为平台搭建监控系统。

SIP协议是基于文本的应用层协议，可以综合语音、数字和视频业务，支持终端能力检测，这里采用SIP协议作为信令协议。该系统除了信令控制以为，还需要媒体处理，要求终端使用相同的视频编码这里采用的是H.264。本文基于以上分析，设计一种扩展性高、管理方便的远程监控系统。

1 系统结构设计与分析

1.1 FreeSWITCH介绍

FreeSWITCH是一款开源的、跨平台的、伸缩性极好的、免费的、多协议的电话软件换平台。它能原生地运行于Windows、Max OS X、Linux、BSD及Solaris等诸多平台上，支持SIP、H323、Skype、Google Talk等多种通信协议，并很容易地与各种开源的PBX系统（如sipXecs、Call Weaver、Bayonne、YATE及Asterisk等）互通，而且支持很多高级的SIP特性，如Presence、BLF、SLA以及TCP、TLS和sRTP等。它也可以作为一个SBC进行透明的SIP代理（proxy）以支持其他媒体，如T.38等。

1.2 系统结构分析

以FreeSWITCH为核心组件，结合其他软件和设备，设计一种基于SIP协议的远程监控系统，该系统选用SIP协议作为信令协议，完成注册、代理、重定向等功能。该系统主要有FreeSWITCH构成服务器，终端设备是有一款支持SIP协议的摄像机和IP软电话。系统的整体结构如图所示。

功能方面：FreeSWITCH作为服务器，其主要功能是接受终端的注册，处理交互控制信令，并协调终端之间的会话连接。终端则是进行对数据的采集、处理、发送、接受、播放，从而实现实时的、有效的监控服务。

2 系统功能实现

2.1 功能模块

FreeSWITCH由一个稳定的核心（Core）和一些外围模块组成，外围模块可以动态加载，比如mod_sofia/mod_socket等。

Core的主要功能：Core是利用APR库（Apache提供的跨平台的C库）来完成，完成内存管理/线程管理/常用算法/数据结构等，还包括动态库的加载卸载、呼叫控制、日志管理、存储、内核任务调度等

外围模块（Mod_xxx）：可加载卸载外围模块的FreeSWITC的一个特色，功能的扩展主要依靠外围动态模块的增加来实现，每个模块加载后提供相应的API和APP来进一步增强FreeSWITCH的功能，Core和模块之间通过调用API实现与Core的交互。

2.2 SIP的实现

FreeSWITCH的SIP功能是在mod_sofia模块中实现的，FreeSWITCH并没有自己开发新的SIP协议栈，而是使用了比较成熟的Nokia的开源SIP协议栈Sofia-SIP。

mod_sofia是FreeSWITCH中最重要的一个模块，所有的SIP通话都是从它开始和终止。它实现了SIP注册、呼叫、终止等一系列的SIP特性。

Endpoint：在FreeSWITCH中，实现一些互联协议接口的模块称为Endpoint。FreeSWITCH支持很多类型的Endpoint，如SIP、H.323等。这些不同的Endpoint主要使用不同的控制协议跟其他的Endpoint通话。SIP Profile相当于SIP UA，在启动后它会监听一个”IP地址：端口”对。

UA首先向FreeSWITCH内部的SIP（sofia_SIP）模块发起注册。然后发出Invite请求，该请求带有SDP（Session De-scription Protocol）的媒体信息，协商双方媒体功能，发起呼叫实现互通。

2.3 媒体绕过（Bypass Media）

FreeSWITCH作为服务器，用户发起的SIP消息通过FreeSWITCH进行建立连接，连接建立之后的媒体流相对SIP消息的庞大的，如果都通过FreeSWITCH转发会给服务器造成巨大压力，所以采用媒体绕过技术，即真正的媒體流使用点对点传输，不经过FreeSWITCH，直接通过RTP的点对点传输。设置Bypass Media：在Profile中添加如下设置。

3 系统搭建与测试

3.1 安装

FreeSWITCH安装Linux Ubuntu14.04系统当中，终端则运行在同一网络下。准备一个支持SIP协议的摄像机并注册在FreeSWITCH上面。

本文软电话采用的是能运行于安卓系统下的Jitsi，电脑端可采用Microsip，注册过程类似，并调试双方为同一编码方式，本文采用H.264。注册检测，在FreeSWITCH上输出sofia status profile internal reg。

3.2 测试

摄像機以一个SIP客户端的方式注册到FreeSWITCH上，摄像机不会主动发起呼叫，我们用软电话呼叫摄像机时，摄像机会自动应答，就可以通过软电话观看摄像机了，本文测试中，摄像机的地址为192.168.1.216，软电话地址为192.168.1.17，FreeSWITCH的地址为192.168.1.21。

4 结语

本文基于FreeSWITCH软交换机设计了一种简单、高效的远程监控系统。该系统使用SIP协议进行信令交互，并结合RTP协议和终端设备的特点，实现了远程监控系统的基本功能。该系统与硬件系统相比，价格上更具优势，而性能上该系统的扩展性和维护性也具有较大优势。并且媒体绕过技术使得服务器具有高并发性，处理能力更加简洁高效。当然该系统只是基本达到了远程实时监控的功能，在监控控制，记录方面还需做进一步完善，使其更加符合监控系统的特点和要求。

参考文献：

[1]Rosenberg，J.Framework for Conferencing with the Session Initiation Protocol [S].IETF Internal Draft，2003.

[2]J.Rosenberg，H.Schulzrinne，et.al，SIP：Session Initiation Protocol[S]. IETF RFC3261，2002.

[3]DuJjinfang， ZhangLingkao， FreeSWITCH：The Definitive Guide， Beijing， China Machine Press， 2014.

[4]Yan Wei， Pan Aimin， Computer Network. BeiJing， Tsinghua University Press.

[5]Asterisk：Theroadtothe future， CHN2.0[EB/01].http//asterisker.cn.2010.

作者简介：贾夫松（1991-），男，汉族，山东泰安人，硕士，计算机网络；王希常（1964-），男，汉族，山东茌平县人，研究员，处长，九三学社社员，博士，计算机图像。