node.js實現國標GB28181設備接入的sip服務器解決方案

方案背景

在介紹GB28181接入服務器的方案前，我們先大概給你們介紹一下爲何咱們選擇了用nodejs開發國標GB28181的服務，我大概給不少人介紹過這個方案，大部分都爲之虎軀一震，nodejs在傳統行業的人事看來，就是主要作網站、作業務的，不是作流媒體的，這個其實都是誤解，nodejs大部分時候都是很是給力的，並且下降了開發成本和維護成本，當您感到質疑的時候，不妨先看一下我以前的一篇博客《對EasyDarwin開源項目後續發展的思考：站在巨人的肩膀上再跳上另外一個更高的肩膀》node

GB28181接入服務器是EasyDSS雲平臺提供的接入GB28181設備/平臺的信令交互服務器，GB28181將 SIP定位爲聯網系統的主要信令基礎協議，並利用 SIP協議的有關擴展，實現了對非會話業務的兼顧，例如，對報警業務、歷史視音頻回放、下載等的支持。目前有GB28181-2011和 GB28181-2016兩個版本。
GB28181接入服務器對接入系統的GB28181設備的管理，所有經過一個20位的設備ID號來管理；以SIP協議爲載體，以REGISTER、INVITE、MESSAGE等命令實現與28181設備和GB28181流媒體服務器的交互。linux

隨着node.js社區的不斷壯大，藉助其強大的事件驅動和IO併發能力，已經衍生出了不少很強大的模塊（包），實現各類各樣的功能，使得服務端程序開發變得很是容易，習慣了 C/C++編程的程序員絕對會感到十分驚訝，由於竟然有一種語言開發能夠如此高效且簡單（PS: 我也就剛學習一個月node.js而已- –！）；而本文將要講解的是一種經過node.js實現接入國標設備以及平臺的sip信令服務器的方案。程序員

準備工做

首先，下載node.js並安裝，windows，linux平臺均支持; 最好有一個比較強大的JS編輯器或者IDE，我推薦一個十分強大且輕量級的IDE兼編輯神器Visual Studio Code。
而後，熟悉npm管理工具的命令，經過npm安裝各個須要依賴的node.js模塊，其中最重要的sip模塊，經過以下命令安裝：redis

npm install sip

node.js擁有強大的包管理工具，能夠經過以下命令搜索咱們可能須要的node.js模塊：npm

npm search xxx

以下圖所示：

其餘node.js相關學習你們感興趣能夠在網上找到十分豐富的資料，好比推薦一本比較好書《深刻淺出node.js》, 固然最好的建議是：看個毛線的書，老夫都是直接擼代碼！編程

國標接入流程

1 接受下級的註冊和註銷
首先，咱們須要創建一個sip服務來檢測和接受下級設備或者平臺的註冊命令的處理，以下代碼所示：json

sip.start(option, async request => {
            switch (request.method)
            {
                case common.SIP_REGISTER:
                    this.emit('register', request);  
                    break;
                case common.SIP_MESSAGE:
                    this.emit('message', request);  
                    break;
                case common.SIP_INVITE:
                    this.emit('invite', request);
                    break;
                case common.SIP_ACK:
                    this.emit('ack', request);
                    break;
                case common.SIP_BYE:
                    this.emit('bye', request);
                    break;
                default:
                    console.log('unsupported: ' + request.method);
                    break;
            }
        });

而後，sip服務接收設備端註冊請求，回調函數中進行處理：windows

case common.SIP_REGISTER:
                    try {
                        const username = sip.parseUri(request.headers.to.uri).user;
                        const userinfo = config.userinfos[username];
                        const session = { realm: config.server.realm };

                        if (!userinfo) 
                        {
                            sip.send(digest.challenge(session, sip.makeResponse(request, 401, common.messages[401])));
                            this.session_.set(username,session);
                            return;
                        }
                        else 
                        {
                            if(!this.session_.has(username)){
                                this.session_.set(username,session);
                            }
                            userinfo.session = userinfo.session || this.session_.get(username);
                            if (!digest.authenticateRequest(userinfo.session, request, { user: username, password: userinfo.password })) 
                            {
                                sip.send(digest.challenge(userinfo.session, sip.makeResponse(request, 401, common.messages[401])));
                                this.session_.set(username,userinfo.session);

                                return;
                            } else 
                            {

                                this.session_.delete(username);
                                if(request.headers.expires === '0'){
                                    this.emit('unregister', request);
                                }
                                else{
                                    this.emit('register', request);
                                }
                                let response = sip.makeResponse(request, 200, common.messages[200]);
                                sip.send(response);
                            }
                        }
                    } catch (e) {
                        //輸出到控制檯
                        console.log(e);
                    }
                    break;

如上代碼所示，根據國標gb28181標準處理邏輯以下:
1) SIP 代理向SIP 服務器發送REGISTER 請求，請求中未包含Authorization 字段；SIP 服務器向SIP 代理髮送響應401，並在響應的消息頭WWW_Authenticate 字段中給
出適合SIP 代理的認證體制和參數；
2) SIP 代理從新向SIP 服務器發送REGISTER 請求，在請求的Authorization 字段給出信任書，包含認證信息；SIP 服務器對請求進行驗證，若是檢查出SIP 代理身份合法，向SIP 代理髮送成功響應200 OK ，若是身份不合法則發送拒絕服務應答。
值得注意的是，有些國標設備接入並不遵循以上註冊邏輯，這種多見於老舊的國標設備或者平臺，其註冊甚至都不會攜帶認證信息，而是經過雙向註冊完成驗證。安全

2 查詢設備目錄列表信息
根據國標協議標準，查詢設備目錄，
MESSAGE消息頭Content-type頭域爲Content-type: Application/MANSCDP+xml
查詢命令採用MANSCDP協議格式定義，詳細國標協議文檔。
查詢請求命令應包括命令類型（CmdType）、命令序列號(SN)、設備編碼（DeviceID），採用RFC 3428 的MESSAGE 方法的消息體攜帶。相關設備在收到MESSAGE消息後，應當即返回應答，應答均無消息體；一個查詢目錄XML以下示例：服務器

<?xml version="1.0"?>
<Query> 
    <SN>1</SN> 
    <DeviceID>64010000001110000001</DeviceID> 
</Query>

查詢目錄函數GetCatalog函數以下代碼所示：

async getCatalog(serial) {
        const device = await devices.getDevice(serial);
        if (common.isEmpty(device)) {
            return {};
        }  
        const json = {
            Query: {
                CmdType: common.CMD_CATALOG,
                SN: common.sn(),
                DeviceID: serial
            }
        };

        const builder = new xml2js.Builder();
        const content = builder.buildObject(json);

        const options = {
            method: common.SIP_MESSAGE,
            serial: serial,
            contentType: common.CONTENT_MANSCDP,
            content: content,
            host: device.host,
            port: device.port,
            callId: common.callId(),
            fromTag: common.tag()
        };

        const response = await uas.send(options);
        if (common.isEmpty(response)) {
            return {};
        } else {
        }
    }

查詢設備目錄應答」MESSAGE」方法消息，回調函數處理以下：

uas.on('message', async ctx => {
            const request = ctx.request;
            if (request.content.length === 0) {
                return;
            }
            const vias = request.headers.via;
            const via = vias[0];
            const json = await this.parseXml(request.content);
            if(json.hasOwnProperty(common.TYPE_RESPONSE)) { //Response
                switch (json.Response.CmdType) {
                    case common.CMD_CATALOG:
                        ctx.send(200);
                        if (request.headers['content-length'] === 0) {
                            return ;
                        }
                        let items = json.Response.DeviceList.Item;
                        let allCount = json.Response.SumNum;
                        let itemCount = json.Response.DeviceList.$.Num;
                        let channels = [];
                        let deviceInfo = {
                            host: via.params.received,
                            port: via.params.rport,
                            count: 0,
                            channels: []
                        };
                        if(devices.hasDevice(json.Response.DeviceID)){
                            deviceInfo = devices.getDevice(json.Response.DeviceID);
                            channels = deviceInfo.channels;
                        }
                        else{
                            return ;
                        }
                        deviceInfo.count = allCount;
                        let id = channels.length;                               
                        if(itemCount>1) {
                            for (let item of items) {
                                id = channels.length;
                                try {
                                    let channel = {
                                        channel: id,
                                        type: 1,
                                        name: item.Name,
                                        serial: item.DeviceID,
                                        status: item.Status==='ON'?1:0,
                                        ability: '10000000',
                                        snapurl: '',
                                        model: item.Model,//設備型號
                                        brand: 2,
                                        version: 'v1.0'
                                    };

                                    if(channels.length>0){
                                        for(let ch of channels){
                                            if(ch.serial === item.DeviceID){
                                                id = ch.channel-1;
                                                break;
                                            }
                                        }
                                    }
                                    channel.channel = id+1;
                                    channels[id] = channel;                                  
                                } catch (e) {

                                }
                            }
                        }
                        else {
                            try {
                                const channel = {
                                    channel: id,
                                    type: 1,
                                    name: items.Name,
                                    serial: items.DeviceID,
                                    status: items.Status==='ON'?1:0,
                                    ability: '10000000',
                                    snapurl: '',
                                    model: items.Model,//設備型號
                                    brand: 2,
                                    version: 'v1.0'
                                };
                                if(channels.length>0){
                                    for(let ch of channels){
                                        if(ch.serial === items.DeviceID){
                                            id = ch.channel-1;
                                            break;
                                        }
                                    }
                                }
                                channel.channel = id+1;
                                channels[id] = channel; 
                            } catch (e) {
                            }
                        }
                        deviceInfo.channels = channels;
                        devices.addDevice(json.Response.DeviceID, deviceInfo);
                       //TODO: Add device to redis
                        {
                            try {
                                const infoString = {
                                    host: deviceInfo.host,
                                    port: deviceInfo.port,
                                    serial: json.Response.DeviceID,
                                    type: 2,//1=攝像機 2=NVR
                                    count: deviceInfo.count,
                                    channels: deviceInfo.channels                      
                                };
                                let info = infoString;
                                info.serverId = common.serial;

                                await redis.set(`${common.DEVICE}:${json.Response.DeviceID}`, JSON.stringify(info), 'EX', common.DEVICE_EXPIRE);
                            } catch (e) {
                                console.log(e);
                            }
                        }
                        //info.channels = channels; 
                        break;
                    default:
                        break;
                }
            }
            ctx.send(200);
        });

須要注意幾點：
(1) 在公網應用時，設備註冊上來的sip信令交互中填寫的IP和端口頗有多是內網的端口，而實際的傳輸IP和端口經過via的param中獲取:host: via.params.received, port: via.params.rport;
(2) 設備目錄查詢時，若是攝像機個數比較多，則可能分屢次回調Response，這時候須要作相應處理，如上代碼所示；

3 實時流媒體點播
實時流媒體點播即拉流，gb28181協議定義的拉流邏輯以下圖所示：

從上圖咱們能夠看出，拉流邏輯須要經過一個流媒體服務器進行中轉，因此拉流邏輯須要流媒體服務器的配合才能完成，因此，完整的拉流邏輯我會在另外一篇博客《node.js實現國標GB28181流媒體點播服務解決方案》中進行詳細講解。

4 設備控制
源設備向目標設備發送設備控制命令，控制命令的類型包括球機/雲臺控制、遠程啓動、錄像控制、
報警佈防/撤防、報警復位等，設備控制採用RFC 3428中的MESSAGE方法實現。源設備包括SIP客戶端，目標設備包括SIP設備或者網關。源設備向目標設備發送球機/雲臺控制命令、遠程啓動命令後，目標設備不發送應答命令。（摘錄自《GB+28181國家標準《安全防範視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》》）
本文主要講解雲臺控制的流程實現，其餘設備控制命令相似。
一個雲臺控制XML消息體示例：

<?xml version="1.0"?> <Control> 
<CmdType>DeviceControl</CmdType> 
<SN>11</SN> 
<DeviceID>64010000041310000345</DeviceID> 
<PTZCmd>A50F4D1000001021</PTZCmd> 
<Info> 
<ControlPriority>5</ControlPriority> 
</Info> 
</Control>

從上消息體中，咱們能夠看出主要須要填寫的字段就是PTZCmd這個8個字節的頭緩衝區。
詳細解釋以下：（內容摘錄自《GB+28181國家標準《安全防範視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》》）
（1）表L.1 指令格式

字節	字節1	字節2	字節3	字節4	字節5	字節6	字節7	字節8
含義	A5H	組合碼1	地址	指令	數據1	數據2	組合碼2	校驗碼

各字節定義以下：字節1：指令的首字節爲A5H；字節2：組合碼1，高4位是版本信息，低4位是校驗位。本標準的版本號是1.0，版本信息爲0H；校驗位=（字節1的高4位+字節1的低4位+字節2的高4位）%16；字節3：地址的低8位；字節4：指令碼；字節五、6：數據1和數據2；字節7：組合碼2，高4位是數據3，低4位是地址的高4位；在後續敘述中，沒有特別指明的高4位，表示該4位與所指定的功能無關；字節8：校驗碼，爲前面的第1—7字節的算術和的低8位，即算術和對256取模後的結果；字節8=（字節1+字節2+字節3+字節4+字節5+字節6+字節7）%256。地址範圍000H—FFFH（即0—4095），其中000H地址做爲廣播地址。
（2）L.2 PTZ 指令
PTZ指令見表L.2。表L.2 PTZ 指令由慢到快爲00H-FFH。注4：字節7的高4位爲變焦速度，速度範圍由慢到快爲0H-FH；低4位爲地址的高4位。

字節	位

·	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0
字節4	0	0	鏡頭變倍（Zoom）	鏡頭變倍（Zoom）	雲臺垂直方向控制（Tilt）	雲臺垂直方向控制（Tilt）	雲臺水平方向控制	（Pan）
			縮小（OUT）	放大（IN）	上（Up）	下（Down）	左（Left）	右（Right）

字節5	水平控制速度相對值

字節6	垂直控制速度相對值

字節7	變倍控制速度相對值	地址高4 位

注1：字節4 中的 Bit五、Bit4 分別控制鏡頭變倍的縮小和放大，字節4 中的B it三、Bit二、B it一、Bit0位分別控制雲臺上、下、左、右方向的轉動，相應Bit 位置1 時，啓動雲臺向相應方向轉動，相應Bit位清0 時，中止雲臺相應方向的轉動。雲臺的轉動方向以監視器顯示圖像的移動方向爲準。注2：Bit5 和Bit4 不該同時爲1，Bit3 和Bit2 不該同時爲1；Bit1 和Bit0 不該同時爲1。鏡頭變倍指令、雲臺上下指令、雲臺左右指令三者能夠組合。注3 ：字節5 控制水平方向速度，速度範圍由慢到快爲00H-FFH；字節6 控制垂直方向速度，速度範圍

PTZ指令舉例見表L.3。
表L.3 PTZ 指令舉例

序號	字節4	字節5	字節6	字節7高4位	功能描述
1	20H	XX	XX	0H-FH	鏡頭以字節7 高4 位的數值變倍縮小
2	10H	XX	XX	0H-FH	鏡頭以字節7 高4 位的數值變倍放大
3	08H	00H-FFH	XX	X	雲臺以字節6 給出的速度值向上方向運動
4	04H	00H-FFH	XX	X	雲臺以字節6 給出的速度值向下方向運動
5	02H	XX	00H-FFH	X	雲臺以字節5 給出的速度值向左方向運動
6	01H	XX	00H-FFH	X	雲臺以字節5 給出的速度值向右方向運動
7	00H	XX	XX	X	PTZ 的全部操做均中止
8	29H	00H-FFH	00H-FFH	0H-FH	這是一個PTZ 組合指令的示例：雲臺以字節5 給出的速度值向右方向運動，同時以字節6給出的速度值向上方向運動，其實是斜向右上方向運行；與此同時，鏡頭以字節7 高4 位的數值變倍縮小

經過以上國標協議的詳細詮釋，咱們得以實現雲臺控制的命令封裝，請求函數以下：

async ptzControl(serial, code, callId, command, speed){
        const devices = require('gateway/devices');
        const device = await devices.getDevice(serial);
        if (common.isEmpty(device)) {
            return {};
        }
        //define PTZCmd header 8字節
        let cmd = Buffer.alloc(8);
        cmd[0] = 0xA5;//首字節以05H開頭
        cmd[1] = 0x0F;//組合碼，高4位爲版本信息v1.0,版本信息0H，低四位爲校驗碼
                      // 校驗碼 = (cmd[0]的高4位+cmd[0]的低4位+cmd[1]的高4位)%16
        cmd[2] = 0x01;//地址的低8位？？？什麼地址，地址範圍000h ~ FFFh(0~4095),其中000h爲廣播地址
        cmd[3] = common.ptzCMD[command];    //指令碼
        let ptzSpeed = parseInt(speed);
        if(ptzSpeed>0xff)
            ptzSpeed = 0xff;
        cmd[4] = ptzSpeed;       //數據1,水平控制速度、聚焦速度
        cmd[5] = ptzSpeed;       //數據2，垂直控制速度、光圈速度
        cmd[6] = 0x00;           //高4位爲數據3=變倍控制速度，低4位爲地址高4位
        if(command === 9||command === 10){
            let zoomSpeed = speed;
            if(zoomSpeed > 0x0F){
                zoomSpeed = 0x0F;
            }
            cmd[6] = zoomSpeed<<4|0;
        }
        else if(command === 16||command === 17||command === 18) {
            //16: 0x81, //設置預置位
            //17: 0x82, //調用預置位
            //18: 0x83 //刪除預置位 
        }
        cmd[7] = (cmd[0]+cmd[1]+cmd[2]+cmd[3]+cmd[4]+cmd[5]+cmd[6])%256;
        var cmdString = common.Bytes2HexString(cmd);
        //generate XML
        const xmlJson = {
            Control: {
                CmdType: 'DeviceControl',
                SN: command,
                DeviceID: code,
                PTZCmd: cmdString,//'A50F000800C80084'//cmdString,

                Info: {
                    ControlPriority: 5
                }
            }
        };

        const builder = new xml2js.Builder();  // JSON->xml
        //var parser = new xml2js.Parser(); //xml -> json
        const xml =  builder.buildObject(xmlJson);
        console.log('xml = '+xml);

        const options = {
            method: common.SIP_MESSAGE,
            serial: serial,
            contentType: common.CONTENT_MANSCDP,
            content: xml,
            host: device.host,
            port: device.port,
            callId: callId,
            fromTag: common.tag()
        };

        const response = await uas.send(options);
        // if (response.status === 200) {
        // await uas.sendAck(response);
        // }

        return response;          
    }

注意：本文中所涉及的GB28181協議最低兼容GB28181協議2011版本，向上兼容2016版本。

獲取更多信息

郵件：support@easydarwin.org

WEB：www.EasyDarwin.org

流媒體技術交流QQ羣：538316953