CN102215276A - 一种视频监控系统及媒体穿越网络地址转换设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频监控系统及媒体穿越NAT设备的方法，涉及网络媒体发送技术。本发明公开的方法包括：视频监控系统中建立会话的双方向对方发起有自身网络地址和端口信息的NAT穿越请求包，接收方解析该NAT穿越请求包，从中获取NAT请求设备的源网络地址和端口信息，通过NAT穿越响应包将所获取的NAT请求设备的源网络地址和端口信息反馈给NAT穿越请求包发起方，当NAT穿越请求包发起方根据NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网中，则周期性向对方发送NAT穿越包。本发明技术方案解决了监控前端到客户端之间各种情况下的媒体穿越NAT的问题。

Description

一种视频监控系统及媒体穿越网络地址转换设备的方法

技术领域

本发明涉及网络媒体发送技术，更具体地说，是一种视频监控系统及媒体穿越网络地址转换(NAT，Network Address Translation)设备的方法。

背景技术

网络监控系统通过内部互联网(Intranet)和国际互联网(Internet)实现媒体的传输从而进行远程的视频监控。用户无论身在何处，都可利用电脑或者电视登陆互联网接通远端的监控系统，实现实时图像和声音传输。视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合，例如公安局，银行，学校，医院，公路等。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有长足的发展。

Internet的迅速发展以及IPv4地址数量的限制使得NAT设备得到广泛应用。NAT设备允许处于同一NAT后的多台主机共享一个公网(一般处于NAT前的网络称为公网)IP地址。一个私网(一般处于NAT后的网络称为私网或内网)IP地址通过NAT设备与公网的其他主机通信。由私网内主机主动发起连接，数据包经过NAT地址转换后送给公网上的服务器，连接建立以后可双向传送数据，NAT设备允许私网内主机主动向公网内主机发送数据，但却禁止反方向的主动传递，在视频监控系统中，需要不同私网内的主机进行互联，穿越NAT的问题必须解决。

随着网络的发展，许多建筑物已经具备局域网和广域网，利用现有的公网和私网承载视频监控的系统可以让用户使用更为方便，成本也更低廉，从而媒体数据如何穿越公网和私网成为需要解决的问题。

现有的专利文献包括：专利申请号为CN200710195416.3的中国专利申请“基于视频监控的前端录像点播穿越NAT的方法”、专利号为CN200610021989的中国专利申请“基于UDP的流媒体穿越NAT设备的方法”及专利号为CN200810216944.7的中国专利申请“一种视频监控系统实现媒体穿越NAT的方法和系统”。

第CN200710195416.3号中国专利申请利用了流媒体服务器进行转发，第CN200810216944.7的中国专利申请介绍的方法是从客户端到监控前端直连的方式，扩展了RTSP信令从而实现媒体信令和媒体的穿越。第CN200610021989号中国专利同样也是媒体通过流媒体服务器的中转。

国外专利第WO2008003214号，“METHOD，DEVICE AND SYSTEM FOR MEDIA FLOW TRAVERSING NAT”，该专利介绍了一种媒体穿越NAT的系统和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何解决监控前端到客户端之间各种情况下的媒体穿越NAT的问题，故提供一种视频监控系统及媒体穿越NAT设备的方法。

为了解决上述问题，本发明公开了一种媒体穿越网络地址转换(NAT)设备的方法，包括：

在视频监控系统中建立会话的过程中，会话双方分别向对方发起携带有自身网络地址和端口信息的NAT穿越请求包，收到所述NAT穿越请求包的一方解析该NAT穿越请求包，从中获取NAT请求设备的源网络地址和端口信息，通过NAT穿越响应包将所获取的NAT请求设备的源网络地址和端口信息反馈给NAT穿越请求包发起方，当所述NAT穿越请求包发起方根据所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网中，则周期性向对方发送NAT穿越包。

较佳地，上述方法中，所述NAT穿越请求包发起方根据所述NAT穿越响应包中的网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网的过程如下：

所述NAT穿越请求包发起方将所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址与自身网络地址比较，将所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的端口与自身端口比较，至少一个比较结果为不同时，确定自身处于私网中。

较佳地，上述方法中，所述NAT穿越请求包发起方确定两个比较结果均为相同时，停止发送NAT穿越包。

较佳地，上述方法中，当所述NAT穿越请求包发起方连接发送NAT穿越请求包的次数达到设定值，且均未收到所述NAT穿越响应包时，停止发送所述NAT穿越请求包。

较佳地，上述方法中，所述NAT穿越请求包发起方还在所述NAT穿越请求包中携带所述会话的标识信息，收到该NAT穿越请求包的一方在所反馈的NAT穿越响应包中携带该会话的标识信息。

本发明还公开了一种视频监控系统，包括：

NAT穿越请求包发起方，在视频监控系统中建立会话的过程中，向该会话的对方发起携带有自身网络地址和端口信息的NAT穿越请求包，并根据收到的NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网时，周期性向该会话的对方发送NAT穿越包；

NAT穿越请求包接收方，解析该会话的对方发送的NAT穿越请求包，从中获取NAT请求设备的源网络地址和端口信息，通过NAT穿越响应包将所获取的NAT请求设备的源网络地址和端口信息反馈给NAT穿越请求包发起方。

较佳地，上述系统中，所述NAT穿越请求包发起方根据所述NAT穿越响应包中的网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网的过程如下：

所述NAT穿越请求包发起方将所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址与自身网络地址比较，将所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的端口与自身端口比较，至少一个比较结果为不同时，确定自身处于私网中。

较佳地，上述系统中，所述NAT穿越请求包发起方确定两个比较结果均为相同时，停止发送NAT穿越包。

较佳地，上述系统中，当所述NAT穿越请求包发起方连接发送NAT穿越请求包的次数达到设定值，且均未收到所述NAT穿越响应包时，停止发送所述NAT穿越请求包。

较佳地，上述系统中，所述NAT穿越请求包发起方还在所述NAT穿越请求包中携带所述会话的标识信息；

所述NAT穿越请求包接收方，在向所述NAT穿越请求包发起方反馈的NAT穿越响应包中携带该会话的标识信息。

与现有技术相比较，本发明技术方案在视频监控系统中，利用系统已有的设备以及业务平台，借助SIP及自定义NAT穿越包，实现了NAT的检测，并有效地解决了监控前端到客户端之间各种情况下的媒体穿越NAT的问题。

附图说明

图1是本实施例1中媒体穿越NAT的流程示意图；

图2是CU在私网PU在公网时，采用本发明技术方案穿越的流程图；

图3是CU在公网PU在私网时，采用本发明技术方案穿越的流程图；

图4是CU、PU在不同私网时，采用本发明技术方案穿越的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合，均在本发明的保护范围之内。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本案申请人发现，现有媒体穿越NAT的技术方案中，需要对客户端和监控前端进行配置，以确定各设备的位置，即各设备是处于公网还是私网，这样，在媒体穿越NAT时，才可根据设备的位置，选择相应的穿越方式。但这样的操作不仅繁琐，且系统发生更新(如增加或删除设备)时，需要再次进行配置。基于此发现，本案申请人考虑取消配置操作，而在建立会话的过程中，会话双方分别向对端发起包括有自身网络地址和端口信息的穿越请求包，而对于接收方而言，其收到的穿越请求包中的网络地址和端口信息为NAT请求设备的源网络地址和端口，只需将该NAT请求设备的源网络地址和端口反馈给发起方。发起方比较该NAT请求设备的源网络地址和端口和自身网络地址和端口，根据比较结果即可知该穿越请求包是否经过NAT设备转换，从而确定自身的位置(即确定自身是否处于私网中)，以进行后续的NAT穿越。这样，就准确地实现了NAT的检测，从而解决监控前端到客户端之间各种情况下的媒体穿越NAT的问题。

实施例1

基于上述思想，本实施例提供一种媒体穿越NAT设备的方法，该方法包括：

在视频监控系统中建立会话的过程中，会话双方分别向对方发起携带有自身网络地址和端口信息的NAT穿越请求包，收到NAT穿越请求包的一方解析该NAT穿越请求包，从中获取NAT请求设备的源网络地址和端口信息，通过NAT穿越响应包将所获取的NAT请求设备的源网络地址和端口信息反馈给NAT穿越请求包发起方，当NAT穿越请求包发起方根据NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网中，则周期性向对方发送NAT穿越包。

其中，NAT穿越请求包发起方根据NAT穿越响应包中的网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网的过程如下：

NAT穿越请求包发起方将NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址与自身网络地址比较，将NAT穿越响应包中的NAT请求设备的端口与自身端口比较；

当上述两个比较结果中，至少一个比较结果为不同时，NAT穿越请求包发起方确定自身处于私网中，进而周期性向对方发送NAT穿越包；

当这两个比较结果均为相同时，NAT穿越请求包发起方认为双方可能位于同一网络中，无需进行NAT穿越，故停止发送NAT穿越包，以节省带宽；

而当NAT穿越请求包发起方未收到NAT穿越响应包时，NAT穿越请求包发起方认为自身可能处于公网中，而对方位于私网中，故停止发送NAT穿越请求包。优选的方案中，NAT穿越请求包发起方连接发送NAT穿越请求包，若连接发送的次数达到设定值，且均未收到NAT穿越响应包，才停止发送NAT穿越请求包。

其中，上述会话双方为监控前端(Pre Unit，PU)和客户端(Client Unit，CU)。

下面，以具体流程来描述上述媒体穿越NAT设备的过程，该过程如图1所示，包括如下步骤：

步骤A、客户端与监控前端都注册到业务平台。

步骤B.在直连播放前，客户端从业务平台获取监控前端的被叫地址，信令端口号。

步骤C.客户端与监控前端通过信令协议，如RTSP(Real Time Streaming Protocol，实时流传输协议)以及SIP(Session Initiation Protocol，会话初始协议)，完成SDP(Session Description Protocol，会话描述协议)的协商，得到对方的IP和RTP(Real-time Transport Protocol，实时传送协议)/RTCP(RTP Control Protocol，RTP控制协议)端口以及会话ID、穿越包的URL(Uniform/Universal Resource Locator，统一资源定位符)。

步骤D.双方根据步骤C中得到的IP和端口发送NAT穿越请求包。

如果CU在NAT设备之后，PU在公网设备上，此时只能由CU主动发送NAT穿越包；而PU发送的NAT穿越包肯定无响应，在连续三次无响应之后，停止发送NAT穿越包。

如果PU在NAT设备之后，CU在公网设备上，此时只能由PU主动发送NAT穿越包；而CU发送的NAT穿越包肯定无响应，在连续三次无响应之后，停止发送NAT穿越包。

如果CU和PU在同一个网络下，CU和PU都可能发送NAT穿越包，CU和PU收到响应之后，判断请求和响应消息中的NAT穿越包中的IP地址和端口号一致，则停止发送NAT穿越包。

如果CU和PU处于不同的私网下，可以通过中转播放的方式解决视频监控的问题。CU和PU分别与SS进行NAT穿越。

步骤E.双方根据穿越的结果判断自己是否在私网内，如果是则周期性发送NAT穿越包，以保持NAT通道的通畅，否则停止发送NAT穿越包，以节省带宽。

本实施例中，NAT穿越包可完全采用文本格式，采用类RTSP的PLAY和RECORD格式，其中PLAY用于客户端发送NAT穿越包，具体格式定义如下。

表1为客户端的NAT穿越请求包的内容

表2为客户端的NAT穿越响应包的内容

表3为监控前端的NAT穿越请求包的内容

表4为监控前端的NAT穿越响应包的内容

在上述表格中：

NAT穿越请求包和NAT穿越响应包之间通过Session和CSeq进行配对，即NAT穿越请求包和其对应的NAT穿越响应包的Session与CSeq都是相同的。

其中，在客户端的NAT穿越请求包中local_addr＝10.6.10.102；local_port＝10000是指发送NAT请求包的本地IP地址和端口号；

在客户端的NAT穿越响应包中src_addr＝210.6.10.102；src_port＝10000是对端检测到的NAT请求设备的源IP地址和端口号(也就是NAT之后的IP地址和端口号)，local_addr＝210.6.10.101；local_port＝20000是本地接收RTP包的IP地址和端口号；

而RTCP的NAT穿越包和上面的类似，只是CSeq、type和port内容的值不同。

从上述表格即可看出，NAT穿越请求包发送方检测到local_addr等于src_addr并且local_port等于src_port时，可停止发送NAT穿越包，否则定时发送NAT穿越包。

NAT包中的URL和Session统一采用SDP协商中指定的URL和SessionID。

步骤F.PU向CU发送RTP/RTCP包，CU展示视频画面、播放声音并向PU回复RR(Receiver Report RTCP Packet，RTCP包接收响应)。

如果需要停止播放时，可继续下面的流程：

步骤G.客户端向监控前端发送停止监控请求。

步骤H.监控前端向客户端发送停止监控响应。

步骤I.监控前端停止向客户端发送媒体码流。

具体地，结合不同的应用场景分别说明上述媒体穿越NAT设备的过程。

在图2所示的应用场景中，客户端位于私网，监控前端和平台位于公网。此时，按照上述方法进行媒体穿越NAT设备的过程是：客户端通过平台与监控前端完成SIP信令的交互，得到对方的IP和RTP/RTCP端口以及会话ID、穿越包的URL等。客户端向监控前端发送类RTSP的PLAY穿越请求包，在其中填上自己的私网地址和端口，请求包经过NAT设备之后到达监控前端，监控前端解析该请求包从网络层得到客户端NAT之后的公网地址和端口，监控前端把该地址和端口填在响应包里发向NAT设备，NAT设备将其转发给客户端，客户端解析该响应包，判断两个地址是否相同以及两个端口是否相同。只要其中之一不同就说明客户端在私网，需要定期发送穿越请求包；否则不需继续发送。同时监控前端向客户端发送类RTSP的RECORD穿越请求包，由于客户端是私网地址无法在公网上路由，该请求包无法到达客户端从而得到响应，三次无响应监控前端停止发送穿越请求包。NAT穿越完成后，PU向NAT设备发送RTP/RTCP包，NAT设备将其转发给CU，CU回复RR包。后续流程为一般的挂断流程，不再赘述。

在图3所示的应用场景中，监控前端位于私网，客户端和平台位于公网。其流程和图2类似，不再赘述。

在图4所示的应用场景中，，监控前端和客户端位于不同私网，这时可以通过中转播放解决视频监控的问题。CU和PU分别与流媒体服务器(Streaming Server，SS)进行NAT穿越，其流程与CU和PU之间的穿越类似，不再赘述。

如果CU和PU在同一个网络(私网或公网)下，CU和PU都可能发送NAT穿越包，CU和PU收到响应之后，判断请求和响应消息中的NAT穿越包中的IP地址和端口号一致，则停止发送NAT穿越包。

实施例2

本实施例介绍一种视频监控系统，可实现实施例1和2中所提出的媒体穿越NAT设备的过程。该系统至少包括：

NAT穿越请求包发起方，在视频监控系统中建立会话的过程中，向该会话的对方发起携带有自身网络地址和端口信息的NAT穿越请求包，并根据收到的NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网时，周期性向该会话的对方发送NAT穿越包。其中，会话双方为监控前端(Pre Unit，PU)和客户端(Client Unit，CU)。监控前端，连接有摄像头，对摄像头输入的视频数据编码，发送至网络。客户端，接收媒体码流，解码，显示图像，可以为终端设备，也可以为运行在电脑上的客户端程序。

具体地，本实施例中，NAT穿越请求包发起方将NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址与自身网络地址比较，将NAT穿越响应包中的NAT请求设备的端口与自身端口比较，至少一个比较结果为不同时，确定自身处于私网中，此时，周期性向该会话的对方发送NAT穿越包。当两个比较结果均为相同时，NAT穿越请求包发起方则停止向对方发送NAT穿越包。

NAT穿越请求包接收方，解析该会话的对方发送的NAT穿越请求包，从中获取NAT请求设备的源网络地址和端口信息，通过NAT穿越响应包将所获取的NAT请求设备的源网络地址和端口信息反馈给NAT穿越请求包发起方。

上述，NAT穿越请求包发起方在所述NAT穿越请求包中携带所述会话的标识信息，相应地，NAT穿越请求包接收方在NAT穿越响应包中也携带该会话的标识信息。这样，双方即可知道所收到的包即为该会话的对方发送的。

还有一些优选方案中，NAT穿越请求包发起方连接发送NAT穿越请求包的次数达到设定值，且均未收到所述NAT穿越响应包时，也停止发送NAT穿越请求包，以节省带宽。

其他具体细节，如NAT穿越请求包以及NAT穿越响应包的具体格式等，可参见上述实施例1中的内容，在此不赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种媒体穿越网络地址转换(NAT)设备的方法，其特征在于，该方法包括：

在视频监控系统中建立会话的过程中，会话双方分别向对方发起携带有自身网络地址和端口信息的NAT穿越请求包，收到所述NAT穿越请求包的一方解析该NAT穿越请求包，从中获取NAT请求设备的源网络地址和端口信息，通过NAT穿越响应包将所获取的NAT请求设备的源网络地址和端口信息反馈给NAT穿越请求包发起方，当所述NAT穿越请求包发起方根据所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网中，则周期性向对方发送NAT穿越包。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述NAT穿越请求包发起方根据所述NAT穿越响应包中的网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网的过程如下：

所述NAT穿越请求包发起方将所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址与自身网络地址比较，将所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的端口与自身端口比较，至少一个比较结果为不同时，确定自身处于私网中。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述NAT穿越请求包发起方确定两个比较结果均为相同时，停止发送NAT穿越包。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，

当所述NAT穿越请求包发起方连接发送NAT穿越请求包的次数达到设定值，且均未收到所述NAT穿越响应包时，停止发送所述NAT穿越请求包。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述NAT穿越请求包发起方还在所述NAT穿越请求包中携带所述会话的标识信息，收到该NAT穿越请求包的一方在所反馈的NAT穿越响应包中携带该会话的标识信息。

6.一种视频监控系统，其特征在于，该系统包括：

NAT穿越请求包发起方，在视频监控系统中建立会话的过程中，向该会话的对方发起携带有自身网络地址和端口信息的NAT穿越请求包，并根据收到的NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网时，周期性向该会话的对方发送NAT穿越包；

NAT穿越请求包接收方，解析该会话的对方发送的NAT穿越请求包，从中获取NAT请求设备的源网络地址和端口信息，通过NAT穿越响应包将所获取的NAT请求设备的源网络地址和端口信息反馈给NAT穿越请求包发起方。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述NAT穿越请求包发起方根据所述NAT穿越响应包中的网络地址和端口与自身网络地址和端口信息的比较结果，确定自身处于私网的过程如下：

所述NAT穿越请求包发起方将所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的源网络地址与自身网络地址比较，将所述NAT穿越响应包中的NAT请求设备的端口与自身端口比较，至少一个比较结果为不同时，确定自身处于私网中。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述NAT穿越请求包发起方确定两个比较结果均为相同时，停止发送NAT穿越包。

9.如权利要求6至8任一项所述的系统，其特征在于，

当所述NAT穿越请求包发起方连接发送NAT穿越请求包的次数达到设定值，且均未收到所述NAT穿越响应包时，停止发送所述NAT穿越请求包。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，

所述NAT穿越请求包发起方还在所述NAT穿越请求包中携带所述会话的标识信息；

所述NAT穿越请求包接收方，在向所述NAT穿越请求包发起方反馈的NAT穿越响应包中携带该会话的标识信息。

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