基于云計(jì)算的全球眼視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：近年來(lái)，新疆為響應(yīng)全國(guó)“平安城市建設(shè)”的號(hào)召，在全疆范圍內(nèi)開(kāi)展了“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，它是一項(xiàng)基于寬帶網(wǎng)的圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控、傳輸、存儲(chǔ)、管理的業(yè)務(wù)，將分散、獨(dú)立的圖像采集點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理及資源共享。面對(duì)海量的視頻數(shù)據(jù)，本文采用先進(jìn)的云存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，并通過(guò)彈性云計(jì)算平臺(tái)對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

關(guān)鍵詞：全球眼；云計(jì)算；彈性云計(jì)算平臺(tái)；視頻智能分析

中圖分類號(hào)：TP393.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 20-0000-03

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展、人口流動(dòng)日益頻繁，人們的安全意識(shí)逐步加深，社會(huì)治安的監(jiān)控與保障手段也在日漸更新與進(jìn)步。繼政府部門提出“構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)”后，公安部相應(yīng)的開(kāi)展了一系列科技強(qiáng)警示范城市建設(shè)工程，全面推動(dòng)全國(guó)平安城市的建設(shè)工作新疆地區(qū)也在“平安城市”建設(shè)中計(jì)劃在五年內(nèi)投入53 億元建成城市公共安全領(lǐng)域，圖像信息系統(tǒng)，監(jiān)控探頭達(dá)到30萬(wàn)個(gè)，市、區(qū)（縣）兩級(jí)政府建成城市綜合管理中心74個(gè)。全疆中小城市也在城市治安視頻監(jiān)控中投入大量的人力、物力，并取得了相應(yīng)的效果。

“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，在這里采用先進(jìn)的云存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，并通過(guò)彈性云計(jì)算平臺(tái)對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。云計(jì)算是一種商業(yè)計(jì)算模型。它將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)[2]。它具有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴(kuò)展性、極其廉價(jià)、按需服務(wù)等特點(diǎn)[3]。我公司負(fù)責(zé)的基于云計(jì)算的全球眼平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目獲得“2011年自治區(qū)電子基金”自助，項(xiàng)目號(hào)為：新財(cái)建【2011】327號(hào)。

1 基于云計(jì)算的全球眼視頻監(jiān)控系統(tǒng)的分析

全球眼業(yè)務(wù)是基于IP技術(shù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，前端的監(jiān)控畫面利用網(wǎng)絡(luò)被傳送到后端的平臺(tái)上面。系統(tǒng)就是由前端的監(jiān)控設(shè)備和后端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心組成，在本系統(tǒng)中，前端設(shè)備主要采用IP網(wǎng)絡(luò)型的監(jiān)控設(shè)備，計(jì)算機(jī)中心的平臺(tái)則采用云計(jì)算技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是本項(xiàng)目的研究重點(diǎn)。

1.1 云計(jì)算在全球眼系統(tǒng)中應(yīng)用的必要性

云計(jì)算是一個(gè)為用戶提供可配置的、共享基礎(chǔ)資源的計(jì)算模型，它使得用戶能夠在云服務(wù)提供商很少參與的情況下，方便、實(shí)時(shí)地訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、計(jì)算等資源[4]。全球眼系統(tǒng)提供的是典型的高計(jì)算、高存儲(chǔ)應(yīng)用，將云計(jì)算技術(shù)引入全球眼系統(tǒng)可以提升多方面的性能。

（1）全球眼項(xiàng)目是面向全疆的安防項(xiàng)目，在各縣市要設(shè)置三級(jí)平臺(tái)，區(qū)州設(shè)置二級(jí)平臺(tái)，自治區(qū)為一級(jí)平臺(tái)，面對(duì)這么大的范圍和海量數(shù)據(jù)，我們必須統(tǒng)一管理與分配資源，而云計(jì)算技術(shù)恰能解決海量存儲(chǔ)和平臺(tái)統(tǒng)一管理問(wèn)題。

（2）全球眼系統(tǒng)在初期進(jìn)行配置時(shí)，考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)容問(wèn)題，并且為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行一般都按照峰值進(jìn)行配置，這樣很多資源大部分時(shí)間會(huì)被浪費(fèi)，引入云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)后端系統(tǒng)平臺(tái)資源池化，提高設(shè)備利用率。

（3）全球眼系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行智能數(shù)據(jù)分析，從而衍生出多種應(yīng)用，但對(duì)大量數(shù)據(jù)的智能分析需要大量的計(jì)算資源，這對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)是一個(gè)難題，傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法綜合利用計(jì)算資源，而引入云計(jì)算技術(shù)可以解決這個(gè)棘手的問(wèn)題。

1.2 對(duì)傳統(tǒng)全球眼系統(tǒng)需要做出的改造

引入云計(jì)算技術(shù)到全球眼系統(tǒng)中，必須對(duì)原有的全球眼系統(tǒng)做出相應(yīng)的改造。主要從三個(gè)方面進(jìn)行改造工作。

（1）整合系統(tǒng)的計(jì)算資源

原有的全球眼系統(tǒng)中，計(jì)算資源的配置考慮了擴(kuò)容性，并且每個(gè)計(jì)算資源配置都是根據(jù)峰值情況獨(dú)立進(jìn)行的，在計(jì)算需求量非峰值情況下，很多資源處于空置狀態(tài)。利用云計(jì)算基礎(chǔ)管理平臺(tái)把這些資源進(jìn)行整合，從而能夠進(jìn)行統(tǒng)一管理和分配計(jì)算資源。

（2）提供智能分析應(yīng)用

原有全球眼系統(tǒng)在計(jì)算能力方面非常薄弱，很多智能分析不能得到應(yīng)用，引入云計(jì)算后，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多種智能分析，比如人臉識(shí)別、行為識(shí)別、丟失探測(cè)等應(yīng)用。多個(gè)分析可以在不同的計(jì)算機(jī)間記性統(tǒng)一調(diào)配計(jì)算資源。

（3）采用Saas模式面向公眾服務(wù)

原有的全球眼系統(tǒng)主要面向政企客戶服務(wù)，個(gè)人及家庭很難享受到這種公共服務(wù)，而隨著科技的發(fā)展，個(gè)人及家庭的電子產(chǎn)品及計(jì)算機(jī)普及率已經(jīng)很高，完全具備享受這種公共服務(wù)的基礎(chǔ)條件，通過(guò)與計(jì)算虛擬技術(shù)，全球眼系統(tǒng)可以向不同的用戶提供定制服務(wù)，以SaaS的模式進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。

2 基于云計(jì)算的全球眼視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 基于云計(jì)算的全球眼平臺(tái)架構(gòu)

本監(jiān)控系統(tǒng)由系統(tǒng)平臺(tái)、前端圖像采集系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心/分控中心四部分組成。前端的監(jiān)控設(shè)備采用IP型的攝像頭，可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像信息。這些實(shí)時(shí)圖像被傳輸?shù)胶蠖似脚_(tái)后，進(jìn)入到云存儲(chǔ)，并且進(jìn)行智能分析。用戶可以通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)手段登陸平臺(tái)實(shí)時(shí)查看信息，實(shí)現(xiàn)多種智能應(yīng)用。本項(xiàng)目著重研發(fā)基于云計(jì)算高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)后端平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方式。

圖1.基于云計(jì)算的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 前端圖像采集系統(tǒng)

前端圖像采集系統(tǒng)主要由高清攝像頭，視頻編碼器等組成，系統(tǒng)為每一個(gè)編碼器、IP攝像頭分配一個(gè)帶寬足夠的接入網(wǎng)鏈路，通過(guò)接入網(wǎng)與云存儲(chǔ)系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)的視頻圖像就可以很方便地保存到云存儲(chǔ)中。

圖2.前端采集系統(tǒng)構(gòu)成

2.3 云存儲(chǔ)平臺(tái)

參考網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的云狀結(jié)構(gòu)建設(shè)一個(gè)云狀的存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備之間互相連接、實(shí)現(xiàn)資源共享，并通過(guò)軟件應(yīng)用平臺(tái)，對(duì)用戶提供的存儲(chǔ)服務(wù)。

圖3.云存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

云存儲(chǔ)的核心是應(yīng)用軟件與存儲(chǔ)設(shè)備相結(jié)合，通過(guò)應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備向存儲(chǔ)服務(wù)的轉(zhuǎn)變[5]。傳統(tǒng)存儲(chǔ)僅僅是一個(gè)硬件的概念，存儲(chǔ)需求受硬件條件的嚴(yán)格控制，而云存儲(chǔ)則不同，它不僅僅是一個(gè)硬件，而是可以靈活分配存儲(chǔ)資源的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)平臺(tái)，可以通過(guò)安裝在其上的統(tǒng)一的存儲(chǔ)設(shè)備管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯虛擬化、集中管理等存儲(chǔ)設(shè)備管理功能。云存儲(chǔ)就是一個(gè)大的資源池，各用戶所需的資源可以通過(guò)云軟件來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，對(duì)外部提供統(tǒng)一的存儲(chǔ)平臺(tái)。在本系統(tǒng)中云存儲(chǔ)平臺(tái)由存儲(chǔ)層和基礎(chǔ)管理層兩部分組成。

（1）存儲(chǔ)層

存儲(chǔ)層是云存儲(chǔ)的硬件基礎(chǔ)部分，本系統(tǒng)中采用了NAS（network attached storage）和DAS（disk attached storage）混合的方式，既可以保證速度也可以降低硬件設(shè)備的投入，分布在不同分布在不同區(qū)域的云存儲(chǔ)中的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者FC光纖通道網(wǎng)絡(luò)連接在一起。

云存儲(chǔ)設(shè)備的核心是有云存儲(chǔ)控制服務(wù)器和后端存儲(chǔ)設(shè)備兩大部分組成的。

云存儲(chǔ)控制器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)元數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)的管理和索引，提供超大容量管理，實(shí)現(xiàn)后端存儲(chǔ)設(shè)備的高性能并發(fā)訪問(wèn)和數(shù)據(jù)冗余等功能。云存儲(chǔ)控制服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理平臺(tái)，管理員可以在其中監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行情況、管理系統(tǒng)中永華和各項(xiàng)策略等[6]。

存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)采用高性能應(yīng)用存儲(chǔ)設(shè)備，可內(nèi)嵌云存儲(chǔ)系統(tǒng)訪問(wèn)協(xié)議包、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)認(rèn)證許可等。設(shè)備采用高密度磁盤陣列設(shè)備，每套設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入到云存儲(chǔ)系統(tǒng)中，進(jìn)入云存儲(chǔ)存儲(chǔ)池后進(jìn)行分配。對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可實(shí)現(xiàn)多副本、多物理設(shè)備分別保存，當(dāng)容量或帶寬需要擴(kuò)展時(shí)，通過(guò)增加存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)張，在系統(tǒng)運(yùn)行中進(jìn)行在線的容量和性能增加。

（2）基礎(chǔ)管理層

基礎(chǔ)管理層是云存儲(chǔ)的大腦部分，它負(fù)責(zé)云存儲(chǔ)系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配和統(tǒng)一管理，是最難實(shí)現(xiàn)的部分，在本系統(tǒng)的搭建過(guò)程中，我們對(duì)現(xiàn)有幾種云基礎(chǔ)管理平臺(tái)進(jìn)行了比較。

在本系統(tǒng)中，我們通過(guò)與全球領(lǐng)先的云計(jì)算服務(wù)提供商-加拿大Enomaly （拏云軟件）公司合作成立了云計(jì)算研發(fā)中心，在基礎(chǔ)管理層，采用了Enomaly Enomaly ECP（Elastic computing platform 彈性計(jì)算平臺(tái)）。

圖4.Enomaly ECP軟件架構(gòu)

Enomaly ECP它能夠?qū)⒍鄠€(gè)物理計(jì)算節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)虛擬計(jì)算資源集群進(jìn)行管理，其配置規(guī)則可以保證每個(gè)虛擬應(yīng)用程序組件都活得最佳的資源配置，部署到最為合適的物理節(jié)點(diǎn)和虛擬服務(wù)器中。而且Enomaly ECP提供了細(xì)粒度的多級(jí)訪問(wèn)控制，是每個(gè)用戶只能夠根據(jù)授權(quán)調(diào)用相關(guān)的資源模板。此外，硬配額機(jī)制亦可以為每個(gè)用戶設(shè)定使用資源上限，防止資源的誤用或?yàn)E用對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

Enomaly ECP提供了細(xì)粒度的多級(jí)訪問(wèn)控制，使每個(gè)用戶只能夠訪問(wèn)和管理自己的資源，也只能夠根據(jù)授權(quán)調(diào)用相關(guān)的資源模板。ECP還提供用戶工作負(fù)載之間的網(wǎng)絡(luò)隔離，能夠?yàn)橛脩粼O(shè)定不限數(shù)量的虛擬據(jù)需網(wǎng)，用于保證用戶業(yè)務(wù)的隱私。此外，硬配額機(jī)制亦可以為每個(gè)用戶設(shè)定使用資源上線，放置資源的無(wú)用或?yàn)E用對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

新疆立昂電信技術(shù)有限公司作為專業(yè)提供通信技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)的高新技術(shù)通信企業(yè)，在最近幾年當(dāng)?shù)匕卜澜ㄔO(shè)過(guò)程中一直走在最前沿，特別是在城市社區(qū)信息化建設(shè)中，新疆立昂“全球眼”業(yè)務(wù)在協(xié)助政府部門實(shí)現(xiàn)社會(huì)綜合管理任務(wù)中發(fā)揮了重要的作用。公司通過(guò)本次項(xiàng)目的建設(shè)，將建成一個(gè)巨大的樣板工程，給公司帶來(lái)巨大的品牌影響和良好口碑，為公司把類似的模式向其他城市和其他應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)制積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。目前在探索社區(qū)信息化實(shí)踐方面取得了積極進(jìn)展，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。由于前期科技強(qiáng)警和平安城市的試點(diǎn)大多集中于一、二線城市，全疆大部分三、四線城市以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)都還在起步階段，市場(chǎng)空間巨大。這也給社會(huì)治安視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了足夠的市場(chǎng)空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]張怡群.全球眼視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].安防科技.2007.6：68-72.

[2]李英壯，劉望，李先毅，于廣輝.基于云計(jì)算的海量視頻轉(zhuǎn)換平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2012.29（3）：98-100，119.

[3]劉鵬.云計(jì)算[M].電子工業(yè)出版社.2010．

[4] U·S· Department of Commerce．The NIST definition of cloud computing. National Institute of Standards and Technology，2011.

[5]李喬，鄭嘯．云計(jì)算研究現(xiàn)狀綜述[J]．計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011，38（4）：32-37．

[6]王意潔，孫偉東，周松，裴曉強(qiáng)，李小勇.云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)[J].軟件學(xué)報(bào).2012，23（4）：962—98

[作者簡(jiǎn)介]

鐘德榮（1969-），男，漢族，1992年畢業(yè)于中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院發(fā)供電與自動(dòng)化控制專業(yè)，2011年畢業(yè)新疆大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)，本科，雙學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為烏魯木齊立昂軟件服務(wù)有限公司副總經(jīng)理，主要從事嵌入式、移動(dòng)應(yīng)用、自動(dòng)控制等方面的開(kāi)發(fā)和研究。

*本項(xiàng)目為“2011年自治區(qū)電子基金”，項(xiàng)目號(hào)：新財(cái)建【2011】327號(hào)