高速公路網(wǎng)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要：隨著車流量的不斷增加，高速公路網(wǎng)視頻監(jiān)控遇到了新機(jī)遇與新任務(wù)。一直以來(lái)，高速公路因?yàn)檐嚵髁看?、車速快，給管理帶來(lái)極大難度。如果高速公路處處依靠人員管理，不但需要眾多人員還不能夠面面俱到，因此在高速公路上實(shí)施視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)是非常有必要。本文是筆者針對(duì)高速公路實(shí)況，建立合理的視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，為相關(guān)研究人士提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：實(shí)現(xiàn) 視頻監(jiān)控管理系統(tǒng) 高速公路

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（c）-0030-02

伴隨著高速公路不斷發(fā)展，高速公路逐漸形成了網(wǎng)絡(luò)，但是各路段的視頻監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上存在差異，而監(jiān)控設(shè)備通信協(xié)議上通用性較差，給各個(gè)路段的視頻監(jiān)控間共享與互控造成困難。因此，視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的特征

和一般網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有獨(dú)特的特征，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

（1）該管理系統(tǒng)主要對(duì)象為監(jiān)控設(shè)備；高速公路構(gòu)建視頻監(jiān)控管理涉及設(shè)備數(shù)量較多，而且功能不一，屬性與接口上存在較大差別，如果使用通用網(wǎng)管系統(tǒng)極難分類及統(tǒng)一操作，添加新型設(shè)備也要修改原有的網(wǎng)管系統(tǒng)。

（2）屬于結(jié)構(gòu)層次比較復(fù)雜且跨域較大專用網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)所用SNMP網(wǎng)管屬于集中控制體系結(jié)構(gòu)，與CMIP網(wǎng)管復(fù)雜Q3接口，造成各個(gè)監(jiān)控中心和分中心以及各個(gè)中心之間網(wǎng)絡(luò)管理極難進(jìn)行跨平臺(tái)互連互通，因此該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、兼容性比較差。

（3）給網(wǎng)絡(luò)管理安全性與健壯性提出較高要求；如果還是使用安全性差的SNMP網(wǎng)管系統(tǒng)極難滿足要求，雖然采用CMIP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠提供一定安全性，但是在結(jié)構(gòu)上缺乏了靈活性，極難實(shí)現(xiàn)用戶的自定義或者動(dòng)態(tài)安全機(jī)制。

因此針對(duì)這些特征就需要構(gòu)建一種模塊化、層次化及可擴(kuò)展的新型網(wǎng)絡(luò)管理模型。不但要具備靈活的安全機(jī)制與體系結(jié)構(gòu)，還要便于集成如今所用的網(wǎng)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制、統(tǒng)一管理的高效管理模式。

2 設(shè)計(jì)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)

2.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計(jì)中采用了層次式的體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

在該結(jié)構(gòu)中網(wǎng)元管理層、網(wǎng)元包裝層就是應(yīng)用了JMX（Java Management Extensions，就是Java管理的擴(kuò)展）作為了系統(tǒng)、設(shè)備等植入管理功能模塊。而網(wǎng)絡(luò)管理層使用了模塊化的組件來(lái)實(shí)現(xiàn)管理邏輯。服務(wù)管理層不但實(shí)現(xiàn)管理還通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為服務(wù)提供接口。各層之間互相獨(dú)立且彼此協(xié)作共同建立出可擴(kuò)展、跨平臺(tái)分布式服務(wù)管理。

2.2 模塊層分析

（1）網(wǎng)元包裝層。

本文所研究系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元素包含了各類的物理監(jiān)控設(shè)備，比如氣象檢測(cè)器、車輛檢測(cè)器等，自然也包含了系統(tǒng)自定義邏輯設(shè)備如端口、單板等。這些網(wǎng)元管理和硬件設(shè)備密切聯(lián)系，有兩種典型的實(shí)現(xiàn)方式：其一，直接給設(shè)備提供，也就是所謂的嵌入式管理接口；其二，給設(shè)備管理控制的終端所提供，也就是所謂的MD（Mediation Device，即是中介設(shè)備）方式。

而監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備許多都不支持嵌入式的接口，并且各個(gè)設(shè)備所提供控制接口與屬性存在較大差別，比如車道監(jiān)控的音視頻編碼器屬性上有疊加字符、設(shè)備標(biāo)志及編碼比特率，以及當(dāng)前的工作狀態(tài)等，屬性上有刷新率、字符串及顯示字體等，眾多復(fù)雜的屬性數(shù)據(jù)類型。如果還采用傳統(tǒng)管理信息庫(kù)，就必須要有龐大數(shù)據(jù)庫(kù)為支持，其上層軟件還必須要依賴底層硬件設(shè)備，極大影響著系統(tǒng)的維護(hù)與升級(jí)。所以該系統(tǒng)必須應(yīng)用面向?qū)ο蠓椒?，即每一個(gè)設(shè)備都附加上一個(gè)包裝器，對(duì)屬性與操作上實(shí)施抽象與封裝，這樣就形成了一個(gè)具備標(biāo)準(zhǔn)接口的可管理對(duì)象。因設(shè)備包裝器設(shè)計(jì)靈活且易于簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，并且和上層之間管理獨(dú)立分開(kāi)，這樣就添加了一個(gè)新型設(shè)備，需要采取標(biāo)準(zhǔn)方式為設(shè)備附加一個(gè)包裝器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可管理性，增加網(wǎng)管系統(tǒng)的靈活性與適應(yīng)性。

（2）網(wǎng)元管理層。

該管理層在各設(shè)備中執(zhí)行代理，常常和所控制資源處于同一個(gè)機(jī)器上。典型結(jié)構(gòu)為管理者/代理（Manager/Agent）體系：各個(gè)執(zhí)行代理就是將設(shè)備資源直接控制，主要用來(lái)負(fù)責(zé)上層管理和下層管理間的傳遞并且解釋操作命令。而管理者為其提供了用戶管理接口，并且通過(guò)代理監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，控制設(shè)備的運(yùn)行。兩者間管理協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)都是區(qū)別管理系統(tǒng)重要標(biāo)志。

為了對(duì)原有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行兼容，本系統(tǒng)就應(yīng)用了符合JMX規(guī)范代理。JMX代理主要是由一個(gè)MBean（Managed Bean，即是管理構(gòu)件）Server與一系列操作MBean服務(wù)共同組成。而管理者經(jīng)過(guò)協(xié)議適配器或者是連接器對(duì)一個(gè)代理訪問(wèn)MBean。因JMX代理是以標(biāo)準(zhǔn)方式建立，因此根本不需要對(duì)JMX管理資源語(yǔ)意進(jìn)行理解，不需要了解管理應(yīng)用功能，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)SNMP、CMIP等各種接口適配，增強(qiáng)系統(tǒng)可擴(kuò)展性。

（3）網(wǎng)絡(luò)管理層。

網(wǎng)絡(luò)管理層中各種管理功能主要是在底層控制管理協(xié)議上，具體的功能與實(shí)現(xiàn)算法主要是和高速公路的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)所需及性能要求相關(guān)。該層主要包含了幾個(gè)管理模塊。

其一是配置管理，主要是對(duì)全網(wǎng)中所有監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)檢查、配置數(shù)據(jù)以及安裝功能負(fù)責(zé)管理，同時(shí)還以文字、圖形等各種形式分層體現(xiàn)出配置相關(guān)的信息。

其二故障管理，對(duì)高速公路監(jiān)控網(wǎng)中全部監(jiān)控設(shè)備告警監(jiān)測(cè)與故障定位，并且配合相關(guān)的配置管理功能排除故障與復(fù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備。收集與處理各種監(jiān)控設(shè)備發(fā)生的各種告警、故障以及網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常狀態(tài)信息，同時(shí)還具備指導(dǎo)分析與分類統(tǒng)計(jì)的功能。

其三性能管理，隨時(shí)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而獲得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行信息以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)潛在性能問(wèn)題以及系統(tǒng)瓶頸，為管理人員制定合理解決方案提供依據(jù)。

其四安全管理，為系統(tǒng)提供了訪問(wèn)保護(hù)，包含了訪問(wèn)控制、授權(quán)設(shè)施、加密以及密匙管理以及身份認(rèn)證與安全記錄等等各種功能。因此在實(shí)施中要確保數(shù)據(jù)與服務(wù)器安全，該系統(tǒng)依據(jù)監(jiān)控業(yè)務(wù)處理要求對(duì)安全策略進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，比如不同類型用戶能夠訪問(wèn)哪一些數(shù)據(jù)，能夠請(qǐng)求那些服務(wù)，應(yīng)該采取何種影響措施等。

（4）服務(wù)管理層。

該層是給網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)處理事務(wù)提供服務(wù)的有關(guān)事項(xiàng)，主要包含了提供上層和業(yè)務(wù)相關(guān)管理應(yīng)用，系統(tǒng)和管理客戶端間多種管理視圖的接口，以上層管理系統(tǒng)和下級(jí)網(wǎng)管系統(tǒng)間支撐層次式的管理接口等。

事實(shí)上，該監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)主要目標(biāo)就是各類設(shè)備之維護(hù)，所以其管理應(yīng)用重點(diǎn)就是要實(shí)現(xiàn)設(shè)備排障系統(tǒng)，而上級(jí)網(wǎng)管系統(tǒng)和下級(jí)網(wǎng)管系統(tǒng)間接口應(yīng)用了SOAP （Simple Object Access Protocol，簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議），這種協(xié)議應(yīng)用了HTIP胃底層的通信協(xié)議，而RPC是一致性調(diào)用途徑，XML是數(shù)據(jù)傳送格式，提供服務(wù)者與服務(wù)客戶通過(guò)防火墻能夠Internet通信交互，同時(shí)還和平臺(tái)無(wú)關(guān)。對(duì)于系統(tǒng)和管理客戶端間接口，也 是用戶和系統(tǒng)間接口都使用了基于Web方式用戶管理視圖，其管理員就可以通過(guò)Web瀏覽器實(shí)時(shí)接入到了管理系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視與配置。因此這類鑲嵌到Web中網(wǎng)管頁(yè)面確保和瀏覽器一致風(fēng)格，極易被用戶所接收。同時(shí)管理視圖和管理邏輯采取了分離設(shè)計(jì)，加強(qiáng)系統(tǒng)健壯性，就是管理客戶端非法操作或崩潰也不會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)造成多大影響。

2.3 實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是用戶管理、資源管理以及過(guò)程控制幾個(gè)大模塊實(shí)現(xiàn)，通過(guò)這幾個(gè)模塊對(duì)通信協(xié)議消息進(jìn)行傳輸與解析處理，并訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用了管理者/代理（Manager/Agent）體系，因此要確保信息傳輸可靠性，就在網(wǎng)絡(luò)編程上應(yīng)用了面向連接流套接字，具備了平臺(tái)多樣性、結(jié)構(gòu)異構(gòu)性等各種特征。為了實(shí)現(xiàn)各種功能及運(yùn)行穩(wěn)定，就選用了JAVA語(yǔ)言作為開(kāi)關(guān)工具，但是操作臺(tái)與控制器也可以選擇其他的開(kāi)發(fā)工具。

（1）服務(wù)器端，其視頻管理服務(wù)器應(yīng)用程序?yàn)榉?wù)器端所允許，采用了ServerSocket實(shí)現(xiàn)控制器連接請(qǐng)求，給每一個(gè)客戶機(jī)發(fā)生的請(qǐng)求構(gòu)建Socket連接。而服務(wù)器上所用多線程機(jī)制，如果客戶機(jī)接到了服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)端口時(shí)，就會(huì)創(chuàng)建出一個(gè)新NetConnecti

on對(duì)象，主要是用來(lái)處理Socket通信，給客戶機(jī)所有通信及服務(wù)都是由Net Connection的對(duì)象提供。

（2）控制器端，本研究中是將控制器和視頻管理服務(wù)器共同作為了客戶機(jī)端，因此就要?jiǎng)?chuàng)建出Socket對(duì)象，并且指定端口與視頻管理服務(wù)器進(jìn)行通信。

（3）操作臺(tái)端，即為客戶機(jī)和控制器的通信，主要是用來(lái)將消息傳送給控制器端。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，在高速路網(wǎng)中應(yīng)用這種監(jiān)控管理系統(tǒng)，能夠有效解決過(guò)去監(jiān)控中所存在通信協(xié)議不統(tǒng)一、難以互聯(lián)互控等各種問(wèn)題，滿足了各個(gè)監(jiān)控分中心間視頻資源的共享需求，極大增強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)功能，增強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)價(jià)值。

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