全球眼視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)研究張怡群

1、全球眼視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)研究張怡群論文導(dǎo)讀：全球眼視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用SPS/MPEG4/h.264視頻壓縮標準，視頻幀率在1-30fps間可調(diào)，視頻分辨率可以為CIF/2CIF/4CIF/D1。關(guān)鍵詞：電信級，視頻監(jiān)控，層次化1 前言全球眼網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)是由中國電信推出的一項完全基于寬帶網(wǎng)的包含圖像遠程監(jiān)控、傳輸、存儲和管理的增值業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)系統(tǒng)利用中國電信無處不達的寬帶網(wǎng)絡(luò)，將分散、獨立的圖像采集點進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)跨區(qū)域、全國范圍內(nèi)的統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理、資源共享，為各行業(yè)的管理決策者提供一種全新、直觀、擴大視覺和聽覺范圍的管理工具，提高其工作績效。同時，通過二次應(yīng)用開發(fā)，為各行業(yè)的資源

2、再利用提供手段。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)類型主要有如下三種類型：用于安防的數(shù)字圖像監(jiān)控、用于業(yè)務(wù)的視頻監(jiān)控和用于關(guān)注點和娛樂的實況點播。這樣，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的客戶對象將定位在群眾、企業(yè)用戶、行業(yè)用戶以及政府職能部門之間。2 系統(tǒng)體系架構(gòu)2.1 系統(tǒng)設(shè)計全球眼作為一個公眾網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，在設(shè)計上要充分考慮其高可靠性、可用性、可伸縮性、可維護性、可管理性、可運營性和高平安性，做到系統(tǒng)運行穩(wěn)定，擴容升級方便，業(yè)務(wù)開展靈活。該系統(tǒng)不僅能夠拉動中國電信寬度接入業(yè)務(wù)，而且通過提供監(jiān)控增值業(yè)務(wù)，發(fā)現(xiàn)了全新的業(yè)務(wù)增長點。2.2 系統(tǒng)主要功能全球眼系統(tǒng)是一可運營的公眾網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺，業(yè)務(wù)承載于公眾互連網(wǎng)。借助于網(wǎng)絡(luò)接入，用

3、戶通過該平臺可以隨時隨地監(jiān)控授權(quán)的區(qū)域，使用平臺提供的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)。前端提供網(wǎng)絡(luò)攝像機、數(shù)字視頻效勞器DVS、各種報警控制器、燈光控制器等的接入，使用戶可以遠程實時獲取各種現(xiàn)場;信息，提高工作效率。同時，系統(tǒng)充分考慮實際需求，提供強大的實時媒體轉(zhuǎn)發(fā)效勞，使多點可以同時觀看同一或者不同的視頻。對于關(guān)鍵的媒體數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供分布式及集中式兩種存儲功能，將歷史數(shù)據(jù)進行保存，使用戶在需要時可以回放感興趣的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主要功能可以歸結(jié)為：網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控、數(shù)字化存貯、遠程圖像實時調(diào)度、多對多實時監(jiān)控、多對多歷史回放、集中管理控制、靈活的計費方式、可區(qū)分效勞以及可控業(yè)務(wù)管理。2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)根據(jù)總體的設(shè)計原

4、那么及設(shè)計目標，系統(tǒng)采用層次化的設(shè)計思想，主體框架基于C/S體系構(gòu)架，同時提供B/S摸式的用戶Web接入。將系統(tǒng)分為四層如圖1所示，由上及下分別為：業(yè)務(wù)支撐層BSS、運營支撐層OSS、交換層、接入層。局部效勞采用集群技術(shù)平滑擴容，同時起到負載均衡及N1熱備的作用。將系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框圖用網(wǎng)絡(luò)分層圖表示如下，從該圖中可以看到系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)情況，BSS層主要承載于電信內(nèi)部DCN網(wǎng)上，OSS層及交換層主要運行于中國電信的公眾寬帶網(wǎng)上ChinaNet，用戶及設(shè)備主要通過電信寬帶接入，或直接處于公網(wǎng)上，或處于NAT后面，或通過Proxy接入。 圖1 系統(tǒng)四層架構(gòu)圖 從功能及體系構(gòu)架上分，該系統(tǒng)的三個核心

5、層有如下功能：BSS層業(yè)務(wù)支撐：主要實現(xiàn)業(yè)務(wù)管理效勞BMS，營帳管理效勞BAMS，效勞商管理效勞SPMS，客服系統(tǒng)效勞CSSS，運營維護效勞OMS。BSS層使用對象為平臺運營商，運營商借助該層提供的效勞，可以定制新業(yè)務(wù)的資費、營銷策略，并可以對第三方效勞提供商進行跟蹤管理，該層與中國電信原有的97系統(tǒng)進行對接，可以做到統(tǒng)一業(yè)務(wù)前臺，統(tǒng)一客服10000號客服系統(tǒng)，統(tǒng)一運維，對業(yè)務(wù)開展進行全方位的管理、跟蹤、監(jiān)控。全球眼BSS系統(tǒng)面向電信業(yè)務(wù)管理人員，提供局方對全球眼業(yè)務(wù)的受理和管理功能，主要功能包括：業(yè)務(wù)處理、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理、報表管理和系統(tǒng)接口管理。全球眼BSS系統(tǒng)包含7個功能模塊：業(yè)務(wù)受理、帳務(wù)

6、管理、客戶管理、維護管理、報表管理、產(chǎn)品管理和系統(tǒng)管理。系統(tǒng)分為五層，即客戶層、接入層、邏輯處理層、資源集成層、接口層。如圖2所示。 圖2 軟件體系結(jié)構(gòu)示意圖 全球眼業(yè)務(wù)受理平臺將受理數(shù)據(jù)或查詢信息，通過97接口送往97業(yè)務(wù)系統(tǒng)，相關(guān)信息再通過97接口返回業(yè)務(wù)受理系統(tǒng)。論文參考網(wǎng)。 數(shù)據(jù)庫鏈接方式：采用數(shù)據(jù)庫表方式，由全球眼業(yè)務(wù)受理系統(tǒng)將受理信息插入接口表，97端定時從接口表中取出數(shù)據(jù)進行97內(nèi)部定單流轉(zhuǎn)。如圖3所示：圖3 與電信97系統(tǒng)接口關(guān)系圖數(shù)據(jù)鏈接適用于各系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通，并且各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫都采用同一類型的情況。這種方式通過數(shù)據(jù)庫提供的功能在后臺自動定時完成數(shù)據(jù)接口。同時通過前端的監(jiān)控管理

7、工具完成對接口運行情況的管理。OSS層運營支撐：主要實現(xiàn)前端設(shè)備管理效勞FDMS，用戶應(yīng)用效勞UAS，Web效勞WS，媒體調(diào)度效勞MSS，網(wǎng)絡(luò)管理效勞NMS，AAA效勞AAA，數(shù)據(jù)效勞DBMS。FDMS集中管理各種類型的前端設(shè)備，為前端設(shè)備接入全球眼;系統(tǒng)的入口點。FDMS為用戶與前端設(shè)備交互的重要局部，與UAS配合完成用戶對前端設(shè)備的實時監(jiān)控。UAS子系統(tǒng)維護所有本域用戶的交互，負責(zé)父域和子域的級聯(lián)，負責(zé)本域內(nèi)其他相關(guān)資源包括FDMS、AAA和MSS的交互、調(diào)度和控制。Web效勞提供用戶瀏覽器方式的接入，方便用戶的使用。Web效勞提供普通UA的功能，用戶可以查看前端設(shè)備信息，查看前端的視頻流

8、，回放歷史錄像，遠程控制前端設(shè)備等。媒體調(diào)度效勞器主要功能包括：向UAS提交效勞注冊，并維持心跳連接，管理交換層設(shè)備RTMDS、CSS、SMS、FTS，響應(yīng)UAS媒體請求，調(diào)度交換層效勞，配合各交換層設(shè)備進行集群。AAA效勞器主要負責(zé)整個系統(tǒng)的認證(Authentication)、鑒權(quán)(Authorization)和計費(Accounting)。對于AAA查詢數(shù)據(jù)庫，然后向UAS應(yīng)答接受或拒絕消息，拒絕時指明拒絕原因；對于計費請求，AAA把計費信息插入到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)效勞提供對支持系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)內(nèi)容的訪問。數(shù)據(jù)效勞不僅屏蔽數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBMS的實現(xiàn)，還負責(zé)向業(yè)務(wù)效勞層提供訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，使

9、得業(yè)務(wù)效勞層以一種統(tǒng)一的方式和數(shù)據(jù)庫進行交互。全球眼網(wǎng)管系統(tǒng)實現(xiàn)的監(jiān)控內(nèi)容有：效勞器監(jiān)控、應(yīng)用效勞監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫監(jiān)控、前端設(shè)備編碼器監(jiān)控、用戶端監(jiān)控和環(huán)境電源監(jiān)控等內(nèi)容。數(shù)據(jù)交換層：綜合媒體效勞主要由三個子系統(tǒng)組成：流媒體效勞SMS，中心存儲效勞CSS，文件傳輸效勞FTS，主要功能包括：提供媒體數(shù)據(jù)的中心存儲，提供歷史媒體數(shù)據(jù)的點播回放，提供歷史媒體數(shù)據(jù)的下載。3 數(shù)據(jù)組織模型BSS層主要的操作對象為數(shù)據(jù)庫，借助數(shù)據(jù)庫與OSS層通訊。根本的數(shù)據(jù)模型為，一個開戶實體稱為一個客戶如一個企業(yè)。客戶可由其ID唯一標識，客戶可擁有多個角色用戶組，其中一個必須為administrator組，每

10、個用戶組可以指定多個用戶。每個用戶具有唯一的用戶名及ID，用于唯一的標識該用戶，用戶可以同時屬于不同的組。角色組擁有對前端設(shè)備的不同權(quán)限組合，如可看、可控、可授權(quán)等。只有超級用戶組用戶可以新建用戶組及用戶，更改用戶屬性等用戶管理操作。某客戶的超級管理員可以將其所擁有的前端設(shè)備的局部或者全部權(quán)限授權(quán)給其他客戶的超級管理員，這里指的其他客戶也可能在不同的域內(nèi)。綜上，數(shù)據(jù)庫要處理的信息主要有三類：用戶、設(shè)備、權(quán)限。如圖4所示。 圖4 數(shù)據(jù)庫處理信息對象 客戶到業(yè)務(wù)受理前臺開戶，系統(tǒng)為其生成一客戶號。論文參考網(wǎng)。系統(tǒng)為其提供初始超級用戶的用戶名及密碼。該客戶的其他組信息以及其他用戶信息由客戶通過初始超

11、級用戶自行分配、管理。根據(jù)客戶的要求，如果客戶所申請的前端設(shè)備所在地域同屬于開戶域，那么系統(tǒng)為其超級用戶開放對應(yīng)前端設(shè)備的權(quán)限，同時將該客戶的用戶權(quán)限信息及有關(guān)前端設(shè)備的詳細信息如型號、生產(chǎn)廠商、設(shè)備出廠編號、設(shè)備接入認證信息等記錄到本域數(shù)據(jù)庫。如果客戶申請的前端設(shè)備所在地涉及其他域，那么設(shè)備詳細信息以及設(shè)備的權(quán)限信息存入設(shè)備就近的接入域。開戶域保存客戶的用戶權(quán)限信息。權(quán)限信息的簡化模型描述為：用戶擁有某前端設(shè)備的某種權(quán)限。 圖5 設(shè)備用戶接入方式1 這種接入方式要求子域的FDMS主動向父域的FDMS注冊，這樣，域之間的級聯(lián)實現(xiàn)除要求UAS間通訊外，還需FDMS間進行通訊。另外一種方式可以由F

12、DMS向所在域的UAS發(fā)起查詢請求，請求設(shè)備對應(yīng)登陸域的FDMS地址，查詢操作在UAS間傳遞，因為UAS知道本域的FDMS的地址，所以查詢一定會成功。流程如圖6所示，這種方式省去了FDMS間的級聯(lián)，優(yōu)先考慮采用。 圖6 設(shè)備用戶接入方式2 前端設(shè)備FD登錄驗證成功后，F(xiàn)DMS通過心跳保持與其建立的TCP連接。如果連接斷線，F(xiàn)D應(yīng)主動重連。通過此信令通道，F(xiàn)D在有報警信息或者有本地操作時上報FDMS，同時周期性上報其工作狀態(tài)，F(xiàn)DMS在內(nèi)存中維護當(dāng)前接入FD的狀態(tài)信息以及客戶端UA在線情況。通過此信令通道FDMS可以控制FD動作?？蛻舳薝A的登陸過程同F(xiàn)D類似，UA對應(yīng)的接入效勞器為用戶應(yīng)用效勞

13、器UAS。UA與UAS之間同樣保持TCP長連接。UA的所有信令請求均由UAS處理。UA登陸成功后就可向UAS發(fā)起諸如請求FD列表、觀看視頻、云鏡控制、布防/撤防、刷新報警狀態(tài)等請求。5 關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程主要包括用戶的登陸、設(shè)備的注冊、請求效勞列表、監(jiān)控請求、回放請求等為方便起見，不考慮集群情況，如圖7所示。 圖7關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程圖 在用戶登錄流程中，首先客戶端UA與用戶應(yīng)用效勞器UAS之間建立基于SSL的TCP連接，客戶端向應(yīng)用效勞器發(fā)起登陸請求，此時應(yīng)用效勞器返回一隨機數(shù)，接著客戶端將用戶名、密碼及獲取的隨機數(shù)做單向散列MD5，并將用戶名及MD5值發(fā)向應(yīng)用效勞器，應(yīng)用效勞器將該請求及對應(yīng)

14、的隨機數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給AAA效勞器，AAA效勞器通過讀取數(shù)據(jù)庫，并采用同樣的方式對請求進行驗證，AAA驗證完成后，將結(jié)果回復(fù)應(yīng)用效勞器，假設(shè)驗證通過，應(yīng)用效勞器應(yīng)答客戶端，保持兩者之間的TCP連接，假設(shè)驗證失敗，應(yīng)用效勞器主動關(guān)閉該連接。在設(shè)備注冊流程中，前端設(shè)備FD主動建立與FDMS之間的TCP連接，F(xiàn)D計算由其ID、約定私鑰、當(dāng)前時間戳組成的字符串的MD5值，并將此MD5值以及所用時戳、ID值發(fā)向FDMS，請求注冊，F(xiàn)DMS將驗證的結(jié)果返回，假設(shè)成功，那么保持兩者之間的TCP連接，否那么關(guān)閉此連接，結(jié)束此次注冊事務(wù)。請求效勞列表流程中，假定客戶端已經(jīng)登錄到應(yīng)用效勞器，客戶端發(fā)起效勞列表請求，應(yīng)用效

15、勞器查詢數(shù)據(jù)庫，向客戶端返回該用戶的效勞列表。6 設(shè)計性能指標與系統(tǒng)特色性能指標：在編碼算法上全球眼系統(tǒng)采用H.264及專有SPS視頻壓縮算法，低帶寬占用，高視頻質(zhì)量，并支持分層編碼。在IO控制上支持多種報警設(shè)備，燈光控制，開關(guān)量監(jiān)控。系統(tǒng)提供透明通道，支持對用戶業(yè)務(wù)的透明傳輸。終端設(shè)備登錄時需身份驗證，且可選雙向語音控制，現(xiàn)場調(diào)度指揮。系統(tǒng)具有豐富的設(shè)備支持特性，區(qū)域化管理，可提供多模業(yè)務(wù)。流媒體點播支持邊下載邊播放，回放響應(yīng)迅速，自適應(yīng)調(diào)整回放帶寬，運用智能流傳輸技術(shù)，自動負荷分擔(dān)，回放熱點智能擴容;，可提供最近半小時前的監(jiān)控回放，提供CP開發(fā)接口，可開展其他內(nèi)容提供商，開展新的增值業(yè)務(wù)。

16、實時媒體轉(zhuǎn)發(fā)方面采用基于IP層路由模式的高效轉(zhuǎn)發(fā)，以及線程池及內(nèi)存池優(yōu)化技術(shù)，到達低時延，高網(wǎng)絡(luò)可用性的效果。同時還采用了智能感知客戶端網(wǎng)絡(luò)接入方式，優(yōu)先采用UDP轉(zhuǎn)發(fā)。在數(shù)據(jù)存儲方面可以采取前端分布式存儲，也可以采取中心集中存儲，存儲容量可控，并且支持多種存儲模式如DAS、NAS和 SAN。穩(wěn)定性方面采取關(guān)鍵效勞11熱備，以及負載均衡，心跳維護，故障自恢復(fù)。媒體調(diào)度效勞器實現(xiàn)了交換層N1熱備及負載均衡，并采用配置效勞器，實現(xiàn)監(jiān)控接入效勞器及用戶應(yīng)用效勞器的N1熱備及負載均衡。平安性方面而言，信令采用SSL，媒體數(shù)據(jù)采用DRM，終端、客戶端有身份認證，具有完備的權(quán)限管理。兼容性方面提供二次開發(fā)

17、包，開放第三方接口，監(jiān)控接入效勞器，標準兼容前端接入設(shè)備。其他還具有可集群式平滑擴容；可分區(qū)的靈活業(yè)務(wù)管理，高度可定制的資費策略；提供運維效勞、網(wǎng)管效勞、用戶自效勞和完備系統(tǒng)日志；完備的NAT/FW媒體流穿透技術(shù)；高效的認證，完善的權(quán)限管理機制；多元化用戶管理，平臺開戶，用戶自定義，并支持分區(qū)、分組的用戶管理；提供Web方式用戶接入，方便移動用戶訪問；錄像文件采用標準的文件格式，可使用Media Player或Real Player播放等特性。總結(jié)視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了模擬信號監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)等三個開展階段。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的優(yōu)點是克服了傳統(tǒng)監(jiān)控的局限性，網(wǎng)絡(luò)視頻可以在計算機網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)上傳輸圖像數(shù)據(jù)，根本上不受距離限制，信號不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性；數(shù)字視頻可利用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)帶寬可復(fù)用，無須重復(fù)布線；經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中，查詢十分簡便快捷。隨著平安城市;、數(shù)字環(huán)保;、數(shù)字水利;的口號越來越響亮，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控已經(jīng)成為整個社會不可獲缺的現(xiàn)代化技術(shù)手段，它滲透到全國各個行業(yè)領(lǐng)域中，包括公安、環(huán)保、水利、商檢、教育、金融、連鎖企業(yè)等。目前國內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)針對中小企業(yè)，而面臨著監(jiān)控