基于云计算的全球眼视频监控系统的设计与实现
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摘要：近年来，新疆为响应全国“平安城市建设”的号召，在全疆范围内开展了“全球眼”网络视频监控业务，它是一项基于宽带网的图像远程监控、传输、存储、管理的业务，将分散、独立的图像采集点进行联网，实现跨区域的统一监控、统一存储、统一管理及资源共享。面对海量的视频数据，本文采用先进的云存储技术进行统一存储，并通过弹性云计算平台对视频数据进行统一管理。
中图分类号：TP393.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 20-0000-03
随着经济社会的不断发展、人口流动日益频繁，人们的安全意识逐步加深，社会治安的监控与保障手段也在日渐更新与进步。继政府部门提出“构建社会主义和谐社会”后，公安部相应的开展了一系列科技强警示范城市建设工程，全面推动全国平安城市的建设工作新疆地区也在“平安城市”建设中计划在五年内投入53 亿元建成城市公共安全领域，图像信息系统，监控探头达到30万个，市、区（县）两级政府建成城市综合管理中心74个。全疆中小城市也在城市治安视频监控中投入大量的人力、物力，并取得了相应的效果。
“全球眼”网络视频监控业务，在这里采用先进的云存储技术进行统一存储，并通过弹性云计算平台对视频数据进行统一管理。云计算是一种商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算能力、存储空间和各种软件服务[2]。它具有超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、极其廉价、按需服务等特点[3]。我公司负责的基于云计算的全球眼平台建设项目获得“2011年自治区电子基金”自助，项目号为：新财建【2011】327号。
1 基于云计算的全球眼视频监控系统的分析
全球眼业务是基于IP技术和宽带网络的网络视频监控业务，前端的监控画面利用网络被传送到后端的平台上面。系统就是由前端的监控设备和后端的计算机网络中心组成，在本系统中，前端设备主要采用IP网络型的监控设备，计算机中心的平台则采用云计算技术来实现，这也是本项目的研究重点。
1.1 云计算在全球眼系统中应用的必要性
云计算是一个为用户提供可配置的、共享基础资源的计算模型，它使得用户能够在云服务提供商很少参与的情况下，方便、实时地访问网络、存储、计算等资源[4]。全球眼系统提供的是典型的高计算、高存储应用，将云计算技术引入全球眼系统可以提升多方面的性能。
（1）全球眼项目是面向全疆的安防项目，在各县市要设置三级平台，区州设置二级平台，自治区为一级平台，面对这么大的范围和海量数据，我们必须统一管理与分配资源，而云计算技术恰能解决海量存储和平台统一管理问题。
（2）全球眼系统在初期进行配置时，考虑了系统的扩容问题，并且为了保证系统的正常运行一般都按照峰值进行配置，这样很多资源大部分时间会被浪费，引入云计算技术实现后端系统平台资源池化，提高设备利用率。
（3）全球眼系统根据监测到的数据可以进行智能数据分析，从而衍生出多种应用，但对大量数据的智能分析需要大量的计算资源，这对于传统技术是一个难题，传统技术无法综合利用计算资源，而引入云计算技术可以解决这个棘手的问题。
1.2 对传统全球眼系统需要做出的改造
引入云计算技术到全球眼系统中，必须对原有的全球眼系统做出相应的改造。主要从三个方面进行改造工作。
（1）整合系统的计算资源
原有的全球眼系统中，计算资源的配置考虑了扩容性，并且每个计算资源配置都是根据峰值情况独立进行的，在计算需求量非峰值情况下，很多资源处于空置状态。利用云计算基础管理平台把这些资源进行整合，从而能够进行统一管理和分配计算资源。
（2）提供智能分析应用
原有全球眼系统在计算能力方面非常薄弱，很多智能分析不能得到应用，引入云计算后，可以对数据进行多种智能分析，比如人脸识别、行为识别、丢失探测等应用。多个分析可以在不同的计算机间记性统一调配计算资源。
（3）采用Saas模式面向公众服务
原有的全球眼系统主要面向政企客户服务，个人及家庭很难享受到这种公共服务，而随着科技的发展，个人及家庭的电子产品及计算机普及率已经很高，完全具备享受这种公共服务的基础条件，通过与计算虚拟技术，全球眼系统可以向不同的用户提供定制服务，以SaaS的模式进行运营。
2.1 基于云计算的全球眼平台架构
本监控系统由系统平台、前端图像采集系统、传输网络、监控中心/分控中心四部分组成。前端的监控设备采用IP型的摄像头，可以直接通过网络传输图像信息。这些实时图像被传输到后端平台后，进入到云存储，并且进行智能分析。用户可以通过各种网络手段登陆平台实时查看信息，实现多种智能应用。本项目着重研发基于云计算高清视频监控系统后端平台的实现方式。
图1.基于云计算的高清视频监控系统架构
2.2 前端图像采集系统
前端图像采集系统主要由高清摄像头，视频编码器等组成，系统为每一个编码器、IP摄像头分配一个带宽足够的接入网链路，通过接入网与云存储系统连接，实时的视频图像就可以很方便地保存到云存储中。
图2.前端采集系统构成
2.3 云存储平台
参考网络系统的云状结构建设一个云状的存储系统结构，多个存储设备之间互相连接、实现资源共享，并通过软件应用平台，对用户提供的存储服务。
图3.云存储结构
云存储的核心是应用软件与存储设备相结合，通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变[5]。传统存储仅仅是一个硬件的概念，存储需求受硬件条件的严格控制，而云存储则不同，它不仅仅是一个硬件，而是可以灵活分配存储资源的网络存储平台，可以通过安装在其上的统一的存储设备管理系统来实现逻辑虚拟化、集中管理等存储设备管理功能。云存储就是一个大的资源池，各用户所需的资源可以通过云软件来进行统一调配，对外部提供统一的存储平台。在本系统中云存储平台由存储层和基础管理层两部分组成。
（1）存储层
存储层是云存储的硬件基础部分，本系统中采用了NAS（network attached storage）和DAS（disk attached storage）混合的方式，既可以保证速度也可以降低硬件设备的投入，分布在不同分布在不同区域的云存储中的存储设备通过广域网、互联网或者FC光纤通道网络连接在一起。
云存储设备的核心是有云存储控制服务器和后端存储设备两大部分组成的。
云存储控制器负责整个系统元数据和实际数据的管理和索引，提供超大容量管理，实现后端存储设备的高性能并发访问和数据冗余等功能。云存储控制服务器是整个系统的统一管理平台，管理员可以在其中监视系统运行情况、管理系统中永华和各项策略等[6]。
存储节点采用高性能应用存储设备，可内嵌云存储系统访问协议包、存储节点认证许可等。设备采用高密度磁盘阵列设备，每套设备通过网络接入到云存储系统中，进入云存储存储池后进行分配。对数据存储可实现多副本、多物理设备分别保存，当容量或带宽需要扩展时，通过增加存储节点来实现，根据实际需要灵活扩张，在系统运行中进行在线的容量和性能增加。
（2）基础管理层
基础管理层是云存储的大脑部分，它负责云存储系统统一调配和统一管理，是最难实现的部分，在本系统的搭建过程中，我们对现有几种云基础管理平台进行了比较。
在本系统中，我们通过与全球领先的云计算服务提供商-加拿大Enomaly （拏云软件）公司合作成立了云计算研发中心，在基础管理层，采用了Enomaly Enomaly ECP（Elastic computing platform 弹性计算平台）。
图4.Enomaly ECP软件架构
Enomaly ECP它能够将多个物理计算节点作为一个虚拟计算资源集群进行管理，其配置规则可以保证每个虚拟应用程序组件都活得最佳的资源配置，部署到最为合适的物理节点和虚拟服务器中。而且Enomaly ECP提供了细粒度的多级访问控制，是每个用户只能够根据授权调用相关的资源模板。此外，硬配额机制亦可以为每个用户设定使用资源上限，防止资源的误用或滥用对系统性能的影响。
Enomaly ECP提供了细粒度的多级访问控制，使每个用户只能够访问和管理自己的资源，也只能够根据授权调用相关的资源模板。ECP还提供用户工作负载之间的网络隔离，能够为用户设定不限数量的虚拟据需网，用于保证用户业务的隐私。此外，硬配额机制亦可以为每个用户设定使用资源上线，放置资源的无用或滥用对系统性能的影响。
3 结束语
新疆立昂电信技术有限公司作为专业提供通信技术、产品、服务的高新技术通信企业，在最近几年当地安防建设过程中一直走在最前沿，特别是在城市社区信息化建设中，新疆立昂“全球眼”业务在协助政府部门实现社会综合管理任务中发挥了重要的作用。公司通过本次项目的建设，将建成一个巨大的样板工程，给公司带来巨大的品牌影响和良好口碑，为公司把类似的模式向其他城市和其他应用领域复制积累宝贵经验。目前在探索社区信息化实践方面取得了积极进展，积累了丰富的实践经验。由于前期科技强警和平安城市的试点大多集中于一、二线城市，全疆大部分三、四线城市以及乡镇都还在起步阶段，市场空间巨大。这也给社会治安视频监控网络的建设提供了足够的市场空间。
参考文献：
[1]张怡群.全球眼视频监控系统架构设计[J].安防科技.2007.6：68-72.
[2]李英壮，刘望，李先毅，于广辉.基于云计算的海量视频转换平台的设计[J]. 实验技术与管理.2012.29（3）：98-100，119.
[3]刘鹏.云计算[M].电子工业出版社.2010．
[4] U·S· Department of Commerce．The NIST definition of cloud computing. National Institute of Standards and Technology，2011.
[5]李乔，郑啸．云计算研究现状综述[J]．计算机科学，2011，38（4）：32-37．
[6]王意洁，孙伟东，周松，裴晓强，李小勇.云计算环境下的分布存储关键技术[J].软件学报.2012，23（4）：962—98
[作者简介]
钟德荣（1969-），男，汉族，1992年毕业于中国人民后勤工程学院发供电与自动化控制专业，2011年毕业新疆大学计算机应用专业，本科，双学历，学士学位，现为乌鲁木齐立昂软件服务有限公司副总经理，主要从事嵌入式、移动应用、自动控制等方面的开发和研究。
*本项目为“2011年自治区电子基金”，项目号：新财建【2011】327号