（通信与信息系统专业论文）电信“全球眼”系统中cms性能改进方案的研究与实现.pdf

j 盛銮遵厶亟 论塞 主窒擅墨 中文摘要 摘要：随着计算机、网络、通信技术的r 趋成熟，基于宽带技术的网络图像应用 在网络视频监控中逐步得到推广使用。“全球眼”网络视频监控业务是由中国电信 推出的一项完全基于宽带网的图像远程监控、传输、存储、管理的新型增值业务。 该业务系统利用中国电信的宽带网络将分散、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，资源共享。 本论文主要针对视频监控系统的响应速度的实时性要求，在详细剖析“全球 眼”视频监控系统结构的基础上，通过对该系统中的核心模块中心管理服务器 ( c m s ) 服务质量的深入研究，找出此系统中影响c m s 的服务性能即响应速度的 关键因素数据库访问和查询方式。 本课题重点描述了查找影响服务器性能原因的步骤和整体解决思路以及详细 过程，通过比较提出的相关解决方案模型，对系统访问数据库的方式进行了详细 阐述并对产生的相关协调问题进行进一步分析，最终提出使用异步调用o d b c 接 口访问数据库的方案来解决问题。 本文同时对文章中提出的方案进行了系统测试，通过用户登录和设备注册两 个方面进行响应速度的比较，验证了改进后方案的优秀性能，达到了使系统对每 个请求都能够更加迅速地做出响应并进行及时处理的目的。 关键词：全球眼；c m s ；o d b c ：异步；消息队列； 分类号；t p 3 1 9 北 赢变通叁亟i 幺塞旦s!b! a b s t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ed e v e l o p r a e n to fc o m p u t e r , n e t w o r ka n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , t h ei l q eo fn e t w o r ki m a g e sb a s e do nb r o a d b a n dt e c h n o l o g yh a sb e e n g r a d u a l l yp r o m o t e di nv i d e os u r v e i l l a n c en e t w o r k g l o b ee y e i san e w l yv a l u e - a d d e d s e r v i c ep r o m o t e db yc h i n at e l e c o mo np u r p o s eo f r e m o t ev i d e om o n i t o r , t r a n s m i s s i o n , s t o r a g ea n dm a n a g e m e n tb a s e do nb r o a d b a n d i tm a k e sl 塔eo fe x i s t i n gb r o a d b a n d n e t w o r kr u nb yc h i n at e l e c o m , g a t h e r i n gs e p a r a t ei m a g e si nd i f f e r e n t # a c e s ，i no r d e rt o s u r v e i lt o g e t h e r , s t o r et o g e t h e r , m a n a g et o g e t h e ra n ds h a r er e s o u r c ea m o n gr e g i 0 1 3 5 1 1 l i sp a p e rm a i l l l ys t u d i e st h er e a l - t i m er e q u i r e m e n t so fr e s p o n s es p e e di nv i d e o s u r v e i l l a n c es y s t e m a f t e ra n a l y z i n g ”g l o b a le y e v i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m ss t r u c t u r e a n di n - d e p t hs t u d y i n gt h eq u a l i t yo fs e r v i c e sa n dp 盱 豳a n c eo fc o r em o d u l ec e n t e r m a n a g e m e n ts e r v e r ( c m s ) t h ew a yc m sa c c e s s e sd a t a b a s e , w h i c hi st h ek e yc a l l 8 e t h a ti m p a c ts y s t e m sr e s l x ) n s es p e e dw a sf o u n do u t t l l i sp a p e rd e s c r i b e st h ei d e n t i f ys t e p s o v e r a l ls o l u t i o n sa n ds e t t l e m e n tp r o c e s so f f i n d i n go u tt h ei m p a c to fs e r v i o d ep e r f o r m a n c e t h r o u g hc o m p a r i s o no fc o r r e l a t i o n m o d e l s ，t h ep a p e re l a b o r a t e st h ew a yo f s y s t e ma c o sd a t a b a s ea n df u r t h c ra n a l y s i st h e r e l a t e di s s u eo fc o o r d i n a t i o n , a n dt h e n ab e t t e rs o l u t i o nw h i c hu s 髑a s y n c h r o n o u sc a l l o d b ci n t e r f a c et oa c o 嚣sd a t a b a s ew a sr a i s e d a n da l s o , t h i sr a i s e ds o l u t i o nw a st e s t e di n t h i sp a p e r , a n da f t e rc o m p a r i n gt h e r e s p o n s es p e e do nb o t hi l s c ri o g i na n de q u i p m e n tr e g i s t e r , t h ei m p r o v e ds y s t e m s e x c e l l e n tp e f f o m m c ew a sc e r t i f i c a t e d , a f t e rt h i s w ec a na c h i e v et h eg o a lt h a tm a k et h i s i m p r o v e ds y s t e mr e s p o n dm o r eq u i c k l ya n dp r o c e s st i m d y k e y w o r d s ：g l o b a le y e ；c m s ；o d b c ；a s y n e h r o n i z a t i o n ；m e s s a g eq u e u e ； c l a s s n o ：t p 3 1 9 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 敢 签字日期：2 。0 7 年k 月p 同 名：僻嘉 签字r 期： 夕年侈月垆日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：舐 签字日期： 2 。呷年f 月日 致谢 本论文的工作是在我的导师陈常嘉教授的悉心指导下完成的。在此首先要感 谢陈常嘉老师的悉心指点，他一丝不苟严谨治学的态度和潜心钻研的科研作风让 我受益匪浅，正是由于他的指点使我方向明确，顺利的完成此论文。尤其令我钦 佩的是陈老师朴实的生活和处事态度，严谨求实的治学态度、深厚的学术造诣、 勤奋的工作作风以及高度的责任感。从他身上我不仅学习到了专业知识和工作方 法，更重要的是求实的做人原则和谦虚的为人品格。没有他两年多来对我学习和 生活上的关心和指导，我就不会顺利的完成我的硕士学业。 在实验室工作及撰写论文期间，郭宇春老师和赵永祥老师对我给予了热情帮 助，提出了许多的宝贵意见，特在此表示衷心的感谢。 在这两年多的学习和生活中，胡师舜老师在学习上和生活上都给予了我很大 的关心和帮助，在此向胡老师表示衷心的谢意。 其次要感谢实习公司h 3 c 为我提供了很好的学习平台及实验环境，尤其感谢 在做课题期间我的主管谢会斌、朱勇，项目经理苏磊、潘宗辉给予的无私帮助和 认真指点；同时感谢和我一起做课题的同事袁庆杰，他敏捷的思路以及对待问题 一丝不苟的态度使我受益匪浅，在此向他们表达我的感激之情。 感谢在实验室的一起学习生活的所有同学，感谢和我一起在h 3 c 实习的同学， 是他们在我失意的时候安慰我鼓励我，在我困难时帮助我，让我能够坚持到底。 更要感谢我的父母，是他们的辛苦培养使我能够完成我的学业，感谢他们在 我十几年的求学经历中对我的不断支持鼓励与关爱。 最后，感谢在百忙之中为我评阅论文的专家、学者、老师，感谢所有关心， 支持和帮助过我的人! 序 本课题研究的出发点是通过对“全球眼”视频监控系统结构进行分析，针对 视频监控系统响应速度的实时性要求，找出影响此系统响应速度的关键因素 数据库访问和查询方式，并针对发现的问题提出解决方案，对系统进行优化。 论文首先从整体上介绍了视频监控系统的发展、现状和当前研究形势，对未 来进行展望，并介绍了本课题的研究环境电信。全球眼”系统的优势并详细分 析了提高视频监控系统响应速度的目的和意义。 第二部分主要介绍电信“全球眼”系统的结构体系和系统功能以及“全球眼” 系统提供的服务和用户的使用流程并对“全球眼”的中心管理服务器c m s 功能模 块和相关数据库的作用进行了阐述。 第三部分是本课题的重点，该部分主要对c m s 服务质量进行了详细分析和评 估，并且对影响服务器性能的原因进行了深入的研究，描述了详细的查找步骤，针 对分析的结果，提出了几种解决方案，并对每种方案的优缺点进行了比较，然后 对提出的解决方案在l i n u x 环境中进行实现，并且通过对该解决方案在实际网络中 进行实验，将实际的效果与原系统进行比较，验证了分析结果的正确性以及新的解 决方案的优越性。 最后，论文对整个工作进行了总结，并提出迸一步研究的方向。 l 引言 1 1视频监控系统发展与现状 视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系 统。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。 我国网络视频监控的发展经历了三个阶段： 1 )早期由安防产品演化而来的闭路视频监控系统是我国第一代模拟视频监 控系统，它被广泛应用于保安、生产管理等场合。图像监控系统一般采用模拟方式 传输，采用视频电缆，传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，监控图 像一般只能在控制中心查看。 2 ) 到了九十年代中期，p c 的多媒体监控数字视频压缩编码技术的同益成熟， 微机的普及化，为基于p c 的多媒体监控创造了条件，基于p c 机插卡式的视频监控 系统的出现，尽管初步实现了数字化，但由于图像质量、稳定性以及远程传输监 控等技术方面的不足，使该系统功耗高，费用高，结构复杂，需要有人值守，同时， 其软件开放性也不太理想，传输距离明显受限，使这种第二代视频监控系统仍仅 作为安防产品应用于某些特定行业的日常监控。 3 ) 直至九十年代末，随着计算机，网络、通信技术的日趋成熟，各种实用 型视频技术的不断完善，以嵌入式技术为依托，以网络、通信技术为平台，以智 能图像分析为特色的网络视频监控系统才从根本上使视频监控从幕后走向了前 台。与传统的视频监控相比，网络视频监控更便于计算机进行视频信息的压缩、 储存、分析、显示以及报警等自动化处理，从而实现无人值守；通过网络平台实 现了远距离监控，即使是数千公里外也能达到亲临现场的效果；利用先进的软件 系统不仅在几分钟内便可完成传统视频监控中大量的数据分析，提高了监控效率， 且能获得更为逼真、清晰的数字化图像质量与更为便捷、实用的监控管理和维护。 总之，网络视频监控是一项集计算机、网络、通信以及视频编解码等多项高 新技术的整合产品。随着宽带网的普及，网络视频监控必将成为监控领域新的发 展方向，而且也会使得昂贵的数字监控设备逐步走向大众化。 1 2 视频监控系统研究与展望 经过近5 年的发展，硬盘录像机、视频服务器、网络摄像机、网络快球等， 已经在c c t v 监控中得到了广泛的应用，数字化、网络化、智能化的发展趋势更加 明确。视频网络监控，已经成为这两年数码监控发展的重头戏，有线专用网络监 控、互联网监控、无线网络监控等方面，都获得了长足的进步，在网络带宽自适 应控制、动态i p 地址解析、防火墙穿透、流媒体转发等诸多方面，都取得了突破 性的进展，为视频网络监控的进一步发展做了很多铺垫。 数字视频和网络技术为远程视频网络监控提供了解决方案，也把远程网络的 概念从城域扩展到城际、国际、甚至洲际的范围。利用i p 网络的多媒体服务就可 以构成远程视频网络监控系统。这样的方式在很大程度上改变了安全防范系统的 形态，使之从传输介质专用到介质共用( 利用各种公共信息网络) 。从系统的固定 设置到系统自主生成，由封闭的系统结构到开放的系统模式。视频监控系统将成 为一种可以无所不到的、开放的、可以根据各种具体要求自动生成的系统，安防 系统的边界将变得模糊，也变得更为广阔，它将成为网络视频服务业务的一种。 目前、利用i p 网络摄像机、视频摄像机加视频网关或利用d v r 的网络功能均可以 实现远程监控的功能，后两种是典型的模拟数字混合的方式，非常适于在现有模 拟系统的基础上扩展。前者则具有数字视频网的形态。i p 网络摄像机就是具有网 络接入功能的摄像机，它内置图像压缩单元和w e b 服务器，将视频信号压缩并转 换成符合网络传输协议( 如t c p i p ) 的数据流。更重要的是，它赋予摄像机一个 从网络任何地方都可以唯一识别的i p 地址。远端的用户不需要任何专用软件，只 要找到它的i p 地址，通过网络潮览器就可进行实时的监控。对于多台视频摄像机， 则不用每台都内置w e b 服务器，采用具有多路功能的视频网关更为适宜。 视频网络监控这个课题的重要工作是建立远程监控的技术标准，这个标准应 该是分档、分级的、并向下兼容标准要对系统的图像格式、编码方式、传输速 率、交换技术与通信协议以及相应的通信平台等根据安全防范系统的特点和要求 做出规定。由此、衍生出用于数字视频监控系统的摄像机、视频网关、服务器、 甚至数字图像记录设备的技术标准和相应的产品。在这个过程中，我们要有一个 认识上的转变，要跳出源自于模拟系统的传统概念和评价体系的框框，如图像的 还原性和实时性，对图像质量的评价指标和测量方法等，建立在数字视频环境下 的、全新的技术体系。要开展网络监控安全性的研究，建立可靠的安全体系和对 策。这些研究的成果，不仅是针对远程的网络监控，也是针对局域的数字监控。 它将是电视监控技术实现从模拟向数字的转化、从经典向现代转化的标志。 不过，不久的将来如何实现监控的便捷性则会提上日程，传统的在监控室 里面对监视器浏览各个画面的模式对于专业用户是一种必须，但对于普通老 百姓来说则显得可行性不大而手机是目前最方便、最普及的通讯工具，如 果通过手机实现实时视频监控，则将不可能的条件转变成非常简易的现实， 2 b基銮遵太堂鲤堂包监塞 i i直 基于民用市场而言，它将把数码监控推向移动视频监控的新高度。手机监控 的概念在国内用户面前可能比较新鲜，但这一理念目前正在海外兴起，有可 能引发民用视频监控市场的兴起，监控市场的二次革命或许由此发端。 1 3电信“全球眼”系统优势 随着技术的不断发展，基于宽带技术的网络图像应用在网络视频监控中逐步 得到推广使用，使得电子监控已不仅仅局限于安全防范，而是已成为一种对各行 各业都较为行之有效的监督手段和管理资源。其应用领域和应用的灵活性也已经 远远超出传统的安防监控所定义的范畴。 “全球眼”网络视频监控业务是由中国电信推出的一项完全基于宽带网的远 程图像监控、传输、存储，管理的增值业务。利用中国电信无处不在的宽带网络， “全球眼”能够将分散、独立的图像采集点进行联网，实现跨地域、全范围内的 统一监控、统一存储、统一管理、资源共享。 “全球眼”业务充分发挥电信运营商无处不在的网络资源优势，通过网络视 频监控业务平台。将分散、独立的采集点图像信息进行联网采集和处理，从而实 现了跨区域的统一监控、统一管理及分级存储，满足客户进行远程监控、管理和 信息传递的需求。 在硬件方面，传统的监控系统可以分为第一代的模拟监控系统和第二代为数 字化监控系统，而“全球眼”业务所采用的设备则属于第三代视频图像处理设备。 与此同时。全球眼”也采用了第三代的网络图像管理系统，它综合采用了先进的 l i n u x 操作系统、m p e g 2 m p e 6 4 等数字视频压缩技术、大型数据库管理等先进技术， 并加入了集群和多接入功能，可便捷地与其他平台( w i n d o w s 等) 进行融合或嵌入， 是目前在电信运营商真正得到正式应用的商业级解决方案。 在软件方面，。全球眼”系统也具有明显的技术优势。首先“全球眼”采用源 代码完全开放的l i n u x 操作系统，杜绝了从后门攻击的危险，减少被病毒侵袭的 危险性；其次，“全球眼”采用了数字水印技术，确保数据真实、不被篡改；其三， “全球眼”采用完善的多重密码权限认证体系，可以防止资料被盗用；其四，针 对一些用户特殊的安全需求，电信运营商还可以依托自有的基础电信网络，为客 户在传输线路上采取专门的安全措施。 从业务功能上来看。“全球眼”业务与传统的视频监控系统有着根本的区别。 传统的视频监控系统只能实现分散、独立的监控，而“全球眼”业务真正突破地 域限制，实现跨区域、全球范围内的统一监控、存储、管理和资源共享。另外，“全 球眼”业务还可以通过集群电话、专线电话和公众通信网络等不同形式的网络实 3 现监控现场和监控办公室的双向沟通，从而使传统的监控模式从单向转变为双向， 让监控的反应更及时、更有效率。可以说，“全球眼”真正让客户眼观六路，耳听 八方，并可实时做出决策和反应。 目前“全球眼”业务主要面向行业用户，如金融、石油、交通、公安、电力、 连锁商业等分支机构数量多，管理范围比较广的企业、事业或行政管理机构。例 如金融行业中各金融机构的营业大厅、金库、自动提款机及自助银行的监控管理， 以及交通方面的高速公路的收费管理、重点路口的流量监控、闯红灯和违章的监 控、停车场的监控等。 在商业方面可以进行商场的保安监控、出入口监控以及商场运作情况等。“全 球眼”业务可以为管理者提供远程实时的图像服务，使他们能够及时准确地了解 自己管辖内各个现场的情况，提高管理和决策的效率，及时处理现场的突发事件。 1 4 本课题的目的和意义 总所周知，在一个实际的视频监控系统中，中心服务平台需要管理很多设备， 对实时性有着很高的要求。对于一个中型城市来说，大概会有1 0 0 0 个以上的摄像 机，这些摄像机主要分布在治安复杂( 案件多发) 地段、街面、市场内外、政府 办公场所出入口、车站、小区主要出入口等处，通过光纤网络，将监控视频数据 集中传送到市局总监控中心。与摄像机相对的还有至少l o o 个电视墙和几百个客 户端，分布在市局指挥中心、全市各个派出所监控中心。此外在这个系统中还会 有多个视频转发设备和网络录像设备，以便进行媒体转发和对监控的对象进行录 像。 一般来说，用户对监控系统会有这几个方面的需求： 实时监控，当用户需要查看某个摄像机监控的区域时，可以很快地切换过去。 告警上报，一般来说，不可能每个摄像机都有人2 4 小时进行监视，这就需要 摄像机、编码器对收到的图像进行分析判断，如果某个监控地区发生异常情况， 通过告警上报的方式让用户注意到问题，再进行实时监控。 告警联动，当一个地方的摄像机进行告警的时候，希望其它的设备会有些相应 的动作。比如说，一个银行内可能有两个摄像机，分别对着门口监视进来客户 情况和对着柜台监视工作人员情况，当监视柜台的摄像机产生故障或者被人故 意遮挡起来的时候，可以产生一个“遮挡告警联动”，联动另一个摄像机转变 方向，监控银行内部工作情况。 网络录像和录像查询，用户希望把摄像机监视到的信息保存下来，以便在将来 有需要的时候进行查看 4 上面的这些需求除了第四个之外，都需要平台迅速做出响应，进行处理，对 于监控来说，只有保证实时性，才能够有效进行控制。对于一些突发事件，只有 快速进行上报，才能让用户及时进行判断处理。 因此，可以预见响应速度是衡量网络监控系统的一个很重要的因素，只有快 速、正确地进行响应，才能做出行之有效的处理。所以如何提高系统的响应速度， 是一个需要认真分析的问题，本论文的目的就是要通过分析网络监控系统中响应 速度存在的问题，提出行之有效的解决方案，并通过测试来验证该解决方案，使网 络监控系统中的响应速度问题得到解决。 1 5论文的主要工作及组织结构 本论文主要基于中国电信提出的“全球眼”视频监控系统结构，对其核心单 元中心管理服务器c m s 的服务质量进行分析，找到影响c m s 响应速度的关键因素， 即c m s 对数据库的访问时间。通过借鉴操作系统中异步i 0 的方式，将中心管理 服务器对数据库的访问方式进行改进，达到提高系统响应速度的目的。 本文主要结构安捧如下： 第一章引言。主要介绍了视频监控系统的发展现状、相关研究和对未来的展 望，以及电信“全球眼”视频监控系统的优点。然后根据视频监控系统对实时性 要求比较高的特点，说明了提高系统响应速度的原因和意义。最后介绍了全文的 组织结构。 第二章电信“全球眼”系统介绍。详细介绍了电信“全球眼”视频监控系统 的组成框架、业务功能和用户操作流程，并对其中心管理服务器( c m s ) 中各个模 块的功能和数据库在系统中的作用进行了介绍。 第三章中心管理服务器( c m s ) 服务质量分析。本章从服务器每秒钟可处理的用 户登陆数目的角度分别对服务器在正常情况和网络负载比较大的情况下的处理效 率进行了分析，针对服务器出现的无响应状况，从各方面进行了剖析，最终确定了 是服务器对数据库同步访问方式的原因，最终导致服务器在等待结果时无法接收 到新的请求。 第四章c m s 性能问题解决方案的提出与分析。本章根据第三章中找到的原因， 提出了三种解决方法，并在比较了三种方法的优缺点后，选择在服务器中使用异 步调用b c 接口访问数据库的方式来解决出现的问题，并对如何与原有系统进行 协调工作的问题提出了解决的办法。 第五章l m s 性能问题解决方案的实现和测试。本章中细致地介绍了方案的实 现过程，通过用户登陆的实例，分析了修改前后系统的处理流程，本章最后通过 5 用户登陆和设备注册两个方面比较了修改前后系统的响应速度。通过定性和定量 的比较，证实了异步操作对系统响应速度的提高。 第六章全文总结与展望。本章对本文所做的工作做出总结，并对下一步工作 进行了展望。 其中三至五章为本文的重点，针对c m s 性能问题提出解决方案，详细描述了 问题发现和解决过程，并且对修改前后的系统性能进行了测试和比较，证实了异 步操作对系统响应速度的提高。 1 6 本章小结 本章主要介绍了视频监控系统的发展现状以及研究状况，指出了电信“全球 眼”视频监控系统的优势，然后根据视频监控系统对实时性要求比较高的特点， 说明了提高系统响应速度的原因和意义。最后介绍了全文工作和组织结构。 6 2 电信“全球眼”系统介绍 2 1 系统结构框架 在前面第一章中，我们就已经了解到“全球眼”是中国电信提供的基于i p 技 术和宽带网络的远程网络视频监控业务，在本章中我们就此展开详细介绍电信“全 球眼”系统相关结构框架和系统功能等知识“1 。 首先，如下图所示，这是中国电信“全球眼”系统的结构框架： _ _ _ _ - i 瘸户认莨日授权，澎襁服务器 i桃频转分获荦无 l l生! 盥釜置盘 图2 - 1 “全球眼”系统结构 f i g u r e2 - 1 g l o b a le y e ”s y s t 锄蚰卫c n l 把 这个系统主要包括前端单元、客户端单元以及中心服务平台( 包括：c m s 、v t d u 、 n r u 、a a a ) ，各部分均接入i p 承载网。 p u 为前端单元，负责完成音视频信息、告警信息的采集、缓存、编码、 存储及发送等功能，并可接受来自网络的控制指令。p u 系统常包括如下 设备：摄像机、云台、视频服务器、报警输入输出设备等。 c u 为客户端单元，负责为客户呈现系统所提供的服务，包括实现实时、 历史音视频的解码播放和控制、实现用户管理、实现业务开通和管理面、 7 j e 童銮通太堂亟堂位监蛮出信：全韭腿：丕续企绥 实现系统维护、实现接警以及电视墙等功能。 中心服务平台： 中国电信网络视频监控系统中心服务平台由c m s 、v t d u 、n r u 、a 从服务器 几部分组成。 c m s 为中心管理服务器，是中心服务平台的核心单元，可实现p u 、c u 的 接入、信令转发处理、系统及其信息管理。 v t d u 为视频转分发单元，可实现音视频请求、接收、转发、分发。并可 实现多级级联。 n r u 为网络录像服务器，可实现视频存储、检索。支持视频回放。 a a a 服务器为用户认证授权记账服务器。 在中心服务平台中有个很重要的部分，就是数据库系统，它保存了监控系统 中其它所有设备的信息，供中心管理服务器使用。 2 2 系统功能介绍 “全球眼”系统主要为用户提供了媒体播放业务，远程控制业务，轮切配置 业务，报警联动和g i s 地图服务这五种业务功能。 媒体播放业务又分为实时监控、录像存储、点播回放、屏幕抓拍、本地下载 这几类 1 ) 实时监控：用户可以通过网络进行实时音视频浏览。可以在远程计算机上 实时监控，亦可实现在远程通过硬件解码器在监视器、电视墙上观看实时视频。 2 ) 录像存储：系统支持三级视频存储，前端存储、中心存储和客户端存姥。 可以在前端d v r 的硬盘中进行录像，可以利用平台提供的海量存储功能存储，还 可以让指定的客户在浏览视频时将视频的实时存储在客户端本地硬盘中。 3 ) 点播回放：对于已经存在的录像，系统提供了方便的录像检索、查询手段， 可根据时间、地点和报警类型等信息检索并回放图像，回放时可实现播放、快放、 慢放、单帧放、拖曳、暂停等功能，可选择实现多路图像同步回放功能。 远程控制业务分为远程控制锁定、远程控制解锁、抢占远程控制，释放远程 控制等几个部分。系统支持对云台和镜头的远程实时控制。云台控制又包含：云 台的上下左右转动、巡逻功能、预置位设置功能和云台转动的步进值设置。同时 还支持雨刮、辅助灯光开关功能。由于云台属于独占性资源，与摄像机不同，同 一时刻只能有一个人进行控制，所以对云台还进行了权限控制，权高者占用云台。 系统根据用户的权限决定执行哪位用户的命令。同级之间则按先来者先占用原则 进行处理。 8 韭塞窑道太堂亟堂僮论塞电擅：全壁呕：丕统企绝 轮切配置业务：可以通过轮切方案的配置，对有操作权限的摄像机配置轮切 方案。轮切即将一组图像设置在一个播放控件窗口或一个电视墙屏幕上，并可设 置轮巡白j 隔时间，以实现多个画面轮流显示。同时我们还可以将一个p c 客户端的 画面进行4 、6 、9 、1 0 、1 6 分屏，在每个屏幕上显示不同的轮切画面。 报警联动的报警事件包括开关量报警，图像侦测报警和遮挡报警等。开关量 报警要求前端设备支持开关量报警输入，并可将报警信息上传。开关量报警设备 如红外线侦测器、门禁、应急铃、烟雾报警器、可燃气体报警器等。图像运动检 测，系统根据指定画面中特定区域进行运动检测报警，并可设黄运动检测灵敏度。 还可以当图像中特定区域被遮挡后即进行报警。中心平台在收到报警信息后，根 据用户配置的报警联动表信息进行联动处理。主要操作包括触发报警录像及图片 抓拍、发送报警短信给用户，向用户电话提供语音报警等。同时将报警信息传送 到正在进行监控操作的用户处，并且传送给指定的专用报警客户端。 g i s 地图服务：g i s ( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ) 的作用在于将数据以 图形和动画形式直观显示在地图上。它具有如下功能： 1 ) 统计、分析、展示； 2 ) 基于实际空间位置的分析与表达； 3 ) 是一种全新、直观的管理工具：即在g i s 地图功能下用户可以进行g i s 地 图的各种操作，以使监控点调看、设置、报警联动操作更加形象化。 2 3 用户操作流程 当然，如果要对。全球眼”系统进行配置和管理，则需要通过客户端登陆来 完成操作m 首先管理员通过c u 客户端进行登陆，这时需要提供用户名和密码。 登陆成功后，需要向系统中添加设备，以便设备能够进行注册。需要添加的 设备包括编码器、解码器、摄像机、屏幕、媒体转发服务器和网络存储服务器， 服务器会将这些信息存入数据库中，并且对每个设备生成一个唯一的i d 。 管理员得到这些设备i d 后，对设备进行相应的配置，包括设备名称即提供的 i d 号，服务器地址等。配置完成后设备会向服务器进行注嬲，服务器比较设备注 册信息和数据库中保存的信息无误后，设备注册成功上线，至此就可以使用了。 对于一个普通用户来说，需要管理员将指定的设备进行分配，指定某个用户 可以管理哪些设备，可以浏览哪些摄像头拍摄的信息等，这些也同样被保存在了 数据库中。 普通用户进行登陆的时候，服务器会从数据库中读取他的权限信息，用户对 9 于自己可以的操作摄像机和云台，进行视频浏览和远程控制，并可以选择在p c 机 上进行播放或者播放到电视墙。 2 4 中心管理服务器( c m s ) 模块 2 4 1c m s 模块功能介绍 c m s ( c e n t e rm a n a g e m e n ts e r v e r ) 是网络视频监控中心平台系统中心管理服 务单元，是中心服务平台的核心单元，负责实现p u 、c u 的接入、各单元的信令转 发控制处理、报警信息的接收与处理以及业务支撑信息管理。c m s 作为中心控制系 统分为两个组件，、，m ( 视频管理) 和a c ( 接入网关) 。负责视频业务管理，a g 负责 设备接入、n a t 穿越、协议转换和地址路由功能。 ：c m s 图2 - 2c m s 模块结构 f i g u r e2 - 2 恤s t r u c t u r eo f c m sm o d u l e c m s 系统结构如图2 2 所示，下面是它们的具体介绍： 1 0 且在 ；管 询处 一一 一一一一一 d m ：存储计划的管理： m c m 监控中与流媒体相关的业务控制； c m ：对流媒体相关业务消息的状态控制： s i p a x m l ：s i p 和瑚l 协议栈； u r m ：用户、权限管理模块。负责用户身份和权限的管理。系统中各个 模块都在运行中都可以调用该模块的接口对用户的权限进行验证和判断。 d b a ：数据库代理模块。负责与数据的连接功能，提供数据的增加、查询、 删除、修改功能。c m s 服务器通过这个模块与数据库进行通信，各种信息。 数据库：包含网络设备、软件、操作级别、负责维护设备的人员等信息。 d 1 3 a 模块通过调用0 d b c 的a p i 函数与数据库进行连接，o d b c 再根据指定 的数据源进行连接。 2 4 2c m s 模块数据库 c m s 作为中心服务平台的核心单元，需要管理各种设备和配置信息。所有的 这些信息都是存在数据库中的，对于c m s 这个“大脑”来说，数据库就是它的记 忆细胞。具体来说，数据库中主要储存以下几个方面的内容： 1 ) 网络设备信息，包括前端设备，视频转发设备、网络录像设备和计费设备； 2 ) 设备的配置文件； 3 ) 系统中所有用户的身份资料： 4 ) 所有用户的权限信息； 5 ) 每个用户的业务配置信息； 6 ) 对配蔑操作过程的记录信息： 7 ) 系统故障的日志信息。 很显然，我们从上可知数据库中储存了可以想到的各种信息，大到一个地方 有哪些摄像头，小到一个用户进行了哪些操作，这些都可以从数据库中找到答案。 当一个用户进行登陆的时候，需要从数据库中先查到他的身份信息，然后还 需要查到这个用户拥有的权限，可以看到的设备等信息；当一个设备注册上线的 时候，需要从数据库中读取他的配置信息；当一个用户需要对某个地方进行监控 的时候，需要查询数据库找到对应的视频转发设备，如果需要把监控的信息保存 下来，还需要查询对应的网络录像设备。 可以看到，数据库对于监控系统的日常业务有着至关重要的作用；另外，数 据库还保存着各种操作日志和系统日志，对于系统的安全性，发生问题后的故障 分析等都有很大帮助，可以说没有数据库，或者对数据库的操作处理不好，整个 韭廛蛮亟厶堂亟堂垃j 金奎生信：金韭腿：丞统盒绝 监控平台就寸步难行。 2 5 本章小结 本章主要介绍了视频监控体系中电信“全球眼”视频监控系统的组成框架、 业务功能和用户操作流程以及其核心模块c m s 的相关模块和功能，最后阐述了数 据库在整个模块中的作用和地位。 3 中心管理服务器( c m s ) j t 务质量分析 通过以上两章的了解，我们已经能够大致知道整个电信“全球眼”系统的概念， 并了解了中心管理服务器的模块功能，因此在本章中，我主要就电信“全球眼”系 统的核心模块c m s 的服务质量展开深入地分析，针对用户登陆时服务器的响应情 况，即从开始登陆服务器到服务器鉴权成功的这段时间进行详细分析，通过此分析， 我要达到找到影响c m s 性能原因的目的，并将详细阐述如何进行查找。 3 1 c m s 性能状态 3 1 1问题起源及系统工作方式介绍 c m s 服务器在我们实验室专门搭建的环境中可以很好地工作，达到较好的服务 质量；但是当拿到电信的宽带网中进行工作，服务于整个市区甚至整个省的时候， 却发现服务器的处理效果不尽人意，经常会出现无响应的状况。为此，我们又在 实验室中对服务器的性能进行了一番测试。 整个系统的通信过程是这样的：一个客户机向服务器发起请求，服务器需要 向另外一个服务器( 数据库服务器) 查询信息才能完成操作这个环节中的任何 地方发生问题都会对系统的响应速度产生影响。 3 1 2实验环境及方法介绍 实验环境中共有3 台主机，其中两台为l i n u x 操作系统，分别安装数据库 ( p o s t g r e s o l 8 2 3 ) 和c m s 服务器，另外一台为w i n d o w s 操作系统，安装客户端模 拟工具和普通客户端。三台主机通过路由器进行连接。 客户端模拟工具是专门用来测试系统性能的客户端，具有和普通客户端相同 的消息收发系统。它可以根据配置的用户i d 生成用户登陆请求消息发往服务器， 并根据服务器的响应来判断用户是否鉴权成功。另外，客户端模拟工具可以指定 模拟用户个数( 即每秒钟模拟的用户登陆数目) ，一秒钟内将所有请求都发往服务 器，并对每个用户生成登陆同志文件，以便查看登陆的具体处理过程。 根据电信规范中要求系统每秒可处理1 0 1 5 个用户的性能指标，我在测试中 指定模拟的用户数目为2 0 。接下来进行准备工作：首先启动服务器，通过普通客 业塞銮塑厶堂亟堂位论塞生! 垒萱堡厦爱墨f 丛1 腿爱厦量筮扳 户端使用系统默认管理员i d 登陆，然后在系统中建立了2 0 个普通用户，这些用 户除了登陆i d 不同之外，其它设置完全相同，这样就完成了准备工作，开始进行 下面的测试。 3 1 3正常情况性能状态 在该实验中，我将比较正常情况和网络负载比较大的情况下的c m $ 性能状态即 处理效率进行比较，通过比较来发现问题，因而首先我们测量了一般情况下服务器 的处理效率。 在一般情况下，服务器每秒可以处理2 0 个用户登陆请求。这是使用客户端模 拟工具每秒向服务器发送2 0 个登陆请求的情况，如图3 - 1 所示： 图3 - 1 用户登陆测试 f i g u r e3 - 1u s 口l o g i l lt 鹤t 这里的登陆请求只包含了用户从输入用户名进行登陆到用户被鉴权成功的过 程，实际上，在用户鉴权成功后，还需要从服务器端读取一些当前在线的设备信 1 4 息，可以进行视频浏览的摄像机信息等，然后再进行界面初始化，这个过程会根 据用户管理设备的多少而不同，般会花去1 s 一2 s 。 下面是一个用户登陆过程中生成的r 志信息，可以看到用户的鉴权花了4 7 m s ， 随后是读取服务器中保存的设备信息和初始化。 1 m c b g i e o m a f l a g e g 蛆c 蔓叫虹i m , o k m g a 唧辨s s i o n 2 1 2 0 0 7 1 1 1 6 1 1 0 6 ：5 7 ，2 1 8 】【1 】d e b u g l - 1 3 c ，c u v c x 姗- 加吐蛐蛐f 枷b e 鲥 3 4 【2 0 昕- 1 1 1 6l l = 0 6 5 7 0 6 5 】【1 1d e b u gh 3 c c u v c x l n x m - - o 点| 曲妇血d 山s e , c e e d l 5 6 2 0 0 7 1 1 - 1 6l l = 0 6 ：5 7 ，2 6 5 h 1 ld e b u gh 3 c c u v c x l 戳e = o k k o r e c a r d m o d d e 啦b e i 鲫 7 8 2 0 0 7 1 1 1 6 = 0 6 = 5 7 ，2 6 5 】【1 】d e b u g h 3 c c u v c x l 饼e = d 一、，i d e 氓硎- 烈“e f e 衄簟e a d l 9 1 0 【2 0 0 7 - 1 1 1 6n = 0 6 5 7 ，2 6 5 】【1 】d e b u g l - 1 3 c c u v c x 烈e = o - i i v e 锄t x l d e f 靴雄! l l ， ，一 “”= 一i 一； s p ，一，r 一 1 2 2 0 0 7 - 1 1 1 61 1 - 0 6 - 5 7 2 6 5 j 【1 】d e b u g i - d c c u v c x l e = o - l i v e m o d u l e r e g i s = e a d l 1 3 1 4e 2 1 7 1 1 1 6 n j 5 7 j 6 习【l l d e b u g h 3 c c u v c x 雹d 疆l o g s m o d u l e t e g i 婀b 昭“ 1 5 撕 2 0 0 7 l i 1 61 1 9 6 ：5 l 2 6 5 l 【i j d e b u g i - 3 c c u v c x 孕凇o 一己。簪脚d 出r t 窖i ；t e t c a d ! 1 7 1 8 2 0 0 7 ，1 1 1 6 l l = 0 6 5 7 ，2 6 5 】【l 】d e b u g h 3 c c u v c x 錾e = o l h z m o d d e f 枷b e g i n i 图3 - 2 用户登陆日志 f i g u r e3 - 2t h el o gf o ru s 玎l o g i n 3 1 4特殊情况性能状态 接下来在网络状况比较差的情况下，我对服务器的处理效率再次进行了测量。 方法就是将连接整个系统的路由器接到了一个比较大的网络中，这样网络中会有 很多组播包和广播包。 下图3 - 3 是我们的测量结果： 韭峦銮煎厶堂亟坐位论奎生尘萱垄匿釜墨( 丛s ) 匿丕厦茁盆蚯 图3 - 3 用户登陆测试 f i g u r e3 - 3u i o g i ut e s t 经过统计，发现有9 个用户无法进行登陆，通过查看登陆成功的用户的日志， 可以发现用户的平均鉴权时间为9 0 m s 。对于无法登陆的用户，日志显示失败原因 为“发送消息失败，可能同服务器断开连接! ”。究竟是由于网络状况太差，导致 用户的请求报文没有到达服务器，还是报文到了服务器后服务器这一侧没有响应， 我将在下面一节对这个问题进行深入地分析。 1 6 x 3 cv i d e o l a m ：3 2 ：0 9 tc 1 2 i 】e n 【l t 】i 雎sb i n 嘴v o k i n ga 器s 札e s 8 1 1 1 。：0 2 0 0 7 - 1 1 - 1 6i i 4 3 b 3 cc o i1 一a u