目前安防市場上的多數(shù)監(jiān)控管理平臺都是分布式系統(tǒng)，行業(yè)內(nèi)不管是用戶、工程商還是產(chǎn)品商都一致認(rèn)可分布式系統(tǒng)帶來的好處。本文從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度，描述分布式監(jiān)控管理平臺的關(guān)鍵要點(diǎn)。

　　開放的分布式軟件架構(gòu)

　　分布式監(jiān)控管理平臺至少說明了兩點(diǎn)：一是軟件產(chǎn)品是分布式系統(tǒng)，二是該分布式系統(tǒng)是用于安防監(jiān)控管理的。軟件架構(gòu)是軟件產(chǎn)品的基礎(chǔ)，本節(jié)從這兩個方面來說明分布式監(jiān)控管理平臺的軟件架構(gòu)特點(diǎn)。

　　與一般的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不一樣，分布式系統(tǒng)有兩個基本特性，一是透明性，二是開放性。透明性是指系統(tǒng)能夠在用戶和應(yīng)用程序面前呈現(xiàn)為單個計算機(jī)的特征。一般的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，如果兩個不同的攝像機(jī)在不同的服務(wù)器上管理，這兩個服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)互連互通，它們就形成了一個聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，但這樣的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不一定是分布式系統(tǒng)，分布式系統(tǒng)要求這兩個攝像機(jī)在用戶和應(yīng)用程序看來，都像在一臺計算機(jī)或一個系統(tǒng)上。透明性又分為訪問透明性、位置透明性、復(fù)制透明性、并發(fā)透明性等類型。

　　分布式系統(tǒng)要求的開放性，從安防行業(yè)來理解，就更加簡單和直接。系統(tǒng)要求接入不同類型的設(shè)備或系統(tǒng)、不同品牌的設(shè)備或系統(tǒng)，同時要求為各類上層應(yīng)用提供訪問接口，服務(wù)于各個行業(yè)用戶。

　　若干年前，好用的、可供選擇的分布式軟件架構(gòu)不多，典型的有COM/DCOM、CORBA、ICE等，后來發(fā)展得更容易使用、也更為龐大的軟件架構(gòu)有.NET和J2EE等。但這些軟件架構(gòu)并不能直接就成為分布式監(jiān)控管理平臺的軟件架構(gòu)，因?yàn)樗鼈儧]有包含安防監(jiān)控的行業(yè)需求。適合分布式監(jiān)控管理平臺的軟件架構(gòu)必須具備數(shù)據(jù)庫或目錄管理、視頻管理、報警管理、存儲管理、權(quán)限和日志管理等需求特征。

　　POSA(Pluggable Objects and Services Architecture)是符合上述特征的分布式軟件架構(gòu)。在POSA架構(gòu)里，新需求、新設(shè)備的接入都體現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)一個或一組新的組件和服務(wù)。POSA架構(gòu)從版本1.0、2.0發(fā)展到今天的3.0版本。其中，POSA2以組件為設(shè)計中心，而POSA3是以服務(wù)為中心。在POSA3中，原有的POSA2組件仍然可以很好地工作。POSA組件技術(shù)、服務(wù)技術(shù)，為PVG網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

　　統(tǒng)一管理的命名體系

　　有了一個開放的分布式軟件架構(gòu)之后，若要實(shí)現(xiàn)分布式軟件，還需要一個基礎(chǔ)是需要適合的命名體系。在分布式系統(tǒng)中，命名體系的實(shí)現(xiàn)通常是在多臺計算機(jī)上完成的。命名體系一般要考慮兩個問題：一是如何組織所有的實(shí)體對象，二是如何描述每一個實(shí)體對象;一般來說，最常用的組織實(shí)體對象的方法是分層描述;而描述每一個實(shí)體對象的方法分為兩類：一是基于屬性的命名系統(tǒng)，一是支持結(jié)構(gòu)化的命名系統(tǒng)。前者描述實(shí)體對象的最常用方法是用(屬性、值)對來描述，一個實(shí)體對象的所有(屬性、值)對就組成了該對象的屬性集。上述基于屬性的命名體系又稱為目錄服務(wù)。輕量級目錄訪問協(xié)議LDAP是目錄服務(wù)的一種實(shí)現(xiàn)。

　　PVG使用了兼容LDAP的分布式目錄服務(wù)。在PVG中，每個對象有一個全名，還有一個相對名。例如，av/cam/1@192.168.11.5是一個全局的名稱，這個名稱的含義是192.168.11.5這臺機(jī)器上的“av/cam/”組下面的“1”號攝像機(jī)。相對名稱則是通過上下文識別的簡短名稱。PVG的每個對象有若干個屬性，每個屬性有一個唯一的標(biāo)識符，屬性是有不同的類型和相應(yīng)的值。

　　PVG的目錄服務(wù)機(jī)制、對象集和屬性集構(gòu)成了PVG網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺的命名基礎(chǔ)，為分布式的資源定位和查找等應(yīng)用提供了依據(jù)。[nextpage]

　　適合行業(yè)需求的聯(lián)網(wǎng)方式

　　分布式監(jiān)控管理平臺要實(shí)現(xiàn)和滿足行業(yè)各種各樣的聯(lián)網(wǎng)需求。在實(shí)現(xiàn)這些聯(lián)網(wǎng)需求時，開發(fā)人員很容易想到以下幾點(diǎn)：控制信令和數(shù)據(jù)流是要分開的;要支持各種各樣的聯(lián)網(wǎng)方式;要管理好聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器或節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時流和歷史流的流向;要管理好節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)帶寬等問題。本節(jié)詳細(xì)分析了這些問題，并給出適合行業(yè)需求的參考解釋。

　　控制信令和數(shù)據(jù)流的分開問題在模擬聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中是不需要考慮的，而數(shù)字聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中則必須考慮。

　　聯(lián)網(wǎng)方式一般有兩種：一是級聯(lián)，二是互聯(lián)。級聯(lián)是上下級之間的聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)反映的是平等關(guān)系的聯(lián)網(wǎng)。

　　不管是級聯(lián)的系統(tǒng)描述，還是互聯(lián)的系統(tǒng)描述，一般都是只指出了控制流的走向，而沒有清楚地定義數(shù)據(jù)流的管理，更沒有明確網(wǎng)絡(luò)帶寬的管理。從模擬系統(tǒng)演化過來的數(shù)字干線是符合行業(yè)需求的流和帶寬管理的。

　　數(shù)字干線可以定義為PVG服務(wù)器之間建立聯(lián)系的數(shù)字通道。通過干線，若干臺PVG可以建立各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為多級數(shù)字聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)帶寬管理提供了有力的保障。干線管理的內(nèi)容有：干線路由選擇、復(fù)用、搶占及搶占后處理和預(yù)留。干線路由選擇是指在一個節(jié)點(diǎn)上調(diào)用其它節(jié)點(diǎn)的某路圖像的時候，PVG系統(tǒng)將采用什么樣的算法來選擇最應(yīng)該經(jīng)過哪些節(jié)點(diǎn)以及哪些干線。干線的復(fù)用是指在多個用戶在調(diào)用同一個攝像機(jī)時，后面的用戶應(yīng)該復(fù)用已經(jīng)使用過的干線，而不應(yīng)該另外再使用一條新的干線。干線的搶占是指當(dāng)所有的干線都有用戶在使用時，PVG系統(tǒng)將采用什么樣的算法來搶占新的干線。搶占后處理是指搶占后要友好地通知以前占用該干線的所有用戶。干線的預(yù)留是指某些干線在配置的時候就專門預(yù)留給某些節(jié)點(diǎn)，只有這些節(jié)點(diǎn)上的用戶才能使用預(yù)留的干線。預(yù)留干線一般應(yīng)用在特定的場合。

　　數(shù)字干線對實(shí)時流的管理在項(xiàng)目中得到了很好的驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化，把這個概念演進(jìn)和推廣到對歷史圖像的管理上。在歷史圖像的數(shù)字干線管理上，通過路由選擇、搶占等概念，可以很好地解決網(wǎng)絡(luò)隔離(例如公安網(wǎng)和視頻專網(wǎng)的隔離)、調(diào)閱歷史圖像的問題。

　　可以說，從模擬干線管理到數(shù)字干線管理，再到歷史圖像的數(shù)字干線管理和應(yīng)用，PVG完成了多次聯(lián)網(wǎng)功能的跳躍，滿足了各種條件下的聯(lián)網(wǎng)需求。

　　強(qiáng)大可靠的分布式存儲服務(wù)

　　傳統(tǒng)的視頻錄像技術(shù)大都采用在普通文件系統(tǒng)上用視頻錄像文件的方式來進(jìn)行錄像。因?yàn)槠胀ㄎ募到y(tǒng)固有的特點(diǎn)，導(dǎo)致在做視頻存儲應(yīng)用時出現(xiàn)很多問題。

　　· 普通文件系統(tǒng)以簇為單位分配磁盤空間，為了提高空間利用率，簇的字節(jié)數(shù)一般都很小，文件反復(fù)讀寫/創(chuàng)建/刪除導(dǎo)致簇不斷被分配和釋放，時間稍微一長就會產(chǎn)生磁盤碎片，導(dǎo)致磁盤讀寫性能急劇下降，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞磁盤;

　　· 普通的文件系統(tǒng)采用元數(shù)據(jù)來保證數(shù)據(jù)的一致性，魯棒性不強(qiáng)，一旦元數(shù)據(jù)受到損害，即使數(shù)據(jù)部分沒有損害，也無法還原。而超過100路的并發(fā)錄像，若使用普通文件系統(tǒng)，元數(shù)據(jù)損壞的機(jī)率極大;

　　· 由于文件系統(tǒng)的限制，文件不能太大，也不能太小，一般采用幾分鐘一個文件進(jìn)行錄像，難以實(shí)現(xiàn)檢索幾秒以前的錄像數(shù)據(jù)，很難支持對正在錄像的文件的檢索回放;

　　· 掃描磁盤文件、清理舊錄像、檢索等操作效率低下，且格式化非常緩慢。

　　所以，如果采用普通文件來實(shí)現(xiàn)存儲服務(wù)，一般需要很多特殊的手段和技巧來避免上述問題，其中有一個辦法就是采用文件預(yù)分配機(jī)制，多數(shù)的DVR廠商使用這個方案。

　　對于海量的分布式存儲，使用上述方案也會碰到很多的挑戰(zhàn)，通常更徹底的辦法是開發(fā)自己的基于磁盤設(shè)備塊和流媒體特性的文件系統(tǒng)。PVG選擇了這個方案，PVG支持的文件系統(tǒng)命名為ROFS(Ring Objects File System)。[nextpage]

　　ROFS文件系統(tǒng)擁有最高的磁盤讀寫性能，還有極高的魯棒性。系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)塊方式讀寫磁盤，但以視頻幀為單位進(jìn)行提交，視頻幀是一個最小可修復(fù)的單位，任何一個視頻幀損壞不會影響其它視頻幀，所以即使在沒有任何RAID防護(hù)的情況下的硬盤物理損壞也只會損失非常短的一小段錄像，如果是軟損壞(程序錯誤導(dǎo)致的損壞)則甚至只會僅僅損失一幀或數(shù)幀(<1秒)而已，又因?yàn)镽OFS為完全自主的文件系統(tǒng)，任何部分?jǐn)?shù)據(jù)損壞都不會影響到其它地方的數(shù)據(jù)(沒有破壞的完好數(shù)據(jù)全部可以修復(fù)),所以ROFS有極高的魯棒性。

　　因?yàn)橐砸曨l幀為基本存儲單位，一旦一個視頻幀寫入完成就立即可以進(jìn)行檢索，采用ROFS的錄像系統(tǒng)可以檢索到40毫秒前的錄像。另外，視頻幀的索引內(nèi)建在ROFS中，所以可以快速地定位到任何一個視頻幀并開始播放。最后，ROFS的格式化也非常迅速，幾T磁盤的格式化時間也只需要數(shù)秒的時間。

　　ROFS文件系統(tǒng)基于POSA3構(gòu)建的分布式存儲服務(wù)提供強(qiáng)大的存儲服務(wù)功能，可以作為云存儲的一個現(xiàn)成解決方案。

　　易于擴(kuò)充的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化

　　隨著國標(biāo)GB/T28181-2011<<安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求>>、公安部<<全國公安機(jī)關(guān)視頻圖像信息整合與共享工作任務(wù)書>>等文件的發(fā)布，分布式監(jiān)控管理平臺支持標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議勢在必行。

　　如果監(jiān)控管理平臺在設(shè)計之初只支持內(nèi)部的協(xié)議，對標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議改造會是碰到一些困難，而PVG由于基于POSA構(gòu)架，對新協(xié)議的滿足、協(xié)議的擴(kuò)充是比較容易處理的。事實(shí)上，每個協(xié)議只需要實(shí)現(xiàn)為一個組件或一個服務(wù)，就能滿足通訊協(xié)議規(guī)定的要求。PVG已經(jīng)基本上完成了國標(biāo)GB/T28181-2011常用功能的實(shí)現(xiàn)。

　　分布式監(jiān)控管理平臺的前沿技術(shù)應(yīng)用

　　分布式監(jiān)控管理平臺的前沿技術(shù)的應(yīng)用，從近期來看，是進(jìn)一步強(qiáng)化分布式集群服務(wù)的應(yīng)用，從遠(yuǎn)期來看，應(yīng)該是云計算的應(yīng)用。事實(shí)上，我們可以認(rèn)為分布式集群計算和云計算都是分布式系統(tǒng)的一種特殊形式。當(dāng)然，云計算還包含運(yùn)營、服務(wù)等更多的概念和內(nèi)容。

　　PVG在流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的模型中，支持多臺流媒體的集群計算，其結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

　　可以稱為云計算監(jiān)控管理平臺的軟件應(yīng)該具備以下幾個特點(diǎn)：

　　· 應(yīng)該是私有云，是在視頻專網(wǎng)上運(yùn)行的云;

　　· 是業(yè)務(wù)和需求驅(qū)動的;

　　· 既是一種技術(shù)架構(gòu)，又是一種創(chuàng)新管理模式;

　　· 穩(wěn)定、安全、涉密等是首先需要面對的關(guān)鍵技術(shù)問題;

　　· 移動終端會是云計算監(jiān)控管理平臺的重要入口，移動互聯(lián)網(wǎng)提供了重要的網(wǎng)絡(luò)支。

　　結(jié)語

　　分布式監(jiān)控管理平臺是監(jiān)控管理平臺的主流和方向，平臺廠商在面臨不同的技術(shù)路線、技術(shù)方案的選擇時采用的思路和方法決定了其產(chǎn)品的高度、深度和廣度，所以技術(shù)決策不僅需要來源于安防行業(yè)、工程商和用戶，還需要來源于IT等行業(yè)。