分布式流媒体监控系统绿色节能优化策略研究与设计

发布时间：2020-07-27 08:26

【摘要】：为了完成我国建设平安中国的伟大目标,安防视频监控业务近年来发展迅速,视频监控清晰度越来越高,城市监控覆盖率越来越大。为了满足实际需要,分布式流媒体监控系统的使用普及度和规模越来越大。虽然分布式流媒体服务在一定程度上解决了视频监控系统的性能瓶颈,但也大大增加了系统能耗。分布式流媒体监控系统的应用规模正在不断扩大,单个系统的规模也在不断增大,并在可以预见的未来其增速还将进一步提升,那么将会有大量的能量被无数持续运行的监控节点所消耗,相应的监控录像的传输和存储也将导致可观的能耗。因此如何在保证视频监控质量及系统稳定性的同时提高监控系统整体的能效,减少电能消耗是一个急需解决的热点问题。该问题的解决不仅有利于节约能源,也有利于分布式系统的进一步发展。为解决上述问题,本文设计了一种绿色分布式流媒体架构大大节省了视频监控系统的整体能耗。本文引入绿色服务器集群技术,重新设计系统负载分配策略,新增负载迁移策略,并针对视频监控系统的特点进行了多节点协同设计来提高分布式视频监控系统的整体能效;另外,本文还改进Hadoop分布式文件系统(Hadoop Distributed File System,HDFS)默认副本策略,提出覆盖节点群概念和副本集中策略,并将两者结合,设计了一种绿色流媒体视频监控系统服务器集群架构。本文设计的绿色分布式流媒体系统包含负载任务分发迁移和数据存储集中两个方面,通过绿色任务接入和负载迁移减少媒体服务器集群运行节点,通过HDFS系统副本集中挂起部分HDFS低负载节点,进而大大降低了系统能耗。本文的主要工作和成果如下:1.针对绿色流媒体监控系统能量消耗,对节点的四种状态(满载状态,工作状态,待机状态,休眠状态)进行电源管理。2.针对流媒体监控系统物理节点能耗问题,设计了一种结合了动态反馈与协同工作的负载集中算法,使得监控系统能够将媒体分发任务尽可能集中并控制极低负载节点任务向其他节点迁移,提高物理节点休眠概率。3.针对流媒体监控系统存储节点能耗问题,提出覆盖节点群和一种副本集中放置算法,让集群在低负载状态下能挂起部分节点而不影响系统性能,减少HDFS整体能耗。4.对绿色流媒体监控系统媒体服务器集群整体结构和具体模块进行了设计,并对其主要功能模块进行了实现。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN948.6
【图文】：

示意图,实时视频,客户端,流程

浙江工业大学硕士学位论文2.1.3 系统工作流程在视频监控系统中，实时视频请求是系统最基本的业务。通过 SIP 协议中 INVITE、ACK 等类型的消息，系统建立和结束客户端与设备之间的 SIP 会话关系，再通过 RTP/RTCP协议建立相互之间的媒体流传输通道，这样便完成了实时视频监控的服务[31-32]。GB/T 28181 标准将实时视频请求的工作流程分为客户端主动发起和第三方呼叫控制两种方式。其中，第三方呼叫控制指的是由跨域用户或者网关发起建立和结束会话关系的操作[28]。一个完整的客户端发起的实时视频请求流程如图 2-2 所示。

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图 2-3 客户端实时视频请求流程示意图（1）媒体流接收者向 SIP 服务器发送 BYE 消息；（2）SIP 服务器向媒体流接收者回复 200 OK 响应，会话断开；（3）SIP 服务器向媒体服务器发送 BYE 消息，媒体服务器停止向媒体流接收者发送媒体流；（4）媒体服务器向 SIP 服务器回复 200 OK 响应，会话断开；（5）SIP 服务器收到 BYE 消息后向媒体服务器发送 BYE 消息，媒体服务器停止接收媒体流发送者发送的媒体流；（6）媒体服务器收到 BYE 消息后回复 200 OK 响应，会话断开；（7）SIP 服务器向媒体流发送者发送 BYE 消息，SIP 服务器断开与媒体流发送者之间的会话；（8）媒体流发送者收到 BYE 消息后停止向媒体服务器发送媒体流，回复 200 OK 响

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浙江工业大学硕士学位论文连接。至此数据从数据节点源源不断的流向客户端。如果第一块的数据读完了，就会关闭指向第一块的数据节点连接，接着读取下一块。如果第一批 block 都读完了，DFSInputStream就会去名字节点拿下一批 block 的 locations，然后继续读，如果所有的块都读完，这时就会关闭掉所有的流。具体流程如图 2-6 所示。

【参考文献】