M2M船舶监控系统方案Word文档格式.docx

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1.1系统简介

长江内河航运的繁荣使得船舶的监控成为当务之急，远程实时的船舶监控系统因此应运而生。

M2M船舶监控系统正是为内河航运的船舶公司提供远程实时的船舶监控服务，通过该系统就可以不受时间和空间的约束来监控船舶的运行情况，同时还可以通过历史数据查询获取船舶运行状况的历史数据，从而最大化满足船舶公司对船舶监控的要求。

M2M船舶监控系统是提供内河航运船舶监控的网络视频监控系统，用户通过客户端监控船舶；

系统会实时不间断的存储所有监控点获取的视频信息以备查阅。

M2M船舶监控系统主要包括三部分：

1）监控点

监控点主要是通过网络摄像机采集视频数据，使用视频采集卡进行压缩，然后通过无线网络和特定的通讯协议实时的将所采集到的视频数据发送给请求终端。

通过协议中的控制指令还可以控制摄像机的云台和镜头，调整网络摄像机到合适的角度进行监控。

2）服务器

服务器部分主要包括注册服务器、数据库服务器、流媒体服务器和视频存储服务器。

注册服务器是用来注册用户、注册网络摄像机和转发用户连接请求。

数据库服务器是用来存储M2M船舶监控系统相关的业务数据。

流媒体服务器是将网络摄像头的数据转发到指定用户。

视频存储服务器用来存储网络摄像机连续不断获取的视频数据，并提供历史数据查询服务。

3）客户端

客户端是用户进入系统的入口，用户通过登录客户端进入系统后，可以监控船舶的运行情况、调整网络摄像机、查询历史视频数据以及其他系统提供的功能。

客户端可以是浏览器，也可以是安装后客户端。

M2M船舶监控系统包括实时监控子系统、视频存储子系统和视频无关业务子系统。

M2M船舶监控系统采用客户端/服务器的系统结构。

客户端/服务器结构包括B/S、C/S两种实现方式。

本文选择B/S实现方式。

1.2技术难点

M2M船舶监控系统作为网络视频监控系统的一种，其技术难点也与之相同，主要体现在：

视频的实时性、系统的稳定性、监控点/服务器的可扩展性和用户的并发数。

1）视频的实时性

用户通过客户端登录系统后获取的视频延时不能超过规定时间，即用户所观看到的视频应该和当前的现实情况基本同步。

实时性太差严重影响用户的使用。

2）系统的稳定性

系统的稳定性主要是指系统能够长时间无故障运行、并且能够提供给客户高质量的服务。

3）监控点/服务器的可扩展性

监控点/服务器的扩展性主要包括视频采集点个数的动态变化、服务器数的动态变化和系统功能的可扩展性，即数据采集点的增减、服务器的增减和系统功能的扩充后，原有的系统架构同样可以支持而无需做太大的修改。

4）用户的并发数

用户的并发数是指系统能够最大支持多少用户同时在线，即在该范围内系统可提供良好的服务质量，当超过该范围后，因超负荷运行系统会明显的变慢甚至系统瘫痪。

因此，用户的并发数为一范围值。

本文通过将如下技术逐一克服上述技术难点：

1）NICE应用层组播的P2P流媒体技术

NICE应用层组播的P2P流媒体技术是在P2P的基础上采用NICE应用层组播协议实现的适用于网络视频监控系统的流媒体技术。

该技术可以很好的解决视频的实时性和用户的并发数。

2）双机容错热备份

双机容错热备份技术通过对服务器的无差异备份防止系统瘫痪，当主服务器宕机后，系统可以很快的切换到备份机上，而且无需重启客户端。

双机容错热备份可以很好的解决系统的稳定性问题。

3）基于网络存储的海量存储技术

基于网络存储的海量存储技术基于文件集中管理，数据分布存储的思想，将传统的集中存储和网络存储结合起来，突破了大规模存储时文件服务器的性能瓶颈，而且数据存储端的扩展性强。

基于网络存储的海量存储技术不仅满足了系统的高速I/O请求，还增强了系统的扩展性和稳定性。

4）代理服务器技术

代理服务器技术可以实现对系统中的监控点/服务器高效管控，支持监控点/服务器“热插拔”，从而满足了监控点/服务器的可扩展行。

1.3相关说明

本文的相关说明如下：

1）服务器

本文中没有特殊说明时，所提到的服务器均指逻辑上的服务器，而且非实际意义上的服务器。

2、解决方案

本方案主要是由AKMEanywhere团队推出的。

方案主要介绍了通过NICE应用层组播的P2P流媒体技术实现在线实时视频播放和用户的大并发，通过双机容错热备份技术和基于网络存储的海量存储技术提高系统的稳定性和扩展性，通过代理服务器技术提高监控点/服务器的可扩展性。

基于这些成熟的技术，本文设计出了整个系统的架构，通过实时视频监控子系统实现客户实时监控船舶和控制云台的功能，通过视频存储子系统来无间断存储所有摄像头获取的视频数据，通过视频无关子系统实现与视频无关的其他业务功能。

由于M2M船舶监控系统的重点和难点都集中在实时视频监控子系统和视频存储子系统，因此，本文重点介绍这两个子系统及其相关技术。

2.　系统架构

M2M船舶监控系统主要包括三个子系统：

1）实时监控子系统

实时监控子系统主要是让客户借助客户端，通过网络摄像机实时监控船舶。

已注册的用户登录客户端后，选择所属权限范围内的监控终端。

用户向服务器发起实时监控请求（可以选择一个或多个监控终端），服务器通过验证后将用户的请求以及相关信息转发到目标监测点，目标监测点通过负载均衡服务器和代理服务器与用户建立连接，基于此连接实现视频数据传输。

用户还可以调整监控终端以获取最佳的检测效果。

实时监控子系统通过NICE应用层组播的P2P技术提高监控视频的实时效果和用户的并发数，并通过代理服务器合理缓存机制防止视频“抖动”，从而提高实时视频的流畅性。

2）视频存储子系统

视频存储子系统主要是实现高效快速存储监测点的实时视频信息、提供历史信息查询服务和数据备份。

已注册监测点实时将视频数据发送到存储代理服务器，存储代理服务器会根据存储服务器的运行情况来选择并将数据写到所选的存储服务器中。

视频存储子系统通过基于网络存储的海量存储技术满足了系统的高速I/O需要，基于RAID实现了历史数据备份。

基于此，用户可以通过历史数据查询获取没有亲眼看到的船舶运行情况。

3）视频无关业务子系统

视频无关业务子系统是指除了和视频相关业务之外的其他业务系统。

视频无关业务系统只是和客户端、数据库有关，整个结构简单许多，因此在这里不做具体说明。

由实时监控子系统、视频存储子系统构成了M2M船舶监控系统的主要结构。

M2M系统架构如图所示：

M2M系统架构

用户登录后，监控请求通过注册中心转发到监控点或者实时监控子系统，然后由监控点或则实时监控子系统进行响应获取视频数据。

注册中心采用双机热备来增强系统的稳定性。

监控点将实时数据传送到视频存储子系统存储，用户可以通过视频存储子系统查询历史视频信息。

2.2.　系统描述

2.2.1.　实时监控子系统

实时监控子系统主要功能用户提供实时的监控视频和调整监控点到最佳位置。

实时监控子系统包括客户端（CU）、负载均衡服务器、PU代理服务器和监控点（PU）。

用户通过M2M船舶监控平台协议和监控点进行交互。

用户跟监控点的会话是经由注册中心建立，注册中心收到用户的会话请求后，经过验证后将该请求转发给PU或则负载均衡服务器，最终由PU代理服务器将视频数据转发给客户端。

实时监控子系统的架构如图所示：

实时监控子系统架构图

CU：

客户端PU：

监控点

RS：

注册服务器DB：

数据库服务器

LBS：

负载均衡服务器PUProxy：

PU代理服务器

实时监控子系统主要包括两个应用场景：

1）非激活状态PU监控

非激活状态PU监控是指PU首次被用户使用，没有代理服务器代理该PU。

CU监控请求，RS注册服务器对CU进行验证，验证通过后将请求转发到负载均衡服务器，负载均衡服务器发现该PU没有被任何代理服务器代理，新增代理服务器代理该PU。

新增的PUProxy与PU建立连接并通知LBS代理成功，之后将与CU建立连接，基于此连接PURoxy和CU进行会话通讯。

其时序图如图所示：

非激活状态PU监控时序图

2）激活状态PU监控

激活状态PU监控是指用户请求的PU已经被代理服务器代理，即PUProxy无需再跟PU建立连接，只需要添加用户后，进行多用户组播即可。

CU监控请求，RS进行验证，验证通过后将该请求转发给负载均衡服务器LBS，负载均衡服务器在自己维护的代理服务器信息表中发现该PU已经被某个代理服务器PUProxy代理，负载均衡服务器进行负载计算后发现该代理服务器可以添加用户，则通知代理服务器添加用户，代理服务器添加成功后并通知负载均衡服务器更新代理服务器信息表，代理服务器与新添加的用户建立会话后并进行通讯，其时序图如图所示：

激活状态PU监控时序图

2.2.2.　实时监控核心技术

2.2.3.　视频存储子系统

视频存储子系统主要实现高效快速存储、历史数据查询和历史数据备份。

视频存储子系统的架构如图所示：

PU：

注册服务器

SSLB：

流媒体存储负载服务器

SS：

流媒体存储服务器

RAID：

磁盘冗余阵列

视频存储子系统包括多个SS和多个PU，当PU确定正常工作后，发送存储请求给SSLB，SSLB将发送存储请求和PU的相关信息给SS，SS确认后通过SSLB将同意存储路由给PU，然后SS将直接和PU建立连接并存储信息。

当PU发现多次存储失败后，PU告知SSLB，让SSLB寻找新的SS来满足其存储。

当SS快要存满的时候，SS发送“将要存满”信息给SSLB，有SSLB重新选择一个新的SS来存储PU的相关信息。

对于SS的存储使用RAID来实现历史数据备份。

视频存储子系统时序图：

视频存储子系统时序图

2.2.4.　视频存储核心技术

2.2.5.　注册中心及核心技术

视频无关业务子系统如用户注册、服务器管理等与视频无关的业务功能。

由于这一类功能实现起来不是很复杂，只跟业务服务器和数据库相关，所以暂时先不考虑，但系统设计是应该考虑到这些。

2.3.　其他相关说明

M2M船舶监控系统解决方案其他相关说明如下：

1）服务器操作系统

服务器操作系统可选择FreeBSD、RedHat等主流Linux，Windows。

最终只能选择一种作为服务器操作系统。

2）Web服务器

Web服务器可选择Apache或者Ngnix

3）数据库

数据库使用MySql

4）开发语言

开发语言使用PHP/C/JAVA