构建高可用和可伸缩的视频监控系统

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1、构建高可用和可伸缩的视频监控系统一、引言随着信息技术的迅猛发展、公安信息化研究和应用的不断深入，特别是平安城市建设和科技强警示范城市工作大范围的展开，城市视频监控系统的建设越来越受到重视和关注。作为城市安全防范系统中的重要组成部分，视频监控系统在图像侦查、智能研判、电子巡逻、可视化指挥调度等公安业务工作中都有着至关重要的应用。因此，如何构建稳定、实用、高效的视频监控系统一直是公安科研工作的重要方向。从逻辑上讲，典型视频监控系统架构主要包含应用服务器、信令服务器、数据库服务器以及媒体服务器。典型架构按照具体功能和模块将系统进行分解，明确了各部分的设计和部署，有利于系统的开发、调试、故障诊断和维护

2、。在功能方面，它满足了公安业务对视频监控系统的需求，同时，它占用硬件资源相对独立，部署简单，能耗低。如图1所示，典型架构中的系统模块通常被部署在独立物理服务器上，应用服务器负责进行业务逻辑处理和提供用户交互界面，信令服务器负责视频链路信令控制，数据库服务器负责保存和管理系统数据，媒体服务器负责视频和音频媒体流的转发和存储；此外，系统可能还包含其他服务器来完成相应的业务应用。系统通过核心交换机接入视频监控网络，同时，前端设备如摄像机和硬盘录像机等，通过该网连接系统。同时，视频监控系统还可以与对接系统通信，为后者提供视频服务，例如网上督查系统、警用地理信息系统等。图1典型视频监控系统架构随着基于视

3、频的公安业务应用的日益广泛和深入，对视频监控系统的稳定性、可靠性以及性能提出了更高的要求。尤其是在云服务逐渐落地的今天，如何利用云框架和技术获得系统高可用性和动态伸缩能力，成为了当前公安视频监控系统研究亟待解决的问题。典型系统架构通过系统模块化的方法最大限度地隔离故障，使得系统能可靠地提供视频服务。但是，它仍然无法满足新需求中对于系统高可用性和伸缩性的要求。目前，为了获得高可用性，业界多采用双机热备方式来保证系统提供不间断服务。双机热备方式部署简明，维护方便，能在一定程度上提升系统的可用性。但是，该方式无法从根本上解决高可用性问题，并且无法实现系统的动态伸缩特性。同时，双机热备对于计算机硬件资

4、源和能源都存在较大浪费。因此，迫切需要对视频监控系统架构进行高可用性和伸缩性方面的增强，以满足公安视频业务的新需求。二、设计目标为了满足公安视频应用新场景下对于视频监控系统提出的新需求，高可用和可伸缩的视频监控系统需在提供正常视频业务功能的同时，达到以下设计目标：1.高可用性。在少数服务器宕机、响应失败或者系统维护和升级过程中不影响正常的系统服务，即在不断电情况下能提供7*24小时不间断系统服务。2.可伸缩性。在业务负载增大时，可以通过添加硬件资源或者启动新服务器的方式，无缝透明地提升系统的承载能力；在业务负载减小时，可以通过关闭部分服务器来节约硬件资源和能耗。在添加和削减硬件资源或者服务器时

5、，不影响系统正常提供服务。3.负载均衡。系统计算和存储任务应该能够被合理地分配到相关服务器，避免形成负载不均衡的现象（某些服务器处于过载状态，而其余服务器处于空闲状态），通过减小服务器之间的负载差，提升系统的整体性能。三、系统设计（一）总体设计在高可用和可伸缩的视频监控系统架构中，使用存在于云环境中的虚拟服务器集群替代原有单个物理服务器，同时，系统中加入了负载均衡模块。利用集群和负载均衡技术获得高可用性和伸缩性，从而透明地为用户提供系统服务。与典型架构相比，该架构包含若干功能模块集群。其中，由多台同构的虚拟服务器通过共享内存和会话的方式来协同工作，并提供统一透明的系统服务。如0所示，系统架构中

6、包含：应用服务器集群、信令服务器集群、数据库服务器集群、媒体服务器集群以及其他功能集群。在系统架构中，利用负载均衡器隔离部署服务器集群的私有云环境和外部视频监控网络。系统集群和外接系统、外部视频设备之间通过负载均衡器进行通信。对于视频监控系统外部的系统和设备，通过负载均衡器上配置的视频监控网地址和端口通信，即可实现透明的对接和访问，而无需关注具体是由集群中的哪台服务器提供的处理。而对于系统集群间的通信，也是通过负载均衡器来完成的。每个集群在负载均衡器中都配置有对应的云环境内部私有地址和端口（即集群的代理地址和端口），当有请求到达时，负载均衡器会根据当前的负载情况从目标集群中选择合适的服务器来处

7、理。同时，负载均衡器会对每个集群内的虚拟服务器负载进行监控，动态分析系统各部分的负载情况，并根据实时负载情况和预设规则进行系统伸缩控制。当业务请求增大时，集群服务器负载加重，负载均衡器会在负载达到一定阈值后调用云环境系统接口启动新的集群节点来提供更大的系统承载能力，并在整个集群上实现负载均衡；反之，当业务请求减少时，集群服务器负载减轻，负载均衡器会根据预先设置的规则关闭集群中的某些节点，从而减少了