铁路视频监控云平台实施方案探讨

。：　轨道交通视频技术实验室　１ｌ　ｌ。暖蕊圈骚盈面冒盈盈　铁路视频监控云平台　实施方案探讨　尚福生　高福生　（１ｌ１　铁路　尔滨　集…　‘　公－订．　佗　哈尔滨Ｉ５（】（）（）６）　摘要：对于铁路综合视频监控系统而言，仅仅应用云存储技术并不能完全满足用户需求，还需要　通过视频云平台、实现视频监控系统的分布式架构，业务虚拟化，并提供统一业务入口，实现故障　检测、自动恢复、纠删码冗余等功能在铁路标；住规范的基础上，提出将视频监控系统升级改造为　视频云平台的必要性和实施方案建议、重点就铁路视频云平台方案的基本架构、部署方案、业务运　行、高可用性的优势与实现方法进行阐述　关键词：铁路视频监控；视频云平台；分布式数据中心；大数据　中图分类号：Ｕ２９８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—６８３Ｘ（２０１８）０５—００９５—０５　ＤＯＩ：１０　１９５４９／ｊ　ｉｓｓｎ　１００１—６８３ｘ　２０１８　０５　０９５　在　…分圳址上　，Ｊ‘案ｒＩ１．人数　技术ＪＪ卜　ＩＪ　ｉ　２个，Ｊ　段内　铁路综合　颐　控系统升级乃　顿　储和ｚ　ｆ‘　　埘干铁路综合　，路Ｊ¨）　…公ｒｄ，Ｉ　、ＩＩ类　频十受人１　、　他　｝年站　台力　棠　ｆｌ／　－ｂ　，，．．系统Ｉｎ　。　ｉ‘．仪　ｆ　川　：　储技术许不能满足川Ｉ　Ｊ　，　视　÷Ｔ－台的特性，提供统一的ｌＪＩ，寿人【Ｉ　团公州综合　频　系统Ｉ　１０他　ｒ１需求，川１　ｒ１　埘似　ｚ　平台架构捉Ｈ｛需求　通过　频　、　台．　Ｊ’　现　迎过对多个铁路　　Ｊ，ｌｆ１维护情况进ｉ　ｉＪ；￣ＶｉＪｌ：分析，将区域１，＾改造成乃铁路　平台的分　式架构．、ｌＩ，务Ｊ、　拟　ＪＩ，Ｉｋ；｝的统一入Ｉ】较为，／ｙ，ｊ：　ｉ为¨　　０集…公Ｉ　Ｊ　频　化．提供统·、　箭入『１、·　攻障愉测、门动恢　、纠删　Ｊ兀余　功能　Ｉ　１１，‘Ｉ　域　、　处的　ｔ；忧址人、机膀一　Ｊ】寓裕、维护人　较　１　分布式视频云数据中心基本结构　铁路综合视　：　ＩＬ－　Ｊ＂２．￣系统技术规范（、１．．０）》　ＩＪ．　系统　辑　构　ｊ披Ｉ　１，Ｊ　崽　Ｉ＿上七Ｉ１ｌ　频　多，通合作　铁路　宽Ｉ　ｔ９ＢＰ｛Ｉｑ，　…公叫的数据ＩＩ１心　似　网络０　ｌＩＪ‘能将所仃视频信息（包括　时视频流、　处Ｉ州ｔｌ，ｆ通过　数　臀　像　Ｉ似ｉ　ｌ，１．、　、）邯仔储到区域　Ｉ　域　、　为统－入ｆｌｆｉ１ｆ．凶　络　，实ｌ１ｌｆ　心　点　十【ｆ１…铁路总公　．　作者简介：　’　ｔ－（１９６８～】．　：ｔｉｔ７：：Ｔｆｌ￣从ｌ　域　、　进行转发　为解决陔问题．　频区域１　点佗丁各铁　流　４－引入ｚ　舒：一Ｉ　Ｉ的分　』　数据Ｉｔ　心技术　．总Ｉ　帅　削｝仃．Ｉ　缄　ｌｊ『１１　Ｆ：一ｍａｉｌ：２ｇ（）ｏ２６０４｛ａ　‘ｌＩｌｌＩ‘｛Ｊｉｌｌ　越ｌ过分　』Ｉ＝＝　数　巾心架构的特　，　现符数　据ＩｌＩ心之　１物　分敞、逻辑统一，使各数据巾心之川　ＣＨ／ＮＡ　ＲＡ｜ＬＷＡＹ　２０１８　ｏ５．　二毫　苎　一９５—　铁路视频监控云平台实施方案探讨高福生　图１　铁路综合视频监控系统结构　的资源进ｆ　统　·符　和渊度，以达到整体效率的最优　化　辑统一有　‘而的含义：所有数据中心及其　资源统·管　、州俊、运维支持．以及分杖分域的管　．衙　分仙式　数据巾心提供统一的运维管理支撑　分　式　数据中心埘外提供服务时，需要分　半台；　式　数抛中心提供统一的Ｈ６｛务半台，实现统一入　卜ｌ、统一的服务Ｉ　观界Ｉ　统一的支撑流程．　分　式云数据　｝１心将各　数据巾心有机连接起　来，实现视频云　台整体运苻和运维的统一，彻底解　决用ｒｌ的难题　分　式云数据ｒ１１心架构见　２。　分　ｉ式云数据ｒ｛　心不仅限于解决单个数据中心的　效率ｌｆ１Ｊ　Ｊｆ】　体验．ｉｌｆｆ是将多个数据中心看成一个有机整　图２分布式云数据中心架构　体．　绕跨数据，ｔｌ心的管碑、资源调度和灾备设计，包　括实现跨数据ｒ１１心视频业务迁移的视频云平台、分布式　数据一　统一资源管婵和调度的运营运维管坪系统、超　２视频云平台基本架构　对于视频云平台的分布式数　中心部署，　嘤明　有最　宽带　络和软件定义数据中心能力　分布式云数据中心　确域的概念．域定义为部并在同一物卿位置，　可极大提升分伽式数据中心整体的运作效率和可靠性，同　小功能的１套逻辑组织单兀对于　一数据『ｆ１心，ｌ１Ｊ‘以　时可通过爿】厂Ｉ的视频ｌ　控服务跟随用户接人地点迁移等　部署１个域，也可部署多个域　技术，降低网络时延．极大地提升最终使用者的体验　视频云平台的域内包括元数据服务器卡ｕ数据１７点　一９６一　毫曼　ＣＨＩＮＡ　ＲＡＩＬＷＡＹ　２Ｏ１８／０５　铁路视频监控云平台实施方案探讨高福生　２类没备　元数拊服务器内部署管婵单元（ＭＵ）、电　子地ｌ皋Ｉｌ单元（ＭＡＰ－Ｕ），采用双饥热备部署　数据节　点内部并数据分发和转发单元（ＤＤＵ）、接入网火单　元（Ａ（　）、仃储单元（ＳＵ）、告警单元（Ａｕ）、　内容分析单元（ＶＣＡ）等功能单冗，并Ｈ．业务单元使　用大数据分析　台、大数据文件系统和大数据分　ｉ式　系统作为底　展础　单一域可接人网络摄像机、编码　器、解码器、报警设备、授权终端等设舒，以实现｝见　频　半台的心Ⅲ　分　ｉ式数　中心的架构下，…中心域和多个子域　组成，蚱由令　临控统一管钾服务进行整体调度　．【｛１　心域　少于２个．子域数　不限制．伞局　控统一管　理ｆＪＫ务　少于２个一ｔ　域的服务伞部启用，子域的　Ｍ　Ｌ１和ＭＡｐ－Ｉ１的Ⅲ迁务处下来启用状态　伞系统的ＭＶ和　ＭＡＰ—Ｉ】单元ｆｎ　ｒｆｌ心域对外提供服务　令硒监控统汁管理服务负责承载整个视频云平台　图３铁路视频云平台部署示意图　多域的统一管娜　、备份及全局数据共享：统一人几．　　“视频　域１７点ｆＴＩＪ互卡Ｈ渊Ｊ｛ｊ视频时，控　提供令硒跨多域　础没施资源状态信息统一管婵，以　功能的捕述为：７点转发，视频　像心根据承载　络　及伞＝硒容灾　ｊ业务请求策略的管　界面；提供在多域　制信令应通过仫心１，同一个视频区域　点　ｆ１的视频接人１　点　之问共享的公共数据（　用户、纰织、权限等）；提　配置就近传送　　点转发，视　供　线、Ｉ　务Ｊ妇．ｒ『Ｊ及丰　数据的箭份数据、历史归　以　问　卡Ｈ调用视频时，控制信令应通过区域１及Ｈ　数据等　频　像应根据依载网络配置就近传送　”…可以吞『叶｜，　根据铁路综合视频雌控系统　辑结构。日前铁路　铁路对视频【殳１像传输的婴求为：对于跨　点调用视频　局集Ⅲ公刮内的机房一内殳是部署在区域节点、ｌ类视　时，按网络承载配置就近传输　频接人点和ｌＩ类视频接入点　根据视频　控系统的规　对于分　式数据中心下的视频云半台遵循就近　呵能减少从接入点到数据Ｉ１Ｉ心的｛厂聚接　模．建议在Ｉ类视频接入　点的机房部署ｌ套视频云平　接入原则，　台的ｆ域心域在　域　点的机房部署１套视频云平台的｜｝１　人巾转时延和带宽消耗　．町根据感知列的设备接入位　３　．【ｆ１心域部署在区域　置．自动分　就近的服驽器进ｊ　接入管　。而用ｒＩ进　部署　的系统结构　点和网络带宽好的Ｉ类接人　点，２个数据ｆｆ１心互为容　行跨数据巾心访问时，用户段会通过控制信令获取设　灾箭份，同时【ｉ土互为分　式数据中心～子域部署在ｌ　类接人　．ｆ域作为ＩｆＩ心域的分　式数据中心　备接人的流媒体服务器地址，然后‘ｊ没箭接入的流媒　体服务直接进行通信，将视频码流转发给用户，实现　视频凋用的按网络承载就近传输，　３视频云平台业务体验　分　式　数据巾心通过相关策略优化数槲部署，业　务统一人ｒＩ、川ｒ１接人位置感　及资源的伞局调度保　３。２统一资源请求路由　说频云平台采用同～入ｎ，所仃川ｒＩ均连接剑统　一入Ｉ　Ｊ　根据感知剑的用户接入位置，在控制信令　片１户的业务体验，同时支持多层级的业务容灾方案可保　交互后，通过智能路　将用户的媒体信令下放刽离用　证业务连续性，为用户提供多方而保障的云服务。　３．１　就近接入　户最近的分　式数据中心。尽ｎｒ能减少从用户接入点　到数据巾心的　聚接人中转时延和带宽ｆ｝Ｉｊ耗，确俅为　《铁路综合视频监控技术规范》对视频分发及转发　用，　提供低延时高『５占质的服务　ＣＨＩＮＡ　ＲＡ／ＬＷＡＹ　２０１８／０５　ｃ二Ｉ毫　．．９７．．　铁路视频监控云平台实施方案探讨高福生　３．３高可用性　３．３．１　数据中心内的业务连续性　数据中心内的业务连续性主要体现在单一域系　实现对文件级别的系统监控，支持损坏文件的查找和　修复功能。　通过运维系统，可以进行有效的故障定位和预　统，在各种故障下采取保障业务和数据连续性的相关　警。存储节点磁盘可支持热插拔，在不影响存储系　设计和技术。　统在线应用以及数据可靠前提下，实现磁盘更换维　（１）数据保障。数据是业务系统核心应用的最　修等。　终保障，其可靠性至关重要。云存储系统的核心是分　对于域内的业务保障要求如下：域内的数据节　布式文件系统，设计时假设任意存储节点、任意管理　点出现异常时，本数据节点上的视频实时预览、录　节点、任意硬盘都可能出现故障，通过分布式数据冗　像任务应被本域其他数据节点自动接管，且数据节点　余、数据操作日志、元数据主备冗余、数据自动恢复　间的切换时间不超过１　５　ｓ；原管理视频实时预览，回　等多种机制来处理这些故障。　放的中断时间不应超过１　５　ｓ，录像录制中断时间不应　文件写入时，数据通过纠删码算法分片，冗余存　超过ｌ５　ｓ；数据节点故障维修后，重新上线时间应不　储在不同的存储节点上。视频云平台采用存储节点间　大于１５　ｓ。　冗余容错机制进行容错，可在域内任意损坏１个存储节　３．５．２跨数据中心的业务连续性　点的情况下保障数据的完整可靠，最大支持域内任意　对于视频云平台的２个中心域，需要进行跨域的容　损坏４个存储节点的情况下保障数据的完整可靠。降低　灾设计。这种异地的容灾方案一般有双活容灾和异步　硬件故障、网络异常等造成的数据丢失风险　】。　容灾２种。双活容灾对网络延迟非常敏感，一般是部署　云平台的管理节点采用主备双机镜像热备的高可　在同城异地。由于光速限制，每３００　ｋｍ所产生的数据　ｍｓ。并且ＳＤＨ传输系统也无法达到该延　用机制，通过实时热备故障冗余技术使主机与备机保　来回延迟约为５　持实时运行状态的镜像同步，从而实现零中断业务连　时要求，只能通过裸光纤直连。而在铁路行业中考虑　续性保障。在主管理节点出现故障时，备管理节点自　到节点设计，一般Ｉ类节点和区域节点并不在同一城　动接替主管理节点的工作，成为新的主管理节点，大　市，并且很难达到传输要求。　幅提高了系统的稳定性，保障系统的７　Ｘ　２４　ｈ不问断服　务，支持应用系统对数据的随时存取。　（２）业务保障。视频云平台存储节点的ＤＤＵ、　异步容灾是在双中心域之间进行数据同步，通　常传输距离大于３００　ｋｍ，带宽及传输延迟均无稳定保　障，因此视频云平台缺省采用异步容灾模式，即部署　ＡＧＵ、ＳＵ、Ａ　Ｕ、Ｖ　Ｃ　Ａ均具备分布式部署能力，实　在异地中心域的服务之间保持秒级周期的数据同步，　现各服务之间的动态负载均衡，区别于传统流媒体　尽管该同步不保证实时一致性，但保证容灾的备用中　集群建设模式。传统流媒体集群出现故障接管需要　心域拥有在发生故障之前主用中心域最近周期快照点　５～ｌ０　ｍｉｎ，故障接管导致无法拉流。视频云平台存　的一致性数据。当其中主用中心域发生故障时，其容　储节点上各服务具备动态负载均衡，弹性扩容．无缝　灾的备用中心域接管应用，可以在最近的快照点继续　故障接管等能力。出现存储节点的故障，服务接管只　提供服务以保障业务的连续性。　需要秒级的接管切换，充分保障了业务的高可靠及稳　定性。　主用中心域和备用中心域的异步容灾，这种力　案　在切换时会有秒级的切换延时。该延时对于视频云平　台用户来讲是可以接受的。由于视频监控系统的视频　视频云平台同时提供基于ＷＥＢ的管理控制平台，　便于管理人员对视频云平台系统进行全面掌控。所有　存储数据量巨大，中心域的视频存储数据量更大，因　管理＿＿ｒ＝作均南管理模块自动完成，使用人员无需专业　此２个中心域的数据同步是除了录像外的所有数据，这　知识便可以轻松管理整个系统。通过管理平台，可以　样对系统压力及网络带宽压力都有明显的降低。　对其中所有节点实行实时监控，用户通过监控界面可　为提高资源利用率，降低整体造价．对于子域的　清楚地了解到每个节点和磁盘的运行情况；同时也可　容灾方案，采用故障时业务接管的方案。当１个子域发　一９８一　曼　ＣＨＩＮＡ，ｑＡ／ＬＷＡＹ　２Ｏ１８，０５　铁路视频监控云平台实施方案探讨高福生　生故障时．中心域可实时接管所有业务。如将摄像机　存储，１　０００路或ｌ　０２４　Ｍｂ／ｓ实时预览／录像　ｆ放；应支　ｍ中心域接管存储，用户由中心域接管对摄像机进行　持录像文件和图片文件下载功能，单文件下载速度宦　实时同放　不低于３Ｏ　ＭＢ／ｓ　对于子域和ｆｆ１心域网络　现问题．但子域并没发　生敞障时，系统Ｆ１动将子域内的ＭＵ、ＭＡＰ—Ｕ单元肩　Ｊ｛】，可对外提供令功能的服务，避免囚网络断线导致　的业：务叶Ｉ断　５结束语　针‘对视频云平台的架构、Ｉｊ铁路业务的结合、业　务体验及业务压力等力‘　进行闸述一视频云平台能够解　决目前铁路视频监控系统故障高发、运维管坤闻难等问　４视频云平台的业务压力　视频云平台采用　分机式架构，各１　点、各服务之　题，为铁路综合视频监控下一步发展提供参考厅向　问实现负载均衡　在　而临业务压力时，可根据节点性　能和　点数量线性增　求　下：　参考文献　［２］孔令鑫．云存储云计算及视频新技术在铁路中的应　用和实践【Ｊ】＿中国铁路，２０１　６（５）：１　０６－－１　１　０．　对视频云平台的业务压力要　［１］Ｑ／ｃＲ　５７５—２Ｏ１　７铁路综合视频监控系统技术规范Ｉｓ】．　（Ｉ）视频云仔储系统应支持数据　点扩展，并且　线性扩展系统业务能力，包括漠写能力、实时预览、　回放和录像能力；　（２）数据　点问幢支持负载均衡，包括设备接　人、录像实时预览点播；　（３）磁盘问位支持负载均衡；　（４）单个通道的实时预览可南所有数据节点负载　分　、　对于　节点的性能嘤求应　低于如下要求：单节点　宦支持同时支持２５６路设备接人，２５６路或１　０２４　Ｍｂ／ｓ录像　责任编辑卢敏　收稿日期　２Ｏ　１　８－－０４－－０８　ＧＡＯ　Ｆｕｓｈｅｎｇ　（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｈａｒｂｉｎ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ　Ｌｔｄ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　１５０００６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｒａｉｌｗａｙ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｖｉｄｅｏ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｌｏｕｄ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｅｎｏｕｇｈ　ｔｏ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｃｕｓｔｏｍｅｒ　ｄｅｍａｎｄｓ．Ｖｉｄｅｏ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉＳ　ｎｅｅｄｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　ｖｉｄｅｏ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｕｎｉｉｅｄ　ｓｅｒｆｖｉｃｅ　ａｃｃｅｓｓＦｕｎｃｔｉｏｎｓ　．ｓｕｃｈ　ａｓ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ａｎｄ　ｅｒａｓｕｒｅ　ｃｏｄｅ　ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ　ｓｈａｌｌ　ｂｅ　ｒｅａｌｉｚｅｄＢａｓｅｄ　ｏｎ　ｒａｉｌｗａｙ　．ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄ　ｆｏｒ　ｕｐｇｒａｄｉｎｇ　ｖｉｄｅｏ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｔｏ　ｖｉｄｅｏ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍＩｔ　．ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｈｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｐｌａｎ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｐｌａｎ　ｆｏｒ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｎ１　ｏｆ　ｒａｉｌｗａｙ　ｖｉｄｅｏ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｂａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ　ｐｌａｎｓｅｒｖｉｃｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　，ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｉｌｗａｙ　ｖｉｄｅｏ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ；ｖｉｄｅｏ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｄａｔａ　ｃｅｎｔｅｒ；ｂｉｇ　ｄａｔａ　ＣＨＩＮＡ　ＲＡＩＬＷＡＹ　２０１８／０５　意曼苎苎　９９