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1、南京南自信息技术有限公司研发中心王强 基于嵌入式Linux裁减系统的高性能流媒体服务器设计与实现 变电站视频监控系统 1 背景2 现状3 需要解决的问题4 现有流媒体服务器的优缺点 在现代化的供电系统中 变电所管理的网络化 数字化和自动化是电力发展要求的必然趋势 变电所的无人值守 综合管理和安全管理是电网现代化的必由之路 国内电力系统在建设以遥测 遥信 遥控 遥调 四遥 技术为基础的无人值守变电站时 由于调度无法了解现场的环境情况 无法解决现场防火 防盗 防爆 防渍等问题 很多按 无人值守 建设的变电站采用了 少人值守 模式运行 随着计算机技术 多媒体技术及通讯技术的飞速发展 四遥 的基础上增
2、加的第五遥 遥视 对于实现变电站 无人值守 具有十分重要的意义 变电站安防及环境监测系统主要通过变电站网络视频监控系统 亦称 遥视系统 应用体现 主要以视频监控为主的安全防范系统建设实施 达到对电力运行设备 变电站环境的远程监视 变电站视频监控系统 1 背景2 现状3 需要解决的问题4 现有流媒体服务器的优缺点 目前变电站安防及环境监测系统由站端系统和局端系统组成 站端系统主要由摄像机 各种报警器 数据采集单元 DVS DVR 控制仲裁器等设备组成 局端系统主要由管理服务器 流媒体服务器 存储服务器 监控客户端等设备组成 站端与局端的网络通讯一般为E1 2M 或100M快速以太网 变电站视频监
3、控系统 1 背景2 现状3 需要解决的问题4 现有流媒体服务器的优缺点 传输系统需要解决的问题热点连接时的带宽不足 异构网络的互联访问 编码设备并发能力有限 通过使用流媒体服务器有效的解决以上问题 变电站视频监控系统 1 背景2 现状3 需要解决的问题4 现有流媒体服务器的优缺点 在遥视系统中 目前运行于PC机上的流媒体服务软件已实现了流媒体数据的接收和复制转发 分发功能 有效的解决了监控系统中出现热点访问连接时的有效带宽不足以及异构网络连接的问题 随着流媒体服务系统在实际项目中的应用和普及 流媒体服务系统的安全性 稳定性与可靠性要求日益突出 其是否能够稳定可靠的运行将直接影响到整个视频监控系
4、统是否能够正常运行 在X86架构的服务器平台 Windows操作系统上运行的网络流媒体服务软件 能够快速部署并便于维护 能够满足小规模流媒体视频监控应用需要 其安全性 稳定性与可靠性总体上可以适用于大部分小规模项目 由于Windows系统存在众所周知的安全性 稳定性与可靠性问题 目前基于x86 Windows操作系统的流媒体服务器实现方案不能适应大规模监控项目的应用需求 此外 流媒体服务器的特长在于拥有高带宽提供高速流媒体数据传输 对主机其它硬件资源 如CPU 内存和存储等 使用相对较少 采用高性能的通用服务器作为硬件平台造成了大量资源的闲置和浪费 因此根据流媒体服务器的运行 应用特点 设计一
5、款专用的嵌入式硬件平台 并采用安全性相对较高的嵌入式Linux操作系统作为系统软件平台 对不需要的硬件资源和软件资源进行裁剪 在提高系统稳定性 可靠性与安全性的同时 将会大大降减系统成本 嵌入式流媒体服务器 1 系统架构2 关键技术3 系统功能4 性能指标 嵌入流媒体服务器系统架构的分层设计 整个系统架构分为硬件平台 操作系统 操作系统接口及应用软件四个层次 硬件平台可选择X86体系架构的服务器 也可以选择基于PowerPC ARM和MIPS等微处理器的嵌入式目标平台 操作系统可选择微软的Windows系统 也可以选择Linux VxWorks和XPE等嵌入式实时系统 操作系统 虚拟机 接口通
6、过适配不同的操作系统 提供对上层转发软件的系统支撑 应用软件的设计不依赖于特定的操作系统 通过调用操作系统接口 真正实现流媒体数据的高速收发功能 由于流媒体服务器的设计目标是提供一个高带宽和高数据吞吐率的流媒体转发平台 系统瓶颈在于网络带宽 对嵌入式硬件芯片的要求 要求其至少提供2个千兆以太网口 同时针对大中规模的项目需求具有带宽的可扩展性 而对内存和CPU等性能要求不是很高 通过综合分析比较 流媒体服务器选用飞思卡尔半导体出品的基于PowerPCe300内核架构的MPC8379CPU作为系统主芯片 飞思卡尔PowerPCe300内核 提供DDR2内存支持 双千兆以太网口 双PCI以及高速US
7、B控制器 一个CompactFlash存储器插槽 系统时钟达到667MHz 处理能力为1260MIPS 其开发板突出的特色是增加了对PCI E总线的支持 通过PCI E总线接口可再扩展两个千兆以太网口 使得整个系统总带宽达到4Gbps MPC8379提供了丰富的总线接口和外设 一般很多总线接口 如USB接口 CF接口 SATA接口及硬盘等 闲置 通过裁减冗余的接口芯片和外设来定制专用的硬件平台 确保硬件平台的稳定性与可靠性 并且还可以降低系统成本 裁减后的硬件平台保留了主控CPU DDR2内存 2个千兆以太网口 2个PCI E总线接口 Flash接口与芯片 4通道DMA 电源和UART接口等
8、嵌入式流媒体服务器 1 系统架构2 关键技术3 系统功能4 性能指标 1 多网卡汇聚技术实现跨网卡 跨网段流媒体分发 2 异步I O网络通讯技术异步的I O完成端口通讯技术 IO完成端口使用操作系统的重叠I O模型来提高系统I O的处理能力 对于大数据量的I O操作来说 尤其适用重叠I O机制 因为发起重叠操作的线程在重叠请求发出后就可以继续处理下一个I O请求 3 线程池技术线程池为线程生命周期开销问题和资源不足问题提供了解决方案 通过使用线程池技术 在保证流媒体服务器数据吞吐量的同时 提高了系统的并发访问数量 嵌入式流媒体服务器 1 系统架构2 关键技术3 系统功能4 性能指标 1 流数据的接收与分发支持南自信息 海康威视 浙江大华等公司的网络监控产品 具有实时数据流与录像文件流数据的接收与发送功能 2 集群功能支持多台设备组成集群系统 其中一台为管理机 其余为被管理机 整个流媒体服务系统资源由管理机统一分配 调度 实现系统资源的动态管理 3 级联功能支持二级级联功能 可从另一台流媒体服务器中接收流数据数据并进行转发 嵌入式流媒体服务器 1 系统架构2 关键技术3 系统功能4 性能指标 网络总带宽2G 最大并发连接数512个 以单个连接2M码流计算 数据流延时小于1秒
