面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡策略

沈翼洲，蔣榮欣

（浙江大學(xué)數(shù)字技術(shù)及儀器研究所，杭州 310027）

面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡策略

沈翼洲，蔣榮欣

（浙江大學(xué)數(shù)字技術(shù)及儀器研究所，杭州 310027）

在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與攝像機(jī)采用手動(dòng)關(guān)聯(lián)方式，進(jìn)行大規(guī)模實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼時(shí)易使單點(diǎn)負(fù)載過(guò)高。針對(duì)該問題，提出一種基于負(fù)載均衡策略的自適應(yīng)關(guān)聯(lián)方式。設(shè)計(jì)設(shè)備休眠和遷移機(jī)制，每臺(tái)網(wǎng)關(guān)記錄設(shè)備閑置時(shí)間，將超時(shí)設(shè)備投入休眠以降低自身負(fù)載。網(wǎng)關(guān)調(diào)度器周期性獲取各網(wǎng)關(guān)負(fù)載，通過(guò)引入負(fù)載預(yù)警區(qū)和二次指數(shù)平滑模型預(yù)測(cè)負(fù)載，將過(guò)載判斷時(shí)機(jī)提前。過(guò)載網(wǎng)關(guān)根據(jù)最近調(diào)用結(jié)束優(yōu)先原則結(jié)合設(shè)備活躍度選擇設(shè)備進(jìn)行遷移，從而間接實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)移。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在4臺(tái)網(wǎng)關(guān)36組輪切測(cè)試環(huán)境下，該方式較手動(dòng)關(guān)聯(lián)可縮短42.9%的實(shí)況開始平均響應(yīng)時(shí)間。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)；實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼；負(fù)載均衡；設(shè)備休眠；設(shè)備遷移

DO I：10.3969/j.issn.1000-3428.2015.10.001

1 概述

隨著安防規(guī)模的擴(kuò)大，各網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)間的融合已成為必然趨勢(shì)。但因歷史原因，各廠商在組網(wǎng)架構(gòu)、通信協(xié)議和編解碼標(biāo)準(zhǔn)上并不統(tǒng)一，不同終端的處理能力也不盡相同，導(dǎo)致不同系統(tǒng)之間無(wú)法互聯(lián)互通［1-2］，因此，需要數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)的音視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼以及對(duì)不同系統(tǒng)的通信協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)兼容。

在大規(guī)模系統(tǒng)中，大量設(shè)備的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼已遠(yuǎn)超單臺(tái)網(wǎng)關(guān)的處理能力，需多網(wǎng)關(guān)協(xié)同處理。目前，網(wǎng)關(guān)和設(shè)備的關(guān)聯(lián)工作由管理員手動(dòng)完成，其操作不僅繁瑣，而且無(wú)法考慮到未來(lái)實(shí)際情況，容易造成某些網(wǎng)關(guān)負(fù)載過(guò)高。為了避免手動(dòng)關(guān)聯(lián)的局限性，本文引入負(fù)載均衡技術(shù)以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與設(shè)備的自適應(yīng)關(guān)聯(lián)。

負(fù)載均衡技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于Web訪問、云計(jì)算、虛擬機(jī)等領(lǐng)域，從網(wǎng)絡(luò)層次上可分為基于內(nèi)容無(wú)關(guān)的IP層均衡和內(nèi)容敏感的應(yīng)用層均衡［3］。前者主要分為NAT、IP隧道和直接路由，后者則名目繁多，主要有對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度算法的改進(jìn)、組合優(yōu)化理論

的移植和時(shí)間預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用等，如文獻(xiàn)［4］針對(duì)LVS采用的加權(quán)最少連接調(diào)度算法的不足，提出基于響應(yīng)時(shí)間動(dòng)態(tài)修改服務(wù)器權(quán)值的任務(wù)分配方案；文獻(xiàn)［5］采用遺傳算法計(jì)算任務(wù)與虛擬機(jī)之間近似最優(yōu)組合以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡；文獻(xiàn)［6］通過(guò)ARIMA模型預(yù)測(cè)虛擬機(jī)請(qǐng)求，從而減少遷移次數(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的均衡配置。

在當(dāng)前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，因設(shè)備接口限制，無(wú)法通過(guò)單臺(tái)設(shè)備與多個(gè)網(wǎng)關(guān)關(guān)聯(lián)從而分散各業(yè)務(wù)的調(diào)用。為此，本文提出一種基于設(shè)備休眠和遷移的負(fù)載均衡策略，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)和設(shè)備的自適應(yīng)關(guān)聯(lián)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

單級(jí)域網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。其中網(wǎng)關(guān)調(diào)度器是監(jiān)控管理平臺(tái)的子模塊，負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)與設(shè)備的關(guān)聯(lián)和解綁、網(wǎng)關(guān)負(fù)載的采集與評(píng)估。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)

每臺(tái)網(wǎng)關(guān)與一定數(shù)量的設(shè)備關(guān)聯(lián)，通過(guò)創(chuàng)建設(shè)備內(nèi)存對(duì)象與相應(yīng)廠商提供的動(dòng)態(tài)庫(kù)進(jìn)行綁定作為對(duì)真實(shí)設(shè)備的模擬。由此，網(wǎng)關(guān)將平臺(tái)對(duì)設(shè)備下發(fā)的命令轉(zhuǎn)換成對(duì)綁定動(dòng)態(tài)庫(kù)對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)的調(diào)用，同時(shí)將設(shè)備的回復(fù)消息和實(shí)時(shí)碼流封裝成與平臺(tái)兼容的通信協(xié)議和解碼器支持的編碼格式。

3 方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

實(shí)際應(yīng)用中存在大量閑置設(shè)備，其雖無(wú)業(yè)務(wù)運(yùn)行但仍長(zhǎng)期占據(jù)大量音視頻通道緩存以及動(dòng)態(tài)庫(kù)分配的各類系統(tǒng)資源，對(duì)此可引入設(shè)備休眠機(jī)制以避免負(fù)載虛高。

為完成設(shè)備遷移間接實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)移，共需4個(gè)步驟：負(fù)載評(píng)估，過(guò)載判斷，目的網(wǎng)關(guān)選擇和設(shè)備選擇與遷移，其中前三步由網(wǎng)關(guān)調(diào)度器完成，第4步由過(guò)載網(wǎng)關(guān)和目的網(wǎng)關(guān)共同完成。

3.1 設(shè)備休眠機(jī)制

各網(wǎng)關(guān)記錄關(guān)聯(lián)設(shè)備閑置持續(xù)時(shí)間TSi=Tcrt-Tlst，i，Tcrt表示當(dāng)前時(shí)間，Tlst，i表示設(shè)備i最近一次業(yè)務(wù)調(diào)用結(jié)束時(shí)間。設(shè)閑置超時(shí)時(shí)間TSmax=μRSTmax，RSTmax為最長(zhǎng)輪切周期，μ為倍乘系數(shù)。為了避免過(guò)多設(shè)備被投入休眠而削弱網(wǎng)關(guān)響應(yīng)請(qǐng)求的能力，設(shè)置最大休眠率PSmax≥NSk/NTk，NSk表示網(wǎng)關(guān)k休眠設(shè)備數(shù)，NTk表示關(guān)聯(lián)設(shè)備總數(shù)。設(shè)備休眠與激活流程如圖2所示。

圖2 設(shè)備休眠/激活流程

設(shè)備休眠采用異步處理方式，內(nèi)存對(duì)象通過(guò)退出保活線程暫時(shí)斷開與設(shè)備和平臺(tái)的UDP連接，只保留設(shè)備句柄、套接字、存儲(chǔ)配置等關(guān)鍵信息。當(dāng)設(shè)備被再次激活時(shí)，只需重新登錄即可直接啟動(dòng)業(yè)務(wù)，平臺(tái)自動(dòng)更新設(shè)備狀態(tài)。

3.2 設(shè)備遷移機(jī)制

設(shè)備遷移機(jī)制的關(guān)鍵在于遷移時(shí)機(jī)的確定和遷移設(shè)備的選擇。針對(duì)目前單一閾值過(guò)載判斷方法具有瞬時(shí)峰值干擾和操作滯后性的缺點(diǎn)，采用增設(shè)預(yù)警區(qū)與預(yù)測(cè)模型相結(jié)合的方式將遷移時(shí)機(jī)提前［7］。為保證監(jiān)控業(yè)務(wù)的連續(xù)性，不能存在由設(shè)備遷移造成的視頻丟失，因此，只能選擇當(dāng)前閑置設(shè)備；考慮對(duì)緩解過(guò)載的有效性，應(yīng)盡量選擇調(diào)用頻繁的設(shè)備，由此采用最近調(diào)用結(jié)束優(yōu)先作為遷移設(shè)備的選擇函數(shù)。

3.2.1 負(fù)載評(píng)估

實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼需要進(jìn)行大量計(jì)算和數(shù)據(jù)讀寫，是造成網(wǎng)關(guān)負(fù)載過(guò)高的主要原因，尤其在大規(guī)模輪切時(shí)表現(xiàn)最為明顯，所以，CPU占用率Rcpu和內(nèi)存帶寬占用率 Rmembw是最直接的負(fù)載參數(shù)，兩者的估算式如下：

其中，λi為各參數(shù)權(quán)重因子。

3.2.2 過(guò)載判斷

調(diào)度器根據(jù)網(wǎng)關(guān)負(fù)載狀態(tài)對(duì)其進(jìn)行區(qū)域劃分，如圖3所示。其中，Loadmin表示網(wǎng)關(guān)空載時(shí)負(fù)載；Loadmax表示最高理論負(fù)載，由式（4）可知其值為1。基于節(jié)點(diǎn)均載的動(dòng)態(tài)閾值設(shè)置［9］在系統(tǒng)總負(fù)載偏輕時(shí)并不能真實(shí)反映網(wǎng)關(guān)性能，為此，在不考慮網(wǎng)關(guān)異構(gòu)性情況下，可根據(jù)單臺(tái)網(wǎng)關(guān)的實(shí)測(cè)結(jié)果設(shè)置Loadalm和Loadove。

其中，Tusr為CPU用戶態(tài)時(shí)間；Tsys為內(nèi)核態(tài)時(shí)間；Tfree為空閑時(shí)間；Xi表示單路轉(zhuǎn)碼所耗帶寬；l為同時(shí)轉(zhuǎn)碼路數(shù)；fm為內(nèi)存有效數(shù)據(jù)傳輸頻率；Mbs為總線位數(shù)。Xi由碼率Si、分辨率Rsti、幀率Fi、環(huán)路濾波Olpf估算帶寬以及熵編解碼、量化/變換、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊估算帶寬Oetp，qt/dct，mc進(jìn)行簡(jiǎn)單估計(jì)［8］。

Rcpu和Rmembw只能反映當(dāng)前負(fù)載，對(duì)于總負(fù)載較低的系統(tǒng)無(wú)法有效區(qū)分各輕載網(wǎng)關(guān)，對(duì)此引入網(wǎng)關(guān)活躍度GAk=NAk/NTk，NAk表示網(wǎng)關(guān)k處于激活狀態(tài)的設(shè)備數(shù)，GAk的高低與網(wǎng)關(guān)可承受負(fù)載的潛力成負(fù)相關(guān)。綜上，網(wǎng)關(guān)負(fù)載GLk計(jì)算式如下：

圖3 網(wǎng)關(guān)負(fù)載區(qū)域與閾值設(shè)置

對(duì)部署在真實(shí)場(chǎng)景中的單臺(tái)網(wǎng)關(guān)測(cè)試其運(yùn)行在不同輪切組情況下實(shí)況開始的平均響應(yīng)時(shí)間，如圖4所示。

圖4 單網(wǎng)關(guān)多輪切組實(shí)況開始響應(yīng)時(shí)間

從圖4可以看出，網(wǎng)關(guān)負(fù)載隨輪切組的增加呈現(xiàn)出明顯的指數(shù)式增長(zhǎng)趨勢(shì)，考慮對(duì)預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)性要求，采用二次指數(shù)平滑模型［10］進(jìn)行預(yù)測(cè)，其計(jì)算式為：

其中，F(xiàn)k，t+T為網(wǎng)關(guān)k在t+T時(shí)刻負(fù)載的預(yù)測(cè)值；ak，t，bk，t為平滑系數(shù)分別為一次指數(shù)和二次指數(shù)平滑值；α為平滑因子。

調(diào)度器在每次采樣周期內(nèi)，對(duì)每個(gè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行負(fù)載分析，如發(fā)現(xiàn)某網(wǎng)關(guān)負(fù)載超過(guò) Loadalm則觸發(fā)預(yù)測(cè)機(jī)制。預(yù)測(cè)模塊通過(guò)式（5）計(jì)算 N個(gè)預(yù)測(cè)值，如果有P個(gè)大于 Loadove，則判斷網(wǎng)關(guān)過(guò)載并通知過(guò)載網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)設(shè)備遷移流程，否則等待下一次告警觸發(fā)。

3.2.3 目的網(wǎng)關(guān)選擇

調(diào)度器在判斷過(guò)載后需選擇一臺(tái)目的網(wǎng)關(guān)以遷入設(shè)備。直觀方法即選擇負(fù)載最輕的網(wǎng)關(guān)，但遷移設(shè)備都是當(dāng)前閑置但最近被調(diào)用的設(shè)備，短時(shí)間內(nèi)遷入若干設(shè)備對(duì)目的網(wǎng)關(guān)負(fù)載造成的沖擊雖不大，但當(dāng)這些設(shè)備不久被再次調(diào)用時(shí)，負(fù)載就會(huì)顯著增加，如果很快超過(guò)預(yù)警值則會(huì)再次觸發(fā)遷移，容易造成遷移震蕩。因此，目的網(wǎng)關(guān)的選擇須在低負(fù)載傾向的前提下有一定的隨機(jī)性，可采用輪盤賭算法［11］實(shí)現(xiàn)。

設(shè)網(wǎng)關(guān)k的逆負(fù)載RLk為對(duì)GLk的取反，定義逆負(fù)載概率PLk和累積概率SPLk，其表達(dá)式如下：

其中，m為網(wǎng)關(guān)總數(shù)，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成一個(gè)［0，1］內(nèi)的隨機(jī)數(shù)η，根據(jù) η所在的累積概率區(qū)選擇目的網(wǎng)關(guān)。

3.2.4 設(shè)備選擇與遷移

針對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼調(diào)用最頻繁的輪切業(yè)務(wù)具有周期性的特點(diǎn)，采用最近調(diào)用結(jié)束優(yōu)先作為選擇函數(shù)，但實(shí)際應(yīng)用中設(shè)備調(diào)用具有時(shí)間聚集性，即用戶只在短時(shí)間內(nèi)對(duì)某臺(tái)設(shè)備表現(xiàn)出興趣，如發(fā)生交通事故路段或者被誤操作的設(shè)備，顯然遷移這樣的設(shè)備沒有意義。對(duì)此，引入設(shè)備活躍度DAi，其表達(dá)式如下：

其中，Toli表示設(shè)備i從登陸到現(xiàn)在的總時(shí)間；Tski，j表示設(shè)備i第j個(gè)業(yè)務(wù)的持續(xù)時(shí)間；ni表示已調(diào)用的業(yè)務(wù)總數(shù)。選擇 M個(gè)最近調(diào)用結(jié)束的設(shè)備并從中選擇DA最高的設(shè)備作遷移，其流程如圖5所示。為保證設(shè)備遷移的原子性，過(guò)載網(wǎng)關(guān)發(fā)起遷移請(qǐng)求后不能立即刪除內(nèi)存對(duì)象，需等待目的網(wǎng)關(guān)回復(fù)后再作處理。如目的網(wǎng)關(guān)未加載遷入設(shè)備所屬?gòu)S商的動(dòng)態(tài)庫(kù)則遷入失敗，繼續(xù)保持原狀。

圖5 設(shè)備選擇與遷移流程

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

因測(cè)試需大量設(shè)備形成高負(fù)載環(huán)境，在真實(shí)設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的情況下通過(guò)設(shè)備模擬軟件對(duì)真實(shí)設(shè)備進(jìn)行仿真，對(duì)于輪切所需的視頻數(shù)據(jù)采用預(yù)先錄制好的視頻文件，通過(guò)對(duì)文件周而復(fù)始地讀取和發(fā)送來(lái)模擬真實(shí)碼流。實(shí)驗(yàn)搭建4臺(tái)網(wǎng)關(guān)與監(jiān)控平臺(tái)相連，分別為V1～V4，每臺(tái)網(wǎng)關(guān)初始關(guān)聯(lián)100臺(tái)設(shè)備，其硬件配置如表1所示。

表1 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器硬件配置

4.2 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：最大閑置時(shí)間TSmax= 1 000 s，最大休眠率PSmax=0.4，負(fù)載權(quán)重因子λ1= 0.5，λ2=0.4，λ3=0.1，二次指數(shù)平滑因子α=0.8，每輪預(yù)測(cè)次數(shù)N=3，過(guò)載命中次數(shù)P=2，候選遷移設(shè)備數(shù)M=5；調(diào)度器采樣周期Ts=3 s，單組輪切設(shè)備數(shù)4臺(tái)，輪切時(shí)間間隔5 s，響應(yīng)時(shí)間采樣周期Tc= 5 s。實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼統(tǒng)一采用MPEG2（D1分辨率、30 f/s幀率、2 M b/s碼率）轉(zhuǎn)H.264（D1分辨率、30 f/s幀率、1 024 Kb/s碼率）。

選取單臺(tái)網(wǎng)關(guān)，測(cè)試其在手動(dòng)關(guān)聯(lián)方式下運(yùn)行不同數(shù)量的輪切組時(shí)實(shí)況開始的響應(yīng)時(shí)間。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)延時(shí)的要求，設(shè)置延時(shí)300 m s時(shí)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)負(fù)載為L(zhǎng)oadalm，500 ms時(shí)為L(zhǎng)oadove。

對(duì)V1～V4分別創(chuàng)建20組、10組、4組和2組輪切，分別在手動(dòng)關(guān)聯(lián)和負(fù)載均衡2種方式下測(cè)試其運(yùn)行不同數(shù)量輪切組時(shí)實(shí)況開始的響應(yīng)時(shí)間。初始時(shí)各網(wǎng)關(guān)保持空載狀態(tài)，然后對(duì)每臺(tái)網(wǎng)關(guān)每隔10 s增加一組輪切，直到達(dá)到各網(wǎng)關(guān)預(yù)設(shè)的輪切組數(shù)。在此過(guò)程中觀察各網(wǎng)關(guān)響應(yīng)時(shí)間的變化情況，驗(yàn)證負(fù)載均衡策略是否實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與網(wǎng)關(guān)的自適應(yīng)關(guān)聯(lián)。

4.3 結(jié)果分析

對(duì)于負(fù)載閾值的確定可參考圖4，從中可以看出，實(shí)況開始的響應(yīng)時(shí)間在15組輪切時(shí)接近300 m s預(yù)警值，而在17組時(shí)超過(guò)500 ms過(guò)載值，由此設(shè)置Loadalm=0.54，Loadove=0.61。

在2種方式下對(duì)V1～V 4構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)行分組輪切遞增測(cè)試，結(jié)果如圖6所示。從中可以看出，本文方法比手動(dòng)方式縮短了42.9%的響應(yīng)時(shí)間。

圖6 網(wǎng)關(guān)V1～V4手動(dòng)/均衡方式輪切測(cè)試響應(yīng)時(shí)間

V1在170 s附近即添加第16組輪切時(shí)2條響應(yīng)曲線開始分離，與圖4在17組輪切時(shí)發(fā)生過(guò)載相比有一定的提前，這是因?yàn)檎{(diào)度器利用預(yù)測(cè)模型判斷過(guò)載所致，此后響應(yīng)時(shí)間快速下降直到220 s左右開始趨向穩(wěn)定，因該段時(shí)間V1一直處于過(guò)載狀態(tài)，每個(gè)采樣周期都會(huì)觸發(fā)設(shè)備遷移，快于輪切組的添加速度，而從220 s開始負(fù)載持續(xù)低于過(guò)載值，V1進(jìn)入正常區(qū)，設(shè)備遷移停止。

對(duì)于V 2～V 4，幾乎都是在190 s前后開始發(fā)生分離，可知此時(shí)遷入設(shè)備開始進(jìn)入下一個(gè)輪切調(diào)用周期，此后30 s內(nèi)雖有設(shè)備遷入但負(fù)載均衡方式的響應(yīng)時(shí)間只有輕微的上升，這是因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)本身已處于正常或者輕載區(qū)，尚未達(dá)指數(shù)式增長(zhǎng)的拐點(diǎn)。

設(shè)備遷移的最終結(jié)果表2所示，從中可以看出，V1一共遷出15臺(tái)設(shè)備，其中，有1臺(tái)遷入V2，5臺(tái)遷入V3，9臺(tái)遷入V4，該結(jié)果也基本符合目的網(wǎng)關(guān)基于負(fù)載大小的隨機(jī)選擇方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該策略能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與設(shè)備的自適應(yīng)關(guān)聯(lián)，有效均衡了網(wǎng)關(guān)負(fù)載，提高了系統(tǒng)整體響應(yīng)性能。

表2 V1～V4設(shè)備遷移結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

為解決網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與攝像機(jī)手動(dòng)關(guān)聯(lián)方式在大規(guī)模實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼時(shí)單點(diǎn)網(wǎng)關(guān)負(fù)載過(guò)高的問題，本文提出一種基于設(shè)備休眠和設(shè)備遷移的負(fù)載均衡策略，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與設(shè)備的自適應(yīng)關(guān)聯(lián)。設(shè)備休眠機(jī)制通過(guò)記錄設(shè)備最近調(diào)用結(jié)束時(shí)間獲得閑置持續(xù)時(shí)間，將超時(shí)設(shè)備投入休眠，回收系統(tǒng)資源，降低單點(diǎn)負(fù)載；設(shè)備遷移機(jī)制通過(guò)調(diào)度器動(dòng)態(tài)獲取各網(wǎng)關(guān)負(fù)載，基于二次指數(shù)平滑模型進(jìn)行過(guò)載判斷，利用輪盤賭算法選擇目的網(wǎng)關(guān)，而過(guò)載網(wǎng)關(guān)則采用最近調(diào)用結(jié)束優(yōu)先和設(shè)備活躍度選擇設(shè)備進(jìn)行遷移。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在4臺(tái)網(wǎng)關(guān)36組輪切測(cè)試環(huán)境下采用MPEG2轉(zhuǎn)H.264實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼，與手動(dòng)關(guān)聯(lián)方式相比，基于本文策略的自適應(yīng)關(guān)聯(lián)方式可縮短實(shí)況開始平均響應(yīng)時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)的整體響應(yīng)性能有較大改善，達(dá)到了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡的目的。

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編輯 金胡考

Load Balancing Strategy of Data Gateway for Video Surveillance System

SHEN Yizhou，JIANG Rongxin
（Institute of Advanced Digital Technology and Instrumentation，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China）

In the current network video surveillance system s，it is easy to make some gateways overload that binding gateway with camera manually under large-scale real-time transcoding.In view of this problem，an adaptive binding mode based on load balancing strategy is proposed.This mode consists of two mechanisms which are device sleeping and device migration.Gateway reduces load by itself through putting overtime idle device into sleeping state.Gateway dispatcher gets every gateway’s load timely and advances overload judging time by importing alarm region and double exponential smoothing model to predict load.Overload gateway migrates device by last-call-finish-first principle with device active degree to realize load transfer indirectly.Under the testing environment of 4 gateways and 36 patrol groups，the experimental result indicates that，compared with manual-binding mode，the proposed mode can shorten live start averageresponse time by 42.9%.

video surveillance system；data gateway；real-time transcoding；load balancing；device sleeping；device migration

沈翼洲，蔣榮欣.面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡策略［J］.計(jì)算機(jī)工程，2015，41（10）：1-5.

英文引用格式：Shen Yizhou，Jiang Rongxin.Load Balancing Strategy of Data Gateway for Video Surveillance System［J］. Computer Engineering，2015，41（10）：1-5.

1000-3428（2015）10-0001-05

A

TP393

國(guó)家“863”計(jì)劃基金資助項(xiàng)目“相控陣三維聲學(xué)攝像聲納信號(hào)處理系統(tǒng)”（2010AA09Z104）。

沈翼洲（1989-），男，碩士研究生，主研方向：網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，Linux軟件開發(fā)；蔣榮欣，副研究員。

2014-11-17

2014-12-09E-m ail：syz-0530@163.com