小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計

全 宇

(廣東省嶺南師范學院 網絡與信息技術中心，廣東 湛江 524038)

小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計

全 宇

(廣東省嶺南師范學院 網絡與信息技術中心，廣東 湛江 524038)

近年來，全球互聯網技術飛速發展，網絡技術廣泛應用于各個領域;隨著網絡技術的快速發展，我國各大高校開設計算機實驗室，在高校范圍內搭建的小型局域網中引入監控系統，輔助高校實驗室的日常使用管理工作;傳統的監控系統在小型局域網中存在數據資源交互消耗大、數據傳輸延遲高、視頻數據儲存空間利用率低等問題，給計算機實驗室的日常管理帶來不便;針對上述問題，提出小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計;對數據交互過程中資源消耗大的問題，采用雙協議傳輸單元進行資源交互算法的改進；對傳統監控系統存在的數據傳輸延遲問題，采用數據陣列重組模組進行數據內部優化處理；采用ViodTM視頻壓縮單元，對監控視頻進行算法核心壓縮處理，從問題產生根源進行解決;通過實驗證明，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計，具有資源占用小、傳輸速度快、視頻存儲率高等特點。

局域網；監控系統；傳輸；視頻壓縮

0 引言

近幾年來，隨著互聯網技術與素質教育進程的推進，各大高校紛紛建立起計算機實驗室進行素質化輔助教學。通過今年的實踐，取得了不小的成績。為了使計算技術實驗室更好的輔助教學，其日常的使用與維護成為重中之重。在計算機實驗室的日常管理中視頻化監控系統的圖像記錄成為計算機實驗室日常管理中的重要管理系統。隨著大數據時代的來臨與光纖高速網絡的建設，傳統視頻監控系統無法滿足現有各高校的小型局域網絡。傳統視頻編碼生成的模擬信號在網絡傳輸過程中，表現出數據節點資源占有率大[1]、信號傳輸緩慢[2]、節點回傳率低[3]、延遲高[4]等網絡傳輸弊端；同時，在小型局域網的服務器端，大量的監控視頻占據著大部分儲存資源空間[5]，后期維護與動態調取十分麻煩。

為此，合理有效解決傳統計算機實驗室存在的問題，成為各高校在計算機實驗是日常使用管理問題上的首要矛盾。針對上述問題，提出小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計。對數據交互過程中資源消耗大的問題，采用雙協議傳輸單元進行資源交互算法的改進，利用動態節點切互性算法，重組交互數據節點排列關系，根據監控數據資源占用交互速率比，動態調整交互資源參數，整體降低資源消耗；對傳統監控系統存在的數據傳輸延遲問題，采用數據陣列重組模組進行數據內部優化處理，通過節點陣列NCA壓縮算法對監控視頻數據進行編碼率調整，同時對視頻源進行封裝形式的邏輯優化，達到降低數據交互延遲的目的；采用ViodTM視頻壓縮單元，對監控視頻進行算法核心壓縮處理，利用蜂窩視頻處理技術，對監控視頻進行編碼邏輯改進，減小視頻體積，提升儲存空間利用率；從問題產生根源進行解決。通過實驗證明，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計，具有資源占用小、傳輸速度快、視頻存儲率高等特點。

1 小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計

1.1 雙協議傳輸單元

計算機實驗室的日常管理過程中，視頻監控系統是提高管理效率的有效手段與主要方式。將監控記錄的視頻數據接入到小型局域網中，既能滿足遠程管理與調取的需要，又便于第三方程序的介入引用。但是，在長期的使用過程中發現，傳統的視頻編碼生成的模擬信號[6]在網絡傳輸過程中，表現出數據節點資源占有率大、信號傳輸緩慢、節點回傳率低、延遲高等網絡傳輸弊端。極大的影響局域網的整體通訊傳輸效率[7]，給正常的學習、工作帶來不便。

如圖1所示，小型局域網是指在某一區域內由多臺計算機互聯成的計算機組，一般是方圓幾千米以內。局域網可以實現文件管理、應用軟件共享、打印機共享、工作組內的日程安排、電子郵件和傳真通信服務等功能。

圖1 小型局域網示意圖

通過上述圖1可以看出，若局域網內某組設備所占用的資源較高時，局域網內的其他設備所占用的資源就會出現不足現象，整個局域網絡就會出現癱瘓的危險。由于局域網內的所有設備都是通過統一的傳輸協議進行相互關聯綁定，因此，經局域網中的某組設備進行二者的特有傳輸協議綁定，使之具有獨立的傳輸空域與相對獨立的運行資源，這樣就避免了同一協議下的數據交互量過高導致的資源開銷不足的問題[8]。

提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中，針對傳統的傳統視頻編碼生成的模擬信號在網絡傳輸過程中，表現出數據節點資源占有率大的網絡傳輸弊端，利用上述思路設計了雙協議傳輸單元。利用動態節點切互性算法，根據監控數據資源占用交互速率比，動態調整交互資源參數，將局域網內的通訊傳輸協議進行邏輯重組，生成新的匹配性通訊傳輸協議，此協議具有相對獨立性，協議框架基于整體局域網主體通訊傳輸協議。在保證大網絡的通訊統一的條件下，進行雙重網絡協議的動態切換，減小高資源消耗對整體網絡的影響，達到降低監控系統在數據交互過程中資源消耗大的問題。

動態節點切互性算法關系式如下所示。

(1)

式中，a1、a2為局域網中通訊協議的兩種形式集合；A為協議主體邏輯值，為了滿足雙協議的統一性，引入輔助值關系式，進行雙協議算法的邏輯補償，具體關系式如下所示。

(2)

為了測試雙協議傳輸單元在小型局域網中的可行性，進行針對性的數據資源占有消耗性測試。對傳統協議下的局域網絡與采用雙協議傳輸單元的局域網絡進行數據包增量資源占有消耗測試，對比不同傳輸協議下不同數據量的資源占有率，具體參數如表1所示。

通過上述表1的對比數據可以看出，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中雙協議傳輸單元，具有較強的改善網絡數據交互過程中資源占有消耗過大的問題。能夠對傳統計算機實驗室監控系統存在的數據節點資源占有率大、信號傳輸緩慢、節點回傳率低、延遲高等網絡傳輸問題進行有效解決。

表1 數據資源占有消耗性測試

提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中，雙協議傳輸單元運行原理如圖2所示。

圖2 雙協議傳輸單元運行原理

至此，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中，雙協議傳輸單元設計創建完畢。

1.2 數據陣列重組模組

傳統計算機實驗室的日常管理過程中，監控數據的交互延遲問題，成為嚴重影響工作、學習的重要問題。通過上述雙協議單元的處理能夠有效降低視頻數據大規模交互過程中的資源消耗問題。但是，如表2所示，在監控資源交互過程中，小型局域網內部的優先交互信道，無法承受傳統視頻數據信號編碼邏輯所造成的數據臃腫，連續性差、傳輸節點跳躍性呈現等一系列傳輸延遲性問題，導致管理記錄端與管理輸出端無法實時形成同步，極大的影響計算機實驗室的日常管理與使用。

表2 傳統計算機實驗室監控數據傳輸狀態參數

針對上述問題，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中，采用的數據陣列重組模組對傳統計算機實驗室的監控系統編碼邏輯進行優化修改，從問題根源入手，徹底解決傳統計算機實驗室監控系統存在的高延遲類問題。

在傳統視頻監控編碼中，模擬信號具有編碼速度快、解碼簡單、兼容性高的優點。但是，存在編碼清晰度低、編碼壓縮率低、連續記錄視頻體積大等缺點。上述缺點正是導致網絡傳輸延遲高、連續性差問題的主要因素。因此，改善傳統編碼邏輯是解決問題的關鍵。

提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中，數據陣列重組模組抓住模擬信號編碼的特點，進行底層邏輯重組機制，對傳統監控視頻數據編碼邏輯進行視頻節點壓縮處理，提升視頻外圍交互數據的傳輸性，同時，通過對外圍數據的陣列重組，使原有監控數頻數據的連續性更強。從而解決監控數據傳輸過程中連續性差的問題。為了達到上述目的，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計，數據陣列重組采用節點陣列NCA壓縮算法，進行上述要求的實現操作。

節點陣列NCA壓縮算法是對視頻數據外圍節點處理算法，通過對原有視頻數據的外圍傳輸節點的邏輯重組，達到提升原有視頻數據傳輸力的目的，起到在不改變原有視頻數據清晰度等參數的前提下，優化視頻傳輸連續性，提升網絡傳輸力、消除網絡延遲的效果。節點陣列NCA壓縮算法為傳輸節點執行性命令關系式，具體關系式如下所示。

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

#define RECV_PORT 20000

#define SENT_PORT 30000

#define MAX_FILESIZE 32*1024

SOCKET sock

sockaddr_in serveraddr

struct filedata{

char ffname[30]

Char

ffdata[MAX_FILESIZE]

int len

}datapacket

DWORD startsock() {

WSADATA

wsadata

if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsadata)!=0) {

cout<<"start a sock failed!"<

return (-1)

}

Else

{

cout<<"start a sock successed!"<

為了測試數據陣列模組對數據傳輸能力的處理效果，設計了仿真實驗測試對數據陣列重組模組進行性能測試。并將測試結果生成曲線與傳統傳輸效果曲線進行合成圖對比。

圖3 傳輸速率合成對比圖

通過上述圖3的曲線可以清晰看出，經過數據陣列重組模組處理后的視頻數據傳輸速率曲線連續性好、傳輸力強、無延遲與斷網現象出現。充分證明，數據陣列重組模組具有較強的數據傳輸力處理能力。

1.3 ViodTM視頻壓縮單元

通過上述兩大單元的處理，基本上有效解決了傳統計算機實驗室日常管理過程中，監控系統出現的資源占有率高與監控數據傳輸高延遲性的傳出問題。但是，經過測試發現光靠上述兩大處理單元，無法解決監控視頻自身體積過大所造成的儲存開銷大的問題。雖然通過數據陣列重組模組可以對監控視頻數據進行外圍傳輸節點邏輯排列重組，達到精簡優化目的，但僅僅是外圍優化，監控視頻數據自身編碼邏輯并未得到修正與優化。

為此，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中，添加了針對監控視頻編碼邏輯修正優化的ViodTM視頻壓縮單元。利用其自身內部配套的蜂窩視頻處理技術對實時編碼器進行邏輯矯正，改變傳統視頻編碼器編碼封裝邏輯，利用蜂窩狀六角架構，對視頻采集信號轉換、編碼排序、時間節點引入、封裝處理、數據名檢索處理、視頻數據解碼邏輯六大要素進行綜合處理，動態根據視頻不同參數將六要素中兩兩要素綁定，構成蜂窩體系，從而顯現出壓縮空間，達到優化監控視頻質量，減小監控視頻數據提及的目的。蜂窩視頻處理技術執行關系代碼如下所示。

serveraddr.sin_family=AF_INET

serveraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("147.0.0.1")

serveraddr.sin_port=htons(RECV_PORT)

return 1

}

}

DWORD

createsocket()

{

sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)

if(sock==SOCKET_ERROR)

{

cout<<"create socket error!"<

return -1

}

return 1

}

ViodTM視頻壓縮單元內部處理架構十分嚴謹，通過對架構邏輯的控制，達到快速、高效、穩定處理監控視頻數據的目的。從視頻源編碼層，徹底解決傳統計算機實驗室的日常管理中監控視頻系統存在的一系列問題。ViodTM視頻壓縮單元內部處理架構如圖4所示。

圖4 ViodTM視頻壓縮單元工作原理

為了證明設計的ViodTM視頻壓縮單元具有較強的監控視頻壓縮功能，對提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中ViodTM視頻壓縮單元進行仿真性能測試。經測試結果與傳統計算機實驗室監控系統的監控視頻數據進行對比。具體參數如下所示。

表3 ViodTM視頻壓縮單元性能測試對比參數

通過上述表3的數據可以充分證明，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中，ViodTM視頻壓縮單元具有很強的視頻壓縮處理能力，滿足解決傳統計算機實驗是監控系統存在的視頻體積大，小型局域網儲存空間資源開銷大的問題。

2 實驗與結論

通過上述針對性測試實驗可以充分證明，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計中的每一獨立單元都具有較強的處理能力。為了證明提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統整體具有較強的可行性與實用性，進行針對性仿真模式測試。對提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計進行多項數據的整體測試，并與傳統計算機實驗室監控管理系統進行數據對比。具體參數如表4所示。

表4 小型局域網下高校計算機實驗室監控系統

通過上述表4的數據對比可以看出，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計的各個單元相互協作處理的邏輯嚴謹，整體系統運行平穩；具有較強的視頻傳輸處理能力與視頻創建編碼能力，滿足對傳統計算機實驗室監控系統存在問題進行針對性解決的要求，同時，符合高校小型局域網中使用的標準。

3 結束語

文章針對現今高校計算機實驗室監控系統存在的問題，進行深入分析，結合高校小型局域網絡的數據交互特點，提出了小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計。采用雙協議傳輸單、數據陣列重組模組、ViodTM視頻壓縮單元三大模組，對傳統計算機實驗室監控系統存在的交互資源開銷大、傳輸延遲高、監控數據儲存空間消耗大的問題進行針對性一一解決。通過實驗證明，提出的小型局域網下高校計算機實驗室監控系統設計具有資源占有率小、傳輸速率高、數據體積小等特點。滿足小型局域網下高校計算機實驗室監控系統使用要求，為計算機實驗室監控系統研究領域提供了新的設計思路。

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[2] 李 涵,呂英杰.實驗室屏幕安全監控系統軟件[J].中國科技信息,2015，6(2):59-60.

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ASmallLocalAreaNetUniversityComputerLaboratoryMonitoringSystemDesign

QuanYu

(NetworkandEducationalTechnologyCenter,LingnanNormalUniversity,Zhanjiang524038,China)

In recent years, the global rapid development of Internet technology, network technology application field depth is applied to various fields. With the rapid development of network technology, our country colleges and universities set up a computer lab, within the scope of the colleges and universities set up small LAN monitoring system is introduced, auxiliary use daily management work of the university laboratory. Existing in the traditional monitoring system in the small local area network data resources interaction is used up big, data transmission delay problem of high and low utilization rate of video data storage space. Inconvenience to the daily management of computer laboratory. Aiming at these problems, puts forward a small local area net university computer laboratory monitoring system design. To solve the problem of resource consumption in the process of data interaction, with double deal resource interactive algorithm to improve transmission unit; For the problem of data transmission delay of the traditional monitoring system uses data array reorganization internal optimization module for data processing; Using ViodTM video compression core compression algorithm processing unit to monitor the video; From the root to solve problem. Experiments show that the proposed small local area net university computer laboratory monitoring system design, has a small resource usage, high transmission speed, the rate of video storage, etc.

local area network (LAN); monitor and control system; transmission; video compression

2017-01-14；

2017-02-21。

廣東省嶺南師范學院2015年自然科學研究青年項目(QL1511)。

全 宇(1982-)，男，廣東湛江人，碩士研究生，實驗師，主要從事軟件工程方向的研究。

1671-4598(2017)07-0094-04DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp

TP

A