視頻監(jiān)控分析云的高可用性研究.pdf

1、隨著分布式計(jì)算系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)規(guī)模持續(xù)增長，系統(tǒng)組件數(shù)量龐大種類繁多，相互之間的聯(lián)系和作用也不斷增多，故障的發(fā)生成為一種常態(tài)而非例外情況。視頻監(jiān)控隨著近年平安城市的迅速發(fā)展，已經(jīng)逐步過渡到實(shí)時(shí)分析的階段。視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)目前已廣泛運(yùn)用于城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)。但是，發(fā)生故障或維護(hù)工作都可能引起視頻分析云的失效，對城市公共安全維護(hù)的影響巨大。為解決上述問題，從視頻分析云計(jì)算平臺自身維護(hù)機(jī)制上的高可用性、對于可能故障的預(yù)測分析機(jī)制、基于故障感

2、知的虛擬機(jī)容錯(cuò)配置機(jī)制和面向行業(yè)應(yīng)用的高可用調(diào)度優(yōu)化等多方面進(jìn)行增強(qiáng)研究，能有效解決上述問題，提高系統(tǒng)可用性。
　　對于視頻分析云計(jì)算平臺維護(hù)機(jī)制上的高可用性問題，由于視頻監(jiān)控是不間斷運(yùn)行的，對視頻分析云計(jì)算平臺的維護(hù)需要在不停機(jī)的狀態(tài)下進(jìn)行，并以最低的成本和最高的系統(tǒng)可用性完成整個(gè)維護(hù)過程。系統(tǒng)組件間的依賴關(guān)系容易引起維護(hù)過程的停滯和錯(cuò)誤。針對這個(gè)問題，云感知維護(hù)機(jī)制通過支持多重粒度的維護(hù)（包括服務(wù)級、虛擬機(jī)級以及節(jié)點(diǎn)級），以減

3、少環(huán)境依賴的影響。同時(shí)，云感知維護(hù)機(jī)制維護(hù)了一張整個(gè)系統(tǒng)的依賴關(guān)系圖，當(dāng)維護(hù)請求到來時(shí)，云感知維護(hù)機(jī)制通過依賴關(guān)系圖識別所涉及服務(wù)組件間的相互依賴，提出一種改進(jìn)的維護(hù)策略，從而減少依賴對系統(tǒng)效率和可用性帶來的影響。更重要的是，云感知維護(hù)機(jī)制提供了一種對更新維護(hù)過程的會(huì)話控制方法，以避免復(fù)雜的跨層依賴可能帶來的失敗。
　　視頻分析云計(jì)算系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加以及節(jié)點(diǎn)組件異構(gòu)性的存在使得系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率大大增加，單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障的發(fā)生有可

4、能會(huì)引起其關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的連鎖反應(yīng)甚至影響整個(gè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)失效的概率也隨之增加。對于需要持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的視頻監(jiān)控分析云系統(tǒng)來說，一旦由于某種原因致使系統(tǒng)失效將會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。針對這個(gè)問題，分析故障的時(shí)空聯(lián)系，以進(jìn)行有效的故障預(yù)測分析，并基于故障感知研究虛擬機(jī)容錯(cuò)配置機(jī)制，能有效提高整個(gè)視頻分析云計(jì)算系統(tǒng)的可用性。
　　對于可能故障的預(yù)測分析問題，主動(dòng)的故障預(yù)測框架分析故障之間的時(shí)間和空間的相互關(guān)系，通過在時(shí)間域和空間域分類故障簽名，探

5、索故障發(fā)生的時(shí)空關(guān)系。節(jié)點(diǎn)分配信息也被利用以改進(jìn)預(yù)測相關(guān)性。聯(lián)合系統(tǒng)的離線和在線預(yù)測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明將故障預(yù)測應(yīng)用于高可用性網(wǎng)絡(luò)計(jì)算自主管理是積極可行的。
　　對于基于故障感知的虛擬機(jī)容錯(cuò)配置機(jī)制，前驗(yàn)性的視頻分析云平臺利用故障預(yù)測技術(shù)減輕故障的發(fā)生對系統(tǒng)的可用性和能力的潛在影響，并在系統(tǒng)可用性和能力兩個(gè)因素之間取得了一定的平衡。在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選擇時(shí)，系統(tǒng)不僅考慮到節(jié)點(diǎn)的性能狀態(tài)，同時(shí)考慮到節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障的可能性。當(dāng)預(yù)測到故障發(fā)生或者故障

6、實(shí)際發(fā)生的情況下，該機(jī)制對視頻系統(tǒng)虛擬機(jī)進(jìn)行重配置和重新調(diào)度，以保證系統(tǒng)的高生產(chǎn)能力和高可用性。使用三種不同的資源配置策略評估了重配置機(jī)制在提高系統(tǒng)能力和可用性方面的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)性能包括能力和可用性都有顯著的提升。
　　針對行業(yè)應(yīng)用的高可用調(diào)度優(yōu)化，異構(gòu)云終端優(yōu)化調(diào)度模型針對智能分析云終端與后臺云處理中心節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)問題，在網(wǎng)絡(luò)帶寬和計(jì)算能力受限情況下，從基礎(chǔ)設(shè)施角度自動(dòng)實(shí)現(xiàn)智能分析任務(wù)的有效優(yōu)化，以最大程度提高視頻分析

7、任務(wù)的總體完成率。同時(shí)，大規(guī)模視頻監(jiān)控平臺作為共享的公共資源，無可避免地需要執(zhí)行多個(gè)視頻分析任務(wù)，這些分析任務(wù)之間往往存在依賴關(guān)系。在對相關(guān)任務(wù)的依賴性進(jìn)行理解的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了任務(wù)間的多依賴特性對高效容錯(cuò)的云終端任務(wù)調(diào)度模型的影響，并對調(diào)度機(jī)制進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，相對于傳統(tǒng)的分布式任務(wù)處理機(jī)制來說，異構(gòu)云終端優(yōu)化調(diào)度模型可以有效提高全局分析任務(wù)完成率，保證了大規(guī)模視頻監(jiān)控分析網(wǎng)絡(luò)的工作效率和可靠性。在不同的終端處理能力