1、南京南自信息技术有限公司南京南自信息技术有限公司研发中心研发中心 王强王强基于嵌入式基于嵌入式LinuxLinux裁裁减减系统的系统的高性能流媒体服务器高性能流媒体服务器设计与实现设计与实现变电站视频监控系统变电站视频监控系统 1.1.背景背景 2.2.现状现状 3.3.需要解决的问题需要解决的问题 4.4.现有流媒体服务器的优缺点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。人值守
2、、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、遥调国内电力系统在建设以遥测、遥信、遥控、遥调“四四遥遥”技术为基础的无人值守变电站时，由于调度无法了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、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，很多按防渍等问题，很多按“无人值守无人值守”建设的变电站采用了建设的变电站采用了“少人值守少人值守”模式运行。模式运行。随着计算机技术、多媒体技术及通讯技术的飞速随着计算机技术、多媒体技术及通讯技术的飞速发展，发展，“四遥四遥”的基础上增加的第五遥的基础上增加的第
3、五遥“遥视遥视”，对于实现变电站对于实现变电站“无人值守无人值守”具有十分重要的意义。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（亦称视频监控系统（亦称“遥视系统遥视系统”）应用体现，主）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。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变电站视频监控系统 1.1.背景背景 2.2.现状现状 3.3.需要解决的问题需要解决的问题 4.4.现有流媒体服务器的优缺点现有流媒体服务器的
4、优缺点 目前变电站安防及环境监测系统由站端系统和局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。端系统组成。站端系统主要由摄像机、各种报警器、数据采集站端系统主要由摄像机、各种报警器、数据采集单元、单元、DVS/DVRDVS/DVR、控制仲裁器等设备组成。、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。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站端与局端的网络通讯一般为 E1E1（2M2M）或）或100M100M快速以太网。快速以太网。变电站视频监控系统变电站视频监控系统 1.1
5、.背景背景 2.2.现状现状 3.3.需要解决的问题需要解决的问题 4.4.现有流媒体服务器的优缺点现有流媒体服务器的优缺点传输系统需要解决的问题传输系统需要解决的问题 热点连接时的带宽不足；热点连接时的带宽不足；异构网络的互联访问；异构网络的互联访问；编码设备并发能力有限；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。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变电站视频监控系统 1.1.背景背景 2.2.现状现状 3.3.需要解决的问题需要解决的问题 4.4.现有流媒体服务器的优缺点现有流媒体服务器的优缺点 在遥视系统中，目前运行于在遥视系统中，目前运行于PC
6、PC机上的流媒体服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。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统是否能够正常运行。响到整个视频监
7、控系统是否能够正常运行。在在X86X86架构的服务器平台、架构的服务器平台、WindowsWindows操作系统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，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。分小规模项目。由于由于WindowsWindows系统存在众所周知的安全性、稳系统存在众所周知的安全性、稳定性与可靠性问题，目前基于定性与可靠性问题，目前基于x86+Windowsx86+Windo
8、ws操作系操作系统统的流媒体服务器实现方案不能适应大规模监控项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。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（如供高速流媒体数据传输，对主机其它硬件资源（如CPUCPU、内存和存储等）使用相对较少，采用高性能、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。和浪费。因此根据流媒体服务器的运行、应用特点，设因此根据流媒体服务器的运行、应用特点，设计一款专用的嵌入式硬件平
9、台，并采用安全性相对计一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较高的嵌入式LinuxLinux操作系统作为系统软件平台，对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，将会大大降减统稳定性、可靠性与安全性的同时，将会大大降减系统成本。系统成本。嵌入式流媒体服务器嵌入式流媒体服务器 1.1.系统架构系统架构 2.2.关键技术关键技术 3.3.系统功能系统功能 4.4.性能指标性能指标 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
10、件平台、操作系统、操作系统接口及应架构分为硬件平台、操作系统、操作系统接口及应用软件四个层次。用软件四个层次。硬件平台可选择硬件平台可选择X86X86体系架构的服务器，也可体系架构的服务器，也可以选择基于以选择基于PowerPCPowerPC、ARMARM和和MIPSMIPS等微处理器的嵌等微处理器的嵌入式目标平台；操作系统可选择微软的入式目标平台；操作系统可选择微软的WindowsWindows系系统，也可以选择统，也可以选择LinuxLinux、VxWorksVxWorks和和XPEXPE等嵌入式实等嵌入式实时系统；操作系统（虚拟机）接口通过适配不同的时系统；操作系统（虚拟机）接口通过适配
11、不同的操作系统，提供对上层转发软件的系统支撑；应用操作系统，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。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，要求其至于网络带宽，对嵌入式硬件芯片的要求，要求其至少提供少提供2 2个千兆以太网口，同时针对大中规模的项目个千兆以太网口
12、，同时针对大中规模的项目需求具有带宽的可扩展性，而对内存和需求具有带宽的可扩展性，而对内存和CPUCPU等性能等性能要求不是很高。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尔半导体出品的基于PowerPC e300PowerPC e300内核架构的内核架构的MPC8379 CPUMPC8379 CPU作为系统主芯片。作为系统主芯片。飞思卡尔飞思卡尔PowerPC e300PowerPC e300内核，提供内核，提供DDR2DDR2内存内存支持、双千兆以太网口、双支持、双千兆以太网口、双PCIPCI以及高速以及高速USBUSB
13、控制器、控制器、一个一个Compact FlashCompact Flash存储器插槽，系统时钟达到存储器插槽，系统时钟达到667MHz667MHz，处理能力为，处理能力为1260MIPS1260MIPS。其开发板突出的。其开发板突出的特色是增加了对特色是增加了对PCI-EPCI-E总线的支持，通过总线的支持，通过PCI-EPCI-E总线总线接口可再扩展两个千兆以太网口，使得整个系统总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带宽达到4Gbps4Gbps。MPC8379MPC8379提供了丰富的总线接口和外设，一般提供了丰富的总线接口和外设，一般很多总线接口（如很多总线接口（如USB
14、USB接口、接口、CFCF接口、接口、SATASATA接口及接口及硬盘等）闲置，通过裁减冗余的接口芯片和外设来硬盘等）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。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裁减后的硬件平台保留了主控CPUCPU、DDR2DDR2内内存、存、2 2个千兆以太网口、个千兆以太网口、2 2个个PCI-EPCI-E总线接口、总线接口、FlashFlash接口与芯片、接口与芯片、4 4通道通道DMADMA、电源和、电源和UARTUART接口等接口等嵌
15、入式流媒体服务器嵌入式流媒体服务器 1.1.系统架构系统架构 2.2.关键技术关键技术 3.3.系统功能系统功能 4.4.性能指标性能指标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
16、流媒体服务器嵌入式流媒体服务器 1.1.系统架构系统架构 2.2.关键技术关键技术 3.3.系统功能系统功能 4.4.性能指标性能指标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嵌入式流媒体服务器 1.1.系统架构系统架构 2.2.关键技术关键技术 3.3.系统功能系统功能 4.4.性能指标性能指标 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；
