分发管理系统（精选12篇）
分发管理系统 篇1
0 引 言
随着多处理器并行系统和分布式技术在计算机图形渲染方面的广泛应用,大规模集群渲染在数字媒体行业中扮演着越来越重要的角色。目前,国外一些集群渲染的管理系统在企业界得到很好的应用,而国内这方面的应用软件还相当缺乏。
上海市多媒体公共服务平台旨在实现政府服务功能,降低多媒体中、小企业渲染成本,推动多媒体产业的发展。但目前该平台渲染业务的模式较单一,对于多数用户来说,携带需要渲染的场景文件、渲染查错处理以及取回渲染结果上存在诸多不便,这样的业务模式没能充分发挥平台的优势。本文针对该平台及行业现状而设计的远程渲染分发管理系统支持多媒体企业用户通过互联网访问集群渲染分发的软硬件平台,可完成渲染任务提交、监控、结果回收,并支持系统管理员对该系统的功能管理,扩大平台的服务范围。
1 基本概念
1.1 网络渲染
网络渲染是一种主流三维动画软件都支持的渲染技术,它的工作原理是把渲染任务分成若干份交给基于TCP/IP协议的局域网内的其它电脑来并行完成,使用网络渲染,缩减了渲染的时间,为动画设计师提供了很大的便利。
1.2 渲染农场(分布式并行集群计算系统)
渲染农场是一种 “分布式并行集群计算系统”,利用现成的CPU、以太网和操作系统构建的超级计算机,它使用多台主流的商业计算机,硬件设备性能达到或接近超级计算机的计算能力。集群是指一组计算机通过通信协议连接成的计算机群,能将工作负载从超载的计算机迁移到集群中的其它计算机上,这一特性称为负载均衡[2]。
1.3 负载均衡的工作原理
分布式并行计算分为空间上的并行和时间上的并行。空间上的并行是指用多个处理器并发地执行计算,负载均衡系统使计算负载可以在计算机集群中尽可能平均分摊处理。
1.4 并行计算
并行原理是将整个数据分割成N个模块分配给N个CPU计算,在每一个CPU中启动计算进程,由主进程调度各CPU的计算。
2 系统设计
2.1 系统概貌
系统在分析了数字媒体渲染的应用特性后,以Client/Server构架和多层应用模型的思想搭建。将应用结构分为三层:表示层、应用层、数据层。表示层接收用户和管理员的请求,将之传递到应用层组件;应用层处理各类请求,完成任务的设置、打包、安全通信、分发、状态监控、结果回馈等操作;底层的通信数据、渲染结果数据、数据库的数据在数据层中实现。
系统接口分为外部接口和内部接口。外部接口:系统用户端和服务器端的对外接口采用消息类的通信方式,通信过程中采用OpenSSL协议。用户接口:用户接口从系统的用户角度出发分两种,用户端渲染用户和服务器端管理员。渲染用户可通过Internet网络提交、监控任务,查看日志;服务器端管理员拥有审批用户,用户管理,任务管理,渲染集群管理等权限。
2.2 系统逻辑结构
图2为系统的逻辑结构图。从这张图我们可以看到逻辑结构单元的组成及相互关系。表示层是用户交互的界面以及用户所能直接接触到的部分,它也是用户与各类应用处理之间的接口。应用层主要包括配置管理、任务管理、渲染分发管理、日志管理、数据库的管理等模块,它也是整个系统最为重要的中间层。数据层为整个系统提供了应用数据,包括数据库、文件系统、传输的消息等。
2.3 分发算法的设计
实现渲染农场的功能,分发算法是设计的核心。我们采用的是一种动态的自适应的负载平衡算法。算法设计思想:对于每个渲染节点设计了基本信息和可变信息。基本信息包括:CPU类型,内存大小,内存使用率,网络带宽大小等。根据这些信息,对渲染客户机的性能进行分类和排序,分发任务时根据不同性能的机型,分发不同任务。可变信息包括:最近一批任务的渲染时间,待渲染任务的帧数等。这类信息受到实时渲染过程的影响很大,需要实时收集,在此我们提出了一个渲染“熵”的概念。
E=C1×CPU+C2×M+C3×T
这里E代表渲染“熵”,CPU代表每个渲染节点的CPU数及类型,M代表内存大小,T代表渲染上一批帧用的平均时间,而C1,C2,C3为加权系数。前两者体现节点的性能,后一个参数体现帧的复杂度。
每个渲染节点在渲染过程中,对相应信息进行实时的统一分析后得到一个实时的渲染“熵”,在返回消息通知任务渲染完毕的同时,将该“熵”值实时地反馈给分发服务器,而服务器又根据渲染熵的不同,每次在分配任务的时候为渲染熵大的机器分配相对较少帧数的任务,从而可以实现一个有较好的负载平衡的分布式渲染网络。
本模块还提供了渲染节点管理功能,管理员可以对每个渲染节点进行管理,并将他们列入不同的渲染池中。渲染池是一个逻辑上独立的渲染单位,也是渲染任务分派的最小单位,这样极大的提高了整个系统的资源利用率,系统可并行地渲染多个任务。同时系统还能对在渲染过程中的任务进行控制,可以停止当前的渲染任务,代之以优先级更高的渲染任务。渲染分发功能如图3所示。
2.4 通信传输系统
考虑到目前国内网络带宽现状和多媒体数据的安全传输,我们设计了渲染任务多媒体数据的传输机制和安全策略。我们采用了WinSocket+OpenSSL通信模式,通过把WinSocket中的Accept、 Connect、Read和Write通信原语与OpenSSL的加密操作封装,OpenSSL是一个跨平台的基于密码安全的开源开发包,提供了主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理以及SSL协议。我们把WinSocket和OpenSSL相结合,实现Internet上的消息和文件的安全传输,并通过对数据压缩提高了数据传输效率。
2.5 数据库
本系统对数据信息的管理提供后台数据库系统的支持。我们用ODBC技术实现系统和后台数据库的交互操作,如连接、查询、删除、插入等操作都封装在一个数据库操作类中,维护了数据库系统的安全,加强了后台数据库系统的独立性,便于以后的扩展。系统整体的模块化设计充分考虑到了可扩展性;采用标准数据库来存储系统的各种信息则充分考虑了信息的可重用性;组件式的软件结构则能灵活地适应需求的变化;而且C/S的架构则方便了管理员对整个系统资源的严格管理。
3 应用实验结果
3.1 系统的应用
我们在互联网的环境下对远程渲染分发管理系统进行了试用。系统服务器端我们使用了八台渲染客户机(渲染节点),分为两组(即两个渲染池),用户端通过互联网向服务器端提交了多个Maya文件格式的渲染任务,均实现了任务的正确渲染和结果回收,在渲染任务进行的同时,用户也实现了渲染过程的实时监控。图4是系统服务器端的工作界面,通过界面操作可以进行用户及作业管理,并可实时监控作业信息和渲染池信息。
3.2 分发算法性能实验
针对我们设计的渲染分发算法,我们以商用的多媒体集群渲染平台Muster作为参照进行了性能对比实验。相同硬件环境下,渲染数据如表1。
从实验结果可以看出,该系统的渲染分发速度在多数情况下相比Muster较快。
4 结束语
我们设计与实现的数字媒体网络化渲染管理系统,填补了国内综合性的远程渲染分发管理软件的空白。与国外已商业化运作的同类提供远程渲染服务的专业软件相比,我们研制的远程渲染分发管理系统主要优势有:支持渲染池机制,远程渲染任务的可监控、选择、预订与排队; 支持回馈帧显示,支持按池渲染的管理模式等。今后,本系统的渲染分发算法还值得深入研究与提高性能, 系统的推广应用工作有待进一步完善。
参考文献
[1]张友生.软件体系结构.北京:清华大学出版社,2004.
[2]郑纬民,石威,汪东升,译.高性能集群计算:结构与系统.电子工业出版社,2001.
[3]潘理,赵颖,沈金龙.网络协议软件开发中的接口技术[J].南京邮电学院学报:自然科学版,1998.
[4]高曙明,何发智.分布式协同设计技术综述.计算机辅助设计与图形学,2004,16(2):149-157.
[5]李树声.网络集群渲染在3D动画制作中的应用.广播与电视技术,2004,9.
分发管理系统 篇2
我们在分发课本的时候，就看到一些本子堆放在那里，根据需要的迫切程度，分发完了三个年级的书之后就是分发三个年级的本子了。课本是义务教育教科书，只要是登记在册的人就有，作业本可就不同了，需要学生上交15元的费用。我们还是按照分数的数目分发到班级的.。下列是各年级的本子数目。
七年级每位学生有笔记本6个，语文作业3个，数学作业3个，英语作业3个，作文本2个，图画本1个，软皮本1，个日记1个，书法1个，总共每人是19个本子。其中七年级一班50人，七年级二班49人，七年级三班48人，七年级四班50人，七年级五班50人，七年级六班49人。这是当时新入校学生分班时的人数。我们在分书的时候学校还没有分出班来，只好照着每个班48人先分着，当我们分完了，学生的班级也分出来了，我们只好让那些人数多了的班级前来追要课本了。也有的班级，分到了学生，可是学生又没来报到，这样就出现了多分的现象。
现在看来实有人数一班49人，二班49人，三班48人，四班50人，五班50人，六班49人
初二的班级人数已经来了，我们按照笔记本6个，语文3个，数学2个，物理1个，英语2个，作文2个，图画1个，软皮1个，日记个，书法1个。八年级一班50人，八年级二班49人，八年级三班49人，八年级四班50人，八年级五班50人，八年级六班50人，初二的学生是在学校有一年历史的了，这学期并没有分班，还是原来的班级，不同的是出现了学生流动情况，有的转入，有的转出，我们还是按照这个人数分的。
实有人数一班50人，二班49人，三班49人，四班50人，五班48人，六班50人。
分发管理系统 篇3
关键词:量子密钥分发相位补偿相位漂移系统稳定性
中圖分类号:TN918文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)06(a)-0100-01
1 引言
量子密钥分发系统为信息安全领域提供了一种理想的密钥分发方案,第一个量子密钥分发协议于1984年由Bennett和Brassard提出[1],其实验可行性验证被Bennett及其合作者们于1992年首次完成[2]。目前,基于相位编码的量子密钥分发系统碰到的一个重要的问题是由于外界环境对光纤干涉环的影响,使得系统的稳定性受到了不同程度的影响,因此利用光学结构以及相关的稳定补偿技术来提高系统稳定性的研究被广泛关注。
2 相位编码量子密钥分发系统稳定性研究
相位编码量子密钥分发系统是基于光纤干涉仪进行操作的。常见的相位编码量子密钥分发系统有基于双麦克尔逊-曾德尔(M-Z)干涉仪的相位编码系统,即插即用相位编码系统,以及差分相位编码系统(DPS,Differential Phase Shift)等[3]。由于通信双方的光纤干涉环受到外界温度和震动等因素的影响,使得干涉输出的相位稳定性受到了较大影响。因此在接收端检测干涉叠加相位时,由于外界因素引起的相位漂移使得系统无法正常检出密钥信息。
为了克服相位漂移的影响,几种可以补偿相位漂移的方法被提出并得到了广泛的研究。其中最有前途的一种方案是基于自补偿光纤干涉系统的方案,这种方案以即插即用系统[4]和中国科技大学郭光灿院士小组提出的双法拉第-麦克尔逊干涉仪结构[5]为典型代表。这种方案是量子密钥分发系统最终获得良好应用的最优方案,但是目前还需要进一步深入研究。另一类方法是利用某种手段获得相位漂移参数并采用相位调制实时补偿的方法进行系统相位漂移的补偿。这种方法包括获取动态相位漂移参数和实时补偿两个阶段。在获取动态相位漂移参数的阶段,主要有通过强激光参考脉冲的方法[6],通过单光子水平扫描的方法[7-9]等。利用强参考光脉冲的方法获取动态相位漂移参数会增加系统硬件的复杂度,并且会在一定程度上对量子信号光引入干扰。利用单光子水平扫描的方法对量子密钥分发技术的应用有较大的实用价值。在单光子水平扫描时,需要进行足够多的光子脉冲的累积计数才能够利用光子计数的统计性获得单光子干涉曲线,进一步获取动态扫描参数,因此逐点扫描的方法有一定的限制。文献[8]利用每个周期取12个扫描点获取粗动态参数,并且在此基础上通过262个单光子概率幅脉冲的累积计数进一步提高扫描精度,该方案可以在较短的时间内获得动态相位漂移参数。文献[9]在这些工作的基础上,进一步提出了利用五点法获得动态扫描参数,进一步减小了获取动态相位漂移参数的时间长度。值得一提的是,在进行单光子水平动态扫描参数的同时,必须要求系统进行足够的被动补偿,使得相位漂移的速度减缓,以便可以进行有效的动态相位漂移参数的获取和提高密钥分发占空比。
3 结语
在目前的几种相位漂移的补偿方法中,引入强参考光的方法由于存在增加系统硬件复杂度和对量子信号光引入干扰的问题,所以在实际应用中较少采用此方法。在单光子水平下进行高效的扫描和补偿是目前一般实际应用系统采取的主流方法,同时需要先对系统进行足够的被动补偿,使得相位漂移的速度减小到可以接受的程度。尽管如此,不管主被动相位补偿的方法如何高效,却无法完全避免相位不稳定性带来的影响,因此基于自补偿相位漂移的量子密钥分发光学方案仍旧是解决该问题最好的研究方向和趋势。
参考文献
[1]C.H.Bennett,G.Brassard.Quantum Cryptography:Public Key Distribution and Coin Tossing [C].Proceedings of the IEEE,1984:175.
[2]C.H.Bennett.Quantum cryptography using any two nonorthogonal states[J]. Phys.Rev.Lett,1992,68:3121.
[3]K.Inoue,E.Waks and Y.Yamamoto. Differential phase shift quantum key distribution [J].Phys.Rev.Lett,2002,89:037902.
[4]G. Ribordy,J.-D.Gautier,N.Gisin,et al.Automated plug & play quantum key distribution[J].Electron.Lett,1998,34:2116.
[5]X F Mo,B Zhu,Z F Han,et al.Faraday-Michelson system for quantum cryptography[J].Optics Lett,2005,30(19):2632.
[6]Z L Yuan and A J Shields,Continuous operation of a one-way quantum key distribution system over installed telecom fibre[J].Optics Express,2005,13(2):660.
[7]W Chen,H Z Fu,X F Mo,et al.Active phase compensation of quantum key distribution system,Chinese Science Bulletin,2008,53(9):1310.
[8]王金东,秦晓娟,魏正军等.一种高效量子密钥分发系统主动相位补偿方法,物理学报,2010,59(1):281.
媒资管理与分发系统的设计与实现 篇4
1 系统总体架构
1.1 对象定义
由于我们管理的目标对象为媒资, 因此, 为了对该类信息进行管理, 需要对其进行抽象细化。在整个系统中, 需要管理的对象主要为两类, 一类是媒资对象, 另一类是媒体资产对象。媒资对象为节目的抽象对象, 其属性有供应商、导演、主演、简介、描述等。而资产对象则是对应于具体的数据文件, 如某种码率的数据媒体文件、某种规格的海报文件等, 而资产对象的的属性则有码率或尺寸、制式、PID等。媒资对象和资产对象的关系为一对多的关系, 对应关系如图1所示。
举例来说, 一部《蝙蝠侠3》的电影可以看成为一个媒资对象, 其元数据信息组成该媒资对象的属性, 而该对象将包含3个资产对象:一个10Mbps码率的数码媒体文件、一个6Mbps码率的数据媒体文件和一个大尺寸的海报文件。
媒资和资产这两种对象的概念以及关系定义, 为整个系统的开发和建设建立了良好的基础, 因为对于内容提供商来说, 一是关注节目的管理, 这部分的管理主要基于文中所说的媒资对象管理;另一方面, 是关注于内容的分发管理, 它着重于具体的数据文件管理, 而这部分主要通过资产对象来进行管理。这两方面的管理是有密切关联的, 可以通过媒资对象与资产对象的关联进行统一管理。
1.2 系统组成
整个系统平台由媒资管理、资产管理、系统管理以及分发管理组成。其系统组成如图2所示。
媒资管理主要针对媒资对象进行管理, 可以对媒资对象进行检索、新增、删除、更新以及统计。资产管理则主要针对资产对象进行管理, 可以维护媒资对象与资产对象的对应关系, 并提供资产对象的检索、新增、删除、更新以及统计。另外一个重要的功能模块为分发管理。分发管理对于内容提供商的节目分发具有极其重要的作用。运营商对于内容提供商不仅仅需要提供特定格式码率的数据媒体文件, 还需要按照其规格提供该节目的元数据文件以及对应的海报片花等, 而各个运营商的标准定义各有不同。基于此, 本系统提供对各分发商所需的元数据信息提供个性化的分发, 其分发的承载格式有Excel文件和ADI标准的XML文件。除了以上三个重要功能模块, 系统还提供了数据导入、用户管理以及分发商管理等系统管理功能。下面对设计中的重点进行细节介绍。
2 设计与实现
2.1 ADI接口分发
ADI (Asset Distribution Interface) 全称为媒资分发接口, 是由Cable Labs的VOD Metadata标准所定义的, 被世界上广大运营商广泛用于VOD节目的传送。ADI标准所定义的资产传送接口是一种逻辑接口, 与底层的物理接口无关。底层的物理接口可以是磁带、卫星传输通道和IP传输网络。资产传送接口规范了系统运营商的资产管理系统与节目制作商所使用的资产传送系统的连接。它极大地方便了有线电视系统运营商接收来自不同的VOD节目制作商的节目, 以及VOD节目制作商向不同的有线电视系统运营商传送节目。它的承载文件为XML文件, 采用这种半结构化的数据格式, 极大地方便了异构系统中的信息交换以及传递, 从而得到业界的广泛应用。
2.2 实现的用户界面
图3、图4、图5为系统实现后的若干用户界面。经测试后, 该系统已投入实际的运营, 并取得了不错的效果。
3 小结
处于信息化时代的二十一世纪, 一个企业管理水平的高低与企业信息化的程度息息相关。企业信息化程度越高, 处理危机的能力越强, 反应速度越快, 生产效率也就越高。内容运营公司最重要的资产在于自身拥有的媒资, 如何有效地对媒资进行管控以及分发无疑是一项核心的竞争力。
本系统从开发设计到应用实施其过程即是企业信息化建设的一次成功实践, 实践表明, 该系统完全能对内容运营商的媒资进行科学有效的管理和分发, 从而有效地提高企业效率。下一步, 我们将考虑本系统与内容分发网络以及数字版权保护系统结合, 构建快速安全分发网络体系。
参考文献
[1]杨安萍, 胡冰.有线电视业务运营支撑平台的开发与应用.2009国际传输与覆盖研讨会论文集, 2009.
[2]卢英锁, 杨建英, 徐志军.数字电视中心媒体资产管理平台简介——媒资管理对象及范围[J].有线电视技术, 2007, (11) .
分发管理系统 篇5
——暨使用分发原则
《2014深圳中考指南》是由邦德教科院组织编写出品的，用于指导深圳初三学生了解深圳各项中考政策，了解深圳高中学校，指导学生填报中考志愿，树立合理的中考理想。由于此书对于中考考生具有重要的现实指导意义，因此，自2012年发布以来，一直受到学生和家长的广泛关注和欢迎。
《2014深圳中考指南》将于本周送达各分校，为了更好的服务考生及家长，同时杜绝浪费，物尽其用，现将使用分发原则公布如下：
一：各部门数量。
具体请看附表。
二：前台摆放少量供取阅。
请各部门前台拿出5本——10本摆放在前台展示区，供家长学生现场取阅，但是不得带走。
三：20元一本，有偿提供。
学生及家长如果需要《2014深圳中考指南》，需要购买，20元一本，由前台开收据，收费项目为“资料费”。
四：时间节点。
2014年4月30日之前，各部门需要按照有偿提供原则提供，4月30日之后，教科院会统计各部门剩余数量，统一安排处理。
五：配合部门。
请客服部门将以上原则信息通知下达给各部门班主任们，谢谢！辛苦了！
教科院
休斯敦交响乐团分发“英雄卡片” 篇6
与棒球“英雄卡片”相似，休斯敦交响乐团此次推出卡片的目的是向观众介绍出色的演奏家。当库尔特·约翰逊还是个小孩时，他是一名棒球迷。他对来之不易的有美国职棒旧金山巨人队贝瑞·邦兹和全垒打王马克·麦奎尔的“英雄卡片”爱不释手。由于他出色的小提琴演奏才能，30岁的约翰逊有了真正属于自己的“英雄卡片”。
罗宾逊说：“观众在现场观看音乐家演奏时，他们会感到与演奏家在进行个人的交流，这也是驱使他们来现场听音乐会的主要因素。演奏家成为连接观众与音乐的桥梁，这是音乐创作的本质所在。”
罗宾逊曾于2004年12月通过观众反馈，做过一个市场调查，研究结果与他上述观点相符合。从那时起，休斯敦交响乐团开始以海报、邮件等形式定期向观众推介他们的演奏家。事实证明，罗宾逊的推广计划富有成效：向该乐团预订定期参加音乐会的观众从以前的5498名增加到现在的7074名。上个乐季的非预订零售入场券收入比此前同期增长了一倍，达到109万美元。
美国交响乐团联盟负责交流与推广的朱丽亚·科尔奇豪森认为，散发“英雄卡片”最开始并不是用于拓展交响乐团市场，而是推广大型国家性乐团。科尔奇豪森说：“我认为他们试图让观众理解，乐团是一个团队，就像一个篮球队一样。”在过去30年里，该团的音乐组织在市场推广和争取资助方面表现得越来越得心应手。
近年来，乐团还向观众提供演奏家们的博客、电子邮箱、演奏视频等，以增进他们之间的直接交流。
对于演奏家来说，广为发散印有他们照片的卡片并没有给他们的私人生活造成困扰。
正相反，卡片倒是让那些平时深藏不露的音乐家“闪耀出光芒”。双簧管演奏者阿林·盖特伍德则表示，他和他的妻子、乐团首席长笛吹奏者阿拉丽·多洛芙都出现在卡片上。
盖特伍德说：“正如棒球‘英雄卡片’一样，乐团卡片也可能对中学乐队队员产生影响。对于有兴趣的年轻音乐演奏者来说，同样能得到激励。收到一张小提琴家、钢琴家或其他音乐家的卡片，能在他们脑海里留下很深的印象”。
分发管理系统 篇7
随着信息技术的不断提升,信息化程度的不断提高,人们对计算、存储资源的需求也呈现出高速增长的趋势。然而摩尔定律的制约使得人们不得不去探索其他的方式来满足对更高计算能力、更大存储空间的追求。从上世纪80 年代开始,分布式计算以其突破传统的思维方式得到人们的认同,人们试图以此突破单机计算的CPU、内存等瓶颈问题。到本世纪初,基于物联网的分布式计算、网格计算、效用计算、透明计算等应运而生。图1为2008年至2011年在基于物联网的云计算和网格计算受关注度的变化趋势。可见云计算自2007 年兴起以来,正以高速增长的态势吸引了众人的目光。
另一方面,随着当前互联网应用的集成化,大规模数据一体化管理、数据安全性、分布式环境下的多用户共享应用、数据动态更新等方面的需求日益强烈,采用大型数据库系统管理大规模的空间数据成为发展的重要方向,但传统的两层客户端/数据库服务器的网络应用模式,随着数据规模的不断增大,多用户并发数的增加,数据库服务器既是网络存储服务器,又担当网络通信服务器。这造成了数据库服务器负载压力过大,且在多用户并发访问时导致数据库服务器严重的I/O瓶颈和性能瓶颈,使多用户并发的数据管理模式在满足流畅可视化、高性能分析等实时应用方面遇到了难以克服的障碍。
而云平台由于采用分布式存储与高性能计算,在处理海量空间数据分发与管理的问题上具有极大的优势。针对多源、多类型、大规模空间数据具有的海量性、数据结构复杂性、数据量差异性等特点以及目前互联网应用对实时应用的高性能数据调度的要求,亟需研究一种基于云平台的适用于空间数据分发与管理特点的高效系统,在理论与实际应用中都具有非常重要的意义。
1 相关研究工作
1.1 空间数据研究
当前互联网应用的共同数据基础为空间数据。所谓空间数据指地球上任何一种地物都有其空间属性,如它的大小、位置、形状和分布信息等。广义上的空间还要包括其时空特性。因此,空间数据即用来描述与表达物体的以上信息,对物体定性、定位,表达其时间、空间、拓扑信息,实现对现实世界的概念模型的表述。其本质上是一种用几何上的点、线、面以及拓扑关系、时空信息等数据结构构建的概念模型。空间数据是搭建空间数据管理系统、空间数据建模、空间分析与可视化的基础。
空间数据通过GPS、Lidars等手段获取数据的空间定位信息,使其在空间参考系统中具有唯一的空间位置属性。时间属性是指物体的时间信息与变化特性,既可以作为一般属性与空间属性结合,也可以作为四维尺度控制整个信息系统。拓扑信息用于表示物体的相互关系,是空间数据的第三层属性。武汉大学李德仁院士提出的“智慧地球”(2009)以及当前各个城市的信息部门积极研究的智慧城市应用中,空间数据是其基础信息与功能基础。目前随着LBS服务、移动通讯技术的发展,空间数据已经广泛应用于社会各个领域和各个行业,如国土资源信息与规划部门、公安消防、景观设计、房地产行业、航空探月等。例如2010年开始流行的Check-In服务,从美国的FourSquare到中国的街旁、切客等,无处不在应用着空间数据,用户也逐渐认识到空间数据的概念与其重大作用,是与生活息息相关的。这也反过来推动了广大用户对采集、获取、处理和应用空间数据的发展。
1.2 宽带网络与智慧城市
我国正处于以信息化带动工业化发展战略实施重要时期,而宽带通信已经是重要的领域。宽带化战略将为感知中国理念下的网络与云计算的发展提供泛在支持,从而为构建无缝、可移动、最大众化的物联网奠定工程技术基础。个人通信、物联网、三网融合、家庭信息化等服务发展急切需求为导向,抓好宽带化、IP化的发展方向,才能实现感知中国、智慧地球作为重要的支撑。
对于高速宽带网络以及云计算的需求,一是LBS,利用无线网把地图服务器、空间数据库的引进和甲骨文(微博)的数据库接到Web服务器上,可以送到用户端上的位置服务。将实时交通路况采集、导航电子地图,通过导航服务中心送到每个车载用户上,只有电子地图不能反映路况,将路况和地图,地图还要每年更新才能构成智能服务的导航服务。目前研究较成功的应用如影象城市和我秀中国,其系统已采集电子地图和街景影象共2TB,并创建30个兴趣点,访问量需要宽带。
智慧城市则是一种以全面感知为主的概念,并有包含云计算、物联网,面向应用和服务,与物理世界融为一体,能实现自主组网,自己维护等特征。我国著名计算机学家龚健雅院士用一句很经典的话来概括了城市数字化与智慧化的区别,即数字城市能做到:“秀才不出门,能知天下事”,而智慧城市却能够做到“秀才不出门,能做天下事”。
2 空间数据数据管理与分发
2.1 基于云平台的分布式存储管理方案设计
基于云平台的空间数据的存储管理需要考虑海量数据模型的建库以及分发。本文采用空间实体集成表示的统一数据模型作为支撑数据库的概念模型,针对各种专题的空间模型数据以及DOM数据、属性数据等,提出兼顾空间关系与语义关系的云平台空间数据库模型及其数据结构,并针对文件系统、关系型数据库管理系统及其集群并行管理系统等三种不同的存储环境,分别设计高效的管理海量数据的数据库组织与存储结构,如图2所示。
具体方案设计如下:
(1) 在云计算平台下,需要特别考虑传输速度与带宽需要,地形数据采用瓦片金字塔模型进行分层与分块组织;针对整个数据范围的空间模型数据具有范围广、数据量大,对象数量多等特点,三维模型数据采用基于数据内容的分区方法进行组织,并按地上地下与室外室内建筑模型、道路网络模型、管线模型、环境模型等专题进行分类组织;针对地理典型应用,系统可提供专题数据的组织方式和地形、属性及各类三维模型数据的组合模型,将耦合度高的数据内容紧密结合,以提高应用的效率。数据管理和调度提供参数操控和调整界面。
(2) 针对传统单机版数据库管理模式在TB级海量三维空间数据访问存在的严重I/O瓶颈和服务器性能瓶颈,本文设计了基于网络数据库集群的并行三维空间数据库组织管理技术。针对三维空间数据的大规模海量性、非结构化变长和非均匀分布等特点建立了三维空间数据并行划分方法,通过三维空间数据并行划分和组织,基于多层次并行空间索引结构,并利用数据库集群服务器实现对网络大规模三维空间数据的高性能并行管理。
(3) 针对适用于云平台上Internet上的文件系统、关系型数据库管理系统及其集群并行管理系统等三种存储环境对于数据管理的不同特性,在统一的空间数据库模型的基础上,分别设计适于每种存储环境的三维空间数据库逻辑结构及物理存储的方案。
2.2 云平台下的数据无线压缩与分发设计
考虑到云计算平台中采用无线通信对空间数据进行分发的需求以及互联网空间数据基于XML结构的特点,本文设计了一种适用于空间数据的整体同构压缩与分发算法。该算法整体上可以划分为四个关键步骤:空间数据文档的读取与解析、基于语义同构的压缩算法功能设计、压缩文件的直接读取。下面进行详细论述。算法流程图如图3所示。
压缩模型的输入包括空间数据原始数据文件和所采用的分组个数。空间本原数据首先经过读取和解析的操作,获得文档树结构。然后对文档树进行整体同构压缩,该过程包括两个主要的子流程,语义结构压缩与数据内容压缩,其中语义结构压缩对空间数据文档中的标签项按照“高频低码”的思路予以置换,数据内容压缩采用K-Means等聚簇算法对空间数据进行分类并重新定义坐标系。然后输出压缩后的空间数据数据文档以及两个辅助文件。最后,在移动终端,模型所设计的直接读取算法利用两个辅助文件,对压缩生成的空间数据数据文档进行直接读取,并进行空间查询等操作。
互联网应用中的空间数据文件不仅具有XML结构嵌套、文本表达的特点,作为矢量数据格式,它同样具有矢量数据的优点,并具有面向对象表达的特性。因此,在空间数据整体同构压缩模型中,提出了采用聚类方法对各要素进行分类并进行坐标系的转换,从而减少数据量。通过对多种聚类算法的比较,最终采用的是简单而高效的K-Means聚类算法。
压缩算法的设计如下:
算法描述:空间数据_DataContentCompress(int ClusterNumber);
输入参数:对原始数据进行分组的个数ClusterNumber ;
输出结果:数据内容同构压缩后的空间数据文档和坐标系转换辅助文件;
方法:将所有数据标签下的内容读出并进行字符串切割,即每个要素的所有点坐标对。为简化算法,可以将线要素均看作短线,面要素看作小圆,即将各要素取其中心点,然后采用K-Means算法进行聚簇划分。最后,将各要素按照所属聚类的局部坐标系进行坐标变换并置换文档数据节点内容,同时生成坐标系辅助文件。
步骤1 数据内容读取
//获取数据标签与命名空间
XPath xpath = XPath.newInstance(″//空间数据:LineString/空间数据:coordinates″);
xpath.addNamespace(″空间数据″,″http://www.opengis.net/空间数据″);
List list= xpath.selectNodes(root);
for (Each element in the List)
{
//对每个数据标签下的内容进行数据切割并求出要素中心点
String NodeContent=element.getText();
String Coordinates[]=NodeContent.split(″ ″);
for(int i=0;i<Coordinates.Length;i++)
String co[]=Coordinates[i].split(″,″);
Float c_x=Sum(Co[0])/Coordinates.Length; //求出中心点坐标
Float c_y= Sum(Co[1])/ Coordinates.Length;
}
步骤2 采用K-Means算法对各要素中心点自动分为ClusterNumber组
Cluster mProtoClusters[] = new Cluster[ClusterNumber];/
//对各聚类进行初始化,聚类中心的初始值为随机点
for(j=0;j<ClusterNumber;j++)
mProtoClusters[j].m_PointTag.Add(Rand)
//对各点求出离其最近的聚类的中心点并将其归到对应的类中,并
//更新聚类中心点
updateCenter(PointArray,mProtoClusters);
//不断循环上述过程至各聚类的中心不再发生变动
while(mProtoClusters[i].center!= mProtoClusters[i].oldcenter)
go2Cluster(PointArray,mProtoClusters);
步骤3 对各要素进行坐标变换并写入结果文档
Float x=tmpx-mProtoClusters[PointArray[loop].ClusterTag].m_X;
Float y=tmpy-mProtoClusters[PointArray[loop].ClusterTag].m_Y;
e.setText(x+” ,”+y);
3 实验分析
3.1 线状数据压缩与分发效率
本次实验采取大小为1200KB的空间线状数据Road.gml,该数据包括634个线状要素。数据GML模式文档及原始图形如图4(a)和图4(b)所示,图4(a)的深色填充部分为整体同构压缩的过程。
在实验中,为研究不同聚簇个数对压缩效果的影响首先只对线状原始数据进行了数据内容的压缩。程序将聚簇个数从2到599进行了统一的自动压缩文件生成。然后对原始文档同时进行了语义同构压缩与数据内容压缩。部分分组的压缩后图形如图5所示。
从上面几个压缩后数据的可视化结果可以发现,随着分组个数的增加,图形的聚集程度显著增大。这是因为分组越多,新生成的坐标系的个数越多,从而对每个要素的新的坐标值而言,其相似程度越大,也就越来越聚集。
表1为原始数据与按5组、50组、300组、597组一次聚类压缩后(三次实验求平均值)的结果中部分对应坐标串的转换前后对照。
可以看出,除了原始数据中的坐标外,按不同分组进行压缩时坐标的数值都已经显著减少。并且随着分组的增加,坐标的范围越来越小,从而导致图形越来越密集。
实验中分组个数与两次不同压缩后数据的大小的对比如表2所示。
3.2 面状数据压缩与分发效率
为进一步验证本文方法对不同数据文件的压缩效果,本文又采取大小为30.5M的某城市中心广场的面状数据,该数据包括460个面状要素(呈圆形)。实验中对聚簇个数从2到460进行了统一的自动压缩文件生成。原始数据的GML模式文档和可视化图形分别如图6和图7所示。
部分分组的压缩后数据可视化图形如图8,可以看出,如同线状数据,随着分组个数的增加,图形的密集程度增加。
表3为原始数据Platz_polygon.gml与按5组、50组、200组、457组一次聚类压缩后(三次实验取平均值)的结果中部分数据点坐标的转换前后对照。
实验中同样先对原始数据只进行数据内容的压缩,观察不同分组个数对压缩率的影响。然后同时进行语义结构和数据内容的压缩。压缩后的文件大小和计算所得压缩率如表4所示。
3.3 压缩效率分析
通过对比线状数据与面状数据的压缩结果可以发现,压缩率基本上随着分组个数的增加而减少,即表示压缩效果变好。在分组个数较少时,压缩率随分组个数降低的速度较快,随着分组个数的增加,压缩率的变化率也在减少。具体分析如图9所示,其中η1为线状数据压缩率随分组个数变化的曲线,η2为面状数据压缩率随分组个数变化的曲线。
4 结 语
互联网的发展带来数据与通信网络容量遭遇到瓶颈,云计算是解决此问题的有效途径,基于云计算机实现空间数据分发与管理是当前研究的热点与难点。
本文主要研究在云计算平台下的空间数据的管理与压缩分发工作。首先设计了一种适合海量空间数据存储与发布的数据库体系架构并分析了其方案,然后设计了一种适于云计算分布存储的空间数据压缩算法。实验证明,本文设计的方案取得了较好的效率,适合云计算平台使用,并满足空间数据的应用需求。
摘要：随着当前互联网应用的高度集成,大规模数据一体化管理、数据安全性、分布式环境下的多用户共享应用、数据动态更新等方面的需求日益强烈,而互联网的发展带来数据与通信网络容量遭遇到瓶颈。云计算是解决此问题的有效途径,通过云计算下的空间数据分发与管理可解决海量空间数据应用的一系列问题。主要研究在云计算平台下的空间数据的管理与压缩分发工作,设计了相关算法。实验证明,所设计的方案取得了较好的效率,适合云计算平台使用,并满足空间数据的应用需求。
分发管理系统 篇8
Windows操作系统以其良好的用户界面设计、功能强大易用、应用软件丰富占据了广大的市场, 在诸多领域都有应用,但不可否认的是Windows系统长期以来受到病毒侵袭的困扰,系统的稳定性和可靠性下降, 直接降低了使用的效率, 使数据安全面临着巨大威胁。在应用稳定性要求苛刻的条件下,有必要对计算机进行相关的防护, 达到对特定的联网计算机进行保护的目的。为此建立中间防护层, 构建相对独立的网络环境, 与外围网络上的计算机进行隔离, 隔离成为两个相对独立的Windows网络应用环境, 仅允许特定数据越过隔离层传输, 避免信息直接在Windows系统之间相互传输。
为此选用Linux操作系统作为中间隔离层使用。Linux系统是一个开源的操作系统, 经过多年的发展, 得到了开源组织的广泛技术支持, 内核十分稳定。运行于Windows上的病毒感染Linux系统的可能性不大, 目前应用中尚未发现该类病毒, 因此从病毒隔离的要求来看, 采用Linux系统作为中间隔离层是可行的。同时基于Linux内核的操作系统版本可选择性较多, 驱动程序丰富, 支持主流配置计算机, Linux具有强大的网络功能, 是一个多用户多任务的操作系统, 能够满足网络实时通信的要求。基于以上原因采用Linux系统作为系统应用的中间隔离层支撑。
2 开发及应用环境
Linux具有高性能、高可靠性、易扩展性和稳定性极好的特点, 其网络功能强大, 已发展成为相当完善的操作系统。本开发应用是选用的是Red Hat (红帽子) Linux操作系统,该操作系统支持主流计算机平台, 安装过程采用用户向导模式, 易于安装使用。
本应用在Linux系统下开发完成, 并最终应用于该系统。详细开发和应用环境如下所示:
系统环境: RHEL Enterprise Edition Server 5
系统内核: 2.6.18
开发工具: KDevelop 3.4; Qt3 Lib
硬件平台: Intel x86
3 应用设计分析
3.1硬件平台构建
根据使用的要求, 运行Linux操作系统的中间隔离层设备处于内部网络和外部网络联系的中间环节, 原先内、外网络的直接数据交互, 衍变为通过中间隔离层完成, 内、外网络数据没有直接的交互, 硬件上完全隔离, 各自成为独立的网络体系。硬件平台构建示意图如图1所示。
在中间隔离层计算机安装双网卡或多网卡设置, 采用单独的一块网卡联接内部网络, 其他网卡根据实际需要联接外部网络, 在硬件上构建独立的信息交互通道; 在软件上搭建数据传输服务支持平台。
3.2 软件应用服务搭建
中间隔离层的加入以最小影响原有系统功能为目标, 提供原有应用环境所有的网络数据服务需求。中间隔离层的设计要完成以下3方面的工作: 开启系统防火墙, 隔断一切非预期网络数据的传输; 提供约定数据通信的服务, 沟通内外网络, 建立数据通信通道; 提供常规文件传输服务, 实现资源共享。
3.2.1 系统防火墙
Windows和Linux都采用了TCP/IP通信协议, 在无任何特殊防护设置的情况下, Linux系统中被默认开启了部分通信协议, 可能导致用户不希望信息的相互传输, 尽管病毒不会感染Linux系统, 但仍不能避免染毒文件的传播。为此, 开启Linux系统防火墙 , 不对外提供一切非预期的数据传输服务。防火墙的设置界面如图2所示。
在设置选项中开启防火墙, 关闭一切信任的服务。在其他端口的选项中, 添加用户已知的数据通信端口, 设定通信协议, 仅允许该类数据能够被系统响应, 专用数据处理程序也仅对该类数据进行处理, 提供数据通信的服务。
3.2.2 建立数据通信服务
数据通信服务是沟通内、外网络数据的传输通道, 仅允许约定传输规范的数据能够通过。应用中, 通信服务程序负责对特定内外网络的数据传输接口进行监控, 当特定数据到来时, 按约定, 完成内外网络数据的交互, 使原有系统功能不因中间隔离层的参与而导致数据传输异常。
3.2.3 文件传输服务
病毒传播很大一部分来源于文件的相互拷贝, 病毒隐藏在正常文件中被拷贝, 感染到其他系统。Windows系统中易受病毒感染的文件是有规律可循的, 如可执行文件、办公文档Office文件等, 普通的文本文件、数据文件等一般是不会感染病毒的, 因此应当选择适当的文件进行传输。
为了实现资源能够相互到达, 建立文件传输服务。文件的传输服务基于对所有类型文件均认为是二进制文件, 在文件的传输端将文件分解, 在接收端将文件重新合成。
4 软件设计开发
4.1 数据通信服务
应用中数据通信的协议为TCP/IP协议, 采用面向无链接的UDP数据报或有链接的TCP数据流。通过网络套接字接口进行通信服务程序的开发, 以数据报通信为例进行说明。
4.1.1 创建与绑定套接字
套接字的创建和绑定是实现数据通信的基本环节, 以实现通过本地端口进行数据的接收。创建方法同Windows网络通信类似, 不再重述。
4.1.2 远端通信配置
指定数据通信的远端通信端口和通信地址, 通信地址需通过转换函数将IpV4地址格式转换为整型数据格式。数据的发送的地址和端口号不需要与特定套接字绑定, 可通过本地套接字直接进行发送。
4.1.3 套接字选项设置
根据不同的网络数据通信需求, 要求对套接字进行相应的配置, 使之实现不同的通信要求, 如广播、组播等, 点对点数据通信中不需要进行该项设置。可采用setsockopt () 函数进行设置。
4.1.4 数据的接收与发送
数据接收与发送采用recvfrom () 和sendto () 函数完成,若数据收发正常, 函数返回数据收发的字节数, 否则返回异常值, 可通过监测返回值确定数据收发的正确性。
4.1.5 套接字的关闭
数据收发完成后, 应当关闭套接字接口, 释放资源。虽然程序在完全退出时能够自动释放所占用的资源, 但从程序实现的规范和软件稳定性上而言, 应当主动关闭套接字。
4.1.6 阻塞与非阻塞
网络数据的接收函数recvfrom () 是阻塞式调用, 所谓阻塞是指当程序运行到该函数时, 程序要等到该函数完成才能返回, 用户可再次获得控制权。函数的阻塞式调用会导致两方面的问题, 首先, 网络数据是连续的, 若接收函数处于主程中, 在连续接收数据的情况下, 用户基本上没有再次获得控制权的机会; 其次, 若有多路数据的收发, 任何一路网络数据的阻塞, 都会导致其他网络数据的丢失, 可采用如下两种方法解决。
(1) 多线程调用
多线程是解决上述问题通常采用的方法, 即在主线程中开辟多个线程, 每个线程负责一个模块功能的实现, 单个线程的阻塞不会影响到其他线程的正常运行。Linux的编译器gcc在默认编译设置中, 没有对多线程的支持, 需设置编译参数pthread, 加载多线程库。在实际的应用中发现, gcc对网络广播的功能支持有限, 但可良好支持点对点数据网络收发。
(2) 网络数据查询
将所有需要控制的句柄 (网络数据的套接字也是句柄)纳入查询集fd_set中, 设置查询等待时间间隔, 使阻塞函数最大只能等待约定时间, 将控制权交回, 用于其他网络数据的收发。如果时间间隔为0, 则阻塞调用会立即返回, 不需等待。
单纯的多线程或网络数据查询, 仅解决了线程受控和多路数据收发一个方面的问题, 只有将两者结合起来, 才能实现线程受控的多路数据收发。
4.2 文件传输
文件传输的设计用于解决数据资源信息共享的问题。主要涉及内外网数据与中间隔离层之间资源共享、内外网之间数据资源共享两方面问题。在数据资源的共享传输上, 采用共享方将数据资源分解为二进制数据, 按照约定传输通道接口、格式规范等发送到接收端, 在接收端将数据重新组装成数据文件; 在内外网数据资源共享上, 由中间数据隔离层提供数据传输的通道, 对信息进行交叉传输。数据传输可按照如表1, 表2约定进行。
表1文件传输格式约定
程序在上述状态的控制下, 进行文件的传输。首先传输文件名, 然后传输文件数据, 当文件传输结束时, 通过状态控制最终形成数据文件。完成以上功能需要在内、外网建立文件发送和接收程序; 在中间隔离层建立文件接收、文件发送、文件信息交叉传输程序。
文件的交叉传输并不能保证病毒会被中间隔离层隔离,病毒会夹杂在文件数据中一起被传输, 因此在内外网传输的数据中, 不应当包含易被病毒感染的文件, 一般情况下只应传输普通文本文件或特定数据文件。
5 结语
分发管理系统 篇9
在日常生活中, 我们经常接触数字化视频, 例如网络视频分发下载、数字闭路电视, IPTV交互式网络电视等等。这些不同的数字化媒体传播的手段都离不开“视频分发”这个大环节。
在数字视频分发传输过程中, 我们需要面临以下问题:第一, 视频内容的非法再分发:以IPTV为例, 非法用户可能点播一些视频内容并录制, 随后非法传播。第二, 传输过程中的非法截取:对于收费电视节目, 或者一些有隐私性质的视频, 未取得权限或未付费的非法用户, 可能通过网络技术, 非法获取节目内容, 等等。
已有方案部分地解决了上述的一些问题, 但是仍然存在着自身的缺陷。针对其缺陷, 我们设计了一套视频分发系统, 可以实现具有版权保护功能的视频分发。首先, 我们采用了加密技术和数字水印相结合的方法来实现多媒体可视内容的保护:加密保证信息在信道中的安全传输, 而水印技术鉴定作品的所有权, 追踪非法侵权源头。其次, 加密工作区和水印工作区互不覆盖, 加密和水印嵌入的过程互不影响。另外, 数字水印嵌入被置于客户端, 充分地降低了网络和服务器的工作负载。
这套视频分发系统结构合理, 高效灵活, 可以部署于计算机、数字电视机顶盒等各种多媒体设备之中。对于未来知识产权的保护, 以及信息的安全传播, 具有一定的产业价值和社会价值。
第一节研究背景
近几十年来, 数据压缩、数据存放以及数据发送等一些多媒体研究的关键技术都取得了突飞猛进的发展。这些技术致使我们的生活质量得到提高, 比如, 高清晰的数字电视走进了千家万户。而伴随着网络技术的发展, 数字媒体 (音频、图像、视频等) 在我们的日常生活中更是得到广泛的普及与应用, 如多媒体的数字教学与培训、远程医疗诊断、视频点播、视频会议等等。如今, 人们可以方便地从因特网上下载或上传一些多媒体的数字内容, 但是又因为数字媒体同时具备容易复制和传播的特点, 这些特点在给人们带来便利的同时也带了许多安全隐患, 如作品的非法拷贝、产品版权的侵害以及内容篡改等, 这些非法操作给数字产品的提供商带来了很大损失。目前, 数字媒体的保护已经越来越受到人们的高度关注。
加密[1]和数字水印[2]技术是信息安全和版权保护的两种重要技术。加密技术是一种基于现代密码学思想, 包含加解密算法的技术。在加密处理的过程中, 通常将原始数据称为明文, 加密后的数据称为密文, 加密过程即利用私有或公有密钥, 将媒体的内容转化为让人不可理解的密文。加密技术可以最大限度地确保信息的保密性, 合法的用户得到密钥, 可以正确地解密获得有用的媒体信息, 而得不到密钥的非法用户, 即使可以截获传输过程中的媒体数据, 也无法恢复原有信息。数字水印技术是一种基于信息隐藏, 可以验证数据完整性和所有权的技术。它将一些特定的信息嵌入到数字媒体信号中, 这些被隐藏的信息通常具备提供版权保护或认证功能, 也称之为水印。一般来说, 水印是不可见或不可察觉的, 它不会破坏原有数据的使用价值。水印的目的是用作鉴别被非法复制和拷贝的数字媒体作品, 作为起诉非法拷贝者或侵权者的证据。
但是不难看出, 以上两种信息保护的措施又各自有其缺陷:加密保证信息在信道中的安全传输, 但是一旦被解密, 信息可以被任意复制、篡改, 因此无法对数字作品实施跟踪;水印技术可以鉴定作品的所有权, 追踪非法侵权源头, 但无法保证信息的安全传输。因此, 为了保证多媒体信息的安全传输和版权认证, 可以把加密技术和数字水印技术相结合, 来克服单纯加密或水印技术的缺点。
目前已有一些文献讨论了运用数字水印和加密技术对多媒体内容进行保护的方法。Xu[3]等人提出一种结合加密和水印混合技术来保护图像的方案, 先将数字水印信息嵌入到原始图像中, 再对嵌入水印的图像进行加密。经过网络的传输, 用户可以得到经过嵌入水印并加密的图像, 利用有效密钥可以对图像解密并提取水印。Puech[4]等人先将原始图像进行加密, 在图像加密的基础上嵌入水印信息, 水印信息由加密算法的密钥组成。以上两种方案的缺陷在于, 在发送端固定执行加密和嵌入水印操作, 接收端固定执行解密和提取水印操作, 用户要提取水印就必须先解密图像, 或者在解密图像之前就必须先提取水印信息。
Amornraksa[5]等人提出一种在视频编码中对数据加密和嵌入水印的视频保护体制, 基于MPEG-2视频压缩标准[6], 在I帧的DCT变换系数块中, 将直流 (DC, Direct Coefficient) 系数加密, 将交流 (AC, Alternative Coefficient) 系数嵌入水印。Guo[7]等人以MPEG-4视频压缩标准为载体, 将I帧亮度信号DCT域的DC系数加密, 将色度信号DCT域的DC系数嵌入水印。两种方案均选定DCT变换中的DC系数加密, AC系数嵌入水印, 加密工作区和水印工作区是公开的, 安全性能低。同时, 方案只对DC系数加密, 视频置乱效果不好。
Lemma[8]等人提出一种将水印嵌入操作置于客户端的视频保护方案, 服务器端将视频I帧DCT变换的DC系数加密, 并且产生水印信息, 水印信息随着加密的视频数据一起传送至顾客端。用户端在解密视频的同时将水印信息嵌入至DC系数。该方案将水印嵌入操作置于客户端, 减少了服务器端的工作负载, 但是需要提供用于传输水印信息的额外带宽。另外, 方案只加密DC系数, 效果不好。
Lian[9]等人提出一种结合加密和水印技术保护视频的体制, 该算法基于H.264视频压缩标准, 将DCT变换系数的符号加密, 将系数的幅度嵌入水印。该算法可以实现对加密后的视频不需要解密就可提取水印的操作。算法的缺点在于加密工作区和水印工作区是固定而且公开的, 水印和加密的安全性不高。
本作品采用加密和数字水印技术相结合的方法实现了一个具有版权保护功能的视频分发系统。系统将视频的DCT系数随机分成两部分, 一部分用于加密, 一部分用于嵌入水印, 其中加密工作区和水印工作区互不覆盖, 加密过程和水印的嵌入过程可分开操作, 可实现媒体内容不解密的情况下提取或嵌入水印的操作, 同时, 该方案并不针对某种特定的加密或水印算法, 算法是可以被替换的。水印嵌入器被置于用户端, 和之前方案相比, 降低了服务器的工作负载, 而且不需要提供额外用于传输水印辅助信息的带宽。另外, 整个DCT块的系数用于加密和嵌入水印, 视频加密效果更好, 并且由密钥控制加密和水印的分区, 水印的安全性也得到增强。
第二节实现方案
§2.1系统总体设计
本系统, 即版权保护型数字视频分发系统, 包括三部分:网络服务器端 (S e r v e r) 、用户端 (C l i e n t) 、检测端 (Authorization) 。三者网络结构如下图2-1所示。
系统模拟实际中的网络视频点播过程, 首先将经过网络传输的视频流加密, 用户在观看视频之前, 将视频解密并嵌入数字水印, 水印信息由该用户的序列号组成, 可以帮助追踪视频拷贝来源。
§2.2系统实现算法
本系统基于MPEG-2视频压缩标准[6], 在视频帧内联合数字水印和现代密码技术对视频进行保护, 防止用户对视频进行非法分发, 同时, 嵌入视频水印的过程是在用户端被执行, 大大降低了服务器端的工作负载。
在MPEG-2视频压缩标准中, 原始视频经过MPEG-2编码器之后生成压缩视频格式, 该文件经过解码器就可以得到恢复的可视视频。本方案从压缩视频格式中部分解码出I帧DCT变换系数残差 (系数经过量化之后) , 之后恢复成压缩视频格式, 未对MPEG-2标准编解码器做任何改动。方案只对视频的I帧系数进行加密, 同时, 加密和嵌入水印的位置是在压缩码流中, 不是基于原始视频, 计算负担较轻。流程见图2-2。
2.2.1分区更为详细描述
详细的过程可以参考示意图2-3。
密钥控制着加密工作区和水印工作区的划分, 从图2-3可以看出, 它使得二者互不覆盖, 加密过程和水印的嵌入过程互不干扰, 我们可以在视频加密的情况下将水印嵌入视频作品。并且, 加密工作区和水印工作区被随机分散至一个系数块的任意位置, 提高了水印和加密的安全性能。
2.2.2加密过程详细描述
本方案所采用的加密体制是结合64位DES加密[10]的流密码体制, 固定密钥key1, 随机输入密钥key2, 输出为64位‘0’‘1’比特流。将每次输出的64位‘0’‘1’比特流流存储到二维数组 (称密钥控制数组) 中, 当数值为‘0’时, 加密工作区S2中相应元素改变其符号;当数值为‘1’时, 加密工作区S2中相应元素符号不变。本章是将DCT变换残差系数的符号位加密, 可以很大幅度改变系数的值, 同时, 根据MPEG-2视频编码[6]规则, 系数符号改变不会影响视频码流长度 (考虑到DCT变换直流系数代表了块的平均亮度, 对其加密会有更好的置乱效果, 我们在实验中设置的数值为‘0’) 。
DES流密码体制产生比特流的过程如图2-4所示。
假设在DCT变换系数中, 前8个系数分别为:{-6 6, 2 4, 1 5, -8, -6, 4, -5, 2}, 密钥控制数组的取值如图2-4所示, 分区按图2-3所示。可以看出加密工作区的系数为:24, 15, -6, 2, 按照加密规则, 此8个系数变化为:{-66, -24, 15, -8, 6, 4, -5, 2}, 其中24变为-24, 6变为-6, 变动幅度分别为48和12。
2.2.3水印嵌入过程更为详细描述
我们对水印工作区的系数幅度设置一个阈值, 即筛选出绝对值大于等于3的系数用于嵌入水印, 同时, 水印嵌入的位置是在DCT变换块的中低频子带系数。
假设初始变换系数表示为C[i, j], 嵌入的水印信息为w={0, 1}, 嵌入水印的变换系数为C′[i, j]。则嵌入水印算法如下:
2.2.4水印的提取过程
2.3系统实现流程
1) .Server (服务器端) , 见图1。
2) .Client (用户端) , 见图2。
3) .Authorization (检测端) , 见图3。
2.3系统性能测试
服务器端完成对视频的加密以及加水印处理, 提供给众客户端。用户端下载视频, 如果没有提供正确的密钥解密, 视频为模糊版, 如果提供正确的密钥解密, 视频可以正常播放, 此时, 用户观看到的是带有水印的解密视频。需要指出的是, 水印信息可以体现用户区别于其它用户的特征, 如不同的IP地址、物理Mac地址。实际上, 为了保证水印安全性, 我们需要考虑以下前提:a, 用户不知道嵌入水印的密钥;b, 用户得不到嵌入视频的水印信息;c, 用户得不到原始视频。
这里给出skier、actor和gladiator这三个具有代表性的视频实验结果。实验结果一共体现三个方面:加密后的置乱效果、解密后视频恢复以及水印的不可见性。图2-5显示用本算法对视频skier加密的结果。图2-5 (a) 是原始视频, 图2-5 (b) 是加密的视频, 图2-5 (c) 是解密和含有水印的视频。图2-6显示用算法对视频actor加密的结果。图2-6 (a) 是原始视频, 图2-6 (b) 是加密的视频, 图2-6 (c) 是解密和含有水印的视频。图2-7显示用本算法对视频gladiator加密的结果。图2-7 (a) 是原始视频, 图2-7 (b) 是加密的视频, 图2-7 (c) 是方案[8]加密的视频, 由图可知其加密效果没有本方法效果好, 图2-7 (d) 是解密和含有水印的视频。从实验结果可得知, 加密视频与原视频在视觉上有很好的置乱效果, 解密后仍含有水印的视频与原始视频无明显差异。
测试结果显示, 本系统可以通过加密的方式安全的分发视频, 同时通过视频中, 水印信息可以检测到非法视频的源头, 有效地保护视频的版权不受侵害。
第三节用户操作及说明
一、服务器端
1.添加 (A) :从服务器端数据库中选择符合用户要求的视频
2.加密 (E) :输入指定密钥, 在视频分发前, 对视频内容进行加密处理, 完成加密的视频其文件名将会出现在操作界面左下角的文本框中
3.网页 (W) :完成后台处理的视频将会出现在html格式的网页上, 用户可以通过互联网对视频进行预览 (点击右侧栏目Preview) 以便进行选择, 以及下载 (点击左侧栏目视频名称)
4.删除 (D) :可以删除文本框中已完成加密的不需要的视频
5.播放 (P) :播放选中视频
6.帮助 (H) :本软件的帮助文件, 以帮助用户更好地使用
7.退出 (E) :退出本软件
二、用户端
本部分将用户界面为托盘形式, 用户可在屏幕右下方任务栏中找到相应图标进行操作。
如果当前用户为合法用户, 则系统会在观看视频之前对加密的视频解密、嵌入水印, 即用户观看到的是带有水印的解密视频。此过程可在电视机顶盒等装置中操作, 用户本身无需知道解密密钥和嵌入水印密钥。另外, 水印信息可以体现用户区别于其它用户的特征, 如不同的IP地址、物理Mac地址。实际上, 为了保证水印安全性, 我们需要考虑以下前提: (1) , 用户不知道嵌入水印的密钥; (2) , 用户得不到嵌入视频的水印信息; (3) , 用户得不到原始视频。
三、检测端
1.用户非法拷贝视频, 并将复制的视频产品肆意经过网络传播。
2.检测端一旦发现网络中有传播的复制视频, 从视频中提取水印信息, 定位非法拷贝的源头。
第四节创新点及总结
在多媒体技术飞速发展的同时, 媒体数据安全 (保密性、完整性、不可抵赖性、可用性、鉴别性等) 也越来越受到社会的普遍重视。于是, 人们分别提出加密技术和数字水印技术等措施去保护多媒体内容。然而, 正如我们之前分析, 加密和数字水印各有其优缺点:加密技术只在媒体内容的传输和发布时起作用, 当其内容被解密后, 就不能提供任何保护;数字水印不能保护媒体数据的保密性, 但可以提供版权证明和盗版跟踪等。
本作品针对MPEG-2视频压缩标准, 设计并实现了一个基于版权保护的视频分发原型系统。系统完成了服务器端视频流加密和视频发布、用户端视频解密和水印嵌入、检测端水印检测等仿真。系统模拟网络视频点播过程, 在服务器端, 视频流在经过网络传输之前被加密, 在用户端, 用户观看视频之前, 将视频解密并嵌入数字水印, 数字水印由该用户的识别码组成, 从而可以对视频作品进行跟踪保护。水印检测端发现网络上存在有非法拷贝的视频, 根据密钥从视频中提取数字水印, 确定非法复制视频的源头。
本方案未对MPEG-2标准编解码器做任何改动, 首先通过解析视频压缩格式, 得到视频编码I帧DCT变换的系数残差, 然后将DCT变换系数随机分成两个独立的区域:加解密工作区和水印工作区。与传统方案相比, 我们的方案有如下优点: (a) 加密数据区域和水印载体数据区域是相互独立的区域, 使得加密和水印嵌入的操作互不影响, 视频内容在不解密的情况下也可以进行嵌入水印或提取水印的操作, 并且加密或水印算法可以被替换; (b) 和现有方案不同, 我们将整个DCT系数块用于加密和嵌入水印, 并且密钥控制加密和水印工作分区, 使得视频加密效果更好, 并且水印安全性提高。另外, 水印嵌入器被置于用户端, 使得网络及服务器端的工作负载降低。
参考文献
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分发管理系统 篇10
关键词：机电一体化,纸质证件,自动分发
1 引言
近年来,随着我国经济社会的迅速发展,中央政府与香港、澳门特区政府签订了建立更紧密经贸合作关系协议,其中一项重要内容就是放开内地居民个人赴港澳旅游的限制。全国五十多个城市纷纷开办赴港澳“个人游”,越来越多城市的出入境管理部门面对越来越大的办证业务量。
出入境管理部门对港澳通行证签注申请过程分为四个主要环节:签注申请、申请审批、签注制作和证件分发,这些工作以往主要都是通过人工完成,且每个环节相互独立,缺乏有机联系。
“智能证件分发系统”是“出入境证件全自动一体化签注系统”的一个子系统,如图1所示。在证件自助申请终端(完成签注加签申请、受理、交费等环节)、签注自动制作系统之后,“智能证件分发系统”进行证件自动分检、发放,取代由办证人员在大量的证件中查找,由于速度大大提高,缓减了群众取证时的排队等待。
2“出入境证件全自动一体化签注系统”技术原理
目前,出入境管理部门对往来港澳通行证签注加签申请过程中,“申请审批”环节必需由民警进行人工审查,而其他环节可以使用“证件自助申请终端”、“签注自动制作系统”和“智能证件分发系统”协助完成,它们各自技术原理如下:
2.1 证件自助申请终端
申请人进行签注加签申请主要包括:用户身份识别、接受用户加签申请、自动收证、现金接收、现金找赎和打印回执这几个步骤。通过软件控制整个申请流程,群众的每一步操作都会记录到系统的数据库中,以此有效规范群众的申请操作。杭州、深圳、广州等多个城市出入境管理处已经批量使用该终端。
2.2 签注自动制作系统[1]
往来港澳通行证签注是一张带加密印刷的不干胶标签,“签注自动制作系统”可以将申请人的相关签注信息打印到港澳通行证签注标签上,然后使用签注标签分离技术将不干胶与标签分离,并定位到往来港澳通行证的指定位置和进行签注标签粘贴。
2.3 智能证件分发系统[2,3,4]
“智能证件分发系统”是针对申请人到出入境管理部门领取证件而研发的,如图2所示。它通过光机电技术和计算机控制相结合,完成以前由人工完成的证件检索和发放,以提高发证工作的效率,减轻人的劳动强度。
3“智能证件分发系统”技术方案
“智能证件分发系统”由“证件入箱”和“证件发放”两个大模块组成。
“证件入箱”模块是把证件统一存放在自动取证机柜的证件箱内。入箱过程是全自动的,它把证件号码识别后统一存放于证件箱内,系统自动记录下每本证件所存放的箱号及位置。
“证件发放”模块是把证件从证件箱内取出并交到群众手上。发证民警只要在扫描证件号码,该模块可在几秒内通过自动检索及定位把所需的证件找出,并通过输送带送到证件出口。
“智能证件分发系统”主要实现三大功能:证件自动入箱、证件信息管理和证件自动分发。
3.1 证件自动入箱
证件入箱模块实现正确读入证件信息,把证件自动放入证件存储箱内,记录该证件在箱内的位置(X号分发设备Y层Z格)。入箱前先把证件统一叠放在入箱盒中,计算机启动入箱操作,步进电机带动与同步带固联的推板机构,将证件从入箱盒中推入OCR识别区域,扫描证件号码后,查找最佳的空存放格,PLC发出指令,转动证件存储箱圆盘到接证位置。接着直流电机驱动曲柄滑块机构,将证件竖直下压,到位后另一个步进电机带动与同步带固联的推板机构,将证件水平推入圆盘存储格内,完成证件入箱过程。
3.2 设备和证件信息管理。
软件方面通过“智能证件分发管理系统”监控整个设备,可对证件信息、设备的工作状态进行有效的管理。证件信息包括证件所存放的位置、证件类型和入箱时间等。设备的工作状态包括每台机所存证件的数量、每层存储单元的空闲情况、证件操作指令的时间及错误日志等。
3.3 证件自动发放
发证时,民警只需扫描取证人员的办证回执或二代身份证,软件系统根据读入信息,检索出与其对应的通行证证件号码,得到与该证件号码对应的存储位置,找到需发放的证件。运动控制系统指令Y层圆盘转动,使存放证件的盘格转到输送带上方。PLC发出指令,电机带动齿轮齿条将证件从盘格中推出,通过输送带送达出口,完成证件自动发放过程。
4“智能证件分发系统”技术集成创新
4.1 通过光学字符识别(OCR)技术实现证件的识别
每本证件最后一页都印有一些可识别的字符,包括证件号码。针对这些字符的特征我们自主研发了一套独特的光学字符识别技术,能根据“往来港澳通行证”或“台胞证”等证件的不同规格进行自动识别,并且可以准确识别英文和汉字(简体中文/繁体中文)的光学字符。
4.2 容栅传感器测量技术
如图3所示,动栅上共有48个发射电极,每4个发射极对应于一个反射极。动栅上每8个发射电极为一组。在动栅栅面编号为A~H发射电极上分别加上8个等幅、同频、相位依次相差p/4的方波激励电压信号(i=0,1,2,…,7)。每组编号相同的发射极都加以相同的激励信号,经过两对电容耦合在接收极上形成容栅电压信号。运行时,两块印刷电路板的栅面平行同轴相对,间距在0.1 m m左右。
4.3 纸质证件批量精确传送技术[5]
《往来港澳通行证》是一本纸质的证件,它存在受潮发涨、变形、纸张变皱和厚薄不一等多种可变情况。为了达到O C R识别的精度,必须要求整个传送过程速度平均,定位准确。为此,我们克服《往来港澳通行证》本身存在的问题,研究出可以批量精确传送《往来港澳通行证》的技术。
4.4 多串口并发操作控制技术
由于“智能证件分发系统”是内有5个转盘用于存储证件,所以一台服务器上可能会存在超过10个的串口连接并进行并发操作。为保证不发生数据丢包和数据超时等故障,我们在控制系统软件上加入多串口并发操作控制技术以保证控制的稳定性。
4.5 信息集成技术和分布协调控制技术
全自动一体化签注系统由三个功能子系统和一个物流系统组成,每个系统将基于统一的签证信息(如个人信息、签注状态信息等)进行完成各自的功能。因此必须从网络、控制管理软件和数据库设计上保证各子系统能够共享、交换正确的信息和对每个子系统工作流程的准确控制,以使整个签注系统的硬件、软件能够协同、一致工作。
4.6 误差补偿技术提高定位的精确度
“港澳通行证自动分发设备”涉及大量的机械运动,由于运动副间隙、摩擦磨损、环境温度变化、运行时间过长等等原因,机械传动链误差不可避免,有时出现定位误差变大的情况。为了保证设备的长期稳定性,我们研发了“误差补偿技术”,在每次设备自检时自动测量计算出每个层盘的误差值,存入数据库,然后在工作定位时叠加上这个补偿值。
4.7 加入最优算法设计,提高证件入箱、出箱的效率
当证件入箱和证件出箱指令同时到达时,为了方便取证人员,证件出箱操作优先。
证件入箱时可放置在证件存储层盘的任一空单元格,当存储箱有多个空单元格时,我们在软件系统中加入了最优算法设计,基本思路是设置两级优先权:入箱时,先查询每层存储盘的存储情况,若某层有连续的大块空存储单元格,则优先存入该层的连续的大块空存储单元格,该连续的大块空存储单元格存满后重新进行查询;若每层均无连续的大块空存储单元格,则存入当前入证机构所停层的最近空单元格。
证件出箱时,以目标单元格与出证口的转动角度最小为依据,选择该层存储盘旋转方向。
4.8 数据库设计
设备工作过程涉及到的所有信息都用数据库来管理,本项目采用SQL Server 2000开发数据库,数据库主要存储证件信息、设备的状态信息和操作信息,分为7个数据表,分别是:数据结构概况表、设备配置表、操作用户配置表、存储证件盒层对象表、发证存储格对象表、错误日志表、证件操作信息表。
5 结束语
证件分检、发放由“智能证件分发系统”自动完成,避免了办证人员在大量的证件中查找之苦,节省了人力,特别是缓减了群众的排队等待。
“智能证件分发系统”主要针对往来港澳通行证、护照、台胞证,因此在全国的出入境管理部门中有广泛的应用前景。
对于很多次签注导致很厚的证件,如果再加放在口袋里造成皱折不平、汗水使证件发涨等极端不利因素,极个别操作出现卡证现象。解决此问题是我们进一步的研究工作。
有些“智能证件分发系统”体积需要进一步减小,适应个别城市出入境管理部门狭小的办公环境。
参考文献
[1]马光,顾晓勤.《单片机原理及应用》[M],北京:机械工业出版社,2006.1
[2]张广明,李果,朱炜编著.《机电系统PLC控制技术》[M],北京:电子工业出版社,2007.3
[3]杨公源主编.《机电控制技术及应用》[M],北京:电子工业出版社,2005.5.
[4]徐元昌主编.《机电系统设计》[M],北京:化学工业出版社,2005.5
面向三网融合的内容分发网络建设 篇11
随着三网融合时代渐行渐近，视频作为电信、广电服务商的主流业务将得到大规模推广，这无疑将为业务承载网络带来压力，而高清网络电视的推广则更将对现有承载网络提出巨大挑战。众所周知，视频业务的占空比为1，未来以视频为主的内容将给骨干承载网络以百倍的扩容压力。而骨干承载网扩展能力的发展速度远低于接入网的发展速度。
内容分发网络CDN（Content Distribution Network）是一种提高网络内容、特别是提高流媒体内容传输服务质量、节省骨干网络带宽的技术，其采用高速缓存、负载均衡和内容重定向等技术，在一定的网络架构基础上实现内容加速、内容分发、减少网络带宽和用户响应时间。CDN内容分发网络的关键技术包括内容分发、内容路由、内容存储和内容管理等。
CDN网络总体架构
典型的CDN网络通常由三个部分构成：内容管理平台、内容路由系统、Cache节点网络。
其中，内容管理平台主要负责整个CDN系统的管理，特别是内容管理，如内容的注入和发布、内容的分发、内容的审核、内容的服务等。内容路由系统负责将用户的请求调度到适当的设备上，内容路由通常通过负载均衡系统来实现。Cache节点网络是CDN的业务提供点，是面向最终用户的内容提供设备。
从功能平面的角度，这三个部分分别构成了CDN的管理平面、控制平面和数据业务平面。从完整的CDN内容提供的角度，CDN还应包括内容源（媒体资源库、直拨源等）和用户终端（媒体播放器）。从CDN运营的角度，CDN还应考虑SP接口和管理、用户认证、授权和计费AAA、内容版权管理DRM等相关功能。
CDN网络分层模型。CDN网络从系统功能上可以分为四层：管理支撑层、内容控制层、内容分发层和用户接入层。
CDN系统层次结构
管理支撑层作为整个CDN系统的管理平面，承担平台的管理支撑功能，包括系统的认证、计费、统计分析、系统管理、用户管理、SP管理、内容策略管理、DRM管理，以及和其他系统之间的接口适配功能（如运营商现有运营支撑系统的接口等）。其中，内容管理、DRM、接口适配是CDN的业务管理功能模块，其它模块是运营支撑功能模块，可纳入运营商现有综合运营支撑系统。
内容控制层是系统的控制平面，从管理平面的角度看，它是运营支撑系统内容管理的策略执行点，从内容分发的角度看，它是整个内容分发系统内容数据流向的控制点。内容控制层包括内容路由、内容发布、内容注入、内容分发和内容服务的控制。
内容分发层是系统的数据平面，主要承担实际的内容数据流的承载工作。主要包括媒体资源库、直播源、CDN骨干点和CDN POP点。其中CDN POP点主要有本地负载均衡设备SLB和Cache构成。CDN POP点直接面向用户提供内容服务。CDN骨干点不直接面向用户服务，而主要提供未命中的处理和内容分发，通过CDN骨干点的连接，所有的CDN POP可以构成一个CDN服务和分发树。内容的分发从骨干（根）逐级到各个CDN POP点，内容的服务（在未命中时）从POP点向上到骨干点。
用户接入层主要指用户终端设备。
CDN网络功能模型。CDN网络主要包含几个方面的元素：CDN节点网络，CDN负载均衡系统，CDN媒体资源库，CDN管理支撑系统。
媒体资源库包括媒体制作、内容存储和内容发布；节点网络包含CDN的骨干节点和CDN POP节点；负载均衡系统包括全局负载均衡和本地负载均衡；管理支撑系统包括内容管理、DRM、AAA、系统管理、网络管理、接口适配等功能。整个CDN系统需要和SP/CP、现有综合运营支撑系统接口。
CDN网络总体部署架构。对于服务全国的CDN网络运营商， CDN网络可由全国核心节点、省骨干节点和边缘节点构成。
CDN系统节点构成
节点指CDN物理节点（在组网层面上）。逻辑上一个完整的节点包括多个CDN功能实体，主要包含两个部分：CDN节点网络（分发平面）和CDN管理支撑系统（管理和控制平面）。其中，CDN节点网络由媒体资源库、CDN骨干点和CDN POP点构成； CDN管理支撑系统由管理支撑平台和负载均衡系统构成。
从全国CDN的角度，节点分为三类：全国核心节点、省骨干节点（位于各省省会）、地市边缘节点。根据组网方式不同，各类节点的数量、分布、节点之间的关系也有所不同。
对于管理支撑系统而言，它主要承担管理平面和控制平面的工作。其中，管理支撑系统复杂业务的开展和运营，以及系统的管理；负载均衡系统负责整个CDN的内容路由。
对于节点网络而言，它主要承担数据（媒体）流的转发工作，由媒体资源库、CDN骨干点、CDN POP点构成，它们的功能有明确的区分。
CDN骨干点：位于CDN网络核心，主要承担如下的功能：内容逐级分发、未命中处理功能（针对POP点）、服务备份（针对POP点）和反向Cache（针对媒体资源库）。在设计上，CDN骨干点要求支持逐级分发的能力、边缓存边播放的能力、部分缓存的能力，要求具有安全性、稳定性和可靠性。
CDN POP点：主要承担用户访问服务功能，要求能够支持大规模的用户访问，满足灵活的业务需求，足够的网络覆盖以提高CDN内容服务性能。CDN POP主要包括SLB设备和多台Cache设备，具有针对本地设备和内容的管理和监测功能。
媒体资源库充当内容的存储功能和内容源的功能，媒体资源库通过海量网络存储支持大规模的内容存储。在设计上，全国的媒体资源库存放全国SP内容（以及全国自营内容），省媒体资源库存放省SP内容（以及省、地市本地自营内容）。媒体资源库作为内容源还需要具有内容发布功能（Web server）和媒体流输出功能（media/real server）。
nlc202309040800
CDN网络演进方案
传统的CDN技术仍然是一种客户机-服务器（C/S）的计算模式。尽管传统CDN将服务能力和服务内容在网络上进行了分布，可以在一定程度上加速流媒体内容的分发，提高服务质量。但由于其核心仍然是基于C/S的架构，其服务的扩展能力取决于分布节点的不断部署，由此造成了CDN服务能力扩展的成本非常高，需要不断的投资。同时，用户访问是具有随意性，突发性等特点的，而传统CDN系统不具备弹性动态扩展的能力，难以从根本上提升CDN系统的效率。伴随着Web 2.0的兴起，传统系统架构中Server-Client模式受到挑战，各种Client不在仅仅作为接受Server服务的被动者，而是成为网络服务的积极提供者，网络各节点对等化将成为Web 2.0时代下技术发展的主流方向之一。下一代的CDN不但要求做到把内容复制到网络的最边缘，使内容请求点和响应点间的距离缩至最小，还需要对用户请求的内容进行分析，智能地调度和分配资源，最好地利用资源。
为满足流媒体等大容量内容的高效分发，在Web 2.0时代，传统的CDN网络结构模型存在以下问题：
在传统的CDN网络中，边缘节点从内容存储中心通过Push或Pull方式获取内容，内容存储中心与边缘节点之间的关系是不对称的。在Web 2.0理念中，边缘节点向原有内容存储中心和其他边缘节点的内容流动的可能也是存在的，CDN作为积极参与网络服务的提供者，边缘节点如何参与到整个网络服务的结构中去。随着用户规模的迅速增长，不断增加部署的边缘节点的数量和服务能力，即网络扩容，对运营商来讲，其成本往往是高昂的，效率是低下的。
作为运营商时，在Web 2.0时代下，特别是P2P（Peer to Peer）的出现，通过简单的P2P网络，以很低的成本就会实现用户规模越大，网络效率越高的效果，当然如果仅仅以纯粹的P2P网络来提供服务，由于每个参与P2P网络的peer可以直接从其他peer上获取数据，无法做到身份有效认证，用户和资源等不可能有效管控，从而对P2P网络的电信运营商带来不利影响。大规模的P2P用户也必然加大对骨干网络流量对冲，由于电信网络不同于互联网，其QoS是需要得到保证的，P2P网络中的各peer之间的频繁数据交换，将大大消耗骨干网的数据流量，影响电信其他业务运营。因此P2P网络的QoS也是无法得到保证的。
随着网络技术的发展，现有的各种网络，如数据网、电信网、移动网、广播电视网都将融入下一代网络NGN。届时，网络上的应用将更加丰富，只有将用户需要访问的内容尽可能分布到离用户最近的地方才能有效地提高网络的利用率，为用户提供更高品质的服务，这些都为CDN提供了无限的发展空间。可以预见，CDN技术将随着网络技术的发展而不断前进，并成为Internet及未来NGN网络中不可分割的一部分。CDN 和P2P模式的融合是媒体分发技术发展的重要趋势
CDN和P2P是当前互联网上实现内容分发传递的两种主流技术，CDN高成本和高复杂性制约了其规模扩展的能力，P2P则在网络的友好型、可靠性和可管理性上有较大问题。
CDN和P2P各有所长，技术上基本可以互补，如果将两种技术融合起来，构建统一的内容承载平台，将会有可能实现大规模流媒体直播、大型文件下载、高清视频等高带宽占有率业务的进一步普及。通过P2P扩展CDN的容量，CDN可以克服P2P动态性、引导P2P内容分发实现对ISP和主干网的友好性，形成一种更加完善的内容分发应用模式。因此CDN 和P2P内容分发应用模式的融合是媒体分发技术发展的重要趋势。
CDN内容分发融合模式
基于CDN网络和P2P融合的不同，可将内容分发的融合模式分为边缘融合模式、中心融合模式，以及同时具有边缘和中心融合特征的混合模式。
边缘融合模式。将整个网络化分为两个大层次：“中心层”集中管理整个网络的资源和内容；“边缘层”负责就近的，并为用户提供服务。用户所访问的内容都存放在内容中心，但是为了保证效率，用户一般不直接访问内容中心，而是访问被推送到不同边缘节点的内容。从以上功能定位来看，影响用户规模增长的因素包括边缘节点的数量和服务能力。
在边缘融合模型中，将边缘节点对等节点化，这样边缘节点管辖自身范围内组成了一个独立的P2P自治域网络，其网络效能可以大大提升。该模式中的网络分发和控制通过下述方式实现：中心层负责控制边缘节点以上层次的资源和内容，其严格遵守Server-Client模式，边缘节点受中心控制；边缘节点内组成的P2P自治域，其资源和内容在边缘节点是充分共享的。同样地，在边缘自治域范围内，也会存在一个实在和虚拟的Control Center，负责各Peer的资源与内容的智能管理。
此模式将CDN的管理机制和服务能力引入P2P网络，形成以CDN为可靠内容核心、以P2P为服务边缘的结构，由于所有的内容请求都集中到了一个或少数几个核心点，这就很容易对用户的行为进行监视和管理，也很容易对该网络中的内容进行控制，具有很好的查询效率。该结构目前主要应用于IPTV内容分发网络中。由于引入了P2P技术，相比Server-Client模式的网络电视系统，极大的节省了带宽开销。这种结构提高了内容的可控性，增强了P2P的稳定性，然而这种P2P与CDN的混合只是利用了其各自的外部特性，从本质上而言，P2P自身没有改造，CDN也没有优化，自身架构没有发生融合，只相当于把两种技术的服务方式做了叠加，并没有有效地实现两种技术的优劣互补。
中心融合模式。在传统CDN中，从中心到边缘服务器之间的数据链路需要相当大的投资，同时资源的效率不高、带宽复用率低；另外在跨ISP等情况下，链路的畅通也难以得到保障。针对这一问题，可以以P2P技术对CDN网络进行优化、改造。在中心融合模式中，对业务网络划分了同样的结构层次，不过P2P方式不是采用在边缘节点内部，而是边缘节点之间，每个边缘节点类似P2P网络中的一个Peer，也就是说边缘节点可以不必从中心获取内容服务，边缘节点之间可以相互提供内容服务，利用P2P的目录服务和多点传输能力，实现CDN节点设备之间的内容交换、互相备份，大大减轻了对中心层的压力，增强从中心到边缘节点的CDN网络的内容传送效率、使系统冗余性得以提高，从而提升CDN的内容分发能力。；而且边缘节点的内容也可以被聚合到了中心层，并可为其他边缘节点分享。
与P2P网络不同的是，虽然边缘节点可以自由的交换内容，但其仍然受核心节点控制。该模型的网络智能提高下述方式实现：每个边缘节点聚合的内容，都通过中心注册方式，实现内容中心总控制；边缘节点的资源能力由核心节点总控制。
这种模式减轻了内容分发时对中心服务器造成的压力。其P2P节点是服务器，即Server to Server。边缘服务器之间距离较远且网络环境相差较大，服务器间传输会有一定的瓶颈限制。
混合模式。以边缘融合模式和中心融合模式为基础，可以衍生出很多更加复杂的CDN与P2P的融合模式，比如多个边缘节点参与同个P2P自治域，同时各个边缘节点之间，组成一个较高层次的P2P自治域，这样整个网络的放大效能可以提升很多。而且内容之间的流动可以更加自由和多样化。
综上提及的CDN与P2P融合模式，并不只是简单的把两种技术叠加，而是一方面从CDN网络中心到边缘层采用P2P技术进行优化，用P2P技术重新组织原有C/S架构的各服务节点，另外在P2P网络中也融入CDN技术的一些优点，使其在可控、可管理性上得以提高。
在两种技术充分融合、渗透、改造之后，将两者统一，形成一个真正优化的（上层CDN经过P2P化改造，提升了分发能力，下层P2P可控性强，有管理能力）的CDN与P2P完整融合的流媒体内容分发平台。
分发管理系统 篇12
关键词：军卫一号,药品物流,智能药柜,电子标签
0 引言
药材管理作为军队医院管理的重要组成部分,是保证用药安全、确保用药效率和疗效的前提。近年来,随着信息技术的发展,越来越多的信息技术被应用在军队医院管理中,但是作为医院重点管理的药材,改变不是很明显。军队医院药材管理面临很多问题,特别是战备药材使用效率相对较低,药品质量和效期管理要求严格,给管理工作带来一定难度[1]。
1 需求分析
军队医院平战时药品管理常见的问题包括:(1)药材拣选、订单响应等库房管理过程多由人工完成,工作效率低,存在一定差错率。(2)军队医院为了安全管理,网络封闭,无法与药材供应商实现数据交互,药材入库所有信息需手工录入。(3)缺少专业的物流管理系统,无法实现全院批号效期管理,容易出现近效期药材。(4)冷藏药材监控手段差,无法全程监控冷藏药品质量;病区药材储存条件差,存储安全级别低,拣选信息无电子记录,不利于毒麻药及贵重药材监管。(5)野战药材管理也存在着很多问题,如:战常材、战救材定位难;抽组速度慢,每次需6～8人完成组箱;抽组时靠装箱单、处方领药、手工完成,导致药房工作量增大,各种药品登统计不准确[2];拉动外出时,消耗数量难统计,补充保障效率低。
通过对以上问题的分析,结合国内外先进技术,在现有“军卫一号”医院信息系统(hospital information system,HIS)平台下,采用军队医院药材智能分发监管系统,扩充药材管理的内涵和功能,通过数字化库房建设实现军队医院药材物流化管理;通过多种设备实现药材智能化拣选,提高药材流通效率;通过冷藏药材温湿度监控,保障用药安全;通过智能药柜提升野战医疗队(所)药材保障能力;采用多种技术手段降低药材管理费用。建设中运用多种信息技术,引入大量物流设备,实现对军队医院药材的全面管理,以提升平时与战时药材管理的综合水平[3]。
2 整体架构
系统业务功能主要分为四大部分:
(1)数字化药库物流管理子系统;
(2)智能药物分发管理子系统;
(3)冷链管理子系统;
(4)温湿度监控子系统。
系统架构除了业务部分外,还涵盖了很多业务接口和数据平台,系统组成如图1所示。
3 系统设计实现
3.1 系统开发环境
(1)硬件环境。
信息设备包括服务器1台、打印机1台、二维码扫描枪1支、无线AP 1台、个人数字助手(personal digital assistant,PDA)1个;其他设备包括电子标签1套、智能药柜1组、温湿度监控传感设备1套和冷链温湿度监控设备1套。
(2)软件环境。
Windows 2003操作系统、Windows XP操作系统、Java 1.5、Oracle 10g。
3.2 系统运行环境
(1)硬件环境。
信息设备包括服务器2台、打印机1台、二维码扫描枪5支、无线AP 2台、PDA 4个;其他设备包括电子标签1套、智能药柜1组、温湿度监控传感设备4套和冷链温湿度监控设备2套。
(2)软件环境。
Windows 2003操作系统、Windows XP操作系统、Java 1.5、Oracle 10g。
3.3 系统的主要技术
3.3.1 二维码技术
以往入库操作时需要药库人员手工逐条录入,不但效率低而且容易产生差错,如果能实现与上游供应商间的数据交换,便可提高效率,降低差错。考虑到医院网络安全,医院不能与其他网络连接,也不能使用U盘,所以运用二维码技术,通过二维码数据交互实现与上游供应商的数据交换。供应商在送货之前将出库数据打印成约定的二维码,入库时操作人员只要对二维码进行扫描便可获得所需的各项数据信息。采用二维码技术,使用操作简单,数据交互安全度高。
系统将入库所需的字段信息通过分割符(本系统通过$作为分割符)拼接在一起生成入库所需数据信息,根据数据信息生成二维条码,让各个供应商打印此条码。入库时将条码解析成相应的字段数据。拼接格式如下:
供应商编码$发票号$发票日期$商品编码$入库数量$批号$有效期
3.3.2 Web技术与PDA的结合
由于系统和屏幕限制,PDA往往需要根据不同的设备单独定制开发程序,导致开发周期长、技术难点多。为了利用PDA的灵活性,减少开发工作量,系统专门开发了一种适用于各种PDA的Web系统。在本系统中,PDA应用于药库药材管理中,主要功能包括药材拣选、库存盘点、移库等。通过使用PDA,可以在库房内任何地方进行操作,提升了操作的灵活性和作业效率。并且,PDA数据采集器在工作的同时,完成了信息的确认和录入过程,确保了数据记录的及时性和完整性。
3.3.3 电子标签与数据库技术的结合
电子标签是一组安装在货架储位上的电子设备,通过计算机与软件的控制,由灯号与数字显示作为辅助工具,引导拣货工人正确、快速、轻松地完成拣货工作。当出库单、拣选作业发出后,拣选人员根据指示灯显示货位和拣选数量拣选药材,拣货完成后按下确认键,即确认拣选完成。电子标签特别适用于物动量高的零头药材的拣选。
电子标签根据特定指令完成任务,系统通过与“军卫一号”对接,获取了“军卫一号”中的数据库出库数据,将数据库出库数据转换成电子标签能识别的指令信号,从而实现库存的拣选,作业流程如图2所示。
3.3.4 数据库技术与无线温湿度传感器技术的对接
无线温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。通过开发专门的软件接口,将无线温湿度传感器的电信号转换成数据库数据,从而方便了数据的查询和分析,扩充了无线温湿度传感器的功能。系统在不同的物理位置上安装多个温湿度传感器,并将所有的温湿度传感器连接在计算机系统上,通过接口软件实时获取温湿度信号,并将信号转换成数据插入到温湿度系统数据库中。通过数据库记录数据,可以及时了解药库的温湿度情况;同时,通过数据库中的温湿度数据与之前设置的警戒数据进行比较,出现超出警戒值情况时,系统会生成报警数据,通过短信和声光报警器进行报警,网络结构如图3所示。
3.3.5 智能数据分析模型
系统通过对药材管理流程的分析,制作了多个智能数据分析模型,包括采购计划生成模型、库存资金分析模型、库存可销天数分析模型等。
(1)采购计划生成模型。
根据医院药材多个时期的实际消耗量、结合请领量以及上下线的设置,自动生成采购计划。通过新的采购计划,库存量大大降低,库存周转速度不断提升。
(2)库存资金分析模型。
根据每种药材在全院的库存量情况,分析每种药材的资金占有情况,及时处理库存量大的品种,避免了由于管理不善造成的库存积压损失。
(3)库存可销天数分析模型。
根据每种药材在全院的消耗情况,预测未来的销售量,从而分析每种药材的可销售天数,对于可销售天数多的药材及时处理,避免过期和库存积压。
3.3.6 智能药柜技术
智能药柜是一套通过信息系统控制的智能存储柜,由存储和控制两大部分组成。存储设备包括抽屉、货架、退药箱;控制设备包括计算机、触摸屏、电子锁、指纹扫描系统、键盘、条码扫描器等设备。抽屉分单支抽屉、带锁储药盒、带有指示灯多盒抽屉,不同的抽屉可以管理不同安全等级的药材,例如:毒麻药材可以存储在单只抽屉中,每次只能取走1支;货架用于存储体积比较大、安全级别较低的药材;退药箱用于存储取药后退回的药材。
系统将智能药柜技术应用在野战医疗所,改变了野战医疗所药材的储存环境,提升了患者用药的效率。而且,系统通过远程会诊网可实时获取智能药柜中药材的库存量,并且根据库存消耗分析模型可预测库存量的使用天数,结合为野战医疗所的补货周期,自动生成补货数量,避免了由于人为疏忽导致野战医疗所药材不足,减少因为药材的不足而耽误治疗导致事故的发生。同时,通过智能药柜加强了野战环境下药材的管理,实现了药材的存取药过程可控、可追踪,尤其是受控药材。
3.3.7“军卫一号”对接接口
以入库业务的业务流程为例介绍“军卫一号”对接接口(如图4所示)。
入库业务的数据接口主要体现在入库流程图的“录入信息”和“数据处理”中。其中,“录入信息”部分主要是提取HIS中“drug＿sub＿storage＿dict药品库存单位库房字典”的单据号数据信息,获取单据号后加一回写drug＿sub＿storage＿dict数据;“数据处理”具体处理过程如下:
(1)向“Drug＿import＿mater入库单主表”和“Drug＿im port＿detail入库单明细表”插入记录。
(2)判断本次购进的商品是否在“Drug＿stock库存表”中存在相同记录,判断是否存在的字段依据为drug＿code,drug＿spec,firm＿id,package＿spec,storage,batc h＿no。如不同,则直接插入;相同,则更新相应字段。具体字段如下:数量quantity(原数量+入库数量),有效期expire＿date,采购单价purchase＿price,折扣discount (入库单单价/商品默认采购单价),单据号document＿no。
(3)判断本次购进的商品是否在“Drug＿storage＿profile库存定义表”中存在相同记录,判断是否存在的字段依据为drug＿code,drug＿spec,storage,amount＿per＿package。如果不存在相同数据,则向“Drug＿storage＿profile库存定义表”插入数据。
4 各模块功能
4.1 数字化药库物流管理子系统
数字化药库物流管理子系统主要由采购管理、库存管理、查询分析、“军卫一号”接口4个模块组成。
4.1.1 采购管理
采购管理包括采购计划生成、采购业务入库、各个二级药房的入库。
(1)根据发货量、药房发药量、库存上下线等数据,自动生成采购计划,采购人员对计划进行审核。
(2)入库时,扫描供应商提供的二维码,自动生成入库记录和发票信息。出库单打印时生成条码,二级药房通过扫描核对、记账。
4.1.2 库存管理
库存管理包括制作出库单、操控各个电子设备、记录拣选过程、打印出库票据、库存盘点。
(1)根据各个二级药房提交的采购申请和库存情况自动生成出库单。
(2)将出库单信息发送到电子设备中,设备根据指令指引保管员进行货物拣选。
(3)拣选时自动记录拣选时间和拣选人员。
(4)出库票据打印。
(5)库存盘点管理。以往的库存盘点通过打印盘点单,盘点人员查找货物,盘点过程中走动量大,而且这种盘点方式只能按库存数量进行盘点,发现不了库存清单上没有的药材。数字化药库物流管理系统中的盘点是以货位为主,从货位出发进行盘点。盘点人员通过数据采集器进行盘点,按货柜顺序盘点,走动少,不会有遗漏。通过货位信息表和库存表对比,能发现库存账上没有的药材,智能化、自动化和无线化的工作环境,减轻了劳动强度,提高了工作质量和效率[4]。
4.1.3 查询分析
库存分析是库存管理分析决策重要依据,包括滞销分析、近效期分析、库存周转天数分析、可销天数分析等功能。
通过以上科学的分析报表,可以更好管理药材,有目的地进行少量多次的采购,加快药品在药房内的周转速度,缩短药品在药房内的积压时间,降低库房存储量[5],减少积压和过期药材的产生,节省库存占用资金。
4.1.4“军卫一号”接口管理
通过“军卫一号”接口管理实现药库出入库业务与“军卫一号”系统的对接,原有的HIS药库系统在进行入出库处理时,数据通过接口读取到该系统,主要接口包括入库业务、出库业务、退回入库业务、基础数据同步。
4.2 药材智能分发子系统
药材智能分发子系统通过电子标签、PDA、智能药柜等设备实现出库智能化拣选。主要由PDA出库拣选、电子标签拣选、智能药柜拣选、药柜补药、“军卫一号”接口5个模块组成。
4.2.1 PDA出库拣选
通过PDA上的拣选程序替代纸单拣选,拣选时自动按照近效期优先出库的原则,库房保管员根据设备上显示的货位、数量、批号,便可迅速完成拣选操作。拣选时PDA拣选程序自动记录拣选人和拣选时间。
4.2.2 电子标签拣选
拣选任务发出后电子标签将被点亮,拣选人员根据指示到达要拣选的位置。电子标签上显示货位、数量、批号等信息,拣选人员按确认键完成拣选操作。通过电子指示灯闪烁可提醒拣选人员,防止漏捡。
4.2.3 智能药柜拣选
智能药柜安放在病区和野战医疗所手术车内。将“军卫一号”的处方或医嘱信息转化成智能药柜的数据,智能药柜根据数据信息点亮指引灯,指引灯清晰准确地指引拣选,并记录拣选相关信息。
4.2.4 药柜补药
根据预先设置的保障药材基数,系统自动生成补药信息,药师根据补药信息向智能药柜进行补药。特别是野战医疗所,通过药柜补药保障了野战条件下药材的补给,避免了由于信息不流畅而导致的药材补给不及时等问题。
4.2.5“军卫一号”接口
通过“军卫一号”接口实现拣选、药柜补药等业务与“军卫一号”系统的对接,接口包括出库单处理、处方处理、医嘱处理。
4.3 冷链管理子系统
药品贮藏管理是药品供应链中的一项重要内容[6],基于物联网技术研究开发医院冷链管理子系统,实现全程实时智能化冷链监测。冷链管理子系统硬件由物联网冷链温湿度标签、RFID读写器、通信网络服务器、主控计算机、客户端、短信平台等一系列设备组成[7]。冷链管理子系统平时通过ZigBee无线网络,采集药库、战备库、冷藏柜安置的传感器信号,实现对冷藏药材存储环境的监管;药材运输过程中,通过随箱携带PDA设备采集数据。战时或野战医疗所拉动时,同样利用PDA进行监控。该系统主要由库存温湿度监控、PDA运输温湿度监控、PDA采集数据上传3个模块组成。
4.4 温湿度监控子系统
现有温湿度监测设备大多功能简单、智能化程度低,甚至需要人工现场采集信息,无法实现对药品的全程、实时监管和智能服务[8]。该温湿度监控子系统通过在药库、战备库、各二级药房中安装无线温湿度传感器,实现对全院药品储存环境的监控,发现异常温度时,系统会自动报警并向相关人员发送短信息,确保了药材在安全有效的温度中保存。该系统主要由传感器设置、实时监控查询、历史数据查询、监测警戒值设置、短信报警平台等5个模块组成。
5 应用效果
药品物流的核心是依托一定的物流设备、信息技术和进销存管理系统,有效整合营销渠道上下游资源,通过优化药品供销配运环节中的验收、存储、分拣、配送等作业过程,提高订单处理能力,降低货物分拣差错,缩短库存及配送时间,减少流通成本,提高服务水平和资金使用效益,实现自动化、信息化和效益化[9]。该系统2012年在我院研制使用,取得了较好的效果。
(1)结合军队医院平战时保障需求,实现了药材库一战备库两级数字化库房物流管理,通过对仓库作业过程进行指导和规范,保证了作业的准确性、速度和相关记录数据的自动记录,提高了工作效率,提升了响应速度。从传统的结果导向转变成过程导向,从数据录入转变成数据采集,从人工找货转变成导向定位取货,使用条码和货位管理,过程精细可控。通过物流管理,可以使供应链各个环节之间协调运行,物流功能得到整合,提高了物流系统的快速反应能力[10]。
(2)通过电子标签、RF数据采集器、智能药柜等设备,将原有的手工作业模式转变成数字技术的电子拣选,有效地提升了药材拣选效率,降低了差错率,同时自动记录拣选信息。
(3)智能药柜通过电子锁和电子设备指引,确保了毒麻药品和贵重药材的安全,战时还可以通过军事保障网络,将智能药柜库存信息实时回传到后方保障部门,保障部门根据库存消耗分析模型预测库存量的使用天数,结合野战医疗所的补货周期,自动生成补货数量。
(4)药材实现了效期管理,按照近效期优先算法,自动优先出库近效期药材,采用多种模型减少过期药材损失[10]。
(5)通过与上游供应商共享医药物流信息平台,优化了医院采购方案,降低了库存,节约了占用资金。
(6)通过与“军卫一号”HIS的对接,扩展了军队医院信息系统的应用功能。
6 结语
该系统的研制实现了对医院平战时药材的全面管理,提高了官兵用药安全,降低了药材成本,加快了药材保障响应速度,提升了野战药局数字化水平。
参考文献
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