1. 設(shè)計(jì)原則

??VMS系統(tǒng)的開放性和擴(kuò)展性特性非常適合使用SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
??服務(wù)作為物理上獨(dú)立無關(guān)的軟件程序而存在，每個(gè)服務(wù)被賦予其自身獨(dú)特的功能上下文環(huán)境，并由一系列與該環(huán)境相關(guān)的能力所組成。服務(wù)提供的能力通過服務(wù)接口（服務(wù)合約）來表達(dá)。
??根據(jù)服務(wù)的可復(fù)用性，可編排性，可自治，可組合性等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)服務(wù)時(shí)宜使用自頂向下的設(shè)計(jì)思路，在設(shè)計(jì)模型時(shí)可先設(shè)計(jì)頂層的服務(wù)，確定頂層的服務(wù)邊界后，再逐層設(shè)計(jì)下層的子服務(wù)。
??在服務(wù)類型上，宜將服務(wù)分為實(shí)體服務(wù)，任務(wù)服務(wù)，工具服務(wù)三種類型 。
??VMS中涉及到媒體、元數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)（用戶，權(quán)限）等實(shí)體的服務(wù)可歸類為實(shí)體服務(wù)；媒體會(huì)話，任務(wù)調(diào)度之類與控制器相關(guān)的服務(wù)可歸類于任務(wù)服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)傳輸，安全加密，日志等基礎(chǔ)服務(wù)可歸類于工具服務(wù)。
??使用實(shí)體服務(wù)，任務(wù)服務(wù)，工具服務(wù)三種服務(wù)模型可構(gòu)建邏輯服務(wù)抽象層，如圖 1所示。

圖1

2. VMS的服務(wù)設(shè)計(jì)

??使用SOA進(jìn)行VMS的設(shè)計(jì)應(yīng)首先聚焦于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)。以視頻數(shù)據(jù)為核心，一個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖 2所示：

圖2

??ONVIF作為基于Web service技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定的安防設(shè)備開放操作接口，囊括了圖 2中包含的所有功能。其服務(wù)設(shè)計(jì)思想可作為VMS設(shè)計(jì)時(shí)的參考。
??分析一下ONVIF定義的服務(wù)，可歸為如下幾類：

• 設(shè)備管理服務(wù)（包含設(shè)備IO服務(wù)）：是ONVIF中定義的核心服務(wù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)備參數(shù)，設(shè)備狀態(tài)等信息的管理和配置。通過設(shè)備管理服務(wù)能夠獲取其它服務(wù)的地址。
• 媒體服務(wù)：提供對(duì)媒體設(shè)備相關(guān)元數(shù)據(jù)（視頻源、視頻參數(shù)等）的配置查詢功能。使用媒體服務(wù)能夠獲取視頻流的相關(guān)參數(shù)。
• 設(shè)備操控服務(wù)：ONVIF中主要提供了PTZ服務(wù)，用于完成對(duì)采集攝像設(shè)備的操控。
• 錄像服務(wù)：主要包括錄像控制和錄像查詢服務(wù)。
• 錄像回放服務(wù)：主要定義了錄像回放的相關(guān)參數(shù)的查詢與配置。
• 門禁服務(wù)：定義了門禁控制的相關(guān)操作。
• 視頻分析服務(wù)：定義了視頻分析的基礎(chǔ)模型與相關(guān)服務(wù)接口。

• 流服務(wù)：定義視音頻媒體、元數(shù)據(jù)流的控制協(xié)議，傳輸協(xié)議和交換方式。
  ??參考圖 2與ONVIF的服務(wù)模型，遵循第1節(jié)介紹的設(shè)計(jì)原則和思路，以視頻流的流動(dòng)路徑為方向，相關(guān)的服務(wù)邊界與互操作關(guān)系可如圖 3所示。

  
  
  圖3
  
  

  ??圖 3中，任務(wù)服務(wù)層與實(shí)體服務(wù)層定義的主要服務(wù)描述如下：

• 設(shè)備接入（發(fā)現(xiàn)與注冊(cè)）：實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備的發(fā)現(xiàn)與注冊(cè)，使用與物理設(shè)備兼容的協(xié)議（方式）實(shí)現(xiàn)與物理設(shè)備的直接互聯(lián)，是物理設(shè)備的實(shí)際操作者。
• 設(shè)備管理：實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)及其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)的配置和查詢，與設(shè)備接入服務(wù)是雙向互操作的關(guān)系。
• 媒體配置：用于實(shí)現(xiàn)對(duì)于媒體設(shè)備（如攝像機(jī)與DVR）的媒體相關(guān)參數(shù)的配置與查詢，與設(shè)備管理服務(wù)是雙向互操作關(guān)系。
• 實(shí)時(shí)媒體流會(huì)話控制：實(shí)現(xiàn)與媒體設(shè)備的媒體會(huì)話控制，獲取媒體設(shè)備的實(shí)時(shí)媒體流數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)分發(fā)。媒體流會(huì)話控制服務(wù)在使用時(shí)會(huì)調(diào)用媒體配置和設(shè)備管理服務(wù)以獲取相關(guān)參數(shù)。
• 錄像：實(shí)現(xiàn)根據(jù)媒體流進(jìn)行錄像的功能。錄像服務(wù)可根據(jù)錄像計(jì)劃進(jìn)行錄像，也可根據(jù)用戶操作進(jìn)行隨機(jī)錄像，同時(shí)錄像服務(wù)也提供錄像查詢功能。錄像服務(wù)需要調(diào)用媒體配置和設(shè)備管理服務(wù)獲取相關(guān)參數(shù)，調(diào)用媒體流會(huì)話控制服務(wù)獲取媒體流。
• 實(shí)時(shí)流瀏覽：提供實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，需要調(diào)用媒體流會(huì)話控制服務(wù)獲取實(shí)時(shí)媒體流。
• 錄像回放：錄像回放服務(wù)可調(diào)用錄像服務(wù)查詢錄像信息，并直接訪問錄像存儲(chǔ)介質(zhì)獲取待回放的錄像數(shù)據(jù)。
• PTZ控制：PTZ控制服務(wù)調(diào)用設(shè)備管理服務(wù)（通過設(shè)備接入服務(wù)）向監(jiān)控設(shè)備發(fā)送PTZ指令實(shí)現(xiàn)用戶的PTZ控制。
• 門禁控制：門禁控制調(diào)用設(shè)備管理服務(wù)（通過設(shè)備接入服務(wù)）向門徑設(shè)備發(fā)送門禁控制指令實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)門禁的控制。

• 視頻分析：視頻分析服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)媒體流會(huì)話控制服務(wù)和錄像服務(wù)的調(diào)用，采集實(shí)時(shí)流或錄像數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻分析。
  ??圖 4顯示了服務(wù)架構(gòu)中視頻流的流向以及服務(wù)與物理設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其中帶紅色箭頭的粗線表示視頻流，藍(lán)色虛線表示與物理設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

  
  
  圖4
  
  

  ??圖 4中，設(shè)備接入服務(wù)與接入的物理設(shè)備直接打交道，使用物理設(shè)備所提供的傳輸交換協(xié)議。鑒于物理設(shè)備接入?yún)f(xié)議的多樣化(如SNMP，SIP,SOAP等)，建議對(duì)于不同的接入?yún)f(xié)議定義不同的子接入服務(wù)，設(shè)備接入服務(wù)可根據(jù)設(shè)備可接入的類型確定所調(diào)用的子接入服務(wù)實(shí)例。
  ??同設(shè)備接入服務(wù)一樣，實(shí)時(shí)媒體流會(huì)話控制服務(wù)與請(qǐng)求媒體流的物理設(shè)備通過物理設(shè)備支持的媒體會(huì)話協(xié)議進(jìn)行交互。不同的設(shè)備支持的媒體會(huì)話協(xié)議可能不同（如SIP,RTSP等），建議對(duì)于不同的媒體會(huì)話協(xié)議定義不同的子會(huì)話控制服務(wù)， 實(shí)時(shí)媒體流會(huì)話控制服務(wù)根據(jù)請(qǐng)求設(shè)備支持的媒體會(huì)話協(xié)議選擇該調(diào)用的子會(huì)話控制服務(wù)。
  ??VMS服務(wù)架構(gòu)中服務(wù)之間的互操作可使用服務(wù)操作原語來定義，如第3節(jié)所描述。

3. 服務(wù)操作原語

??VMS中，將視頻流，錄像，設(shè)備參數(shù)，設(shè)備等視為不同的邏輯實(shí)體對(duì)象，系統(tǒng)功能即可視為對(duì)這些實(shí)體對(duì)象的操作。借鑒在電信管理網(wǎng)中使用的CMIP (Common Management Information Protocol，通用管理信息協(xié)議)所支持的CMIS服務(wù)，我們可在VMS中定義六種抽象出來的服務(wù)操作原語：

• VM-CREATE：創(chuàng)建相關(guān)的邏輯實(shí)體對(duì)象，如視頻流，媒體配置實(shí)體，安全邏輯實(shí)體（如keystore），網(wǎng)絡(luò)接口，錄像文件等對(duì)象。
• VM-CREATE：刪除已經(jīng)創(chuàng)建的邏輯實(shí)體對(duì)象，如視頻流，媒體配置實(shí)體，安全邏輯實(shí)體（如keystore）等對(duì)象。
• VM-GET：獲取邏輯實(shí)體對(duì)象的相關(guān)參數(shù)與屬性。
• VM-SET：設(shè)置邏輯實(shí)體對(duì)象的相關(guān)參數(shù)與屬性。
• VM-ACTION：執(zhí)行邏輯實(shí)體對(duì)象可執(zhí)行的一個(gè)動(dòng)作，如進(jìn)行媒體會(huì)話，進(jìn)行解碼動(dòng)作等。
• VM-EVENT-REPORT:服務(wù)實(shí)例在運(yùn)行過程中發(fā)送被觸發(fā)的事件消息。

4. 實(shí)施策略

??自martin fowler發(fā)表了那篇著名的微服務(wù)博客文章之后，微服務(wù)架構(gòu)在近幾年間在軟件界著實(shí)火了一把，在國內(nèi)軟件界似乎出現(xiàn)了一種不談微服務(wù)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)就不夠高大上的現(xiàn)象。其實(shí)仔細(xì)剖析微服務(wù)的模式，我個(gè)人更認(rèn)為微服務(wù)是SOA在實(shí)現(xiàn)層次的細(xì)化和擴(kuò)充。微服務(wù)在分解服務(wù)為更細(xì)粒度時(shí)，同時(shí)也為分解的服務(wù)間關(guān)系帶來更多的復(fù)雜性。因此在使用面向服務(wù)的思路來實(shí)施VMS時(shí)也要根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景和規(guī)模來選擇合適的方案。

4.1 服務(wù)要多大

??在前面的軟件架構(gòu)中，設(shè)備接入，實(shí)時(shí)媒體流會(huì)話控制服務(wù)，錄像服務(wù)這三個(gè)系統(tǒng)中的核心服務(wù)在部署上，每個(gè)服務(wù)建議設(shè)計(jì)為服務(wù)集群（最簡單的方式是在一堆服務(wù)實(shí)例前加一個(gè)負(fù)載均衡器），可根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際規(guī)模進(jìn)行配置伸縮。

4.2 數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)

??VMS中，我將數(shù)據(jù)分為控制面數(shù)據(jù)與媒體數(shù)據(jù)，視頻流這些媒體數(shù)據(jù)在規(guī)模大時(shí)可考慮選型如HDFS這樣的開源分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，在規(guī)模小時(shí)可使用單獨(dú)的磁陣即可。
??對(duì)于控制面的數(shù)據(jù)，如設(shè)備信息，媒體配置信息等數(shù)據(jù)，由于會(huì)被多個(gè)服務(wù)實(shí)例訪問，可考慮使用ElasticSearch, etcd這樣分布式協(xié)同系統(tǒng)。

4.3 服務(wù)原語的實(shí)現(xiàn)形式

??VMS中，我建議服務(wù)原語以Rest Api的形式定義，這樣在服務(wù)實(shí)例之間基于HTTP的restful接口就可實(shí)現(xiàn)服務(wù)原語在服務(wù)間的互操作（比如使用spring cloud作為服務(wù)實(shí)現(xiàn)框架）。

4.4 如何選擇消息服務(wù)器

??同樣，消息服務(wù)器根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)模來確定，在系統(tǒng)規(guī)模較小的場(chǎng)景下，使用輕量級(jí)的消息服務(wù)器（如使用redis就可以），系統(tǒng)規(guī)模較大的場(chǎng)景下，可以考慮kafka這樣的消息集群服務(wù)。

4.5 如何選擇流媒體中間件

??VMS中涉及到RTSP,SDP，SIP，RTP/RTCP等多種流媒體相關(guān)協(xié)議，幸運(yùn)的是，現(xiàn)在github上各種語言的流媒體中間件都可以找到，如果實(shí)在要我推薦，在我用過的產(chǎn)品中，我覺得gstreamer就很好。

4.6 基于Web的視頻瀏覽

??傳統(tǒng)的VMS中，在瀏覽器中對(duì)視頻進(jìn)行瀏覽需要借助自己編寫的控件，隨著WebRTC技術(shù)的出現(xiàn)，主流瀏覽器已經(jīng)逐步支持WebRTC的規(guī)范，因而使用WebRTC實(shí)現(xiàn)免插件的視頻瀏覽成為可能。需要注意，目前瀏覽器的支持視頻編碼格式有限，在服務(wù)端可能要轉(zhuǎn)碼，另外也需要構(gòu)建WebRTC的服務(wù)端作為視頻源。