導讀
5G引入了高速移動通信、大規(guī)模機器通信和低時延高可靠三大應用場景，而為克服傳輸網絡的性能瓶頸，邊緣計算成為其核心網絡技術之一。如今，5G+邊緣計算將迎來一批新興應用場景，安防前端智能化即是一例。
中國移動云能力中心SaaS產品部技術專家組成員、邊緣應用產品組研發(fā)經理，曾參與能力開放平臺、中小企業(yè)云平臺、集中化計劃建設、云視頻等項目及產品的研發(fā)工作，在微服務架構設計及流媒體處理領域有一定的研究與實踐經驗。
1 云安防：安防系統(tǒng)發(fā)展的趨勢
云安防是基于物聯(lián)網模式并且采用云存儲技術來滿足現(xiàn)代化安防的全“新”云計算架構，這種架構解決了傳統(tǒng)安防架構的兼容性能差、安全保障低、操作體驗差、監(jiān)控管理難等痛點，其主要特征為后端平臺完全云化與池化。云安防有以下幾方面的優(yōu)勢:
一是資源池優(yōu)化。算力與存儲能實現(xiàn)彈性調度與擴展。舉個簡單的例子，當用戶需要系統(tǒng)實現(xiàn)大量的人臉比對時，可以停止部分視頻結構化的應用，將算力集中在解決人臉比對的問題上，因為服務器不再為某個軟件應用服務，這在過去無法實現(xiàn)的高效能，在云化架構下都可以實現(xiàn)；
二是系統(tǒng)運行的可靠性。對于云化架構的部署，因為軟硬件的解耦，即使某臺服務器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)也能維持正常的工作；
三是有效降低總體擁有成本（Total Cost of Ownership，TCO）。傳統(tǒng)煙囪式或積木式的架構，一方面維護成本大，另一方面服務器占據(jù)大量面積，機房空間受到擠壓，云化的架構能有效解放這些層面的壓力，在公安等部署規(guī)模越大的項目上，其成本優(yōu)勢也會更為明顯。
2 移動云云安防的特點
許多知名攝像頭廠商為了更好地服務好自己的產品，會提供相應的視頻接入平臺，這會導致用戶在分批采購不同廠商的設備時，需要對接不同的平臺，給用戶造成管理上的不便。另外，這些平臺通常是中心化部署，或者優(yōu)化不到位，用戶會反映視頻卡頓、花屏、時延大、經常斷流等問題。再則，目前的視頻協(xié)議有RTMP、RTSP、RTP、GB/T28181等，會對企業(yè)客戶造成困擾，這些都是實際項目中會遇到的問題。
移動云云安防作為業(yè)務PaaS，對外提供設備接入能力、管理能力，對用戶使用的設備沒有要求，可接入標準協(xié)議的攝像頭，提供了設備管理、視頻存儲、監(jiān)控回看和用量統(tǒng)計等一體化的安防解決方案，能夠應用于安全生產、平安城市、智慧校園等多個場景。
2.1 產品優(yōu)勢
支持按量付費，用戶只需支付所使用資源的費用，降低了使用成本，避免浪費
通過RTMP、國標GB/T28181等協(xié)議即可實現(xiàn)多廠商攝像頭的快速接入，并且能夠快速啟動設備，使用便利。
傳統(tǒng)攝像頭接入監(jiān)控平臺復雜程度高以及查看監(jiān)控信息難度大，用戶可通過移動云云安防控制臺能夠靈活實現(xiàn)接入設備上云，可在線、可視化對設備和空間進行管理。
采用ssl的加密傳輸方式，保障了監(jiān)控視頻上云的安全性，底層對接對象存儲，數(shù)據(jù)持久性可以達到99.999999999%，保證了用戶信息安全。
2.2 產品功能
移動云云安防分為六大功能。在空間管理中，可對監(jiān)控設備進行集中設置，打通攝像頭與視頻監(jiān)控平臺的接入和管理。
空間監(jiān)控功能可對GB/T28181可對設備監(jiān)控流啟動拉流和停止拉流操作，并可查看設備實時流和歷史流信息。如圖1。
圖1 在線實時查看監(jiān)控
在RTMP推流空間可查看推流監(jiān)控信息，對推流進行禁推和恢復操作。該功能也可查看設備信息，支持查看設備錄制回放和截圖。如圖2和圖3。
圖2 在線查看錄制回放
圖3 在線查看視頻截圖
設備管理功能， 支持添加GB/T28181標準協(xié)議攝像頭，支持添加NVR和RTMP推流設備。
全局設置功能，可根據(jù)不同業(yè)務類型，添加錄制模板功能，查看設備錄制回放信息，可添加截圖模板，對設備流進行截圖操作。
統(tǒng)計分析功能，支持用戶查看時間段內的錄制文件時長，支持用戶查看時間段內的截圖張數(shù)，支持用戶查看時間段內接入帶寬和播放帶寬統(tǒng)計信息，支持用戶查看時間段內推流流量和播放流量統(tǒng)計信息，如圖4。
圖4 流量統(tǒng)計分析
消息預警功能，通過填寫郵箱信息，可通過郵箱的方式發(fā)送給用戶相應的預警消息通知。
2.3 應用場景
移動云云安防在家庭安防、安全生產、平安城市、智慧校園等場景中應用廣泛。
圖5 移動云云安防應用場景
在家庭安防場景中，云安防為用戶提供接入監(jiān)控上云，將監(jiān)控視頻存儲在對象存儲中，可隨時查看監(jiān)控歷史流信息。
安全生產場景中，可隨時查看工地上工人安全帽佩戴以及安全事件回放視頻等，加強行業(yè)監(jiān)管，助力工地生產安全。
平安城市場景中，有效地實現(xiàn)對各路視頻安全存儲，實時預覽和錄制回放，滿足平安城市對公共區(qū)域，重點場所的監(jiān)控需求，打造出智慧平安城市。
智慧校園場景中，方便實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制，實時監(jiān)測校園安全問題，為校園的安全以及教學提供可靠的保障。
3 移動云云安防服務架構
3.1 云安防相關協(xié)議棧
多媒體傳輸領域涉及到的協(xié)議種類繁多，如圖6可以看到從網絡層（IP）到傳輸層（TCP、UDP），在上面會有很多相應的為了音視頻傳輸做的協(xié)議。從音視頻傳輸角度來看至少分為三個層面，第一點是信令控制，包括H.323，這是在傳統(tǒng)電信行業(yè)用的比較多的協(xié)議，在互聯(lián)網層面用的比較多的是SIP協(xié)議，為了整個音視頻傳輸效果更好，會有RSVP、RTCP等協(xié)議，還有一類是傳輸層協(xié)議RTP，這個是相對底層的協(xié)議。
圖6 云安防相關協(xié)議棧
上層協(xié)議可以看到也有很多，有HTTP、RTMP、HLS、GB/T 28181等，這些協(xié)議都是做什么的呢？首先GB/T 28181是中國公安部制定的協(xié)議，Onvif和PSIA也是基于安防系統(tǒng)，在海外市場用的比較多的協(xié)議。
常見的視頻流協(xié)議包括以下幾類：
傳統(tǒng)協(xié)議：實時消息傳遞協(xié)議 (RTMP)、實時流協(xié)議 (RTSP)
基于HTTP的協(xié)議：HTTP 實時流媒體 (HLS)、MPEG-DASH
新興協(xié)議：網絡實時通信 (WebRTC)、安全可靠傳輸 (SRT)
國標協(xié)議：GB/T 28181
這些常見協(xié)議的優(yōu)點、缺點、支持的音視頻編碼、播放器兼容性對比如圖7：
圖7 常見視頻協(xié)議對比
3.2 核心業(yè)務及服務架構
移動云云安防在業(yè)務架構上主要有監(jiān)控管理、視頻分析、監(jiān)控運營三大業(yè)務模塊，包含視頻存儲、錄制回放、實時觀看、視頻截圖、設備管理、實時轉碼、分屏觀看、時移觀看、車輛檢測、物體識別、結構分析、人體識別、設備控制、統(tǒng)計分析、服務告警等十多個業(yè)務子模塊，如圖8。
圖8 移動云云安防業(yè)務架構
為了支撐上層業(yè)務模塊，移動云云安防在底層架構上采用了微服務的技術架構，抽象出管理服務、信令服務、播放服務、錄制服務、媒體服務、對象存儲等核心服務。這些核心服務通過高可用、易擴展的集群模式保證上層業(yè)務的穩(wěn)定運行。
在整體架構上，移動云云安防使用了中心+邊緣部署的架構模式，通過算力、帶寬及存儲的下沉，解決了視頻傳輸與存儲的實時性、安全性、可靠性等問題，如圖9。
圖9 移動云云安防部署架構
3.3 源站集群與邊緣集群協(xié)同服務
移動云云安防通過源站集群（Origin Cluster）將流分散到不同的源站，避免源站出現(xiàn)問題時影響所有的流，同時由于單源站可以支持1000到3000路流，高碼率、有DVR和HLS時的流支持的路數(shù)更少，源站集群有多個源站同時接收推流，可以支持10k~100k甚至更多的推流。
邊緣集群（Edge Cluster）實現(xiàn)了合并回源，對于某一路流，不管有多少客戶端播放，Edge Server都只會從Origin Server取一路流，這樣可以通過擴展Edge Cluster來增加支持的播放能力，也就是CDN網絡具備的重要能力：高并發(fā)。
源站集群與邊緣集群協(xié)同服務有如下幾方面的優(yōu)點。首先，使用Edge能保護Origin不因為回源造成Origin問題，最多就是某些Edge被回源壓垮。其次，可以使用多個Edge Cluster，對外用不同的SLB暴露，可以針對每個SLB限流，防止CDN之間互相干擾。這樣能保證某些CDN是可用的，而不是Origin掛了后所有CDN都不可用。最后，Edge分離Origin關鍵業(yè)務，將下行流媒體分發(fā)業(yè)務交給Edge Cluster，Origin可以做切片、DVR、鑒權等關鍵業(yè)務，避免業(yè)務之間互相干擾。
圖10 源站集群與邊緣集群
源站集群與邊緣集群之間的架構示意如圖10。搭配移動云NAS服務、彈性負載均衡、彈性公網IP，對外提供云安防的推流、拉流服務。
3.4 基于移動云邊緣智能服務平臺的調度
移動云邊緣智能服務平臺（EISP）通過納管移動云公有節(jié)點（N+31+X）或客戶私有節(jié)點及邊緣設備，為用戶提供完整的“云邊端”協(xié)同一體化服務，解決邊緣節(jié)點按需接入、業(yè)務應用下沉部署、云邊數(shù)據(jù)互傳聯(lián)動等云邊協(xié)同問題，滿足客戶對邊緣資源遠程管控、協(xié)同數(shù)據(jù)處理、智能化分析決策等需求。
圖11 移動云邊緣智能服務平臺
云安防產品使用EISP進行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一部署，如圖11，通過在邊緣側接入監(jiān)控設備，將視頻流就近推送到邊緣側服務，就近上傳到移動云對象存儲EOS。
3.5 云安防的邊緣架構優(yōu)勢
邊緣計算是一種分布式運算的架構，其將應用程序、數(shù)據(jù)資料與服務的運算由網絡中心節(jié)點移往網絡邏輯上的邊緣節(jié)點來處理。由于邊緣節(jié)點離用戶或數(shù)據(jù)源頭更近，因此數(shù)據(jù)的傳輸和處理速度可以有效提升，減少延遲。同時數(shù)據(jù)的處理、存儲和應用分散在大范圍的設備和數(shù)據(jù)中心，因此單一的攻擊很難破壞整個網絡；另一方面，傳統(tǒng)云計算將家庭監(jiān)控、工廠監(jiān)控等設備采集的隱私數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的路徑比較長，容易導致數(shù)據(jù)丟失或者信息泄露等問題，而通過在邊緣保存和處理數(shù)據(jù)，則能夠有效避免這一風險；此外，收集到的數(shù)據(jù)的所有權也將從服務提供商轉移到最終用戶。
中國移動CDN采用一級的運維系統(tǒng)和多級的分布的扁平化架構， CDN覆蓋范圍廣泛，已覆蓋31省342個地市，利用CDN與邊緣計算的高匹配性進行資源復用。無需新建機房也能進一步降低成本。全網CDN服務器超過2萬臺，有一定余量設備用于邊緣計算，對閑置節(jié)點進行云化改造，以邊緣云形式承載應用。如圖12。
CDN可同時向固網和移動網用戶提供服務，邊緣機房已具備固網條件，可隨5G UPF下沉部署。固移融合是網絡的一大發(fā)展趨勢，可為用戶提供更加無縫感知的網絡服務。
圖12 中國移動云邊架構
網絡是邊緣計算的核心能力之一，邊緣計算系統(tǒng)的部署也會對相關網絡的能力與架構產生重要影響。
用戶通過ECA（Edge Computing Access，邊緣計算接入網絡），從用戶系統(tǒng)接入到邊緣計算系統(tǒng)。邊緣節(jié)點各組件通過ECN（Edge Computing Network，邊緣計算內部網絡）進行內部的網絡通信。對于外部的訪問，如中心云、第三方云服務等，則通過ECI（Edge Computing Interconnect，邊緣計算互聯(lián)網絡）從邊緣計算系統(tǒng)到目的網絡進行互聯(lián)，如圖13。
圖13 移動云云安防邊緣網絡接入
邊緣存儲同樣是邊緣計算的核心能力之一。不同于集中式云存儲服務，邊緣存儲將數(shù)據(jù)存儲從遠距離的云服務器端，遷移到離數(shù)據(jù)更近的邊緣存儲設備或邊緣數(shù)據(jù)中心就近存儲，具有更低的網絡通信開銷、交互延遲和帶寬成本，更高的自適應能力與可擴展性。
依托中國移動強大的5G+ CDN邊緣節(jié)點組成各級云邊安防系統(tǒng)，通過邊云高速通道進行視頻流的回源或分發(fā)，云安防架構將演進為覆蓋全國、就近接入、就近存儲、就近觀看的統(tǒng)一視頻云管控平臺。
4 總結
移動云云安防通過開箱即用的設備管理、視頻存儲、監(jiān)控回看和用量統(tǒng)計等功能，提供了一體化的云安防解決方案，并基于運營商領先的云邊、云網融合優(yōu)勢，使用中心+邊緣的服務架構對外提供可用性高、安全性強、接入速度快的服務。
移動云云安防是移動云視頻服務產品之一，針對不同的用戶使用場景，移動云視頻服務還提供視頻點播、視頻直播、音視頻通信、媒體轉碼、短視頻、視頻內容審核等視頻產品，在移動云視頻服務的產品演進過程中，將會聚合各場景服務的底層架構，打造統(tǒng)一的視頻云底座，為應用提供統(tǒng)一的邊緣側視頻AI、轉碼等計算能力，滿足邊緣計算中“場景更適配、計算更智能、設備更多樣、管理更便捷、價格更低廉”的客戶訴求，最終形成泛視頻接入、邊緣設備管理、AI 能力下沉、端邊AI推理、邊緣聯(lián)邦學習、數(shù)據(jù)特征和模型上云的閉環(huán)。
參考文獻
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