移动网络实时监控系统

具有较高的性能．
关键词：移动网络；手机；实时监控；Ｊａｖａ２微版本；Ｊａｖａ媒体框架
中图法分类号：ＴＰ３１
文献标识码：Ａ 文章编号：１０００．７０２４（２０１０）１０．２１９６．０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅａｄ·ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｍｏｂｉｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ
采用自缓冲输入流机制，播放线程和数据缓冲线程同时
器获取媒体数据。
工作。一方面播放器线程从数据缓冲区取出视频数据进行播
３．１手机端播放器的实现
放，另一方面数据缓冲线程根据缓冲池的情况从网络获取数
流媒体视频数据的播放采用Ｊ２ＭＥ的多媒体处理框架 据填入数据缓冲。
ＭＭＡＰＩ。ＭＭＡＰＩ最主要的两个任务是：处理数据传输协议和 ３．１．２双Ｐｌａｙｅｒ播放模式
ＪＭＦ视频数据可以通过多种途径获得，本系统的视频数 据源来于摄像机。ＪＭＦ把数据源抽象为ＤａｔａＳｏｕｒｃｅ对象，通过 一个简单的连接协议管理媒体源，而这种媒体源一般包含视 频源或音频源。在创建视频数据源时，根据相应的视频格式 扫描本地可用的输入设备以进行数据源的连接。 ３．２．２双缓冲多线程技术
程序的功能。在这里Ｗｅｂ服务器的核心逻辑封装在ＪａｖａＢｅａｎ 中。其中有３个主要的ＪａｖａＢｅａｎ：数字监控Ｂｅａｎ，图像监控 Ｂｅａｎ和数据库访问Ｂｅａｎ。数字监控Ｂｅａｎ实时监听并接收数 字监控端的更新数据，并调用数据库访问Ｂｅａｎ更新本地数据 库。图像监控Ｂｅａｎ监听并接收视频监控端发送过来的流媒 体视频数据，填入到本地的流媒体数据缓冲区。视频监控端 通过ｎ伍媒体框架控制视频捕捉设备采集图像数据并进行压 缩，然后通过ＴＣＰ Ｓｏｃｋｅｔ连接把数据推送到Ｗｅｂ服务器上的
字数据）的接收、处理和显示，设备控制等。 Ｊ２ＭＥ提供ＨｒｒＰ、Ｓｏｃｋｅｔ等网络连接方式，使手机能够直
图２流媒体播放模块结构
ＡＰＩ，在本系统中手机监控客户端采用帅的连接方式，通 接访问网络资源。考虑到并不是所有的ＪＶＭ都支持Ｓｏｃｋｅｔ
为了在图像监控中实现对流媒体视频数据的快速接收与 流畅播放，客户端在接收网络数据时引入自缓冲输入流机制，
过ＨｔｔｐＣｏｎｎｅｅｔｉｏｎ类建立与Ｗｅｂ服务器的连接。Ｗｅｂ服务器 采用流技术把数据返回给手机，即Ｗｅｂ服务器收到用户的合
并在播放时采用双Ｐｌａｙｅｒ播放模式。 ３．１．１ 自缓冲输入流机制
法请求后把数据包装进一个Ｓｔｒｅａｍ返回给Ｊ２ＭＥ客户端，客户
由于移动网络数据传输的不稳定，为了提高流媒体数据
２监控系统设计
２．１监控系统客户端的设计 监控系统手机客户端基于Ｊ２ＭＥ平台设计。Ｊ２ＭＥ是目前
收稿日期：２００９－０６－１１；修订日期：２００９．０８．１２。 作者简介：吴建华（１９“一），男，广东肇庆人，硕士研究生，研究方向为中间件技术； 徐浩，博士，工程师，研究方向为移动中间件技术； 丁月华，博士，高级工程师，研究方向为移动中间件与智能中间件技术。Ｅ－ｍａｉｈ ｅｓ－ｗａｒｎｅｒ＠１６３．ＣＯｌ
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计算机工程与设计ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎ
·网络与通信技术·
移动网络手机实时监控系统的设计与实现
吴建华， 徐浩， 丁月华 （华南理工大学计算机应用工程研究所，广东广州５１０６４１）
摘要：通过分析动力环境实时监控系统的实际需求，结合移动网络、Ｊ２ＭＥ、Ｊａｖａ媒体框架等技术，提出了一个基于移动网络
数据ｆｅａｄ
工
３图像监控的实现
播放
工
Ｗｅｂ服务器上的图像监控Ｂｅａｎ中管理视频数据缓冲区，
Biblioteka Baidu结束
在缓冲区中实现对媒体数据的分割，客户端建立一个Ｉ／Ｏ流线
程，通过ＨＴＴＰ协议请求数据，每次通过流技术返回一个媒体 数据块和下一个数据块的地址，再根据返回的地址发送请求。
图３ 自缓冲输入机制流程
这样，通过合理设置数据块大小，可以达到持续不断地从服务
缓冲区输入流中提取下载的数据块时，两个Ｐｌａｙｅｒ轮换播放。 在一个线程的Ｐｌａｙｅｒ将要播放完的时候唤醒另一个Ｐｌａｙｅｒ的 线程，并ｐｒｅｆｅｔｃｈ另一个Ｐｌａｙｅｒ。这样通过双Ｐｌａｙｅｒ播放模式 可以达到流畅视频播放效果。 ３．２图像监控端的实现
图像监控端采用ＪＭＦ（Ｊａｖａ多媒体框架）进行视频数据的 采集、压缩、处理和发送。ＪＭＦ提供了丰富的类以用于处理视 频和音频多媒体的捕获、播放、收发及控制，但如何组织和使 用好他们，如何高效地进行数据的捕获与压缩，如何合理地利 用好数据源的多路应用进行网络传输等，对实现高效、稳定、 可靠的视频监控具有重要的意义。 ３．２．１视频数据的捕获
．Ｊｊ１．播．．．．放．．．．线．．．．．程．．．．１．．Ｊ
主
二［ 建立ＨｒｒＰ 连接
打开输入流
皇 初始化缓冲区 设置缓冲池大 小和缓冲阀值
检测缓冲区
等待缓冲数据
墨罱秽 ｒ可用数据／
＼／
Ｙ ｔ
囊翮 读取数据¨
图像监控Ｂｅａｎ。数字监控端收集目标监控设备的状态数据并
读取流媒体
视频 数据
实时推送到Ｗｅｂ服务器上数字监控Ｂｅａｎ。
万方数据
吴建华，徐浩，丁月华：移动网络手机实时监控系统的设计与实现
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圣兰羝垂粥 Ｗｅｂ服务器
并绘制到输出设备上。流媒体播放模块结构如图２所示，通 过Ｍａｎａｇｅｒ类的静态方法ｅｒｅａｔｅＰｌａｙｅｒ ０创建一个播放器
控 黔。制流…刊１鲨圆：㈧№鹂
ＪＤＢ刊数据库
Ｐｌａｙｅｒ对象，以视频数据缓冲区的ｌｎｐｕｓｔＳｔｒｅａｍ作为传入参 数。接着，调用Ｐｌａｙｅｒ对象的ｒｅａｌｉｚｅ（）进行播放器的初始化， 再通过Ｐｌａｙｅｒ的ｇｅｔＣｏｎｔｒｏｌ（“ＶｉｄｅｏＣｏｎｔｒｏｌ”）方法获取控制器 ＶｉｄｅｏＣｏｎｔｒｏｌ对象，最后通过调用ＶｉｄｅｏＣｏｎｔｒｏｌ的ｉｎｉｔＤｉｓｐｌａｙ－ Ｍｏｄｅ方法，并设置为ＵＳＥ ＧＵＩ ＰＲＩＭＩＴＩＶＥ模式把控制器在
Ｏ引 言
３Ｇ技术使得移动网络的传输速度得到大幅度的提升，突 破了实时监控系统对速度的限制。移动手机的性能越来越好， 屏幕越来越大，且小巧轻便，适合携带，使用手机进行监控，用 户能够利用手机的移动性、方便性、实时性，随时随地的监控目 标对象，向被监控对象发送控制指令。被监控对象也能实时的 把告警和事件信息发送给用户，满足用户快速做出决策的需 求。这样，原有ＰＣ监控产品中的部分功能可以延伸到手机上。 这是动力设备及环境集中监控系统未来的一个发展方向。然 而目前大部分的手机监控产品存在不足，如性能低、效率差，视 频监控数据接收延时大和播放不连贯等，不能满足动力环境系 统的监控要求。本文以动力环境系统监控的需求为背景，结合 移动网络、Ｊ２ＭＥ、Ｊａｖａ媒体框架等技术设计一个手机实时监控 系统，实现在移动手机上对监控目标的图像监控和数字监控。 同时，针对图像监控的高实时性要求，在图像数据捕捉与网络 传输、数据获取与播放等方面对图像监控通道的设计提出创
新的优化方案以提高系统的性能、实时性和可靠性。
ｌ监控系统的总体架构
本手机实时监控系统提供两个监控通道：图像监控通道 和数字监控通道。图像监控通道传送监控的图片数据和视频 数据，数字监控通道传送监控的数字数据。如图１所示，手机 上的监控客户端通过移动网络访问Ｗｅｂ服务器。数字监控端 收集设备的状态数据并对设备发送控制命令：图像监控端通 过ＪＭＦ（Ｊａｖａ媒体框架）控制视频设备采集图像监控数据。以 Ｗｅｂ服务器为中介，数字数据经由数字通道由数字监控端传 送到手机客户端，图像数据经由图像通道由视频监控端传送 到手机客户端。Ｗｅｂ服务器内包括多个接收请求Ｓｅｒｖｌｅｔ和装 封核心处理逻辑的ＪａｖａＢｅａｎ。
图１手机实时监控系统架构
手机等移动设备广泛使用的开发平台。目前绝大手机基本上 提供Ｊａｖａ虚拟机，在Ｊ２ＭＥ平台上开发应用程序不会受手机操 作系统的约束。本系统在手机端基于Ｊ２ＭＥ环境开发监控客 户端。客户端的主要功能包括网络连接、数据（图像数据和数
手机界面显示出来。
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的手机实时监控系统的设计方案。涵盖了图像监控和数字监控两条通道，实现了视频监控、监控数据实时查询、告警和控制
命令等功能．针对图像监控通道中高实时性的要求，提出了双缓冲多线程图像捕捉、自缓冲输入流机制、双播放器播放模式
等多个创新方法对系统进行优化．最后结合系统在动力环境监控系统中应用案例，表明了系统的可行性和可靠性，且系统
数据内容。处理数据传输协议就是把数据从数据源读入到媒
在客户端进行流媒体数据播放时，创建两个Ｐｌａｙｅｒ，每个
体处理系统中。处理数据内容的意义在于将数据解析、解码 Ｐｌａｙｅｒ都启动一个播放线程，两个Ｐｌａｙｅｒ轮换播放。每次从自
万方数据
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计算机工程与设计Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ
端利用输入流ｌｎｐｕｔＳｔｒｅａｍ来接收数据，并将数据转换为适当 的类型，以便在手机上显示。
的接收与播放效率，客户端引入自缓冲输入流机制接收网络 数据用于构建流媒体视频播放。这种缓冲模式不需要服务器
２．２监控系统服务器端的设计
端配合，它能够根据网络和机器性能调整缓冲池的大小以保
Ｗｅｂ服务器端的Ｓｅｒｖｌｅｔ负责接收手机客户端的ＨＴＴＰ请 持播放器的视频画面的连贯性。自缓冲输入流类ＳｅｌｆＢｕｆｆｅｒｅｄ－
求，Ｓｅｒｖｌｅｔ根据请求的类型把请求转交给下层相应的Ｊａｖａ，Ｂｅａｎ 进行处理。ＪａｖａＢｅａｎ是一种基于Ｊａｖａ的软件组件，ＪａｖａＢｅａｎ组
ＩｎｐｕｔＳｔｒｅａｍ继承ｌｎｐｕｔＳｔｒｅａｍ，重写ＩｎｐｕｔＳｔｒｅａｍ的ｒｅａｄＯ方法获
取网络数据。缓冲输入机制的流程如图３所示。
件可以用来执行复杂的计算任务，可以无限地扩充Ｗｅｂ应用
ＷＵ Ｊｉａｎ—ｈｕａ，ＸＵ Ｈａｏ，ＤＩＮＧ Ｙｕｅ－ｈｕａ （Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｔｅｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｔ ｐｏｗｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ，ａｌｌ ｉｄｅａ ｏｆ ａ ｍｏｂｉｌｅ ｂａｓｅｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ，Ｊ２ＭＥ，ＪＭＦ ａｎｄ ＳＯ ＯＩｌ ａｎｄ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ．Ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｍ ａｃｑｕｉｒｅｍｅｎｔ， ｅｖｅｎｔ ａｌａｒｍｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ａｒｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｏ ａｄｄｒｅｓｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｌｙ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄｅｍａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ，ｔｈｅ ｃｒｅａｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｄｏｕｂｌｅ·ｂｕｆｆｅｒ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ－ｔｈｒｅａｄ ｄａｔａ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ，ａｕｔｏ－ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ ｉｎｐｕｔ ｓｔｒｅａｍ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｄｏｕｂｌｅ ｐｌａｙｅｒ ｐｌａｙ ｍｏｄｅ ａｌｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ＯＵｔ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ ｃａｓｅ ｏｆａ ｐｏｗｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｍｏｂｉｌｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｂｉｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒ；，Ｊａｖａ２ Ｍｉｃｒｏ Ｅｄｉｔｉｏｎ；Ｊａｖａ Ｍｅｄｉａ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ