NGHIÊN CỨU MẠNG CAMERA THÔNG MINH PHỤC VỤ GIÁM SÁT AN NINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LỜI CẢM ƠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Để hoàn thành luận văn này, em xin cảm ơn chân thành đến thầy LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC giáo PGS TS Nguyễn Ngọc Bình, người định hướng khoa học, thu thập kiến thức hướng dẫn em suốt trình làm việc NGHIÊN CỨU MẠNG CAMERA THÔNG MINH PHỤC VỤ GIÁM SÁT AN NINH NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ: NGUYỄN QUANG MINH Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN NGỌC BÌNH HÀ NỘI - 2006 Nguyễn Quang Minh Hà nội, 11 - 2006 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ BS giám sát với người dùng Tại đây, tác tử di động giao tiếp với CHƯƠNG : MỞ ĐẦU người dùng chuyển yêu cầu người dùng thành nhiệm vụ 1.1 DẪN NHẬP 1.2 GIỚI HẠN HỆ THỐNG VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯƠNG TỰ 1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 10 giám sát tương ứng trao đổi thông tin với hệ thống Thuật CHƯƠNG : MÔ HÌNH THIẾT KẾ SC & SCN 12 2.1 ĐỊNH HƯỚNG THIẾT KẾ SCN 12 2.2 KIẾN TRÚC PHẦN CỨNG VÀ KHỐI CHỨC NĂNG CỦA MỘT SC 15 2.3 KIẾN TRÚC PHẦN MỀM TRONG SC 17 2.4 TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN 24 ngữ tương đương OCU (Operator/ Control Unit) SC khối chức khác lưu trữ, truyền thông, xử lý, 3.1 ZEROCONF 28 3.2 KIẾN TRÚC ĐÁNH ĐỊA CHỈ TỰ DO AFA 30 3.3 TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN 34 điều khiển PTZ SCN 4.1 CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN THỐNG 37 4.2 THIẾT KẾ GIẢI PHÁP ĐỒNG BỘ BỘ ĐẾM TRONG SCN 38 4.3 TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN 41 hướng kiện hệ thống phục vụ cho mục đích giám sát an ninh SCN đại diện hệ thống xử lý hình toàn năng, 5.1 ĐỊNH TUYẾN AODV 44 5.2 ĐỊNH TUYẾN ZRP 46 5.3 LỊCH TRUYỀN THÔNG CỦA THÔNG ĐIỆP PHÁT SINH THEO CHU KỲ 50 5.4 TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN 56 6.1 TẬP GIAO THỨC SPINS 59 6.2 TẤN CÔNG TỪ CHỐI DỊCH VỤ DOS 68 6.3 TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN 71 CHƯƠNG : VẤN ĐỀ PHÂN TẢI, LIÊN KẾT NHIỆM VỤ GIÁM SÁT TRONG SCN 73 7.1 PHÂN TÁN NHIỆM VỤ CHO SC TRONG SCN 76 7.2 ỨNG DỤNG TÁC TỬ THÔNG MINH 84 7.3 TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN 89 CHƯƠNG : LƯU TRỮ NỘI DUNG TRONG SCN 91 8.1 CHỌN LỰA THIẾT KẾ 94 8.2 CẤU TRÚC DỮ LIỆU 97 8.3 LƯU TRỮ DỮ LIỆU VÀ THÔNG TIN TÓM TẮT 103 8.4 TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN 105 KẾT LUẬN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 PHỤ LỤC 113 Smart Camera Network, mạng liên kết camera thông minh Là mạng liên kết SC, không hướng cấu trúc mà CHƯƠNG : ĐỊNH TUYẾN VÀ LỊCH TRUYỀN THÔNG TRONG SCN 43 CHƯƠNG : AN NINH TRUYỀN THÔNG TRONG SCN 59 Smart Camera, camera thông minh Ngoài phận cảm biến ghi hình khung cảnh biến đổi thành liệu số, SC có CHƯƠNG : KIẾN TRÚC ĐÁNH ĐỊA CHỈ TỰ DO TRONG SCN 26 CHƯƠNG : ĐỒNG BỘ BỘ ĐẾM TRONG SCN 35 Base Station, trạm gốc Điểm gắn kết hệ thống camera hệ thống đa phương tiện nhúng phân tán s_clu Surveillance Cluster, nhóm camera giám sát Một nhóm tạo SC có quan hệ kiện, nhiệm vụ proxy Trong SCN, khái niệm dùng để SC hoạt động chế độ trung gian giao tiếp ứng dụng tra cứu, BS với SC khác Tên gọi khác: AGM (Archive/ Gateway Module) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Các dự án nghiên cứu định tuyến mạng ad-hoc 43 Bảng Các loại giao thức ZRP 48 Bảng Các lớp mạng phòng chống công từ chối dịch vụ 69 Bảng Thuật toán CSP cục 77 Bảng Thuật toán CSP cục có tỉa sớm 78 Bảng Thuật toán trộn hai thành phần 80 Bảng So sánh tính hệ lưu trữ nội dung 93 Bảng So sánh phương pháp đánh mục 102 CHƯƠNG : MỞ ĐẦU 1.1 DẪN NHẬP Việc ứng dụng mạng camera để giám sát an ninh khu vực đưa vào thực tế từ lâu Theo dòng phát triển khoa học công nghệ, mạng camera giám sát phát triển không ngừng, đến trải qua ba hệ công nghệ Thế hệ đầu tiên, giai đoạn sử dụng camera tương tự CCTV, tín hiệu hình ảnh truyền từ trung tâm, nơi có đặt thiết bị xuất hình hay DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Các hệ thống camera giám sát hệ thứ thứ hai Hình Hệ thống camera giám sát hệ thứ ba Hình Định hướng thiết kế SCN 13 Hình Sơ đồ khối chức phần cứng SC 15 Hình Kiến trúc phần cứng đánh giá mức tiêu thụ lượng SC 16 Hình Kiến trúc phần mềm SC điển hình 19 Hình Cách đánh địa IP theo vị trí SC 26 Hình Mô hình hệ thống hướng kiện [CG_06] 30 Hình Đường găng đồng thời gian truyền thống RBS 41 Hình 10 Tuyến zone nút A trường hợp ρ = 47 Hình 11 Tái cấu trúc zone nút chuyển vị 49 Hình 12 Truyền thông điệp qua bước truyền 51 Hình 13 Hai kiểu lịch truyền thông 52 Hình 14 Sử dụng chuỗi khóa theo khe thời gian để xác thực gốc truyền tin 65 Hình 15 Phòng chống công DoS kiểu gây nghẽn 70 Hình 16 Kiến trúc TSAR với proxy SC 94 Hình 17 Một skip list skip graph với n = nút [log n] = mức 99 Hình 18 Bản ghi lưu trữ đơn 103 lưu trữ băng từ Thế hệ thứ hai, có tiến chuyển xuất thiết bị số đặt trung tâm, dòng liệu hình truyền tải phân tích xử lý tự động theo thời gian thực Hệ thống có khả đưa cảnh báo dựa phân tích tự động liệu nhận camera cung cấp Hình Các hệ thống camera giám sát hệ thứ thứ hai Thế hệ thứ ba, hệ mạng giám sát ngày nay, có thay hoàn toàn camera tương tự camera số nên dòng liệu hình truyền trung tâm dòng video qua nén để tối ưu băng thông sử dụng trực tiếp hạ tầng mạng IP Ethernet hay Wireless LAN Tại trung tâm thiết bị có hiệu cao nhiều so với hệ trước - Thiếu tính tự chủ Thông tin điều khiển theo hướng từ trung tâm đến camera, camera khả trao đổi thông tin trực tiếp - Không có khả tái cấu trúc kiến trúc phân tầng phân chia chức vùng hệ thống dẫn đến khả thích nghi hệ thống không cao Điều dẫn đến việc lai ghép hay phân tách hệ thống khó khăn Hệ thống không phân tách tùy ý Hình Hệ thống camera giám sát hệ thứ ba tồn trung tâm điều khiển Khái niệm camera thông minh intelligent camera bắt đầu đưa Về tổng quan, hệ thống giám sát an ninh gồm có thành phần vào thời điểm này, với định nghĩa đơn giản camera tiền xử lý hình ảnh thu nhận Tuy nhiên hệ thống hệ thứ ba chưa thật đáp ứng nhu cầu sau: Kiến trúc cảm biến người dùng nhiều trường hợp Nguyên nhân sâu xa nằm kiến trúc Các thuật toán phát xử lý cấp thấp hệ thống Kiến trúc có nhiều nhược điểm, cụ thể như: Kiến trúc xử lý tính toán phần cứng - Tính chịu lỗi thấp Khi có cố trung tâm điều khiển dễ dẫn đến Kiến trúc xử lý tính toán phần mềm điều khiển hệ thống, phân tích xử lý liệu hình bị đình trệ đến Giao diện người dùng cố khắc phục Các thuật toán cấp cao để hợp liệu loại bỏ kiện - Thông tin chưa mong muốn Để có kết phân tích liệu không mong muốn hình chất lượng cao, liệu hình truyền tải trung tâm phải chọn Trong năm gần đây, người ta tập trung nghiên cứu thay đổi phương pháp nén không thông tin lossless tốc độ dòng bit cao kiến trúc hệ thống thành phần 3, từ xử lý tập trung sang phân tán Bài toán đặt cân nhắc băng thông tỷ số nén Những Tất nhiên thay đổi kiến trúc dẫn đến thay đổi tương phương pháp nén JPEG, MPEG hay MJPEG cho tỷ số ứng phần lại Hệ thống xếp loại hệ thứ 3+ nén tốt thuộc loại nén thông tin Như xảy Luận văn xây dựng nhằm mục đích nghiên cứu xây dựng trường hợp có liệu truyền trung tâm chất lượng liệu sản phẩm hệ thống nhóm hệ 3+ Sản phẩm không đáp ứng nhu cầu ứng dụng đặt tên HỆ THỐNG CAMERA THÔNG MINH - Smart Camera Networks (SCN) Các tác vụ trích chọn đặc trưng, phát chuyển động thông tin cảnh báo truyền trung tâm trước song song với việc truyền dòng liệu hình tốc độ khung chất lượng ảnh khác 10 1.2 GIỚI HẠN HỆ THỐNG VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯƠNG TỰ Do điều kiện kỹ thuật chưa có điều kiện triển khai thực tế Việt Nam Các hệ thống xử lý hình toàn ubiquitous vision system (UVS) , mong muốn đạt nhà khoa học máy tính giới Trên lĩnh vực cụ thể giám sát an ninh khu vực SCN coi đại diện tiêu biểu UVS, chọn lựa xây dựng SCN phạm vi ràng buộc công nghệ ứng dụng định SCN tổng quát định nghĩa mạng camera phân tán thực phân tải phân tán xử lý tính toán3 Trên giới, hệ thống gần tương tự SCN nhiều nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng an ninh quốc phòng Mục tiêu xây dựng hệ thống SCN cho thị trường dân an ninh khu vực, nên tập trung xây dựng giải hai toán mạng giám sát an ninh phân tán, cụ thể là: Bài toán CB1: Đánh giá tác động chế điều chỉnh phân tán nhiệm vụ giám sát cho SC SCN Bài toán CB2: Tìm kiếm thông tin, liệu hình lưu trữ SCN Các ứng dụng phát trích chọn đặc trưng cục xử lý camera đơn coi đơn giản không trình bày luận văn Tuy phân tích hành vi đối tượng, phân tích tình phát chuyển động bất thường ứng dụng phức tạp giải việc phát triển toán CB1, nằm phạm vi nghiên cứu luận văn nên không trình bày mà dành cho nghiên cứu mở rộng nên hai toán nêu xây dựng giải sở phân tích, đánh giá thử nghiệm mô hình mô phòng thí nghiệm 1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Luận văn ứng dụng nhỏ ngành khoa học máy tính vào lĩnh vực giám sát an ninh khu vực sở để xây dựng hệ thống thương mại mới, phù hợp với mặt khoa học công nghệ Việt Nam Những đóng góp mặt khoa học luận văn là: - Đề xuất chuyển đổi thuật toán xử lý ảnh thông tin hình tập trung thành liên kết nhiệm vụ phân tán mạng phân tán thực thiết bị nhúng đáp ứng thời gian thực - Đề xuất sử dụng framework mềm dẻo cho phần mềm sử dụng tác tử thông minh di động liên kết nhiệm vụ hướng phát triển ứng dụng cho thiết bị nhúng - Đề xuất sử dụng cấu trúc lưu trữ hệ thiết bị nhúng phân tán với hai lớp suốt ứng dụng người dùng cho toán lưu trữ tra cứu liệu hình - Đề xuất sử dụng phương pháp truyền thông vô tuyến phi cấu trúc cho hệ thống giám sát an ninh trường hợp khẩn cấp đặc biệt Từ toán CB1 dễ dàng phát triển thành toán tương tự giải vấn đề phức tạp Bài toán CB2 khuôn mẫu ví dụ cho việc xây dựng hệ thống lưu trữ nhúng phân tán khác Các ứng dụng, nghiên cứu SCN tái sử dụng phát triển cho hệ thống đa phương tiện phân tán khác ví dụ Smart Audio Network, hay tổng quát ví dụ Smart Sensor Network Capture and maintain an awareness of dynamic events of variable spatiotemporal resolution and of multiple levels of abstraction Physically distributed cameras and distributed computing 11 Bố cục Chương nêu Giới hạn hệ thống; vấn đề định hướng chọn lựa kiến trúc phần cứng phần mềm cho SC phần tử hệ thống SCN Chương 3,4,5,6 chủ đề hệ thống SCN vấn đề đánh địa SC, vấn đề đồng bộ đếm, vấn đề định tuyến, vấn đề an ninh 12 Chương : MÔ HÌNH THIẾT KẾ SC & SCN Hệ thống SCN xây dựng dựa tảng SmartCamera (SC) phân tán truyền thông không dây ngang hàng (ad-hoc) chúng - Mỗi SC hệ thống nhúng có đáp ứng thời gian thực RTES4 - Truyền thông SCN sử dụng chuẩn 802.115 truyền thông SCN Những chủ đề sở có tác động đến mô Trong ứng dụng, hoàn cảnh cụ thể, SC bình thường hình giải pháp cho hai toán CB1 CB2 giải chương hoạt động chế độ khác diện hệ thống thiết bị khác Phần cuối kết luận hướng nghiên cứu phát triển hệ thống tương tự kế thừa SCN - BS Điểm gắn kết với người dùng, tương tác với hệ thống khác từ nguồn phát sinh điều khiển, dịch vụ thu thập số liệu - Proxy Điểm trung gian BS SC khác hoạt động Router, Data Proxy, RBS - active_SC Hoạt động chế độ bình thường, có xử lý hình ảnh truyền thông - sleep_SC Hoạt động chế độ tiết kiệm lượng, giảm tải xử lý truyền thông 2.1 ĐỊNH HƯỚNG THIẾT KẾ SCN Khi lựa chọn kiến trúc phần cứng phần mềm cho SC SCN cần tuân thủ định hướng thiết kế sau: hướng mở, theo nhu cầu, hướng động mạnh mẽ Các SC chọn phải đủ nhỏ; tối ưu lượng để hoạt động mà không cần thiết bị cấp nguồn khoảng thời gian định; không bắt buộc phải cố định khung nhìn giám sát thay đổi PTZ tùy ý theo ứng dụng Trong trường hợp nhóm SC kết nối phương thức truyền thông tốc độ cao, hướng cấu trúc nhóm SC coi SC đặc biệt hệ thống SC khác giao tiếp với nhóm SC SC độc lập, phân biệt với s_clu, microcluster Trong hệ thống thời điểm hay phạm vi định ứng dụng định có tồn điểm truy nhập tập trung AP ví dụ vệ tinh địa tĩnh, cluster AP nhiên ứng dụng xây dựng nhằm đảm bảo phụ thuộc vào AP hoạt động 13 14 Tính hướng động cần đề cao tất vấn đề SCN, ví ON DEMAND DYNAMIC dụ như: - Dynamic Routing đảm bảo việc truyền thông tốt điều kiện C C hoạt động khác hệ thống, thích nghi tốt với mô hình mạng không hướng cấu trúc SCN - Address-Free Naming Architecture đảm bảo địa đơn cho ROBUSTNESS OPENNESS C C thiết bị phạm vi ứng dụng hỗ trợ tăng tốc tìm kiếm thiết bị dù không tồn điểm tập trung phân phối thông tin Hình Định hướng thiết kế SCN Phục vụ theo nhu cầu - on demand Khác với hướng tiếp cận hệ thống trước, thông tin liệu hình tập trung trung tâm, phân phối thông tin, tham chiếu đến người dùng quan tâm Trong SCN với người dùng, ngữ cảnh, hệ thống có đáp ứng thích hợp Định hướng góp phần đảm bảo đáp ứng thời gian thực hệ thống Việc chia nhiệm vụ giám sát theo mức QoS khác nhau, điều chỉnh mức QoS ứng dụng tùy theo nhu cầu, kiện đảm bảo hệ thống tầm kiểm soát tải xử lý, tải truyền thông Khái niệm on-demand xuất nhiều vấn đề hệ thống SCN, ví dụ như: - Routing on-demand Định tuyến theo nhu cầu - TimeSync on-demand Đồng thời gian theo nhu cầu - Video on-demand Phát hình theo nhu cầu Hướng động - dynamic Đây đặc tính chung thường gặp hệ phân tán Đặc tính giúp SCN có khả tái cấu trúc có cố nhằm thích nghi với ứng dụng, môi trường SCN - Dynamic Task Distribution đảm bảo nhiệm vụ giám sát truyền tải chuyển giao tự động SC SCN mà không cần điểm tập trung phân phối thông tin điều khiển Hướng mở - openness Hệ thống SCN phải hệ thống hướng mở hoàn toàn Dĩ nhiên, thiết kế SCN tuân thủ định hướng on-demand dynamic hệ thống đảm bảo tính thích nghi khả mở Tuy nhiên định hướng mở cần tách riêng để lưu ý người thiết kế SCN cần đảm bảo hỗ trợ khả lai ghép với hệ thống khác Các hệ thống không bắt buộc phải SCN mà hệ multimedia hệ thu thập số liệu khác Mạnh mẽ - robustness Điểm yếu hệ thống cũ lực tính toán hệ thống tập trung hoàn toàn trung tâm điều khiển cố định nâng cấp thiết bị Một hệ thống thiết kế cho 100 camera gặp vấn đề xử lý có bổ sung thêm 1000, 10000 camera Hệ thống SCN xây dựng sở phân tải tính toán, lưu trữ giải vấn đề chọn vẹn, đảm bảo có gia tăng số lượng điểm 15 16 tham gia hệ thống, số lượng nhiệm vụ giám sát kiểm soát tài nguyên hiệu chung hệ Sau kiến trúc điển hình phần cứng phần mềm SC SCN 2.2 KIẾN TRÚC PHẦN CỨNG VÀ KHỐI CHỨC NĂNG CỦA MỘT SC Tại hệ thống tương tự SCN, người ta thường chia SC thành ba khối cảm biến, xử lý truyền thông - Sensor Unit Thu thập liệu hình - Processing Unit Thực thi tác vụ xuất lệnh điều khiển camera - Communication Unit Trao đổi thông tin SC với nhau, với hệ thống khác bao gồm liệu thông tin điều khiển Hình Kiến trúc phần cứng đánh giá mức tiêu thụ lượng SC Dưới khối chức SC hình Khối cảm biến Trung tâm khối cảm biến cảm biến hình CMOS với giao tiếp FPGA giao diện chung với khối xử lý Tuy phần lớn cảm biến hình có phân giải lên đến 12 bit điểm, qua FPGA giảm xuống bit FPGA truyền liệu đến khối xử lý thông qua vùng nhớ đệm FIFO Ngoài có thông số khác định khối cảm biến là: - dynamic range vùng động, ứng dụng đòi hỏi chất lượng ảnh cao, khử mờ với thích nghi với thay đổi điều kiện chiếu sáng cần có cảm biến hình ảnh xử lý chất lượng cao - resolution & frame rate độ phân giải tốc độ truyền khung hình, nhiều cảm biến hình xuất khung hình nhỏ chất lượng thấp CIF hay QCIF Những định dạng phù hợp với thiết bị monitor Hình Sơ đồ khối chức phần cứng SC Hình sơ đồ khối kiến trúc phần cứng SC với hạt nhân DSP TMS320C6415T đánh giá mức tiêu thụ lượng trung bình SC điện thoại PDA Có nhiều ứng dụng đòi hỏi độ phân giải cao ví dụ PAL (720x576 điểm) Phần lớn thuật toán xử lý thường gặp dụng ảnh đầu vào ảnh đa mức xám nhiên với BS ảnh mầu ưu tiên trường hợp xuất trình diễn cho người giám sát Tốc độ truyền khung tối đa thông số quan trọng, thường fps đáp ứng cho việc theo dõi giám sát an ninh 17 18 - digital interface giao tiếp số, cảm biến hình có bao gồm khuếch đại tương tự biến đổi ADC phát triển can thiệp sâu vào phần cứng hệ thống nên đặc tả phần mềm cố gắng phát huy khả trừu tượng hóa giao tiếp ứng dụng API Khối xử lý API giúp người phát triển tập trung vào nhiệm vụ mà không nhiều Do đặc thù công việc xử lý dòng liệu hình với yêu cầu tối ưu thời gian cho vấn đề thực cụ thể Ví dụ phát triển hàm lượng nên DSP chọn lựa hợp lý cho hạt nhân hệ thống Một vài GetVideo() toàn giúp người lập trình truy nhập nhiều nguồn video khác tác vụ đặc thù xử lý trực tiếp khối xử lý đơn lẻ nén hình, (có khác biệt cách thực hiện) mà thay đổi dòng phân tích hình, tính toán đơn, điều khiển camera ứng dụng lệnh chương trình Khối xử lý giao tiếp với khối truyền thông qua bus, ví dụ bus PCI chạy Trong SC cụ thể, kiến trúc phần mềm thiết kế nhằm đảm bảo xung nhịp 133MHz tính mềm dẻo, linh động hiệu cao [DESC_06] Cũng kiến trúc Khối truyền thông phần cứng, tương ứng kiến trúc phần mềm gồm có phần Khối truyền thông đảm nhận việc trao đổi thông tin SC với giới Tổng quát việc truyền thông SC gồm có hai phần - Nội truyền thông giao tiếp với khối xử lý thông qua bus PCI, giao tiếp với khối lưu trữ qua kênh DMA trực tiếp vùng đệm - Ngoại truyền thông thiết lập kênh giao tiếp Ethernet, wireless quản lý tài nguyên để tái cấu hình khả chuyển - SmartCam Framework (SC-FW): hỗ trợ xử lý mạng đóng vai trò cầu nối DSP cung cấp truy nhập giới Thêm vào đó, SC-FW thu thập thông tin trạng thái DSP cung Để tăng hiệu phân tách chức năng, SC có sử dụng xử cấp DSP-FW lý mạng chuyên dụng Đây xử lý hiệu cao dạng System on Chip (SoC) cung cấp tất giao diện cần thiết Ethernet, USB cổng GSM/GPRS đáp ứng mô đun WaveCom kết nối với cổng xử lý Các giao diện khác UMTS, IDE, WLAN tích hợp chung bus PCI, USB cổng 2.3 KIẾN TRÚC PHẦN MỀM TRONG SC Kiến trúc phần mềm SC xây dựng dựa kiến trúc phần cứng, nhiên nhằm phục vụ cho ứng dụng khác nhau, tránh để người trường ứng dụng cho tác vụ thuật toán đặc tả phần cứng LAN hay GPRS - DSP Framework (DSP-FW): hỗ trợ cho DSP cung cấp môi DSP TMS320-C6415T có Mb nhớ đạt đến 8000 MIPS với xung nhịp 1GHz Intel XScale IXP422 có nhớ 256 Mb chạy tốc độ 533 MHz 19 20 o Messaging trái tim hệ thống truyền thông DSP Nhằm tiếp cận kênh truyền thông, việc trao đổi liệu luồng điều khiển tác vụ đảm nhận hệ truyền thông điệp Phụ thuộc vào đích đến, thông điệp chuyển đến DSP hay theo PCI đến DSP khác Bộ xử lý mạng Khi thiết kế hệ thống truyền thông điệp cần bám sát kênh truyền thông đạt hiệu cao nhằm tránh sụt giảm hiệu tốc độ truyền liệu thấp o Dynamic Loading Nhằm việc chuyển đổi qua lại ứng dụng chưa sẵn sàng, hệ thống cần tạm dừng, tải mã chương trình hệ thống bắt đầu Tuy nhiên việc thừa hưởng mềm dẻo hệ thống việc tải gỡ bỏ Hình Kiến trúc phần mềm SC điển hình ứng dụng, trình điều khiển hoạt động Do mô DSP-FW đun tải động tích hợp vào DSP-FW Dynamic loader DSP-FW xây dựng dựa DSP/BIOS, hệ điều hành thời nằm lớp lõi liên kết với hệ truyền thông điệp đến PCI gian thực cung cấp Texas Instruments (TI), cung cấp tác vụ tích hợp trực tuyến với phần mềm ứng dụng hoạt động Để bắt tay tĩnh, đồng đối tượng truyền thông, lớp giao tiếp phần cứng tăng cường khả tái cấu hình, mô đun trừ mô đun cấp phần chip-support library (CSL) DSP-FW cung cấp môi thấp tải động bắt đầu, theo yêu cầu Bởi cách trường hoạt động cho chức hệ điều hành chức dịch vụ ứng dụng tải về, gỡ bỏ thay chuyển tiếp mức thấp Trong trường hợp kích hoạt tái cấu hình phần mềm DSP, trình điều khiển chức cần thiết để bắt đầu DSP lưu lớp trình điều khiển thiết bị sở Các trình điều khiển liên kết với hạt nhân hệ điều hành DSP/BIOS Do vậy, không cần nâng cấp hay thay mô đun sử dụng Tuy nhiên, hệ truyền thông điệp tải hướng động tạo nên mức thấp hệ thống phần lớp trình điều khiển sở - Basic Driver hoạt động - Optional Driver Các trình điều khiển phần cứng không cần thiết trình khởi động tải động có nhu cầu Những trình gồm có trình điều khiển cảm biến hình, trình điều khiển âm thanh, trình điều khiển video tương tự phải tuân theo giao diện chương trình DSPFW 89 7.3 TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN Chương tập trung bàn luận vấn đề cân tải phân chia nhiệm vụ giam sát SCN Dạng toán CB1 tảng cho việc phát triển ứng dụng SCN Thực tế cho thấy hệ thống phải có chiến lược xử lý phân tán CSP đáp ứng thời gian thực nên việc ứng dụng tác tử di động hoàn toàn hợp lý Các kết thu nhận là: - Khi thiết kế: việc chia hệ thống thành nhóm s_clu lợi điểm có định tuyến ZRP, đánh địa AFA, đồng bộ đếm RBS góp phần giảm thiểu không gian lời giải CSP Các s_clu chồng lẫn liên kết thay đổi hoạt động đảm nhiệm tác tử di động - CSP phân tán giải pháp tắc hiệu cho s_clu bổ sung (loại bớt) nhiệm vụ giám sát Nhằm phân chia nhiệm vụ cho SC, cần sử dụng hướng tiếp cận phân tán theo vùng miền, để xử lý CSP cục mà tiết kiệm chi phí truyền thông - Nhằm tìm lời giải khả dụng lược bớt sớm lời giải, cần định nghĩa hàm lượng giá, tích hợp lớp chi phí khác nhằm mô tả mục tiêu Các chi phí liên quan đến tài nguyên phần cứng cần lưu ý để đảm bảo đáp ứng thời gian thực nhiệm vụ giám sát - Hàm lượng giá tích hợp từ tầng thấp thuật toán CSP để giảm bớt không gian tìm kiếm từ tầng nhằm tăng hiệu chung - Việc phân chia nhiệm vụ phải hướng kiện tự động tác tử di động SC 90 - Khi ước lượng: SC phải tiên đoán khả đáp ứng thời gian tham gia vào nhiệm vụ liên kết 91 CHƯƠNG : LƯU TRỮ NỘI DUNG TRONG SCN 92 chế định tuyến thông điệp thông minh chưa trọn vẹn cho vấn đề Nếu toán CB1 liên quan đến hiệu hoạt động thời Ngoài có hướng tiếp cận lai hai hướng SCN toán CB2 liên quan đến khứ hệ thống Trong hệ Geographic Hash Table (GHT) sử dụng cách đánh mục nội mạng cho lưu thống an ninh giám sát khả tra cứu lần vết, dò tìm thông tin kho trữ nội dung phân tán hoàn toàn SC Trong phương pháp này, nội lưu trữ tiêu chí đánh giá quan trọng Các liệu khứ dung liệu có khóa tương ứng phân bổ bảng băm Do đó, việc ghi thường sử dụng với mục đích tìm kiếm hình ảnh bất thường liệu gửi đến bảng băm nút cập nhật vào bảng băm nội mạng kiện, phân tích hành vi Yêu cầu tìm đọc liệu truy vấn bảng băm nội mạng để định vị nút Các ứng dụng lưu trữ nội dung thông tin hệ thống phân tán lưu liệu, từ tìm đến vị trí tương ứng liệu bảng băm nút nghiên cứu triển khai nhiều năm gần Trong SCN Phần lớn cách tiếp cận giả định hệ thống phẳng, SC thu thập số liệu hình từ môi trường phát sinh liệu cho việc xử lý lọc, SC có lượng tương đương Trong hệ thống SCN đặc điểm chuyển đổi lưu trữ cung cấp hạ tầng thông tin chung cho người dùng liệu hình có điểm riêng khác hệ khác là: Lưu trữ nội dung thông tin bao gồm điểm sau: nơi lưu trữ - Phương pháp nén lưu trữ khác phù hợp cho ứng dụng khác số liệu, đánh mục liệu ứng dụng truy xuất thông tin để tối thiểu hóa trễ truyền thông - Dữ liệu đa phân giải: khung hình CIF, QCIF, VGA phù hợp cho Cách tiếp cận đơn giản dòng liệu kiện truyền nhiều yêu cầu giám sát khác điểm tập trung BS, đánh mục liệu để phục vụ truy - Tốc độ khung hình: 2, 10, 15, 25 khung hình giây phù hợp cho xuất sau Tuy nhiên hệ thống động, lượng hạn chế, đa bước nhiều yêu cầu giám sát khác truyền SCN biện pháp không hiệu - Ảnh tĩnh coi trường hợp đặc biệt dòng liệu hình Cách tiếp cận khác SC lưu trữ liệu kiện cục (ví dụ - Ảnh màu ảnh đa mức xám có ứng dụng khác tùy theo ứng ghi vào thẻ nhớ Flash) thao tác ghi chỗ không cần dụng truyền thông Yêu cầu truy xuất, ví dụ kiện SC thành viên, Qua nhiều nghiên cứu ứng dụng, người ta xây dựng nên kiến trúc hình thức thông điệp yêu cầu gửi đến SC đề nghị xử lưu trữ TSAR35 [TSAR_05] phản ánh xác định tính tự nhiên đa lý Trong hệ thống nhỏ, yêu cầu đơn lẻ, đơn giản mô hình lớp mạng cảm biến cảnh báo ứng dụng SCN TSAR khả thi nhiên xác suất tìm kiếm thành công thấp môi trường quảng thành phần kiến trúc lưu trữ PRESTO hợp lưu trữ nội dung bá SCN, dẫn đến trễ yêu cầu cao Các nghiên cứu Directed Diffusion với chế đệm tiên đoán có mang lại số hiệu định, cải thiện khả tìm đọc liệu 35 Two Tiers Sensor Storage Architecture 93 94 Một lợi điểm kiến trúc lưu trữ dung lượng lưu lưu mục metadata theo luật xa gần, multi-resolution trữ nhớ Flash tăng không ngừng theo định luật Moore Các thiết Các cấu trúc mục bảo trì proxy yêu cầu bị lưu trữ Flash yêu cầu lượng cho việc ghi xóa thông trực tiếp hàng đợi đơn định hướng xuống SC Lưu trữ tin SC xa có hiệu phụ thuộc vào proxy Các lưu trữ cục tối Kiến trúc TSAR lợi dụng việc lưu liệu kiện cục thiết bị ưu cho truy nhập theo chuỗi thời gian hay phục vụ ứng dụng có lưu trữ Flash SC Các SC gửi thông tin định danh rút gọn, gọi tần xuất sử dụng cao Các SC theo chu kỳ gửi thông tin trạng thái metadata đến proxy Tùy theo ứng dụng mà metadata nhỏ nhiều tổng hợp chúng proxy Tại với chế đánh giá cache-hit lần so với liệu gốc Các proxy tương tác lẫn để tạo thành hệ mục cache-miss có điều chỉnh tương ứng thông báo ngược lại SC phân tán cho liệu hệ thống Hệ mục cung cấp khung nhìn - Xây dựng nguyên mẫu TSAR dạng đa lớp tổng hợp rộng, logic liệu lưu trữ cho phép ứng dụng xuất hàng đợi proxy dạng Stargate SC dạng Mote Việc triển khai hỗ trợ tìm đọc liệu khứ Cơ chế look-up làm giảm bớt truy không-thời gian, giá trị nội dung hàng đợi dựa khoảng cách vấn tìm đọc hệ thống giảm mức tiêu thụ lượng chung Bảng So sánh tính hệ lưu trữ nội dung HÊ THỐNG Lưu trữ tập DỮ LIỆU ĐỌC GHI Tại điểm lưu Gửi đến điểm trung trữ lưu trữ Không Tìm kiếm rộng, Cục Không Gửi đến vị trí Không Chỉ Phân tán trung Lưu trữ cục CHỈ MỤC Tập trung mục tập nút SẴN SÀNG Có định hướng GHT/DCS Phân tán Nội mạng Bảng băm nút băm nút TSAR/ Phân tán PRESTO Phân tán Tìm proxy Proxy, hàng đợi kiếm Cục cập liệu - Thử nghiệm TSAR kết hợp EmStar/EmTOS lên nguyên mẫu, đánh giá trễ hàng đợi end-to-end mạng đa bước truyền 8.1 CHỌN LỰA THIẾT KẾ Mô hình hệ thống Có nhật mục nút Việc thiết kế theo mô hình TSAR mang lại bốn lợi điểm: - Cốt lỗi kiến trúc TSAR kiến trúc đánh mục phân tán dựa interval skip graph Kiến trúc lưu trữ tổng hợp liệu SC tổ chức chúng nhằm mục đích tìm kiếm dễ dàng Cấu trúc dự liệu có độ phức tạp tìm kiếm cập nhật Ο(log n ) - Tại mức SC, SC tự bảo trì nội dung thông tin lưu trữ thiết bị nhớ Flash Trong kiến trúc lưu trữ này, trạng thái SC Hình 16 Kiến trúc TSAR với proxy SC 95 96 Các SC đóng vai trò proxy quản lý mục cho nhiều SC lân cận - Distinguish data from metadata liệu cần xác định tự không hạn chế việc SC đánh mục nhiều proxy Các giới thiệu với ứng dụng tránh để phải tìm kiếm vét cạn Để thực proxy trao đổi thông tin theo mô hình đồ thị điều này, phải tổ chức metadata với ghi liệu có trường Mô hình sử dụng liệu với quy tắc tường minh nhằm giúp cho việc xác định tổ Việc thiết kế hệ lưu trữ TSAR phụ thuộc vào truy vấn chức hàng đợi hệ thống lưu trữ36 Việc cung cấp metadata xuất hệ thống Các SC cung cấp liệu hình có hai thuộc tính giúp proxy đánh mục metadata có khung nhìn logic thông tin thời điểm địa điểm phát sinh kiện Các ứng tổng quát liệu hệ thống Điều làm tăng hiệu dụng thông thường truy vấn thông tin liên quan thời gian địa điểm hệ thổng, giảm trễ truy vấn thêm nhiều chức hữu dụng kiện Có vài cách xếp phân loại truy vấn ví dụ xây dựng bảng băm dự phòng cục DIMS Các ứng dụng xuất truy vấn dựa giá trị nội dung Và - Provide data-centric query support ứng dụng cần rõ vị trí ghi liệu hệ thống phải cung cấp dòng liệu thông tin truyền tải liên tục từ điểm truyền thông theo thời thường giá trị nội dung v nằm khoảng giá trị (v1,v2) thay gian vị trí xác định Để làm điều cần phải thường xuyên giá trị định Việc đánh mục truy vấn loại dựa việc bảo trì thông tin metadata nhằm làm giảm thiểu giá tìm kiếm theo quản lý thông tin tóm tắt từ SC gửi đến proxy dõi thông tin Các truy vấn sử dụng thông tin tóm tắt thời gian nội dung xuất hệ thống Những truy vấn yêu cầu Thiết kế hệ thống Với thiết kế TSAR, việc ghi kiện thực thực thi đánh mục dựa thời gian giá trị nội dung SC, nhiên ứng dụng bắt đặc tả nội dung metadata Nguyên lý thiết kế metadata giúp ứng dụng xác định vị trí dạng ghi liệu cần truy xuất Việc thiết kế giải pháp lưu trữ cho SCN xây dựng dựa nguyên tắc sau: - Store locally, access globally kỹ thuật lưu trữ cục xây dựng dựa so sánh mức tiết kiệm lượng so với lưu trữ mạng, ước Tùy thuộc vào ứng dụng mà metadata có bao gồm yêu cầu soi phóng to thông tin từ thân liệu, giống metadata trích chọn đặc trưng ảnh hay liệu hình hay cung cấp khung nhìn đa phân giải theo yêu cầu tính rào cản vượt qua tương lại gần Tuy nhiên Nhằm bổ sung cho việc lưu trữ liệu cục bộ, SC theo chu kỳ cần công tác lưu trữ phải tối ưu cho nhu cầu truy vấn ứng cập nhật thông tin tóm tắt cho proxy gần Tổng hợp bao gồm dụng tạo nên giao diện lô gíc đơn với ứng dụng cân chi phí truyền thông lưu trữ 36 Trong Metadata thông tin địa điểm, thời gian cần phải có thông tin đặc thù liệu hình hay giá trị đặc trưng kết xuất từ liệu (tọa độ khung nhìn, độ sáng bình quân, ngưỡng phát chuyển động, entropy, mặt nạ Law ) 97 thông tin địa SC, khoảng thời điểm (t1, t2), trỏ đến vị trí lưu trữ thiết bị nhớ Flash 98 Đầu tiên, độ phức tạp tìm kiếm Ο(log n ) cho lần truy nhập khoảng thời gian phù hợp giá trị nội dung độ phức tạp cho truy Proxy sử dụng thông tin tóm tắt để tạo bảng mục Bảng nhập khoảng thời gian phù hợp Tiếp theo, việc đánh mục mục toàn cục lưu trữ tất thông tin SC nhiên dựa khoảng thời gian tốt đánh mục dựa giá trị tổng hợp lưu trữ phận phân tán proxy Do hệ thống phân tán nội dung ứng dụng nhìn nhận truy nhập liệu hàng đợi cổ điển Đặc biệt Giả định ban đầu có NP proxy NS SC mạng SCN lớp Mỗi hàng đợi không đơn mà dãy hàng đợi thỏa mãn điều proxy phục vụ cho nhiều SC giới hạn cụ thể cho số lượng kiện tìm kiếm Có vài phương pháp thiết lập duyệt chủ mục phù hợp Mỗi SC truyền nội dung tổng hợp theo khoảng thời gian liệu hay cho ứng dụng cụ thể phương pháp trình bày phương kiện đến vài proxy, khoảng thời gian i đại diện pháp hiệu [lowi, highi] Những khoảng thời gian có thể bao gồm thời điểm Do việc mục xây dựng từ tổng hợp chung thay khoảng giá trị dùng cho đánh mục liệu Sẽ giả định liệu thực nên việc lần tìm mục kết gần xác Lợi điểm độ rộng khoảng thời gian quãng cách khoảng thời kỹ thuật tổng hợp TSAR đảm báo kết tìm kiếm không thất gian bại hoàn toàn - false negatives Tuy nhiên trường hợp lần mục bị false Phạm vi hàng đợi dựa khoảng thời gian đưa người positives xảy đối sánh thông tin tóm tắt lần tìm dùng đến mạng proxy SC Mỗi hàng đợi q cần thiết để xác định SC lại không thỏa mãn Các SC phân biệt false positive từ hàng giá trị mục khoảng thời gian [lowq, highq] Kết interval skip đợi kết tìm kiếm tính toán tỷ lệ chúng Dựa tỷ lệ graph đánh mục khoảng thời gian danh mục TSAR phát triển kỹ thuật động thích hợp để cân metadata Skip Graph false positives 8.2 CẤU TRÚC DỮ LIỆU Ở lớp proxy, TSAR thực cấu trúc đánh mục gọi Interval Skip Graph nhằm mục đích tìm kiếm nội cấu trúc liệu phân tán có điểm khoảng giá trị thành phần Interval skip Graph kết hợp Interval Tree - tìm kiếm nhị phân dựa thời gian, Skip Graph - cấu trúc liệu phân tán cho hệ thống ngang hàng [SG_03] Một skip list mở rộng danh sách liên kết đơn thông thường, nhiên để tăng hiệu tìm kiếm người ta bổ sung trỏ đến nút xa thay trì trỏ [SL_90] Mức skip list danh sách kết nối đến nút theo xếp tăng khóa Cho i lớn không, nốt mức i-1 xuất mức i độc lập với vài xác suất p cố định Trong doubly-linked skip list, nút lưu trỏ đến trước trỏ đến sau danh sách xuất hiện, tức có trung bình trỏ 1− p cho nút Các danh sách nút cao giúp cho việc tìm duyệt nhanh 99 100 Quá trình tìm kiếm bắt đầu nút mức cao, xuống mức thấp khoảng [0 log n − 1] liên kết với trỏ khác mức tạo chắn nút cần tìm mức Do nhiều 1− p thành chuỗi n / 2l phần tử ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎟ nút mức nên thời gian tìm kiếm trung bình Ο⎜ log n ⎜ (1 − p )log ⎟⎟ ⎜ p⎠ ⎝ với n nút mức - Probabilistic balance thay sử dụng biện pháp tái cân bằng, skip graph sử dụng kỹ thuật cân ngẫu nhiên đơn giản nhằm bảo trì gần với cân hoàn hảo với sai khác nhỏ - Redundancy resiliency phần tử liệu nằm tìm kiếm độc lập, việc tìm kiếm nút mạng, loại bỏ có điểm chốt gốc tìm kiếm đơn Thêm vào đó, mục trỏ đến nút lỗi, có nghĩa liệu nút lỗi truy nhập được, phần tử liệu lại truy nhập qua tìm kiếm với gốc nút khác Hình 17 Một skip list skip graph với n = nút [log n] = mức Một skip list đơn thiếu dự phòng chịu lỗi, nên phải nâng cấp thành skip graph với membership vector m(x) m(x) từ ngẫu nhiên từ vài chữ cố định độ dài Ο(log n ) tiền tố m(x) cần tạo giá trị trung bình Đề xuất sử dụng membership vector liên kết danh sách skip graph đánh nhãn vài từ w xác định, nốt x danh sách đánh nhãn w w tiền tố m(x) Các thuộc tính Skip Graph gồm có: - Ordered index khóa số nguyên có thứ tự Viêc tìm kiếm bao gồm việc so sánh khóa với mục Thêm vào đó, trỏ mức thấp trỏ đến hạng mục bảng mục - In-place indexing phần tử liệu nằm SC chèn vào, thông điệp truyền nút để thiết lập liên kết phần tử với bảng mục - log n height có tất log n trỏ liên kết với phần tử n số phần tử đánh mục Mỗi trỏ thuộc mức l Các trỏ đến từ phần tử liệu đơn nhị phân Con trỏ duyệt từ mức cao với n/2 phần tử, n/4 mức tiếp tục Việc tìm kiếm duyệt giảm dần từ mức cao đến mức 0, mức so sánh khóa với phần tử mức định dừng duyệt Trong trường hợp cân hoàn hảo có log n mức việc tìm kiếm có trỏ mức Do giả định liệu nằm nút khác nên giá trị đo tìm kiếm số thông điệp truyền nhận có độ phức tạp tìm kiếm Ο(log n ) Quá trình cập nhật từ lên B-Tree với gốc nâng lên mức sinh trưởng Bằng cách này, hai chuỗi mức bao gồm n/2 thực thể không cần tách chuỗi bổ sung cấu trúc Việc cập nhật bao gồm việc chọn lựa 2l chuỗi để chèn vào phần tử mức l Việc bảo trì skip graph cân dựa việc theo dõi phần tử thuộc chuỗi thành phần mức l thuộc chuỗi mức l+1 101 102 Để chèn phần tử phải mức chọn ngẫu nhiên thứ hai (tính từ giá trị tối đa chặn trên) Để tính khóa thứ hai maxi cho đầu chuỗi mức dừng lại đến chuỗi rỗng vào i, người ta sử dụng highi giá trị tối đa thông báo lân cận Ý nghĩa việc triển khai phần tử tương ứng với chuỗi bút ngẫu nhiên Mỗi chuỗi mức l cấu thành bit có l trái i Để tìm kiếm khoảng thời gian có chứa thời điểm v, l bit đầu tiên, nên có chuỗi mức chuỗi chia xác người ta tìm kiếm v bảng mục thứ hai maxi, định vị đường vào làm mức có max i ≥ v Nếu lowi > v khoảng thời gian không chứa v Interval Skip Graph khoảng thời gian nên dừng lại Một skip graph sử dụng để lưu trữ nội dung đơn, để lưu trữ khoảng thời gian [lowi, highi] cho cho phép tìm kiếm hiệu khoảng thời gian giá trị v, cần phải nâng cấp Cấu trúc liệu mở rộng phạm vi tìm kiếm theo cách trực tiếp Interval Skip Graph xây dựng việc ứng dụng phương pháp tìm kiếm có tham số cho tìm kiếm nhị phân tạo Interval Tree Đặc điểm Interval Tree nút quản lý thông tin cho đoạn nút có hai nút quản lý đoạn cuả đoạn quản lý nút Phương pháp dựa việc quan sát cấu trúc tìm kiếm việc so sánh khóa nhị phân dùng tiếp để tìm khóa thứ hai không bé khóa Với tập khoảng thời gian xếp theo thứ tự không giảm lowi ≤ lowi +1 , người ta định nghĩa khóa tổng tối đa max i = max k =0 i (highk ) Tập khoảng thời gian có bao gồm thời điểm v tìm kiếm theo khoảng thời gian bắt đầu (khoảng thời gian có lowi thấp - Lookup Complexity có độ phức tạp tìm kiếm Ο(log n ) - Insert Complexity trường hợp xấu Ο(n ) Sparse Interval Skip Graph Trong phần trước chi phí chèn xóa Interval Skip Graph trường hợp xấu có độ phức tạp Ο(n ) so với Ο(log n ) Interval tree Nguyên nhân khác biệt skip graph có cấu trúc tìm kiếm đầy đủ với gốc phần tử để phân tải chịu lỗi hệ thống phân tán Trong TSAR số lượng nút proxy nhỏ so với số SC (có liệu tổng hợp đánh mục) nên dẫn đến tiết kiệm đáng kể xây dựng full search - Implementation độ phức tạp log N P + Ο(1) , trường hợp xấu N P log n - Short-cut search trung bình log N P + Ο(1) bước, ước tính độ phức tạp Ο(log N P ) Bảng So sánh phương pháp đánh mục nhất) mà max i ≥ v Khi duyệt theo giá trị tăng chặn gặp khoảng thời gian mà lowi > v, chọn khoảng thời gian cho intersect v Với cách tiếp cận này, người ta tham số hóa cấu trúc liệu skip graph với đầu vào lưu trữ khoảng (chặn chặn trên) khóa Range Interval Re- Query Representation balancing no no no yes yes no Resilience Small Large Networks Network yes good good yes good bad Support DHT,GHT Local index, flood query 103 104 khuôn dạng ghi: gồm có trường metadata bao gồm nhãn thời P-tree, RP* (distributed yes possible yes no good good yes no yes yes yes yes trường liệu ghi Trường liệu coi nguyên yes yes no yes good good khối đặc tả ứng dụng thông tin chung đưa vào B-Tree DIMS Interval Skip Graph gian, số SC, thông số chung Các liệu hình túy lưu metadata hệ thống lưu trữ không cần quan tâm chi tiết đến trường 8.3 LƯU TRỮ DỮ LIỆU VÀ THÔNG TIN TÓM TẮT Như hệ xử lý ảnh camera ảnh nhị phân nhiều Ở mức SC bình thường, TSAR triển khai hai kỹ thuật quan trọng xếp vào trường liệu thông tin texture, histogram, bit length Thứ nhất, kỹ thuật lưu trữ cục SC với tiêu chí tối ưu cho thiết bị tính đặt metadata Cuối cùng, TSAR hỗ trợ độ dài biến có dung lượng nhớ cố định Thứ hai, kỹ thuật tổng hợp thông tin thích hợp đổi trường liệu, ví dụ kích cỡ ghi phụ thuộc vào giá trị cho phép SC thay đổi tính chất liệu hàng đợi metadata ghi khác Lưu trữ cục SC Ba toán tử có tác động trực tiếp lên hệ lưu trữ là: khởi tạo, đọc Interval skip graph cung cấp kỹ thuật hiệu để tìm kiếm nút xóa Trong việc khởi tạo đơn giản tường minh, đơn giản cần SC chứa liệu cần cho hàng đợi Những hàng đợi định tuyến tạo ghi gắn vào cuối chuỗi lưu trữ Do ghi vào cuối nên đến SC, nơi lưu giữ ghi phản hồi ngược đến proxy Để cho phép hệ lưu trữ phải giám sát định vị danh sách chỗ trống Mọi trường tìm kiếm kiểu này, SC TSAR tự bảo trì ghi cục ghi cần đặc tả thời điểm khởi tạo, để tính toán Tất nhiên, có giới hạn tài nguyên lượng nên việc bảo trì kích thước chuẩn ghi số byte dành cho việc lưu trữ liệu cục phải cân đối phạm vi ghi Ngoài liệu hình túy cần cân nhắc đa phân giải, sắc Thao tác đọc nhằm mục đích đáp ứng hàng đợi sinh từ ứng màu tốc độ khung ghi bao hàm nhiều loại liệu khác dụng Trong sở liệu truyền thông, việc tìm kiếm hiệu việc dòng liệu theo thời gian streaming media, liệu tạm, bảo trì B-tree khóa mục Tuy nhiên với SC có giới hạn tài liệu qua xử lý biến đổi FFT, biến đổi Wavelet, clustering, đối sánh hay nguyên việc không đơn giản Thường TSAR SC không bảo trì trích chọn đặc trưng số danh sách lưu trữ cục mà cung cấp metadata theo chu Timestamp Calibration Data/Event Parameters Attributes size Opaque Data Hình 18 Bản ghi lưu trữ đơn kỳ đến proxy lưu cảnh báo vị trí ghi nhớ flash Dù cho dung lượng lưu trữ cục mở rộng, có lúc cần ghi đè lên liệu cũ, đặc biệt ứng dụng đòi hỏi tốc độ liệu Các liệu lưu cục tập hợp thành ghi nối vòng cao Điều thực kỹ thuật lưu trữ đa phân giải trình logic Các ghi xếp vào đuôi vùng đệm Hình 21 biểu diễn bày kỹ lưỡng phần đơn ghi đè liệu cũ Thao tác 105 106 xóa bao gồm xóa mục interval skip graph proxy vùng lưu trữ proxy cầu nối SC BS Điều tương tự chia zone tương ứng nhớ flash SC giải phóng định tuyến ZRP, SC cung cấp metadata cho nhiều proxy, từ BS Tóm tắt theo nhu cầu - Adaptive Summarization truy vấn thông tin từ nhiều proxy Việc tóm tắt liệu hồ dính lưu trữ SC với mục Các liệu SC lưu trữ thiết bị nhớ Flash, proxy Mỗi cập nhật từ SC đến proxy bao gồm ba thông tin: tóm tắt nội dung, xây dựng bảng mục cục Cũng tài nguyên bị giới hạn nên việc đánh thời điểm tương ứng với tóm tắt độ lệch bắt đầu/ kết thúc thiết bị mục không tinh vi sử dụng phương pháp băm bình nhớ flash Nói chung proxy đánh mục khoảng thời gian dựa thường Bảng băm bảo trì cách có liệu cần chèn vô thông tin tóm tắt khoảng giá trị ghi hai Cách đánh mục kiểm tra trỏ danh sách thời trỏ đến liệu, sử mục cũ cho phép tìm kiếm nhanh ghi thời điểm chắn, kiện có tần xuất truy nhập, thời gian lưu trữ có vượt ngưỡng đề hay không? cách đánh mục cho phép tìm ghi với giá trị Từ định thay trỏ cũ hay lập trỏ móc nối đến liệu Như mô tả phần trước, có sử dụng lượng để gửi tóm Cơ chế đánh mục proxy xây dựng dựa Interval Tree tắt (tần xuất độ cô đọng tóm tắt này) nên dẫn đến xuất chi phí Skip Graph Việc sử dụng bảo trì trỏ skip dựa xác suất tần false hit hàng đợi Việc tần xuất gửi thông tin tóm tắt thưa tiêu suất giúp đảm bảo tăng tốc tìm kiếm trình hoạt động Thông tin tóm tốn lượng, nhiên việc false hit lại gây tăng lượng yêu cầu tắt SC xuất nhiều proxy đảm bảo cho BS có khả không truy xuất liệu chọn lựa chịu lỗi Việc xây dựng metadata có sở lưu đặc trưng Độ chi tiết tóm tắt phụ thuộc vào hai tham số thời gian tóm tắt liệu xây dựng truyền đến proxy theo nhu cầu đặc tả ứng dụng Việc thay đổi kích thước tóm tắt có giá trị nhiều ứng dụng TSAR đưa kịch tóm tắt đơn giản dựa tính toán tỷ lệ false/true hit, giảm (tăng) interval tóm tắt tỷ lệ tăng (giảm) dựa theo ngưỡng 8.4 TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN Chương bàn luận vấn đề lưu trữ nội dung phục vụ tra cứu SCN Phương pháp lưu trữ trình bày TSAR với phân chia chức chế độ hoạt động SC thành SC, proxy BS Các liệu hình đa phân giải theo luật xa gần đảm bảo hệ thống có phản hồi thỏa đáng đến yêu cầu ứng dụng 107 KẾT LUẬN Những bàn luận ưu việt hệ thống SCN so với hệ thống giám sát an ninh hệ cũ ứng dụng đòi hỏ tính chịu lỗi thích nghi cao Thiết kế chương thiết kế chuẩn chung cho SC thực thể mạng multimedia phân tán khác Các vấn đề chương 3, 4, 5, vấn đề hệ thống phân tán sử dụng truyền thông không dây kiểu ad-hoc Chương 7, đề cập đến mô hình ứng dụng, lưu trữ tra cứu hệ thống SCN Khả ứng dụng SCN công tác giám sát an ninh triển khai giới Trong giai đoạn này, ứng dụng quân quốc phòng, hy vọng tương lai gần có hệ thống SCN thương mại phục vụ cho dân Việc phát triển hệ thống giám sát an ninh cho công trình xây dựng dân dụng khu đô thị việc nghiên cứu SCN cần thiết khả thi xu hướng phát triển chung mạng nội mạng khu vực Trong điều kiện nay, hướng ứng dụng sản phẩm thương mại có sẵn tự phát triển ứng dụng, kịch giám sát phù hợp với nhân lực trình độ kỹ thuật chung Việt nam Để hoàn toàn làm chủ công nghệ chủ động triển khai hệ thống cần có phối hợp chuyên gia từ nhiều nhóm ngành khác tham khảo thêm hệ thống tương tự có giới Kiến nghị nghiên cứu Tìm kiếm phương pháp đánh mục liệu, tổng hợp thông tin metadata khác không dựa kỹ thuật interval 108 Xây dựng SCN với truyền thông hybird nhằm tận dụng công nghệ truyền thông vô tuyến sẵn có thử nghiệm Việt nam 109 110 [SG_03] TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [TCP_04] Discrete Algorithms, Jan 2003 Adam Dunkels, Juan Alonso, Thiemo Voigt (2004), Making [ZRP_02] TCP/IP Viable for Wireless Sensor Networks, [SPI_01] [SS_03] [AHN_00] [AFA_00] Architecture for Dynamic Sensor Networks, Tech Rep 00- Networks, Mobile Computing and Networking 2001 Rome, 724, Computer Science Department USC, January 2000 [TS_01] Jeremy Elson, Deborah Estrin (2001), Time Synchronization Anthony D.Wood, John A.Stankovic (2002), Denial of Service for Wireless Sensor Networks , UCLA CS Technical Report in wireless Sensor Networks, University of Virginia 200028 Arun Hampapur, Lisa Brown, Jonathan Connell, Sharat [RTS_02] Jeremy Elson, Kay Romer (2002), Wireless Sensor Networks: Pankanti, Andrew Senior, Yingli Tian (2003), Smart A new Regime for Time Synchronization , Proceeding of the Surveillance: Applications, Technologies and Implications , First Workshop on Hot Topics in Networks - Princeton, New IEEE Pacific-Rim Conference On Multimedia Singapore Jersey, USA http://www.acm.org/sigcomm/HotNets-I Charles E Perkins (2000), Ad Hoc Networking with AODV, [RBS_02] Jeremy Elson, Lewis Girod, Deborah Estrin (2002), FineGrained Network Time Synchronization using Reference [AODV_97] Charles E Perkins, Elizabeth M Royer (), Ad-hoc On-demand Broadcasrt, UCLA Computer Science Technical Report Distance Vector Routing , MILCOM '97 panel on Ad Hoc Networks, Nov 1997 [SMD_05] Jeremy Elson, Deborah Estrin (2000), An Address-Free J.D Tygar (2001), SPINS: Security Protocols for Sensor Nokia Research Center - powerpoint slide [ZERO_01] Jan Schaumann (12 - 2002), Analysis of the Zone Routing Protocol, Adrian Perrig, Robert Szewczyk, Victor Wen, David Culler, Italy [DOS_02] James Aspnes, Gauri Shah (2003), Skip Graphs, In Proceedings of the 14th Annual ACM-SIAM Symposium on 020008 [BEWS_01] John Heidemann, Fabio Silva, Chalermek Intanagonwiwat, Erik Guttman (05 - 2002), Autoconfiguration for IP Ramesh Govidan, Deborah Estrin, Deepak Ganesan (2001), Networking: Enabling Local Communication, IEEE Internet Building Efficient Wireless Sensor Networks with Low-Level Computing 1089-7801/01 Naming, as part of the SCAADS project, SCOWR project, due Huan Li, Prashant Shenoy, Krithi Ramamritham (03-2005), to support from Cisco Systems Scheduling Messages with Deadlines in Multi-hop Real-time Sensor Networks, IEEE Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium (RTAS 2005) 111 [EM_04] [CG_06] L Girod, J Elson, A Cerpa, T Stathopoulos, N Ramanathan, 112 [TSAR_05] TSAR: A Two Tier Sensor Storage Architecture Using Interval Developing and Deploying Wireless Sensor Networks, in the Skip Graphs, National Science Foundation grants EEC- Published as CENS Technical Report #34 0313747, CNS-0325868 and EIA-0098060 Laura Savidge, Huang Lee, Hamid Aghajan, Andrea [GCS_04] Goldsmith (03-2006), Event-Driven Geographic Routing for Wireless Image Sensor Networks, In Proc of Cognitive [OGS_03] [DSC_06] William E Mantzel (11-2004), Distributed Camera Network Localization, Markus Quaritsch, Markus Kreuzthaler, Bernhard Rinner, Conference Record of the Thirty-Eighth Asilomar Conference Bernhard Strobl (2006), Decentralized Object Tracking in a on page(s): 1381- 1386 Vol.2 [SL_90] Signals, Systems and Computers, 2004 William Pugh (06-1990), Skip lists: a probabilistic alternative Distributed Smart Cameras, ACM SenSys 2006 to balanced trees, Communications of the ACM, June 1990, http://www.iti.tugraz.at/dsc06 33(6) 668-676 Michael Bramberger, Andreas Doblander, Arnold Maier, Bernhard Rinner, Helmut Schwabach (2006), Distributed Tiếng Việt Embedded Smart Cameras for Surveillance Applications, [PCW_06] Published by the IEEE Computer Society 0018-9162/06 p6875 [DDTA_05] Sensornets, CENS Technical Report #12 , April 2003 [DCNL_04] November/ December 1999 Network of Embedded Smart Cameras, Workshop on [DESC_06] Richard Karp, Jeremy Elson, Deborah Estrin, Scott Shenker (2003), Optimal and Global Time Synchronization in Lidong Zhou, Zygmunt J Hass (1999), Secure Ad Hoc Networks, IEEE network, special issus on network security, Qun Li, Daniela Rus (2004), Global Clock Synchronization in Sensor Networks, IEEE Infocom 2004 Systems and Interactive Sensors - Paris [SAN_99] Peter Desnoyers, Deepak Ganesan, Prashant Shenoy (năm), D Estrin (2004), EmStar: a Software Environment for Michael Bramberger, B Rinner, H Schwabach (06-2005), Distributed Dynamic Task Allocation in Clusters of Embedded Smart Cameras, Proc Int'l Conf Systems, Man and Cybernetics, IEEE Press 3005 Công nghệ máy tính mạng (10-2006), DaVinci MontaVista, Thế giới vi tính PCWORLD p85-86 PHỤ LỤC QUAN HỆ VỊ TRÍ KHÔNG GIAN, THỊ TRƯỜNG QUAN SÁT CỦA CÁC CAMERA VÀ THUẬT TOÁN DALT Các định nghĩa định lý [DCNL_04] áp dụng cho camera thông thường sử dụng tính toán quan hệ vị trí thị trường quan sát SC SCN Theo (ĐN 2) SCN coi mạng camera trải rộng Theo định lý 4, tác vụ pan khung nhìn camera tạo thành liên kết ba camera phá hủy liên kết ba cũ Định nghĩa gợi ý hướng truyền tải nội dung xử lý theo vết đối tượng nhiệm vụ giám sát Định lý giúp xây dựng lưới vị trí camera cho nhiệm vụ giám sát Các kết hữu dụng khởi tạo hệ thống tái cấu trúc SC s_clu vận hành Thuật toán DALT đề xuất cho việc xây dựng tìm kiếm camera có quan hệ vị trí thị trường quan sát Định nghĩa Hai camera fi fj có liên kết linked (biểu diễn f1 ↔ f ) khung nhìn chúng có có tập hợp nhiều điểm đặc trưng Định nghĩa Một mạng camera trải rộng mạng có cặp camera liên kết Thuật toán DALT (distributed alternating localization triangulation) if biết thiết vị then else Định nghĩa Một liên kết camera tạo thành ba ∆ cặp camera Khi camera tạo thành liên kết ba ∆ biết vị trí góc hướng camera (ví dụ f1) khoảng cách từ đến camera khác (ví dụ f2, f3) camera có liên kết repeat 10 tam giác ∆ 1, ∆ 2, , ∆ n dạng ∆ r ∆ r+1 có hai camera chung f i ∈ ∆1 Một microcluster tập camera M với đặc điểm thuộc tính khởi tạo, tính toán thiết bị từ thông tin end if Định nghĩa hai camera fi, fj triple-wise connected tồn liên kết Định nghĩa sử dụng thông tin thiết vị lân cận có quan hệ ba với điểm đặc trưng biết tính vị trí góc hướng đến ba f1, f2, f3 f j ∈ ∆n đợi đến có thông tin thiết vị quảng bá đến từ chúng liên kết với đôi Định lý quảng bá thông tin thiết vị đến camera có liên kết tự quảng bả thông tin ước đoán thiết vị sử dụng thiết vị quan hệ ba điểm đặc trưng 11 với góc hướng cố định, ước đoán chuyển dịch tối ưu 12 với chuyển dịch cố định, ước đoán góc hướng tối ưu 13 until ước đoán hết thiết vị camera f i ∈ M f j ∈ M fi triple-wise connected với fj Định lý Mọi camera nằm microcluster có quan hệ vị trí toàn cục hệ quy chiếu với thang độ toàn cục với bảy bậc tự ĐỊNH TUYẾN EIRGP CỦA CISCO VÀ GIẢI THUẬT DUAL EIRGP giao thức định tuyến độc quyền Cisco mạng truyền thống NGN Trong EIGRP có bảng Neighbor, bảng Topology bảng Routing TÓM TẮT LUẬN VĂN Bảng neighbor để lưu giữ lân cận, bảng topology chứa thông tin tất route lân cận gửi đến bảng routing chứa tuyến đường tốt Ngày nay, việc phát triển hệ thống mạng camera phục vụ giám sát an EIGRP gửi cập nhật có thay đổi gửi thay đổi đến ninh khu vực công nghệ IP chuẩn hóa thiết kế giải pháp router cần thông tin phụ trợ cho công trình xây dựng dân dụng Tuy nhiên kiến trúc hệ thống Sau router nhận đầy đủ thông tin router khác lân cận hướng cấu trúc, thiếu tự chủ, tính chịu lỗi thích nghi chưa cao xong sử dụng giải thuật Diffusing Update Algorithm để xác định đặc điểm hệ thống cần có trung tâm điều khiển tập trung Trong vài ứng successor feasible successor Successor next hop router mà từ local router dụng cụ thể việc xây dựng thuật toán hoạt động kiến trúc gặp đến mạng đích thông qua router có metric thấp (gọi feasible nhiều khó khăn có biến động số lượng camera nhiệm vụ giám sát distance) Còn feasible successor next hop router mà có metric cao hệ thống Luận văn tập trung nghiên cứu hướng xây dựng hệ thống (tất nhiên, không successor) có khoảng cách từ đến mạng mạng sở camera thông minh phân tán thực phân tải phân đích (gọi advertised distance reported distance) thấp feasible tán nhiệm vụ giám sát để tạo thành hạ tầng phát triển thuật toán Hệ distance successor thống gọi MẠNG CAMERA THÔNG MINH - Smart Camera Successor đặt vào routing table, feasiable successor để Network (SCN) Trên sở phân tích vấn đề vấn đề đánh địa topology table Khi successor invalid feasible successor camera, đồng bộ đếm phân tán, định tuyến an ninh truyền thông, luận văn thích hợp chọn làm successor (mà router không cần tính đề xuất đưa giải pháp giải hai toán lại bảng topology) Giải thuật DUAL Đây thuật toán cập nhật lan truyền (diffusing) có tốc độ hội tụ nhanh Nó lan truyền chỗ router chọn tuyến đường tốt đến mạng đích cách chọn successor, successor lại chọn tuyến Bài toán CB1: Đánh giá tác động chế điều chỉnh phân tán nhiệm vụ giám sát cho SC SCN Bài toán CB2: Tìm kiếm thông tin, liệu hình lưu trữ SCN Những toán sở cho việc phát triển ứng dụng gia tăng nghiên cứu sau SCN đường tốt đến đích dựa vào successor Có nghĩa router cần tìm router neighbor gần nhất, router neighbor gần lại tìm tiếp neighbor khác gần để đến mạng đích Khi tuyến đường qua successor mà invalid mà feasible successor để thay router query theo kiểu lan truyền để tìm successor Vì có khái niệm feasible successor nên router tính toán lại bảng topology để tìm tuyến đường sau invalid Còn chế chống loop trình lan truyền để tìm tuyến đường, DUAL đảm bảo lặp lại router TỪ KHÓA mạng camera thông minh, camera phân tán, phân tán nhiệm vụ giám sát, tác tử di động, lịch truyền thông điệp ABSTRACT Nowadays, the development of camera system for the sake of security supervision basing on IP technology is becoming standardized for selection on backing solution of civil construction However, architecture of recent system is structure driven, fault tolerance and less adaptiveness because of the short of central controlling system In some specific application, the building of algorithm based on this architectural ground faces many difficulties when there is a change in the number of cameras as well as surveillance tasks This thesis (dissertation) focuses on carrying out study on building new network system based on real distributed smart cameras and distributing surveillance tasks to create an developed infrastructure for above algorithm This system is named Smart Camera Network (SCN) On the ground of basis analysis of naming camera, time synchronization, routing, semantic security, the paper puts forth and gives out suggestions to solve the two research problems Problem 1: evaluation of impact and the adjustment scatter mechanism of surveillance task for each SC in SCN Problem 2: data and information gathering archived in SCN The mentioned problems lay out the foundation for the development of increasing application and following research on SCN KEYWORD smart camera network, distributed camera, distributed surveillance task, mobile agent, scheduling messages