本發(fā)明涉及圖像調(diào)度，具體地說(shuō)，涉及一種分布式智能視頻圖像調(diào)度系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著監(jiān)控?cái)z像頭、無(wú)人機(jī)、社交媒體、直播平臺(tái)等視頻源的廣泛部署，視頻數(shù)據(jù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。這些數(shù)據(jù)不僅量大，而且類型多樣，包含了豐富的視覺(jué)信息，需要強(qiáng)大的計(jì)算能力進(jìn)行處理和分析，大規(guī)模視頻數(shù)據(jù)處理需要龐大的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，如何在保證性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用和成本控制，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要考量之一。分布式架構(gòu)能夠通過(guò)資源池化和負(fù)載均衡，實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配和優(yōu)化使用，在分布式系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸延遲是影響任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的重要因素，現(xiàn)有技術(shù)中，沒(méi)有充分考慮到數(shù)據(jù)傳輸路徑的選擇，導(dǎo)致不必要的延遲，因此，設(shè)計(jì)一種分布式智能視頻圖像調(diào)度系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種分布式智能視頻圖像調(diào)度系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的沒(méi)有充分考慮到數(shù)據(jù)傳輸路徑的選擇，導(dǎo)致不必要的延遲的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明目的在于提供了一種分布式智能視頻圖像調(diào)度系統(tǒng)，包括：

3、采集處理單元：用于利用攝像機(jī)收集視頻圖像數(shù)據(jù)，將不同格式的視頻圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式，并對(duì)視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

4、架構(gòu)設(shè)計(jì)單元：用于部署網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，并設(shè)計(jì)冗余和恢復(fù)策略，在某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)能夠切換到備用節(jié)點(diǎn)；

5、其中，架構(gòu)設(shè)計(jì)單元包括需求分析模塊、節(jié)點(diǎn)部署模塊、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊、負(fù)載均衡模塊和容錯(cuò)機(jī)制模塊；

6、調(diào)度策略生成單元：用于實(shí)時(shí)分析視頻需求，調(diào)整視頻圖像數(shù)據(jù)處理的優(yōu)先級(jí)和流向，結(jié)合分布優(yōu)先算法分配和管理視頻資源；

7、其中，調(diào)度策略生成單元包括調(diào)度模塊、資源分配模塊和數(shù)據(jù)流控制模塊；

8、決策執(zhí)行單元：用于接收調(diào)度策略生成單元的指令，并執(zhí)行視頻圖像數(shù)據(jù)的分配操作，同時(shí)，將執(zhí)行的結(jié)果反饋給調(diào)度策略生成單元。

9、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述架構(gòu)設(shè)計(jì)單元中：

10、需求分析模塊用于明確系統(tǒng)目標(biāo)，定義關(guān)鍵性能指標(biāo)，創(chuàng)建系統(tǒng)框架，描述各個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能以及相互之間的關(guān)系；

11、節(jié)點(diǎn)部署模塊用于根據(jù)需求部署視頻資源任務(wù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)視頻資源任務(wù)在不同節(jié)點(diǎn)上的分配；

12、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊用于確定視頻數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，并規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

13、負(fù)載均衡模塊用于選擇負(fù)載均衡算法，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)整策略，并監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)健康，當(dāng)檢測(cè)到節(jié)點(diǎn)故障時(shí)重新分配負(fù)載；

14、容錯(cuò)機(jī)制模塊用于故障檢測(cè)機(jī)制，識(shí)別故障節(jié)點(diǎn)并將其從系統(tǒng)中隔離，同時(shí)制定故障恢復(fù)流程。

15、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊根據(jù)采集處理單元采集的視頻數(shù)據(jù)的規(guī)格和性能以及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸?、延遲、吞吐量和可靠性，從而確定傳輸路徑以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；并且根據(jù)采集處理單元處理視頻數(shù)據(jù)的格式和能力，從而確定視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議。

16、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述容錯(cuò)機(jī)制模塊中故障檢測(cè)機(jī)制包括主動(dòng)檢測(cè)和被動(dòng)檢測(cè)。

17、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述節(jié)點(diǎn)部署模塊與容錯(cuò)機(jī)制模塊結(jié)合，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠按照正確的順序恢復(fù)服務(wù)，具體方法如下：

18、s1、容錯(cuò)機(jī)制模塊持續(xù)監(jiān)控所有節(jié)點(diǎn)的健康狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常；當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到自身故障時(shí)，向容錯(cuò)機(jī)制模塊發(fā)送故障報(bào)告，并記錄并分析故障信息；一旦確認(rèn)故障容錯(cuò)機(jī)制模塊立即將該節(jié)點(diǎn)從系統(tǒng)中隔離，并制定并執(zhí)行故障恢復(fù)流程；

19、s2、節(jié)點(diǎn)部署模塊根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的負(fù)載和資源分配情況，將故障節(jié)點(diǎn)上的服務(wù)遷移到健康的節(jié)點(diǎn)上，并根據(jù)視頻資源任務(wù)之間的依賴關(guān)系，確定任務(wù)恢復(fù)的正確順序，避免因恢復(fù)順序不當(dāng)導(dǎo)致的二次故障；

20、s3、服務(wù)恢復(fù)后，容錯(cuò)機(jī)制模塊和節(jié)點(diǎn)部署模塊聯(lián)合檢查系統(tǒng)狀態(tài)，確保所有服務(wù)正常運(yùn)行。

21、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述s2中，根據(jù)視頻資源任務(wù)之間的依賴關(guān)系，確定任務(wù)恢復(fù)的正確順序的具體方法如下：

22、s21、計(jì)算節(jié)點(diǎn)的健康評(píng)分：

23、；

24、其中，為節(jié)點(diǎn)的最終評(píng)分；為節(jié)點(diǎn)的利用率；為節(jié)點(diǎn)的利用率的權(quán)重；為節(jié)點(diǎn)的故障率；為節(jié)點(diǎn)的故障率的權(quán)重；為節(jié)點(diǎn)的可用性；為節(jié)點(diǎn)的可用性的權(quán)重；

25、s22、計(jì)算視頻資源任務(wù)之間的依賴關(guān)系，生成任務(wù)關(guān)系依賴圖：

26、；

27、其中，為二元變量，表示任務(wù)依賴于任務(wù)；表示任務(wù)不依賴任務(wù)；

28、s23、對(duì)任務(wù)依賴圖進(jìn)行拓?fù)渑判?，確定任務(wù)的執(zhí)行順序列表；

29、s24、在拓?fù)渑判蚝蟮娜蝿?wù)列表基礎(chǔ)上，考慮節(jié)點(diǎn)的健康評(píng)分來(lái)分配任務(wù)；

30、s25、確定任務(wù)的執(zhí)行順序和分配的節(jié)點(diǎn)后，實(shí)施任務(wù)恢復(fù)計(jì)劃。

31、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述調(diào)度策略生成單元中：

32、調(diào)度模塊用于根據(jù)視頻圖像數(shù)據(jù)處理信息調(diào)整視頻資源任務(wù)的執(zhí)行順序；

33、資源分配模塊用于在多視頻資源任務(wù)的情況下，利用任務(wù)分布算法平衡不同視頻資源任務(wù)的需求，合理分配系統(tǒng)資源；

34、數(shù)據(jù)流控制模塊用于在視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，調(diào)整發(fā)送速率，確保發(fā)送速率和節(jié)點(diǎn)接收方的處理能力相匹配。

35、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述調(diào)度模塊基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度，具體如下：

36、；

37、其中，是新優(yōu)先級(jí)，是舊優(yōu)先級(jí)，為優(yōu)先級(jí)調(diào)整量。

38、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述任務(wù)分布算法平衡不同視頻資源任務(wù)的需求，合理分配系統(tǒng)資源，具體如下：

39、s31、對(duì)所有待執(zhí)行的任務(wù)按照其執(zhí)行時(shí)間的大小進(jìn)行排序；

40、s32、對(duì)于每一個(gè)任務(wù)，找到最合適的節(jié)點(diǎn)來(lái)執(zhí)行；

41、；

42、其中，為任務(wù)在節(jié)點(diǎn)上的適合度分?jǐn)?shù)；為節(jié)點(diǎn)的cpu利用率；為節(jié)點(diǎn)的cpu利用率的權(quán)重；為節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存利用率；為節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存利用率的權(quán)重；為從任務(wù)的源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的通信延遲；為從任務(wù)的源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的通信延遲的權(quán)重；

43、s33、選擇中的最大值對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)作為的執(zhí)行節(jié)點(diǎn)，如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)有相同的最高得分，則選擇負(fù)載最低的節(jié)點(diǎn)；

44、s34、一旦任務(wù)被分配給節(jié)點(diǎn)，更新的狀態(tài)，包括增加其負(fù)載和減少可用資源，對(duì)于列表中的下一個(gè)任務(wù)，重復(fù)步驟s32和s33，直到所有任務(wù)都被分配。

45、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述確保發(fā)送速率和節(jié)點(diǎn)接收方的處理能力相匹配，具體如下：

46、；

47、其中，是新窗口大小，是最大窗口大小，是舊窗口大小；是最近接收到的確認(rèn)數(shù)據(jù)量；

48、在新窗口大小的公式中引入接收方緩沖區(qū)容量、網(wǎng)絡(luò)延遲和丟包率因素進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的表達(dá)式為：

49、；

50、其中，為優(yōu)化后的新窗口大小；為網(wǎng)絡(luò)延遲；為往返時(shí)間；為丟包率；為接收方緩沖區(qū)的當(dāng)前可用容量；為接收方緩沖區(qū)中已經(jīng)排隊(duì)但尚未被應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)量。

51、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

52、1、該分布式智能視頻圖像調(diào)度系統(tǒng)中，在窗口大小中引入接收方緩沖區(qū)容量、網(wǎng)絡(luò)延遲和丟包率因素進(jìn)行窗口大小調(diào)整，不僅考慮了網(wǎng)絡(luò)條件和接收方的處理能力，還避免了數(shù)據(jù)包的丟失和重傳，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃裕軌蚋_地控制數(shù)據(jù)流，確保網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用以及提高用戶體驗(yàn)；

53、2、該分布式智能視頻圖像調(diào)度系統(tǒng)中，調(diào)度策略通過(guò)動(dòng)態(tài)評(píng)估每個(gè)節(jié)點(diǎn)的資源使用情況，并結(jié)合任務(wù)時(shí)間，能夠更精準(zhǔn)地將任務(wù)分配到最合適且當(dāng)前負(fù)載較低的節(jié)點(diǎn)上，從而提高資源的使用效率，減少浪費(fèi)。