基于云计算的校园网视频直播系统设计
基于云计算技术的智慧校园系统设计与实现
基于云计算技术的智慧校园系统设计与实现随着技术的不断革新，教育也在不断地改变和创新。
智慧校园系统是一种基于云计算技术的教育创新模式，为学校的管理、教学、科研、服务等方面提供了全方位的支持和帮助。
本文将主要论述基于云计算技术的智慧校园系统的设计和实现。
一、智慧校园系统的设计理念智慧校园是一种通过信息化技术，对学校的各种资源进行整合、利用、共享和管理的模式。
它将学校的管理、教学、科研、服务等各方面的信息资源进行整合，以提升学校的运营效率和服务质量。
智慧校园系统的设计理念是以学生为中心，通过学生管理系统、教学管理系统、科研管理系统和服务管理系统等模块，实现学校全方位的信息化管理。
二、智慧校园系统的硬件和网络环境智慧校园系统需要良好的硬件和网络环境来支持其正常运行。
学校需要建设完善的机房和服务器设备，同时也需要可靠的网络连接，以保证学校各个管理系统之间的无缝连接。
此外，学校还需要考虑数据的备份和安全性，以避免因数据丢失或安全漏洞导致系统瘫痪或信息泄漏等情况的发生。
三、智慧校园系统的应用模块智慧校园系统的应用模块主要包括学生管理系统、教学管理系统、科研管理系统和服务管理系统等模块。
其中，学生管理系统是指学生信息管理、学生考勤管理、学生评价管理等方面的模块；教学管理系统是指课程管理、教师管理、教学评价管理等方面的模块；科研管理系统是指科研项目管理、科研成果管理、科研经费管理等方面的模块；服务管理系统是指学生服务、校园服务、后勤服务等方面的模块。
这些模块之间相互独立，但也可以相互连接，以实现学校全方位的信息化管理。
四、智慧校园系统的优点和挑战智慧校园系统的优点主要表现在以下几个方面：一、提高学校的管理效率，减轻教职员工的工作负担；二、优化教学流程，提升教学质量；三、增强人才培养质量，提升学生的综合素质；四、强化科研平台建设，推动科学研究的发展。
同时，智慧校园系统也存在一些挑战，如安全性问题、管理复杂度等。
五、结论智慧校园系统是一种基于云计算技术的教育创新模式，是未来教育发展的一大趋势。
基于云计算的校园网视频直播系统设计
基于云计算的校园网视频直播系统设计孙名松;赵修娜;孙西贝;田济源【摘要】为了提高校园网视频直播系统的使用性能,充分发挥现有硬件设备资源,在目前校园网视频直播系统的架构基础上,通过分析数据在服务器上传输的一些指标,结合云计算服务模式、基础架构以及关键技术,对现有的直播系统进行改造,提出了一种基于云计算的视频直播原型系统.该系统解决了单点故障隐患,重点改善了负载不均衡问题,提高了服务器的利用率,实现整套系统的高可用性、弹性扩展等优势,为用户提供高质量的在线视频播放能力.%In order to improve the use of campus network live video system performance, on the basis of the campus network live video system, through the analysis of some indicators of data on server transmission, combined with the cloud computing infrastructure, for existing broadcast system reform, put forward a prototype system of live video based on cloud computing. This system provides handling of the single point error, improving load unbalanced problem and the utilization rate of the server, reflecting the system availability and other advantages, thus providing the user with a smooth live video environment.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2012(017)001【总页数】6页(P58-62,67)【关键词】校园网;云计算;视频直播;负载均衡;高可用性【作者】孙名松;赵修娜;孙西贝;田济源【作者单位】哈尔滨理工大学网络信息中心,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;北京工业大学软件学院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TP393.180 引言随着互联网技术的不断进步，对视频直播的要求也有所提高.每个校园网用户都希望快速的收到高清的视频直播节目.但是当突然新增许多用户时，一台服务器频繁的承受负载，其他服务器可能处于空闲状态，出现负载不均的情况，视频服务器无法迅速的提供服务，不能够保障用户端的服务质量［1］.或当用户达超出预定的人数的时候，服务器将无法承载这些负载，也不能保证服务的质量.我们为视频直播预留出很多台服务器，当我们在没有大型活动的时候，在现有的体系架构下，这些服务器不能够随时的为其他任务服务，将处于闲置状态，浪费了硬件资源.目前搭建的视频直播系统，是基于P2P网络技术的，在一定程度上解决了视频直播服务器的负载，但是还是存在很多的问题.随着云计算的迅速发展，引起了越来越多的关注.基于云计算的系统设计，能够满足更加灵活的为用户端提供服务，能够实现负载均衡，高可用性［2］.文中对云计算的特点和架构模型进行研究，设计了一个基于云计算的视频直播的原型系统，并对主要性能、高可用进行了测试.1 云计算和视频直播系统技术分析1.1 云计算架构模型云计算是以服务的方式，基于互联网的、大众参与的计算模型.其计算资源带有动态性，可伸缩性［3］.云是一个包含大量可用虚拟资源的资源池.这些虚拟资源根据负载动态的进行分配，以达到高的资源利用率［4］.它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算能力、存储空间和信息服务［5］.云计算将IT资源进行整合，通过将各种产品和设备集中化，优化IT服务流程，为用户提供快速的、安全的、端到端的按需服务.云计算的架构模型包括三个层次［6-7］:基础设施即服务(Infrastructure as a Service，IaaS)，平台即服务(Platform as a Service，PaaS)，软件即服务(Software as a Service，SaaS).基础设施即服务(IaaS)是由底层硬件或是虚拟机资源构建成的.IaaS即把厂商由多台服务器组成的“云端”基础设施，作为计量服务提供给客户.它将内存、I/O设备、存储和计算能力整合成一个虚拟的资源池为整个业界提供所需要的存储资源和虚拟化等服务.是一种托管型硬件方式，用户需要付费才能使用厂商的硬件设施.平台即服务(PaaS)是构建在云基础设施之上，提供开发环境的一种服务.(PaaS)是一种分布式平台服务，厂商提供开发环境、服务器平台、硬件资源等服务给客户，用户在其平台基础上定制开发自己的应用程序并通过其服务器和互联网传递给其他客户.PaaS能够给企业或个人提供研发的中间件平台，提供应用程序开发、数据库、应用服务器、试验、托管及应用服务.软件即服务(SaaS)是基于云平台开发的各类应用服务［8-9］.SaaS服务提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上，用户根据需求通过互联网向厂商订购应用软件服务，服务提供商根据客户所定软件的数量、时间的长短等因素收费，并且通过浏览器向客户提供软件的模式.这种服务模式的优势是，由服务提供商维护和管理软件、提供软件运行的硬件设施，用户只需拥有能够接入互联网的终端，即可随时随地使用软件.这种模式下，客户不再像传统模式那样花费大量资金在硬件、软件、维护人员，只需要支出一定的租赁服务费用，通过互联网就可以享受到相应的硬件、软件和维护服务，这是网络应用最具效益的营运模式.1.2 视频直播系统技术特点视频直播系统的各个核心部分随着用户端直播数的增加和数据流量的快速增长，要求其处理能力也随之增加［10］.必须采用多台服务器协同工作，提高计算机系统的处理能力和计算强度，以满足当前的用户的需求.均衡负载成为视频直播系统中的核心问题.服务器的利用率都是需要解决的问题.最终达到为客户提供良好视频环境的目的.2 基于云计算的视频直播系统设计2.1 系统结构文中设计的视频直播系统主要是在硬件资源加过以及系统方式进行较大改变.重点是采用底层采用虚拟化技术将服务器进行虚拟化，将所有的硬件设备构成虚拟资源池，进而实现动态分配服务器资源.虚拟机共享现有资源以及这些资源在多个虚拟机之间优化使用［10］.当一个应用所处的虚拟机遇到负载的增加时.首先根据事先制订的资源分配规则，判断该应用的优先级，当确定符合要求后，则分配增加的资源给该虚拟机.为虚拟机增加资源可以通过迁移虚拟机到其他具有更多资源的服务器上，或者通过将其他虚拟机迁移至别的服务器上“省”出更多的资源等两种方法来实现.原型系统如图1所示.图1 基于云计算的视频直播系统结构系统主要包括4个部分，服务器群(虚拟池)编码服务器、视频源、和用户群.1)服务器群是这个系统设计的主要部分，采用虚拟化技术是解决视频直播中存在问题的单点故障、负载不均衡、设备资源空闲期资源浪费等关键问题.通过采用虚拟化软件将物理机进行整合，形成虚拟资源池，在资源池虚拟出多台虚拟机服务器，虚拟服务器之间协同合作，重点解决了视频直播中的负载均衡，单点故障等问题的同时还节省了物理服务器，减少硬件上的浪费，降低能耗.且具有高可用性、灵活性、可扩展等优势.2)编码服务器需要服务器提供很高的性能，采集能力、数据的处理转发能力，必要时还可以增加缓存功能.如果考虑到可移动性的话，也可以采用高端笔记本来实现.3)视频源主要来自现场直播信号，卫星信号，已经存储的视频文件和在其他媒体流中得到的视频流.在这里我们忽略了视频的质量问题.所以不需要客户端使用较好的机器性能.4)为用户群，节点的加入与退出受到传输调度服务器的控制.其优先级是最低的，高清视频流是由与之直接连接的服务器通过软件实现的组播来提供.2.2 负载均衡算法2.2.1 基于蜂窝算法基于蜂窝的负载均衡算法［12］应用在应用层，用于资源优化分配，这个工作是在一个大规模的面向服务的体系结构(service-oriented architecture，SOA)中检测服务的分配问题.分配服务器对于web应用来说是对能力和使用的极大的提高.这个算法应用到云计算中.适用于每个用户节点，负责web服务的服务器的协调工作. 蜜蜂觅食的行为:当蜜蜂发现食物源的时候，他们会返回蜂窝，通过他们特定的舞蹈通知其他蜜蜂，它们发现的食物，包括食物的多少、方向、离蜂窝的远近等信息.将这个思想应用在负载均衡上，对于web服务流的需求，动态分配服务器去调节系统不利的请求，考虑到基于蜂窝的负载均衡技术，使用服务器采集安排到虚拟服务器中，每个虚拟服务器都有一个要请求队列.计算出每个服务器的队列请求的代价，(用食物的质量来衡量).这个代价的衡量是每个虚拟服务器基于服务的代价(例如cpu使用时间)，考虑到虚拟服务器对于时间的分配.分布式共享空间公告板(相当于蜂窝的舞池)(如图2).这个公告板的作用是和全局的虚拟服务器进行通信，和对有效资源的衡量.依靠特殊域的要求，可能根据个人服务器的cpu上的限制，对于时间做一个简单的聚合.或者使用其他的度量标准，像平均服务队列长度.在负载均衡的操作中，每个服务器采用算法的概率是px或是py.一个服务器成功的实现一个请求，张贴在公告版上的概率是pr.一个服务器可能随机的选择一个虚拟服务器队列的概率是px(开采)，否则检查公告版(类似蜜蜂看摇摆舞).简单的，空闲服务器(等待的蜜蜂)有两种行为模式:一种服务器是读公告版然后选择公告，然后服务器为这个公告板的请求提供服务.令一个服务器不能读取公告版重新寻找服务. 图2 虚拟服务和公告板2.2.2 主动聚簇算法蜜蜂觅食在应用层的负载均衡问题引起了资源层的拓扑变化.利用云资源的拓扑解决负载均衡问题.主动聚簇被称为自我聚合算法［13］.这个算法是把类似的服务聚集在一起.主动聚簇算法在网络中的每个节点上进行迭代:1)在一个随机时间点，一个节点变成一个发起人，从它当前的邻居节点选择一个matchmaker，唯一的条件就是matchmaker节点与源节点是不同类型的节点.2)matchmaker节点发起一个连接.条件是在matchmaker的邻居节点中和发起节点相似的节点之间发起一个连接.3)这个matchmaker移动连接在它自己和发起人节点.这个算法显示了一个复杂网络的组织朝向一个稳定的方向发展.快速算法不能够在相似节点之间移动，然而，当前的算法维持一定数目的连接，迫使在不相似节点增加，假如在不同节点之间的连接在移动.这些复杂算法的细节在主动的快速的变化.具体算法流程如图3所示. 图3 主动聚簇算法流程2.3 视频系统的高可用在图1中容易产生故障的地方主要有:编码服务器和服务器群，其中编码服务器一旦停止工作，整个直播的过程将从源头被切断.服务器群如果出现故障，用户同样不能正常的观看视频.这里主要从服务器群解决故障问题来说明.这也体现出基于云计算的视频直播系统的灵活性.传统直播系统在系统运行的时候，尤其是一些特殊场合，比如:现场直播、视频会议等都会考虑到异常的发生，所以基本上都会具有备用服务器，采用双机热备方式进行系统冗余，而基于云计算的视频直播系统，将视频直播系统部署在虚拟资源池的虚拟机中，虚拟机根据实际性能分别部署在不同的物理机中，当虚拟机所在的物理机出现宕机时，资源管理平台会根据预警机制以及调度策略，将虚拟机动态迁移到正常运行物理机上，提供原有服务支撑，通过负载均衡软件将流量进行动态调配，保证整套系统的高冗余、高可用性，提供稳定的在线直播服务.2.4 动态迁移机制服务器的高可用性是指一台服务器空闲时，可以为其他的任务提供服务，减少停工时间，可以充分均衡硬件资源，进而实现资源的动态迁移.当运行物理服务器宕机时，所有运行于该服务器的虚拟机可以自动切换到其它的服务器上，相对传统的双机容错方案，两台主机同时运行各自的服务工作且相互监测情况，当任一台主机宕机时，另一台主机立即接管它的一切工作，保证工作实时性，应用服务系统的关键数据存放在共享存储系统中.基于虚拟机的高可用性可以最大程度减少因硬件故障造成的服务器宕机和服务中断时间，充分利用现有硬件资源.高可用性的运作过程如图4所示.图4 高可用性的运作过程另一种情况就是当某虚拟机上的承受视频直播访问量负载符合预定的范围时，才允许虚拟机从该计算机上加入或退出.在总体物理资源有限的情况下，按照视频直播系统申请虚拟资源比例共享集群中的物理资源.以CPU为例，控制算法为:如果i号服务器满足式(1)的条件，那么它就可以加入服务器集群中.如果满足式(2)，它可以退出服务器集群，以便供其他服务使用此服务器.其中，k为容纳系数，加入与退出条件中，k的值可以不同.3 测试与分析3.1 测试目标运行基于虚拟服务器的原型系统，测试是否可以在局域网环境内实现在线视频直播，是否实现负载均衡、高可用性以及是否能为用户提供流畅的视频服务.3.2 测试环境及测试过程测试环境采用开源的Xen虚拟化底层，以及开源的Eucalyptus调度管理平台，通过LVS负载均衡器进行实现资源的动态调度，并采用Loadrunner测试软件模拟视频直播系统的访问压力.在测试环境中分为物理视频直播系统以及虚拟视频直播系统，其中一套部署在物理服务器上，另外一套的部署在通过Xen虚拟化软件，组成的虚拟资源池中.整套系统完全部署在虚拟资源池上虚拟出虚拟机中，并且通过Eucalyptus对该资源池的负载以及运行情况进行监控，LVS负责根据流量情况进行流量的负载均衡.测试主要分为两个部分，用Loadrunner负责随机产生同等在线视频直播的访问任务.在测试的过程中，访问任务逐步增加，并通过Eucalyptus对虚拟视频直播系统进行实施监控.通过LVS负载均衡器结合Eucalyptus管理平台实时监控、调度系统所承载的访问压力以及服务压力，实现整套系统的负载均衡、高可用.3.3 性能测试当访问压力较大时，发现物理视频直播系统的硬件资源利用率达到80%时候，并且发现视频延时、停顿等现象，而虚拟视频直播系统的资源利用率根据策略设计始终保持在50%左右，即使访问压力逐渐增大时，通过Eucalyptus能够动态的调整设备资源，并通过LVS进行访问负载均衡保证了视频直播质量.图5为资源使用情况.图5 资源使用情况从图6我们可以看出，通过Loadrunner模拟访问流量，当任务数达到1 500个的时候，蜂窝算法基本达到平衡，其余的算法在任务到达3 000个的时候才趋于平衡.且蜂窝算法在任何一个任务数点上，都低于其他的算法，具有更好的负载均衡效果.图6 各算法负载均衡度比较空闲时间百分比=1-各个服务器完成任务的时间*任务数的总和/所有服务器的个数*完成任务数.从图7我们可以看出，基于蜂窝算法的空闲时间百分比在任意任务数上都是最低的.说明服务器的利用率很高.图7 各算法的停工时间比较3.4 高可用测试根据系统部署以及访问用户的情况，视频直播系统共占用8台虚拟机，这8台虚拟机分别部署在物理服务器A、B、C上，其余三台服务器空闲.按照测试计划，用户正在观看视频直播时，将物理服务器A进行断电，在资源管理平台上能够看到物理服务器A上的2台虚拟机在断电后，自动迁移到服务器D上，并且用户观看的视频直播正常播放.测试结果满足基于云计算的视频直播高可用设计要求.4 结语在分析学校现有网络以及视频直播系统的状况下，提出一种基于云计算的校园网视频直播原型系统，主要从视频服务器的虚拟化、负载均衡算法、高可用性等方面重点介绍其工作原理，能够有效的解决一些关键问题.通过仿真环境进行测试，证明了基于云计算的负载均衡效果比较明显，体现在服务器的利用率以及负载均衡度上，有效的提高了视频服务器的性能.将多台服务器的虚拟计算能力和存储能力进行资源集中发挥整体性能，从而为用户提供一个流畅的视频直播系统运行环境.参考文献:【相关文献】［1］崔红燕.P2P视频直播系统中的分布式负载均衡算法［J］.计算机系统应用，2009(12):95-97. ［2］YANG-hua Chu，SANJAY G.RAO，Hui Zhang.A Case for End System Multicast ［J］.ACM SIGMETRICS Performance Evaluation 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基于云计算的智慧校园系统设计与实现
基于云计算的智慧校园系统设计与实现随着科技的不断进步和社会的不断发展，现代教育行业也迎来了一次巨大的改变。
云计算技术作为新一代信息技术的代表，带来了许多新的机会和挑战。
在这个背景下，基于云计算的智慧校园系统应运而生，为学校的管理和教学提供了全新的解决方案。
一、云计算在智慧校园系统中的应用智慧校园系统旨在提高学校的管理效率和教学质量，为师生提供更好的学习和工作环境。
而云计算作为一种革命性的计算模式，为智慧校园系统提供了强大的支持。
首先，云计算可以提供高效的存储和计算能力。
传统的学校管理系统通常需要大量的硬件设备和存储设备来支持运行，而这些设备不仅成本高昂，还需要专业的维护人员进行管理和维护。
而基于云计算的智慧校园系统可以将这些任务都交由云端完成，学校只需支付按需使用的费用，无需购买额外的硬件设备和存储设备。
其次，云计算还可以提供灵活的应用服务。
教育行业的应用场景多种多样，学校管理、教务管理、图书馆管理等等各种应用需要定制化的开发和实施。
基于云计算的智慧校园系统可以根据学校的需求进行定制，提供个性化的服务和解决方案。
另外，云计算还可以提供强大的安全保障。
学校管理的数据和信息往往涉及师生的隐私，因此数据的安全性尤为重要。
基于云计算的智慧校园系统可以通过数据加密、备份和恢复等措施，保障数据的安全性和可靠性。
同时，云服务提供商通常拥有强大的安全技术和经验，能够及时应对各种网络安全威胁。
二、智慧校园系统的设计与实现设计和实现一个智慧校园系统需要考虑多个方面的因素，包括系统架构、功能设计、用户体验等等。
首先，系统架构需要考虑系统的可扩展性和稳定性。
由于学校管理和教务管理系统往往包含大量的数据和用户，因此系统需要能够处理大规模的并发请求，并且能够容易地进行水平扩展。
此外，系统还需要高可用性和容错性，保证系统服务的可靠性和无故障运行。
其次，功能设计是智慧校园系统的核心。
系统需要提供学校管理、教师教学、学生学习等一系列功能模块，以满足不同用户的需求。
校园电视直播系统的设计
校园电视直播系统的设计随着科技的不断发展，校园电视直播系统在高校校园中得到越来越广泛的应用。
校园电视直播系统可以通过网络将校内的各种活动、校园新闻、学术讲座等内容直播到各个校区和学生宿舍，提升了校园信息的传播效率，丰富了学生的校园生活。
1. 硬件设施校园电视直播系统需要一台强大的服务器来支持直播功能。
服务器需要具备高性能的处理器、大容量的硬盘以及高速的网络接口，以保证视频的传输和存储。
还需要配备专业的摄像设备、音频设备和视频处理设备，以提供高质量的直播画面和声音。
2. 网络架构校园电视直播系统需要建立一个稳定的网络架构来支持数据的传输。
校园内部可以采用校园网来进行视频的传输，而校园网则需要与互联网相连接，提供给外部用户观看校园直播的服务。
为了提高直播的稳定性和质量，可以采用多台服务器进行负载均衡，确保能够承受大量观众的访问。
还可以采用流媒体服务器来支持视频的实时传输。
3. 视频编码和压缩为了提高直播的效率和质量，需要对视频进行编码和压缩。
常用的视频编码格式包括H.264、H.265等，这些编码格式可以提供高清晰度和低带宽要求的视频传输。
在直播系统中，可以采用视频编码器对视频进行压缩，减小视频文件的大小，提高视频的传输效率。
4. 直播平台校园电视直播系统需要建立一个直播平台来管理和发布各个直播内容。
直播平台可以包括一个后台管理系统和一个前台用户界面。
后台管理系统可以用来管理直播流的发布、修改和删除，以及统计观看人数和观看时长等数据。
前台用户界面可以提供给用户选择和观看已经发布的直播内容。
5. 直播推广和营销校园电视直播系统不仅可以提供校内信息的传播，还可以用于校园推广和营销。
通过直播系统，学校可以直播一些特别的活动和重大事件，吸引更多的观众参与。
学校还可以在直播过程中添加一些广告和赞助商的宣传，为学校和直播系统带来更多的收益。
校园电视直播系统的设计需要考虑硬件设施、网络架构、视频编码和压缩、直播平台以及直播推广和营销等方面。
基于云计算的校园网视频直播系统研究的开题报告
基于云计算的校园网视频直播系统研究的开题报告一、研究背景随着互联网技术的不断发展，校园网已经成为现代学生最普及的网络使用方式之一。
而随着新型冠状病毒疫情的爆发，很多高校开始采取在线教育的方式进行教学，视频直播成为一种非常重要的手段。
然而，现有的校园网视频直播系统面临着许多问题，如服务器带宽不足、直播画面卡顿、数据传输延迟等等。
这些问题直接影响了视频直播的质量和效果，给学生的学习体验带来了负面影响。
因此，需要研究和开发一种新的校园网视频直播系统，能够有效解决这些问题，提高视频直播的质量和效果。
二、研究目的本研究旨在基于云计算技术，设计和开发一种新型的校园网视频直播系统，解决现有系统存在的问题，提高直播视频的质量和效果。
具体目标如下：1.研究并分析现有校园网视频直播系统存在的问题，确定改进方向；2.研究云计算技术的相关理论和实现方式，确定系统架构和开发工具；3.开发一套基于云计算技术的校园网视频直播系统原型，验证系统的可靠性和有效性；4.对系统进行性能测试和优化，提高系统的响应速度和承载能力。
三、研究内容1.分析现有校园网视频直播系统的优缺点，确定改进方向。
2.研究云计算技术的相关理论和实现方式，确定系统架构和开发工具，如云计算平台、WEB服务器、数据库等。
3.开发基于云计算技术的校园网视频直播系统原型，包括视频采集、编码、传输、解码等功能模块。
4.对系统进行性能测试和优化，提高系统的响应速度和承载能力，采用负载均衡、文件分发、带宽优化等技术手段。
四、研究意义本研究的意义在于：1.提高校园网视频直播的质量和效果，为学生提供更好的学习体验。
2.促进云计算技术在校园网视频直播系统中的应用和推广，推动整个教育行业的数字化转型。
3.为相关企业和机构提供一种新型的视频直播解决方案，促进产业发展和经济增长。
四、研究方案1.调研阶段：收集现有校园网视频直播系统相关资料，分析系统的现状和存在的问题。
2.设计阶段：研究云计算技术的相关理论和实现方式，设计系统架构和开发工具。
基于云计算技术的视频直播系统设计与实现
基于云计算技术的视频直播系统设计与实现随着互联网技术的不断发展，视频直播已经成为了人们日常生活、社交娱乐、商业营销等多个领域中必不可少的一部分，它已经变得越来越普遍。
作为传统媒体不可替代的一种形式，视频直播技术正以迅猛的速度发展，同时，移动互联网、云计算等新兴技术的发展，为视频直播技术的发展带来了更大的机遇。
（一）云计算技术在视频直播领域，云计算技术的应用已经成为了不可或缺的一部分。
云计算技术优势众所周知，主要表现在其大规模、高效率、低成本等特点上。
而对于视频直播而言，云计算技术同时还具有联合自然互动、跨终端、协作应用等领域的巨大优势。
视频直播技术基于云计算技术的发展趋势愈发明显，是未来行业发展方向。
（二）视频直播系统设计基于以上原因，设计并实现基于云计算技术的视频直播系统显得越来越必要。
视频直播系统通常由四个部分构成：视频数据采集模块、视频编码模块、视频传输模块及播放/存储模块。
1. 视频数据采集模块视频数据采集模块扮演着将视频直播信号转化为数字信号的重要角色，其输入是摄像头输出的视觉信号，通过专业采集卡、采集器等设备可以直接获取摄像头的信号。
在采集过程中，为了不影响设备采集性能表现，如采集卡的专业级别需要大于IPCam等设备；此外，为了在数据包损失或网络延迟出现时可以抓取到丢失的数据包，可以在采集过程中采用补偿机制，从而提高数据采集的质量和稳定性。
2. 视频编码模块视频编码模块负责将采集到的数据经过压缩算法压缩成较小的比特率流，并为这些流选择适当的传输协议。
常见的视频编码格式有H.264、VP9和HEVC等，采集后需要进行一些参数调整和优化来达到最好的压缩效果，从而满足网络带宽，保存空间和播放交互等功能。
3. 视频传输模块视频传输模块是指将视频编码后的数据通过网络发送到远程播放设备的中心节点。
在传输过程中，常采用UDP或RTSP等协议，其带宽的大小可以先根据对网络实时和稳定性的需求来调整，有时还需要进行流控和QoS设置以减小网络延迟和提高数据瞬时带宽。
基于云服务的移动视频直播系统的设计与实现
引言
随着 移 动通 信 网络 和 移动 终端 技 术 的不 断进 步 ，移 动视 频 直播 开 始进 入社 会 生活 的各个 方 面 ，基 于移 动视 频 直播 技术 的移动 教 育 引起 了人 们 的关 注 。教 师和 学 生使 用移 动 终端 ，通 过 移 动视 频 直播 系 统实 现一 个 随时 随地 可 以进 行 直播 教 学和 收看 课程 直 播 的环 境 。将 移动 技 术与 教 育相 结 合 ，在 教育 终身 化 中发 挥着 重 要 的作 用 。移动 直 播使 传 统直 播 转变 成新 型 的媒 体 互动 模 式 ，主 播教 师和 学生 的身份 也 转为 发起 者 和 参 与者 ，相 较 于传 统 的单 向直 播 ，学 生 能直接 参 与 到课 堂教 学 中 ，对 提升 课 堂直 播 的活跃 度和 粘性 都 有 明显作 用 ［ １ ］ 。
【 中图分类号】 Ｇ ４ ０ － ０ ５ ７【 文献标识码】 Ａ【 论文编号】 １ ０ ０ ９ － － ８ ０ ９ ７（ ２ ０ １ ７ ） １ ２ ＿ ＿ ｏ １ ２ ｌ —０ ６［ ＤＯＩ ］ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ． １ ． １ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ８ ０ ９ ７ ． ２ ０ １ ７ ． １ ２ ． ０ １ ９
视频 直 播系 统开 发 者使 用 云服 务平 台进 行 开 发 ，只 需要 集 中精 力进 行 主播 端和 播 放端 开 发 ，其 它工 作 如硬 件环 境搭 建 、编 码 转码 等 由云 服 务平 台 自动 完成 ，极大 地提 高 了工 作 效率 。平 台使
用 的是 实时 流 网络 ，具 有 去 中心化 网络 结 构 和简 化 的节 点组 成 方式 ，在 故 障 的容 错 、智 能调 度 等方 面都 有更 好 的表现 ，满 足 移动 视频 直播 类业 务 流 畅 、不卡顿 、无延 时 的效 果要求 【 ６ 】 。
基于云服务的移动视频直播系统的设计与实现
基于云服务的移动视频直播系统的设计与实现摘要：随着移动互联网技术和智能手机等移动终端设备的迅速发展和普及，移动视频直播作为一种新型的移动传播方式逐渐进入日常生活中。
移动视频直播通过音视频交互技术结合移动终端随时随地进行实时视频的传输与接收，摆脱传统直播只能单向传播和在固定地点进行传播的束缚。
系统在直播端使用移动终端实时采集视频信息，通过推流至云服务平台并完成相关数据处理后，再向终端用户提供移动视频播放服务，实现全新的移动视频直播体验。
关键词：移动视频直播；移动终端；云服务一、基于云服务的移动视频直播系统架构设计1系统技术架构设计因为移动便捷性与强互动属性，移动直播迅速崛起，可以灵活方便地应用于实时收看和线上互动等各类场景云服务传统软件系统开发需要耗费大量的人力、财力和时间。
但是，随着基于云服务的应用不断普及，云服务平台可以提供强大功能和高安全保障，降低运维成本和应用开发难度。
本系统在设计开发的过程中，采用移动视频直播云服务平台作为基础底层架构。
移动视频直播系统开发者使用云服务平台进行开发，只需要集中精力进行客户端开发，其它工作如硬件环境搭建、编码转码等由云服务平台自动完成，极大地提高了工作效率。
平台使用的是实时流网络，具有去中心化网络结构和简化的节点组成方式，在故障的容错、智能调度等方面都有更好的表现，满足移动视频直播类业务流畅、不卡顿、无延时的效果要求。
2系统体系架构设计移动视频直播系统是一个完整的系统化解决方案，包含推流端软件开发工具包（SoftwareDevelopmentKit，SDK）、播放端SDK以及移动视频直播云服务平台应用程序编程接口（ApplicationProgrammingInterface，API）。
为保证系统架构具有良好的稳定性和扩展性，系统采用整体平台化设计和组件化设计——整体平台化设计有更好的业务方接入方式，提供了一个便捷精准的数据平台；组件化设计则可以解决代码耦合性高、需对外提供可定制化功能模块、自定义UI等问题。
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哈尔滨理工大学学报
JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 17 No. 1 Feb． 2012
基于云计算的校园网视频直播系统设计
孙名松1， 赵修娜2， 孙西贝3， 田济源4
（ 1． 哈尔滨理工大学 网络信息中心，黑龙江 哈尔滨 150080； 2． 哈尔滨理工大学 计算机科学与技术学院，黑龙江 哈尔滨 150080； 3． 哈尔滨理工大学 电气与电子工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080； 4． 北京工业大学 软件学院，北京 100124）
4） 为用户群，节点的加入与退出受到传输调度 服务器的控制． 其优先级是最低的，高清视频流是由 与之直接连接的服务器通过软件实现的组播来提供． 2. 2 负载均衡算法 2. 2. 1 基于蜂窝算法
基于蜂窝的负载均衡算法［12］应用在应用层，用 于资源优化分配，这个工作是在一个大规模的面向 服务 的 体 系 结 构 （ service － oriented architecture， SOA） 中检测服务的分配问题． 分配服务器对于 web 应用来说是对能力和使用的极大的提高． 这个算法 应用到云计算中． 适用于每个用户节点，负责 web 服 务的服务器的协调工作．
蜜蜂觅食的行为： 当蜜蜂发现食物源的时候，他 们会返回蜂窝，通过他们特定的舞蹈通知其他蜜蜂， 它们发现的食物，包括食物的多少、方向、离蜂窝的 远近等信息． 将这个思想应用在负载均衡上，对于 web 服务流的需求，动态分配服务器去调节系统不 利的请求，考虑到基于蜂窝的负载均衡技术，使用服 务器采集安排到虚拟服务器中，每个虚拟服务器都 有一个要请求队列． 计算出每个服务器的队列请求 的代价，（ 用食物的质量来衡量） ． 这个代价的衡量 是每个虚拟服务器基于服务的代价（ 例如 cpu 使用 时间） ，考虑到虚拟服务器对于时间的分配． 分布式 共享空间公告板（ 相当于蜂窝的舞池） （ 如图 2） ． 这个 公告板的作用是和全局的虚拟服务器进行通信，和对
或当用户达超出预定的人数的时候，服务器将无法 承载这些负载，也不能保证服务的质量． 我们为视频 直播预留出很多台服务器，当我们在没有大型活动 的时候，在现有的体系架构下，这些服务器不能够随 时的为其他任务服务，将处于闲置状态，浪费了硬件 资源． 目前搭建的视频直播系统，是基于 P2P 网络 技术的，在一定程度上解决了视频直播服务器的负 载，但是还是存在很多的问题．
关键词：校园网； 云计算； 视频直播； 负载均衡； 高可用性 中图分类号： TP393. 18 文献标志码： A 文章编号： 1007－ 2683（ 2012） 01－ 0058－ 05
Design of Campus Network Live video System Based on Cloud Computing
平台即服务（ PaaS） 是构建在云基础设施之上， 提供开发环境的一种服务． （ PaaS） 是一种分布式平 台服务，厂商提供开发环境、服务器平台、硬件资源 等服务给客户，用户在其平台基础上定制开发自己 的应用程序并通过其服务器和互联网传递给其他客 户． PaaS 能 够 给 企 业 或 个 人 提 供 研 发 的 中 间 件 平 台，提供应用程序开发、数据库、应用服务器、试验、 托管及应用服务．
2） 编码服务器需要服务器提供很高的性能，采 集能力、数据的处理转发能力，必要时还可以增加缓 存功能． 如果考虑到可移动性的话，也可以采用高端 笔记本来实现．
3） 视频源主要来自现场直播信号，卫星信号， 已经存储的视频文件和在其他媒体流中得到的视频 流． 在这里我们忽略了视频的质量问题． 所以不需要 客户端使用较好的机器性能．
现场直播信号 视频文件 卫星信号
视频源
用户群
编码服务器
虚拟池
服务器群 图 1 基于云计算的视频直播系统结构
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哈尔滨理工大学学报
第 17 卷
系统主要包括 4 个部分，服务器群（ 虚拟池） 编 码服务器、视频源、和用户群．
1） 服务器群是这个系统设计的主要部分，采用 虚拟化技术是解决视频直播中存在问题的单点故 障、负载不均衡、设备资源空闲期资源浪费等关键问 题． 通过采用虚拟化软件将物理机进行整合，形成虚 拟资源池，在资源池虚拟出多台虚拟机服务器，虚拟 服务器之间协同合作，重点解决了视频直播中的负 载均衡，单点故障等问题的同时还节省了物理服务 器，减少硬件上的浪费，降低能耗． 且具有高可用性、 灵活性、可扩展等优势．
摘 要：为了提高校园网视频直播系统的使用性能，充分发挥现有硬件设备资源，在目前校园 网视频直播系统的架构基础上，通过分析数据在服务器上传输的一些指标，结合云计算服务模式、 基础架构以及关键技术，对现有的直播系统进行改造，提出了一种基于云计算的视频直播原型系 统． 该系统解决了单点故障隐患，重点改善了负载不均衡问题，提高了服务器的利用率，实现整套系 统的高可用性、弹性扩展等优势，为用户提供高质量的在线视频播放能力．
2 基于云计算的视频直播系统设计
2. 1 系统结构 文中设计的视频直播系统主要是在硬件资源加
过以及系统方式进行较大改变． 重点是采用底层采 用虚拟化技术将服务器进行虚拟化，将所有的硬件 设备构成虚拟资源池，进而实现动态分配服务器资 源． 虚拟机共享现有资源以及这些资源在多个虚拟 机之间优化使用［10］． 当一个应用所处的虚拟机遇到 负载的增加时． 首先根据事先制订的资源分配规则， 判断该应用的优先级，当确定符合要求后，则分配增 加的资源给该虚拟机． 为虚拟机增加资源可以通过 迁移虚拟机到其他具有更多资源的服务器上，或者 通过将其他 虚 拟 机 迁 移 至 别 的 服 务 器 上“省 ”出 更 多的资源等两种方法来实现． 原型系统如图 1 所示．
与的 计 算 模 型． 其 计 算 资 源 带 有 动 态 性，可 伸 缩 性［3］． 云是一个包含大量可用虚拟资源的资源池． 这些虚拟资源根据负载动态的进行分配，以达到高 的资源利用率［4］． 它将计算任务分布在大量计算机 构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获 取计算能力、存储空间和信息服务［5］． 云计算将 IT 资源进行整合，通过将各种产品和设备集中化，优化 IT 服务流程，为用户提供快速的、安全的、端到端的 按需服务．
软件即服务（ SaaS） 是基于云平台开发的各类 应用服务［8 － 9］． SaaS 服务提供商将应用软件统一部 署在自己的服务器上，用户根据需求通过互联网向 厂商订购应用软件服务，服务提供商根据客户所定 软件的数量、时间的长短等因素收费，并且通过浏览 器向客户提供软件的模式． 这种服务模式的优势是，
随着云计算的迅速发展，引起了越来越多的关
收稿日期： 2011 － 09 － 11 作者简介： 孙名松（ 1963—） ，男，教授，硕士生导师，E-mail： sunms@ hrbust． edu． cn；
赵修娜（ 1988—） ，女，硕士研究生．
第1 期
孙名松等： 基于云计算的校园网视频直播系统设计
视频直播系统的各个核心部分随着用户端直播 数的增加和数据流量的快速增长，要求其处理能力 也随之增加［10］． 必须采用多台服务器协同工作，提 高计算机系统的处理能力和计算强度，以满足当前 的用户的需求． 均衡负载成为视频直播系统中的核 心问题． 服务器的利用率都是需要解决的问题． 最终 达到为客户提供良好视频环境的目的．
SUN Ming-song1 ， ZHAO Xiu-na2 ， SUN Xi-bei3 ， TIAN Ji-yuan4
（ 1． Network Information Center，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China； 2． School of Computer Science and Technology，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China； 3． School of Electrical and Electronic Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China；
4． School of Software Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China）
Abstract： In order to improve the use of campus network live video system performance，on the basis of the campus network live video system，through the analysis of some indicators of data on server transmission，combined with the cloud computing infrastructure，for existing broadcast system reform，put forward a prototype system of live video based on cloud computing． This system provides handling of the single point error，improving load unbalanced problem and the utilization rate of the server，reflecting the system availability and other advantages，thus providing the user with a smooth live video environment．