视频云中利用IPFS实现高效数据存储策略的研究

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视频存储技术是视频云系统实现的关键技术之一,是视频云系统实现场景还原、车辆识别等等视频数据分析技术的必要条件。目前,随着物联网时代的快速发展与城市基础监控设备的不断建设,视频云系统逐渐成为城市管理的利器。政府机关、企业使用其下的视频云,通过智能算法可以轻松实现火警报警、车牌识别、人脸识别等等管理工作。这种视频云的应用往往拥有使用范围广、建设成本低、事件反馈快等优点而受到越来越多的关注。但是随着视频云的快速发展,视频数据的存储技术逐渐面临挑战。传统的视频云存储方案存在着一定的局限性,如:数据与标识ID分离,可能会导致标识功能升级时产生大量重复和失效的脏数据,给寻址过程带来不必要隐患;分布式存储缺少存储策略机制,导致存储管理不能细化到数据文件、系统内数据的存储情况逐渐冷热两极化。针对以上问题,本文对传统视频云的存储功能模块进行了改进,并设计了基于星际文件系统(Inter Planetary File System,IPFS)的视频云架构的存储模块。本文的主要研究内容和创新成果如下:(1)提出了一种基于IPFS的视频云存储系统,存储系统具有分布式存储的高扩展、高容灾等特性。系统中节点首先获取预共享密钥(pre-sharedkey,PSK)。此密钥将用于系统私有网络的通信加密。之后,节点通过IPFS网络的分布式哈希路由表(Distributed Hash Table,DHT)实现信息交换和信息广播。最后,节点将以基于内容寻址的方式操作数据。系统内文件标识不再使用ID序号值而是使用文件摘要值(hash)。使用IPFS技术使得存储系统在具有分布式存储优点的同时在可用性、文件去重、安全性等方面都有着显著的提升。(2)对于大部分分布式存储技术,都不会设立专门管理节点进行数据文件存储与备份的调度管理。对于一些不做限制系统,热门数据因频繁访问而在网络中得到大量副本,冷门数据仍存在单点故障问题。而对于一些传统存储策略下的系统,又会强制所有文件遵守统一的备份方案。本文的视频云系统中使用IPFS同样存在前者的问题。为此本文设计了数据接入层,该层的节点专门负责管理条目、文件信息、节点状态等信息。并为视频云设计了根据节点剩余容量的存储策略。最终实现系统对文件的高效存储。(3)本文使用的IPFS不能处理视频数据流,因此本文提出了一视频数据流处理方案。通过搭建Nginx服务提供视频推流、拉流功能,实现视频云中对边缘层节点的直播功能。以解决基于IPFS的视频云系统在视频数据流处理功能上的不足。本文将提出的视频云系统在实验室网络环境下进行测试,结果明该系统可行。
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