（计算机软件与理论专业论文）机房智能监控管理系统的研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着信息技术的高速发展，计算机已经渗透到社会生活的各个领域。机房作为 网络信息交换和信息储备的中心，其运行环境的安全性至关重要，机房监控管理系 统成为目前研究和应用的热点。 机房监控管理的基本目的是对机房运行环境状态进行实时自动监控，以预防意 外事故的发生影响网络正常提供服务，实现少人或无人值守。本文从系统的角度分 析了目前机房监控管理系统中存在的主要问题有：虽然有些采用了视频图像监控， 但对于小概率事件的发生仍然需职守人员时刻监视屏幕才有可能发现，职守人员受 时间、地点的限制；虽然使用了多种信息源，但是多种信息的融合程度比较低，系 统对外部情况的判断很大情况下依赖于职守人员；系统扩展性较差，无法满足设备 不断变化的需求。 本文以园区网机房环境为研究对象，针对目前机房监控管理系统存在的问题， 重点对实现机房管理智能性的数据融合技术、移动侦测技术和系统设备可扩展性实 现等进行深入地分析和研究，将移动侦测技术应用到机房视频监控中，减轻了职守 人员持续监控的疲劳，也大大也提高了机房监控管理系统在安全保护方面的技术防 范和快速反应的能力；本文采用数据融合技术来提高系统的智能性，在逻辑模板算 法和反馈型数据融合结构的基础上，提出了一个“二层回路决策模型”来实现数据 融合，并对模型的自学习能力即模型知识库的建立速度、模型知识库的准确性和模 型决策的灵敏性进行了测试；基于e f id r i v e rm o d e l 的设计思想，本文设计实现了 系统可扩展性协议；最后在以上研究的基础上，设计实现了一个可扩展、智能性的 机房监控管理系统。 论文的主要工作： 1 提出了一个“二层回路决策模型”来实现数据融合，并对模型自学习能力进 行了测试： 2 研究和设计了实现系统设备可扩展性的协议； 3 应用以上研究成果设计实现了一个机房智能监控管理系统。 关键词可扩展性；智能性；数据融合；二层回路决策模型 机房监控管理系统 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o m l a t i o nt e c h n o l o g y ，c o m p u t e r sh a v eb e e na p p i i e dt oe v e r y 疗e l do fs o c ia ll i f e c o m p u t e r - r o o ma st h en e t w o r k ；n f o 丌r 1 “o ne x c h a n g i n ga n ds t o r i n gc e n t e lt h e s e c u r 时o fi t sm n n i n ge n v i r o n m e n ti sv e r yi m p o 九a 1 1 t t h e r e f o r et h em o n “o ra n dm a n a g e m e n ts y s t e m o f c o m p u t e r _ r o o mb e c o m e st h ec u r r e n th o tr e s e a r c ha n da p p i i c a t i o n s t h eo b j e c t i v eo ft h em o n i t o ra n dm a n a g e m e n to fc o m p u t e r r o o mi st oc a n yo u tr e a l t i m ea n d a u t o m a t i cm o n i t o ra n dm a n a g e m e n tt oi t sr u n n j n ge n v i r o n m e n ts t a t u s ，i no r d e rt op r e v e n tc o n t i n g e n c y a 疗色c t i n gn o n n a ln e t w o r ks e r v i c e s ，t h i st h e s i sa n a l y z e st h em a j o rp r o b i e m se x i s t i n gi nt h em o n h o r a n dm 姐a g e m e n ts y s t e mo fc o m p u t e t - r o o ma sf o l l o w s ：a l t h o u g hv i d e om o n i t o t i n gi sa d o p t e d ，i ts t i l l n e e d sd u t yp e r s o n n e lw a t c ht h es c r c e nc o n s t a n t l y ，t h u sd u t yp e r s o n n e l i sr e s 仃i c t e db yt i m ea 1 1 dp l a c e s ； a l t h o u g hm u l t i p l es o u r c e so fj n f o r r n a t i o na r eu s e d ，t h e i r 如s i o nd e g r e ej ss t i l ll o wa n dt h es ”t e ms t i l l r e l i e so nd u t yp e r s o n n e lt oj u d g et h eo u t e rw o r l d ；t h es y s t e me x t e n s b i i i t yi sn o ts os t r o n gt h a tt t c a n n o tm e e tt h ec h 柚g i n gn e e d s b a s e do nr e s e a r c h e so nt h ea r e a n e t w o r kc o m p u t e r - r o o ma 1 1 da i m i n ga tt h ep r o b l e m se x i s t i n gi n t h em o n i t o ra 1 1 dm a n a g e m e n ts y s t e mo fc o m p u t e r r o o m ，t h i st h e s i sm a i n l yr e s e a r c h e sa n da n a l y z e s t h ed a t a f u s i o nt e c h n o l o 阱m o t i o n d e t e c t j o nt e c h n o i o g ya 1 1 dt h er e a i i z a t i o no fs y s t e md e v k e e x t e n s i b i l i t y i n t h st h e s i s ，w ea p p i i e sm o t i o n d e t e c t i o nt e c h n o l o g y 佃v i d e om o n i t o r i n go ft h e c o m p u t e r 寸o o m ，t h u st h _ sr e l i e v e sd u t yp e r s o n n e l1 sf a t i g u ea n de n h a n c e st h es a f e g u a r d i n ga b i l j 母o f t h em o n i t o ra n dm a n a g e m e n ts y s t c mo fc o m p u t e 卜m o m w eu s ed a t af u s i o nt e c h n o i o g yt oi m p r o v e m ei n t e l l i g e n c eo ft h es y s t e m ，b a s e do nt h el o g i ct e m p l a t e sa 蟾o r i t h ma n dm u l t i s e n s o rd a t af u s i o no f f e e d b a c kt y p e ，w ep u tf o r w a r das e c o n d 一1 a y e r l o o pd e c j s l o n m 出曲n gm o d e lt oj m p 】e m e n td a t af u s j o n t h e n w e t e s t j 怡s e l f s t u d ya b i l i 吼i n c i u d i n g t h es p e e do f b u 订d i n g t h e m o d e lr 印o s i t o r y ，t h ev e r a c i t yo f t h em o d e lr e p o s i t o r ya 1 1 dt | l es e n s i t i v 时o fd e c i s i o n - m a k i n gl na d d i t i o n ，b a s e do nt h ee f id r i v e r m o d e ld e s j g nc o n c e p t s ，w ea l s od e s j g np r o t o c o l st or e a l i z et h es y s t e md e v i c ee x t e n s i b i l i t y i nt h ee n d ， w ed e s i g na n dr e a l i z eam o n i t o ra n dm a n a g e m e n ts y s t e mo fc o m p u t e r r o o m ，w h i c hi se x t e n s i b i ea n d i n t e l l 追e n t t h i st h e s i s m a i nw o r ki sa sf o l l o w s ： lp u tf o 州a r das e c o n d - l 鲥e t _ i o o pd e c i s i o n m a k i n gm o d e lt oi m p l e m e n td a t af u s i o na n da l s o t e s ti t ss e l f s t u d ya b i l i t y ； 2r e s e a r c ha n dd e s i g np r d t o c o l st or e a l i z et h es y s t e md e v j c ee x t e n s b i l i t y ； 3r e a l i z eam o n i t o ra n dm a n a g e m e n ts y s t e mo fc o m p u t e 卜r o o m ，w h i c hi se x t e n s i b i ea n d i n t e i i j g e n t 北京工业人学t 学硕士学位论文 k e y w o r d s e x p a n s _ b i l i t y ；j n t e l l i g e n c e ； d a t af u s i o n ； s e c o n d - 1 a y er - 1 0 0 pd e c i s i o n m a k i n g m o d e l ；t h em o n i t o ra n dm a n a g e m e l l ts y s l e mo f c o m p u t e 卜r o o m i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：叠压l 玲日期：2 。衄6 垒6 目7 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：土群导师签名日期：丝亟垒翻7 廖 第1 章绪论 1 1 引言 随着计算机技术、网络通信技术和多媒体技术的高速发展，信息化程度越来越 高，计算机已经渗透到社会生活的各个领域。机房作为网络信息交换和信息储备的 中心，其运行环境的安全性至关重要。 目前存各类计算机机房、服务器中心、数据中心、网络中心拥有数台、数十台 乃至数百台计算机、服务器和网络设备的情况越来越普遍。计算机系统及通信设备 数量遗猛增加，结构电越来越复杂；同一系统的计算机机房分散在不同的地点，总 体的管理和协调曰盏困难。月前的维护存在及时性差、效率低、手段匮乏等问题， 缺乏对突发事件的快速反应能力，各机房的环境及安全得不1 4 有效的保障。这就造 成了管理人员的负担很重，而且更多的时候，安全隐患不能及时排除，这对机房的 安全运行是极其不利的。 对于现代机房，从安全角度和经济效益力面考虑，及时准确和动态地掌握机房 的环境状态以及预防意外事故的发生，成为机房监控管理的重要内容和追求的目 标。怎样使机房的监控管理更加方便化、智能化，这个问题越来越被人们所重视。 当自机房的环境状态监测和管理正朝着多种方法集成、监测一诊断一维拶一决 策相结合以及网络化的方向发展，状态监测具有典型的信一息融合特征。采用数据 融合技术，可以充分利用多源数据的互补性及冗余性，能大大提高结果信息的质量， 提高决策水平增强系统的智能性。 机房监控管理系统是一个随着时间不断变化的系统，许多目前没有的传感器设 备都可能很快加入到系统中来，并且系统甲若干传感器采集模块的损坏或者升级也 是需要考虑的情况，因此系统的可扩展性也是需要研究的重要问题。 总之，出于多方面的需求，机房监控管理系统成为目前研究和应用的热点。 1 2 机房监控管理系统的发展现状与分析 1 2 1 机房监控管理系统的发展进程 机房监控管理系统的发展进程大致分为以下三个阶段“1 ： 第一代系统是为不同的且相互独立的设备和电路等分别配备各自的监控装置。 这就造成现场的维护管理效率低下，维护人员虽然能够更快的掌握在哪出现了故 障，但知道故障的同时，设备供电也可能出现了问题。这种维护方式是被动的，不 能真正大幅度减低机房维护的r 作量和提高维护质量。 第二代系统是具有较全面的遥测、遥信和遥控( 三遥) 功能。可以通过记录模 第二代系统是具有较全面的遥测、遥信和遥控( 三遥) 功能。可以通过记录模 北京t 业大学r 学硕士学位论文 拟量信息来分析设备的运行状况。 在当今欧美等许多发达国家，电源及环境的远程监控大多数是以干结点方式进 行。但在我国，由于实际情况的差异，干结点方式监控的实用性并不很强，仍然不 能改变原有的抄表、目测等传统的维护方式。我国现有的维护体制必须向节约运行 成本、提高运行性能的少人、无人值守和系统的集中维护管理的方向发展，才能改 进服务质量，提高竞争力，同时在激烈的国际市场中立于不败之地。因此，维护工 作和维护体制改革的双重要求决定了我国集中监控管理系统的特殊性，即适应我国 国情的集中监控管理系统必须是高质的、具有全面的三遥功能和管理功能的系统。 九十年代中后期，第二代电源、空调及环境集中监控管理系统的发展进入高峰 期。特别是近两年来，随着电源技术的发展，各电源设备的可靠性与智能化不断提 高，计算机技术的飞速发展也给实现集中监控，少人、无人管理提供了技术基础。 然而，监控管理系统快速发展的同时，也带来了不少隐患。由于发展速度过快， 管理和研究的进度明显跟不上建设的步伐，这使监控管理系统的技术一直没能完全 成熟起来。不少地区在建设了监控管理系统之后，发现投资不小，但实际运行使用 的效果却没有达到预期目标。第二代监控管理系统发展的势头也相应减缓。 第三代系统是将现场的一切监控和管理的功能综合于一个公共的智能平台上， 全方位地检测整个网络的运行状态。能够提供具有高级自动化水平的告警分析和故 障定位功能，支持维护控制行动的决策，预测网络异常情况对业务性能的冲击并做 出相应的应急对策，具有充分支持新技术、新业务、新标准的扩展和升级能力。 目前我国的机房监控管理系统研究正处在第三阶段，智能化的监控管理是研究 重点。 1 2 2 机房监控管理系统现状分析 在机房监控管理系统的发展过程中，人们为了提高机房的安全性付出了较大的 努力，也取得了一定的研究成果。目前，在提高机房安全性方面的成果可以分为两 类：提高机房安全性的硬件和提高机房安全性的软件。硬件方面主要是通过提高硬 件本身的性能、提高电源可靠性的u p s 和硬件冗余来实现，保证系统不会因为意外 断电而产生数据丢失，保证机房在若干设备失效的情况下依然能够正常工作。软件 方面，不仅仅指机房管理软件，还包括机房应建立有效的管理制度等。 本文从系统的角度对当前机房监控管理系统的现状进行如下分析： 视频监控 当前多数机房监控管理系统使用图像采集技术，对机房2 4 小时监控，通常 需有人值守，以便能够及时发现问题。这种技术虽然在一定程度上解放了职守人 员，不需要在各个机房之间来回走动，但是它要求值班人员时刻监视屏幕。相对 第l 章绪论 于小概率事件的机房问题来讲，要求时刻监视屏幕造成人力资源的浪费，而且由 于个体精力有限，也会导致工作质量下降。 多种信息采集 对温度、湿度、烟雾等多种信息进行采集是现代机房管理系统的另外一个特 点，也是当前机房管理系统的一个发展方向。目前机房管理系统虽然使用了多种 信息源，但是多种信息的融合程度比较低，系统对外部情况的判断很大情况下依 赖于职守人员。机房节点的当前环境状态值只能与自己的历史记录作比较，而不 能与其它机房节点进行横向比较。 多种应急措施 为了从多个方面保证系统的可靠性、安全性，机房管理系统一般采用多种应 急措施，但是这些应急措施一般是孤立的单元，和系统管理软件的耦合度不高。 系统扩展性 一个系统完成后，如果有新的设备需要添加进来，往往需要由系统的开发人 员对系统进行升级，而不是像操作系统添加设备那样，可以由非操作系统设计人 员通过编写符合驱动规范的程序来完成，系统扩展性较差。由于具体系统的差异 性，即使很小的改动都要导致源代码级别的重新编译，而不是像操作系统那样打 个补丁，因此，系统的升级极有可能影响到其它的模块，往往需要对系统重新进 行测试以保证系统的正确性。 从上面的分析可以总结出，目前机房监控管理系统存在的问题主要有： 虽然采用图像采集技术进行视频监控，减少了管理人员在各个机房之间的巡 回走动，但是需要时刻监视屏幕，相对于小概率事件的机房问题来讲，是一 种人力资源的浪费。 虽然使用了多种信息源，但是多种信息的融合程度比较低，系统对外部情况 的判断很大情况下依赖于职守人员，智能性不足。 机房监控管理系统是一个随着时问不断变化的系统，许多目前没有的传感器 都可能很快加入到系统中来，并且系统中若干传感器采集模块的损坏或者升 级也是需要考虑的情况，而目前的系统扩展性较差。 1 3 本文主要研究内容与意义 从机房监控管理系统的现状分析我们可以看出，目前机房监控管理系统虽然经 历了很长段时间的发展，但是仍然存在着较大的不足，特别是机房管理系统的智 能性和可扩展性，对这些方面进行研究，对于节省人力资源、提高系统质量，增强 系统的可维护性都能起到积极的意义。 北京工业人学丁学硕士学位论文 本课题的主要目标就是针对目前机房监控管理系统存在的以上问题，重点对实 现机房管理智能性的数据融合技术、移动侦测技术和系统设备可扩展性的实现等进 行深入地研究和分析，提出了相应的解决方案，将移动侦测技术应用到机房视频监 控中，减轻职守人员持续监控的疲劳，也大大提高机房监控管理系统在安全保护方 面的技术防范和快速反应的能力；采用数据融合技术充分利用多源数据的互补性及 冗余性，大大提高监测结果的准确性与及时性，提高决策水平，增强系统的智能性。 论文首先介绍课题研究和实现过程中的关键技术；然后，给出了机房监控管理 系统的设计方案。接着讨论了机房管理系统中的智能性实现，即机房管理系统中数 据融合的设计与实现，在逻辑模板算法和反馈型数据融合结构的基础上，本文提出 了个“二层回路决策模型”来实现数据融合，并对模型进行了测试，证明了该模 型具有较强的自学习能力；本文还根据e f id r j v e rm o d e l 的设计思想，以m f cd l l 为实现技术，设计与实现了系统可扩展性协议；论文的最后部分，在以上研究的基 础上，设计实现了一个可扩展、智能性机房监控管理系统。 本文的主要研究内容包括： 目前机房监控管理系统存在问题分析 机房监控管理系统方案设计 “二层回路决策”数据融合模型的建立及测试 基于e f id r i v e rm o d e l 实现模式，设计实现了系统可扩展性协议 机房监控管理系统的实现 1 4 本章小结 本章首先介绍了课题的研究背景，随着信息化程度的提高，机房作为网络信息 交换和信息储备的中心，其安全性、可靠性引起各个领域的关注。接着介绍了机房 管理系统的发展历程，并对发展现状进行分析。机房管理系统虽然经历了很长一段 时间的发展，但是仍然存在着较大的不足，特别是机房管理系统的智能性和可扩展 性方面，由此引出本文的主要研究目标和研究意义；最后介绍了本课题的主要研究 内容。下一章将介绍本文研究实现过程中用到的关键技术。 - d 一 第2 章机房监控管理系统中的关键技术 第2 章机房监控管理系统中的关键技术 在本课题的研究实现过程中，对于监控管理智能性的实现采用的主要是数据融 合技术和移动侦测技术，对于系统扩展性研究依据的是i n t e l 提出的e f i ( e x t e n s i b l ef i r m w a r ei n t e r f a c e ) d r i v e rm o d e l 的实现模式，并采用m f cd l l 技术实现。下面将对这几方面的技术及数据加密技术、网络编程技术等进行分析和 讨论。 2 1 数据融合技术 近年来，无论在军事领域还是在非军事领域，多传感器数据融合技术都获得了 广泛的关注，正在应用于越来越多的领域中。数据融合就是将来自多个传感器或多 源的信息在一定准则下加以自动分析、综合以完成所需的决策和估计任务而进行的 信息处理过程。数据融合是人类或其他生物系统中普遍存在的一种基本功能。人类 通过应用这一能力把来自人体各个传感器( 眼、耳、鼻、四肢) 的信息( 外物、声音、 气味、触觉) 组合起来并采用先验知识去统计，理解周围环境和正在发生的事件。 数据融合的基本原理也就像人脑综合处理信息一样充分利用多个传感器资源， 通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用，把多个传感器在时间和空间上 的冗余或互补信息依据某种准则进行组合，以获取被观测对象的一致性解释或描述。 传感器之间的冗余数据增强了系统的可靠性，互补数据扩展了单个传感器的性能。数 据融合技术扩展了时空覆盖范围，改善了系统的可靠性，对目标或事件的确认增加 了可信度，减少了信息的模糊性，这是任何单个传感器做不到的。 2 1 1 数据融合的层次 数据融合实质上是指对多源信息进行融合以得到一个联合的判别结论。多传感 器数据融合系统与所有单传感器信号处理或低层次的多传感器数据融合处理方式 相比，单传感器信号处理或低层次的多传感器数据处理都是对人脑信息处理的一种 低水平模仿，它们不能象多传感器数据融合系统那样有效地利用多传感器资源。多 传感器系统可以更大程度地获得被探测目标和环境的信息量。多传感器数据融合所 处理的多传感器信息具有复杂的形式，而且可以在不同的信息层次上出现。按数据 的抽象程度，数据的融合可以在数据处理的不同层次上展开。对于数据融合层次的 问题，人们存在着不同的看法。本文主要介绍普遍为学者们所接受的3 层融合结构， 即数据层融合、特征层融合和决策层融合o 。5 3 ( 见图2 1 ) 。 1 数据层融合 数据层融合是直接在采集到的原始数据上进行数据融合，在各级传感器的原始 北京t 业大学工学硕士学位论文 数据未经过预处理之前就进行数据的综合与分析。这是最低级的融合，同时也决定 融合的数据必须来源于同质或相同量级的传感器。有了融合原始数据就可以完成类 似于单一传感器一样的数据处理过程。这种方式的主要优点是能保持尽可能多的现 场数据，提供其他融合方式所不能提供的全面信息，信息损失量小。但也有比较明 显的局限性：数据量较大、处理时间长、代价高。数据层融合通常用于：多源图像 符合、图像分析与理解。数据层融合结构如图2 1a ) 所示。 2 特征层融合 特征层数据融合首先对传感器的原始数据信息进行特征提取，然后对特征信息 进行综合分析与处理，一般说来，特征提取包括噪声消除与信息综合，属于中级融 合。特征级融合可划分为2 大类：目标状态数据融合、目标特征数据融合。特征层 目标状态数据融台主要用于多传感器目标跟踪领域，融合系统首先对传感器数据预 处理，然后实现参数相关、状态向量评估。特征层目标状态数据融合就是特征层联 合识别，具体的融合方法仍是模式识别的相关技术，只是在融合前先对特征进行相 关处理，把特征向量分类成有意义的组合。特征层融合实现了对原始数据的压缩， 减少了大量干扰数据，易实现实时处理，并具有较高的精确度。日前大多数c 3 i 系 统( 指挥、控制、通信和情报系统) 及其他领域应用的数据融合的研究都是在该层次 上展开。特征层融合结构如图2 1b ) 所示。 3 决策层融合 决策融合首先利用来自各传感器的信息对目标属性等进行独立处理，然后对各 传感器的处理结果进行融合，最后得到整个系统的决策。决策层融合也称为高级融 合是三级融合的最终结果，是直接针对具体决策目标的，融合结果直接影响决策水 平。决策融合可以有三种形式：决策融合、决策及其可信度融合和概率融合。决策 层融合结构如图2 一lc ) 所示 决策层融合的主要优点有： 容错性强，即当某个或某些传感器出现错误时，系统经过适当融合处理， 仍能得到正确结果。决策层融合能把某个或某些传感器出现错误的影响减 到最低限度 灵活性强 数据传输带宽低，通信量少，抗干扰能力强 对传感器依赖少，传感器可以是同质的，也可以是异构的。 决策层融合的主要缺点是：预处理代价高，依赖于预处理。 6 第2 章机房监控管理系统中的关键技术 a ) 数据层融合 a ) f u s i o no fd a t al a y e r b ) 特征层融合 b )f u s i o no fc h a r a c t e rl a y e r c ) 决策层融合 c )f u s i o no fd e c i s i o n _ m a k i n gl a y e r 图2 1 数据融合的3 种层次结构 f i g u r e2 一lt h et h r e e k i n d so f l a y e r s t r u c t u r eo fd a t af u s i o n 2 1 2 数据融合的模型结构 数据融合应用领域广泛。但由于数据融合理论尚不成熟至今尚未形成对所有应 用环境普遍适用的具体融合结构。一般结构类型要求既能对给定任务具有优化检测 和识别的性能，同时受传感器的性能和数据传输的带宽的影响要小。融合模型的结 构可分为集中式、分布式、混合式和反馈式结构“。 图2 2 为集中式结构。各个局部传感器直接把底层数据或经简单预处理的数据 传入融合中心，因此需要融合系统有足够的带宽和强大的数据处理能力。 圈22 集中式传感器数据融台 f i g u r e2 2m u l t i s e n s o rd a t af u s i o no fc o n c e n t r a t e dt y p e 一7 - 困由 嚣奎一 鬻 孽 鬻 北京工业大学工学硕士学位论文 图2 3 为分布式结构。融合中心接受各传感器的局部判决，而不是底层数据。 这样大大减轻了系统内部的通信压力，提高了系统的可靠性及实时性。 幽2 3 分布式传感器数据融合 f i g u r e2 3m u l t is e n s o rd a t af u s i o no f d is t r i b u t e dt y p e 混合式数据融合结构，中和了集中式和分布式结构的优缺点，具有很大灵活性， 但其结构复杂，在通信和计算上要付出昂贵的代价。 图2 4 为反馈式结构。融合中心不仅接收来自传感器的原始信息，而且接收已 经获得的融合信息，这样能够大大提高融合的处理速度。当系统对处理的实时性要 求很高的时候，如果总是试图强调以最高的精度去融合多传感器系统的信息，则无 论融合的速度多快都不可能满足要求，这时，利用信息的相对稳定性和原始积累对 融合信息进行反馈再处理将是一种有效的途径。当多传感器系统对外部环境经过一 段时间的感知，传感器系统的融台信息已能够表述环境中的大部分特征，该信息对 新的传感器原始信息融合具有很好的指导意义。 已融合数据更馈 图2 4 反馈式传感器数据融合 f i g u r e2 4m u l t i s e n s o rd a t af u s i o no ff e e d b a c kt y p e 2 1 3 数据融合的算法 数据融合涉及检测技术、信号处理、通信、模式识别、决策论、不确定性理论、 估计理论、最优化理论等众多学科领域。基于统计和估计的算法、基于信息论的融 合算法和基于认识模型的算法是曰前较成熟的应用广泛的融合算法。下面主要对基 于认识模型的算法进行具体介绍。 基于认识模型的算法主要有以下3 种： 1 模糊逻辑法。由于数据融合系统的各种不确定性，难以用传统的二值逻辑进 行判断。由l a z a d e h 教授提出的模糊集合论是一种精确解决不精确不完全信息 的方法。根据模糊逻辑理论，通过模糊概率的计算实现数据融合判断。模糊逻辑的 第2 章机房监控管理系统中的关犍技术 关键在于确立隶属度函数u ( ) ，其类似于o 和l 之间的值进行概率分布即u 。：u 一 o ，1 。隶属度函数u 可根据具体情况选取。如正态函数、三角函数、梯形函数、s 形函数等等。隶属度是主观确定的，但隶属度函数形状对模糊推理的影响并不大”。“。 2 专家系统。专家系统开始于7 0 年代中期。它实质上为计算机程序，能够以人 类专家的水平完成特别困难的某一专业领域的任务。它将人类专家的知识和经验以 知识库的形式存入计算机，并模仿人类专家解决问题的推理方式和思维过程，运用 人类的知识和经验对现实中的问题做出判断和决策。 3 逻辑模板法。逻辑模板法是将一个预先确定的模式与观测数据进行匹配，根 据条件的满足情况进行推理。融合系统利用多传感器的观测数据与预先规定的条件 进行比较，从而得到观测是否匹配于一个预定模板的说明，也可以是包含对象间联 系的可信度或概率。一个模板可包含参数表、布尔条件、权系数、门限，以及用于 描述一个事件、活动或假设条件的其它要素。 本文所建立的“二层回路决策模型”就是基于逻辑模板算法的。 2 2 移动侦测技术 2 2 1 基本原理算法 移动侦测技术的基本原理就是实时地对视频流的当前帧和前一帧进行逐点的灰 度比较，当两帧图象的变化满足给定的条件时，就表示侦测到目标。否则把后一帧 当作当前帧，继续跟它的前一帧做比较，如此循环，直至侦测到目标。移动侦测的 具体算法是：首先给定允许的灰度变化门限值t ，全部灰度变化系数为p 。当前帧和 前一帧逐点进行灰度的比较，当比较点的灰度变化值超过t 的时候，表示这一点检 测到了目标。统计所有的检测到了的目标点数，求得这个统计数占整帧图象点数的 比例系数，把这个比例系数与p 作比较，当超过p 的时候，就表示整帧图象检测到 了目标。否则就表示没有侦测到。t 和p 根据检测的灵敏度不同可以动态地设定。 下面依次对逐点抽取、隔点抽取、随机抽取法进行介绍“。 假设实时采集的当前帧图象为i ，前一帧图象为o ，图象的宽度为w ，高度为h ，i ( i ，j ) ，0 ( i ，j ) 分别表示图象i 和o 在点( i ，j ) 的灰度，c 表示检测到的目标点占 整帧图象的比例系数。公式里的符号a - b i 【l 是一个判决器，当a = b 时，返回l 否则返回0 ，【a 表示对a 取整。r a n d ( n ) 表示第n 个随机数。则： 算法l ( 逐点抽取法) ： d ( i ，j ) = l i ( i ，j ) 一0 ( i ，j ) i ( i ( o ，l ，w 一1 ) ，j ( o ，l ，h 1 ) c = = = ( ( f ，) 一r “日+ 矿) ( 2 一1 ) ( 2 2 ) 北京下业大学工学硕士学位论文 最后判断c ，当c p 时，则表示有目标，否则没有目标出现。 算法2 ( 隔点抽取法) ： d ( i ，j ) = i i ( i ，j ) 一o ( i ，j ) i ( i ( 1 ，3 ，2 w 2 卜一1 ) ， j ( 1 ，3 ，2 h 2 卜1 ) )( 2 3 ) c = 掣2 卜1 掣”h ( ( ，) 一( 2 + h 2 卜1 ) t ( 2 + 吵2 卜1 ) ( 2 4 ) 最后比较c 与p ，以决定目标是否出现。 算法3 ( 随机抽取法) ： 因为图象属于二维信号，因此要对图象的横向分量和列向分量同时分别做一维 抽样。首先要规定一个抽取的总点数t o t a l 胡o t a l 。当满足条件的取随机数的次数超 过t o t a l $ t o t a l ，则停止。在抽取过程中，当取得重复的点应予丢弃，重新抽样；当 取得的点在行维上的值( r a n d ( i ) ) 超过w 或在列维上的值( r a n d ( j ) ) 超过h ，也应予丢 弃，重新抽样。 d ( i ，j ) 刊i ( r a n d ( i ) ，r a i l d ( j ) ) 一o ( r a l l d ( i ) ，r a n d ( j ) ) 1 ( i ( 1 ，2 ，t o t a l ) ，j ( 1 ，2 ，t o t a l ) ) ( 2 5 ) c = 掣= ( d ( ，) 一，( 乃f 口p ，耐) ( 2 6 ) 同样比较c 与p ，以决定目标是否出现。 2 2 2 移动侦测的实现 移动侦测技术的具体实现过程就是设定某路是移动侦测后，启动一个侦测线程， 循环地对实时采集的当前帧和前一帧图象进行比较，一旦在当前区域检测到了目标， 系统启动录象，同时停止移动侦测。录制了段时间后，又重新启动移动侦测线程， 同时停止录象，就这样周而复始。当场景长时间处于静止状态时，则这一路就长期 处于移动侦测状态，没有录象，因而减少了冗余的存储数据。为了进一步提高检测 的速度和精度，可以对整个场景进行分割，对每一个区域进行动态侦测。对每一块 处理的算法与对整个区域处理的算法一样。 在实际中，采集的图象是r g b 图象，因此要分别对三个分量做上述的处理，然 后求均值。 2 3e f ld r i v e rm o d e i e f i 是i n t e l 提出的e x t e n s i b l ef i r m w a r ei n t e r f a c e 的缩写，它定义了操作 第2 章机房监控管理系统中的关键技术 系统和平台固件( f l r m w a r e ) 之间的接口”。 e f id r i v e rm o d e l 是e f i 的一个核心内容，它定义了若干协议完成e f i 驱动的 可扩展性，下面对其中较为核心的几个协议进行简单说明： 1 e f i d r i v e r b l n d i n g p r o t o c o l 凡是遵循e f id r i v e rm o d e l 的驱动，都要实现e f i d r i v e r b i n d i n g p r o t 0 c 0 l ， 其定义如下： 包括硒印 f ，5 f 甜 ，5 印三个方法，鼠印d ，f 用以检测当前的d r i v e r 是否是 对一个设备的合适驱动，如果是，那么就可以进一步调用j 盆， 方法来启动d r i v e r 服务，s 用以停止当前驱动。v e r s i o n 是当前驱动的版本，砌和毖打甜8 、 鼢押e r 8 i n d i n g 如n 出e 是抬氨驱动鹊旬柄。 2 e fi p l a t f r o m d rlv e r 一0 v e r rid e p r o t o c o l 白r 厉j w 函数用于在有多个驱动适合某个设备时，选择最合适的驱动。 国f 助j 阳r 忍拍函数用于检索设备路径，出j y 。a 幽d 函数把一个设备路径和一个 驱动的旬柄相关联。 北京_ _ 1 业大学t 学硕士学位论文 3 e f i b u s s p e f i f i c d r i v e ro v e r r i d e p r o t o c o l 只有b u s 才会使用这个协议，它定义了一些具体b u s 相关的驱动匹配算法，这 个协议的 国f 伢，r 盯 返回的驱动的优先级要低于 e f i p l a t f r o m r i v e r _ o v e r r i d ep r o t o c o l 的 衍，阳，。 4 e f i d r i v e r c o n f i g u r a t i o n p r o t o c o l 这个协议用于让设备的驱动程序根据设备的特殊性，配置一些特定的操作函数。 曲f 印f j 彻5 函数完成配置，助f j 伽s 临埘设定当前的配置是否有效，d ，c e 加，a “n 占 函数恢复设备的缺省设置。 5 e f ic o m p o n e n tn a m ep r o t o c o l 这个和下面的诊断协议一样，是设备驱动可选的协议，用以提供一个可读的字 符串，描述当前驱动的名称。 o p 皤o n 硝 o p 畦。阳l o 闻。脯l 图2 5e f id r i v e r 上作流程 f i g u r e2 5g o r k i n gf l o fe f id r i v e r e f i l o a d e d _ i m a g e p r o t o c o l 协议用于描述驱动的存放位置、内存的分配空间等。 2 4m f c d l l 本文的系统可扩展性设计在实现时采用的是m f cd l l 技术。 动态连接库d l l 由可执行模块组成，为进程提供数据、代码和资源。与编译时 使用的静态链接库不同的是，动态连接库独立于激活它们的可执行文件，调用的地 址转换是在加载时解决的。这使d l l 的故障查找和小的修改比较简单，不必重新编 译调用它们的可执行模块。 北京上业大学工学硕士学位论文 v i s u a lc + + 支持三种d l l ，它们分别是n o n m f cd l l ( 非m f c 动态库) 、m f cr e g u l a r d l l ( m f c 规则d l l ) 、m f ce x t e n s i o nd l l ( m f c 扩展d l l ) 。 非m f c 动态库不采用m f c 类库结构，其导出函数为标准的c 接口，能被非m f c 或m f c 编写的应用程序所调用：m f c 规则d l l 包含一个继承自c w i n a p p 的类，但其 无消息循环；m f c 扩展d l l 采用m f c 的动态链接版本创建，它只能被用m f c 类库所编 写的应用程序所调用。 动态链接具有下列优点： 节省内存和减少交换操作。很多进程可以同时使用一个d l l ，在内存中共享该d l l 的一个副本。相反，对于每个用静态链接库生成的应用程序，w i n d o w s 必须在内 存中加载库代码的一个副本。 节省磁盘空间。许多应用程序可在磁盘上共享d l l 的一个副本。相反，每个用 静态链接库生成的应用程序均具有作为单独的副本链接到其可执行图像中的库 代码。 升级到d l l 更为容易。d l l 中的函数更改时，只要函数的参数和返回值没有更 改，就不需重新编译或重新链接使用它们的应用程序。相反，静态链接的对象代 码要求在函数更改时重新链接应用程序。 支持多语言程序。只要程序遵循函数的调用约定，用不同编程语言编写的程序就 可以调用相同的d l l 函数。程序与d l l 函数在下列方面必须是兼容的：函数期 望其参数被推送到堆栈上的顺序，是函数还是应用程序负责清理堆栈，以及寄存 器中是否传递了任何参数。 提供了扩展m f c 库类的机制。可以从现有m f c 类派生类，并将它们放到m f c 扩 展d l l 中供m f c 应用程序使用。 使国际版本的创建轻松完成。通过将资源放到d l l 中，创建应用程序的国际版 本变得容易得多。可将用于应用程序的每个语言版本的字符串放到单独的d l l 资源文件中，并使不同的语言版本加载台适的资源。 2 5 数据加密标准( d e s ) 本文所设计的机房监控管理系统中认证管理部分采用的是d e s 数据加密算法。 d e s 是d a t ae n c r y p t i o ns t a n d a r d ( 数据加密标准) 的缩写。它是由i b m 公司 研制的一种加密算法，美国国家标准局于1 9 7 7 年公布把它作为非机要部门使用的数 据加密标准，二十年来，它一直活跃在国际保密通信的舞台上，扮演了十分重要的 角色。、 d e s 是一个分组加密算法，其数据流程图如图2 6 所示。该算法的输入是6 4 位 的明文，在6