Регистрация / Вход
Прислать материал

14.576.21.0080

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.576.21.0080
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью " Научное предприятие "Цезис"
Название доклада
Разработка системных решений по созданию облачного сервиса интеллектуальной обработки видеопотоков высокой доступности, интегрированного с корпоративными и ведомственными видеоподсистемами, основанных на использовании открытых протоколов и свободно распространяемого программного обеспечения.
Докладчик
Свирин Илья Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Научная цель проекта состоит в разработке, исследовании и программной реализации: - алгоритмов обеспечения высокой производительности и доступности облачных сервисов, в т. ч. в условиях сверхвысоких пиковых нагрузок со стороны клиентов; - алгоритмов интеллектуальной обработки потоков видеоданных с учетом специфики их выполнения на базе облачных сервисов. Техническая цель проекта заключается в разработке облачного сервиса интеллектуальной обработки видеопотоков высокой доступности, интегрированного с корпоративными и ведомственными видеоподсистемами, основанного на использовании открытых протоколов и свободно распространяемого программного обеспечения.
Технико-экономическая цель проекта состоит в создании универсальной открытой облачной платформы для обработки видеопотоков, способной полностью заместить импорт зарубежных аналогов (Cisco VSM, Wowza streaming server и другие).
Технологическая цель проекта состоит в распространении и использовании в России свободно распространяемого программного обеспечения и снижении технологической зависимости от проприетарных зарубежных решений.
Актуальность и новизна исследования
Данный проект по разработке системных решений по созданию облачного сервиса интеллектуальной обработки видеопотоков высокой доступности, интегрированного с корпоративными и ведомственными видеоподсистемами, основанных на использовании открытых протоколов и свободного программного обеспечения, направлен на решение таких важных государственных задач как: - импортозамещение данного вида облачных технологий; - обеспечение технологической независимости нашего государства. Наличие развитой технологической облачной основы выдвигает на передний план целый пласт задач, связанных с интеграцией корпоративных и ведомственных информационных систем в облачную среду. На решение именно этих задач направлен данный проект. Одной из наиболее актуальных и сложных задач является обработка мультимедиаданных в облачной среде, что обусловлено, прежде всего, необходимостью наличия существенных вычислительных ресурсов для такой обработки, связанной с выполнением трудоемких операций по компрессии/декомпрессии мультимедийных данных (аудио и видео), а также ресурсоемкости современных алгоритмов видеоанализа. Консолидация таких мощностей в дата-центрах, а не распределение их по отдельным серверам представляется более экономичным и рациональным не только корпоративным, но и государственным заказчикам.
Описание исследования

Проведен анализ современной научно-технической, нормативной и методической литературы, который позволил сделать следующие выводы:

  • существуют проблемы, связанные с невозможностью обеспечения безопасности и конфиденциальности данных от компаний, предоставляемых облачных услуги, что затрудняет использовать облачного сервис повсеместно; − разработка средств поддержки облачных программных систем является актуальной задачей, активно
    обсуждаемой в современных научно-технических изданиях; − создание удобного и информативного пользовательского интерфейса для облачного сервиса интеллектуальной обработки видеопотоков – нетривиальная задача, решению которой посвящено множество публикаций в последнее время; − существует множество способов обеспечения безопасности входа в облачные сервисы, однако, все они не обеспечивают абсолютной защиты данных;
  • выбор оптимального способа интеграции облачных сервисов и корпоративных информационных ресурсов для интеллектуальной обработки видеопотоков зависит от
    конкретных решаемых задач и состоит в применении соответствующих паттернов, позволяющих проводить интеграцию достаточно эффективно;
  • повышенное внимание уделяется проблеме создания механизмов обеспечения отказоустойчивости систем облачных вычислений, которые обладают высокой надежностью и требуют минимальных вычислительных затрат;
  • системы связных видеокамер и использование облачных вычислительных серверов является активно развивающимся и важным направлением исследований. Проведены патентные исследования, которые показали, что в настоящее время в области интеллектуальной обработки видеопотоков, хорошо изученной является область, связанная с обработкой многоканальной видеосвязи и механизмами аутентификации, перспективными направлениями в области разработки облачного сервиса интеллектуальной обработки видеопотоков высокой доступности могут быть алгоритмы, основанные на цифровой обработке видеопотоков и на использовании открытых протоколов и свободно распространяемого программного обеспечения.

Проведенные патентные исследования позволили сделать вывод, что, разрабатываемые Проведено исследование основные направления исследования объекта ПНИ. По результатам проведенного анализа методов интеграции корпоративных информационных систем и облачных сервисов был сделан вывод, что в существующих подходах есть проблемы связанные с эффективным управлением видеопотоками.

Для выбора оптимальной архитектуры построения сервиса использованы методы имитационного моделирования. Для обоснования выбора оптимального варианта решения задач интеллектуальной обработки видеопотоков с применением облачных технологий описан круг специфических задач и сформулированы критерии оптимальности.

В качестве основы для построения экспериментального образца программного обеспечения выбраны прототипы на основе свободного программного обеспечения, в частности, были проанализированы существующие открытые базы данных и выбрана SQLite в качестве базы данных ЭО ПО. Так же были проанализированы форматы представления пользователю интегрированных данных. Так же были проанализированы существующие технологии Single Sign On (SSO) и выбрана технология SAML, которая будет положена в основу разрабатываемого метода аутентификации и авторизации пользователей при выполнении интеграции облачных сервисов и корпоративных и ведомственных информационных систем. Была выполнена адаптация выбранной технологии SSO применительно к выбранному способу представления интегрированных данных (портал, реализованный на основе web технологий) и протоколов передачи видеопотоков.

При выборе и разработке алгоритма интеграции облачных сервисов с корпоративными и ведомственными информационными системами, алгоритма интеллектуальной обработки видеопотоков, оптимизированного для использования в составе облачных сервисов, а также алгоритма отказоустойчивой облачной системы массового обслуживания использованы методы математического моделирования.

Результаты исследования

Предложена классификация выделенных областей интереса для принятия решения о необходимости их дальнейшего сопровождения. Для решения задачи классификации событий предложено использовать деревья принятия решений. В качестве дескрипторов: траектории движения всех объектов сцены и полученные для каждого объекта классы действий.

В качестве универсальной основы предоставления пользователям интегрированных данных была выбрана портальная концепция, т.к. она обеспечивает централизованное размещение всех компонентов на серверной стороне (стороне портала). Технология SAML положена в основу разработанного метода аутентификации и авторизации пользователей при выполнении интеграции облачных сервисов и корпоративных и ведомственных информационных систем, выполнена ее адаптация. Для обеспечения интеграции предложено два способа: специализированная интеграция и интеграция на основе универсального протокола.

Разработаны математическая модель и алгоритм интеграции облачных сервисов с корпоративными и ведомственными информационными системами, математическая модель и алгоритмы интеллектуальной обработки видеопотоков, оптимизированных для использования в составе облачных сервисов, математическая модель и
алгоритм отказоустойчивой облачной системы массового обслуживания.

Построена имитационная модель двухслойной архитектуры облачного сервиса, аналитическая сетевая модель двухслойной архитектуры облачного сервиса и аналитическая модель подсистемы авторизации пользователей. При разработке алгоритма интеграции облачных сервисов с корпоративными и ведомственными информационными системами реализована подсистема авторизации, обеспечивающая надежность и безопасность коммуникаций при интеграции данных и механизмы преобразования интегрируемых данных и оркестровки интегрируемых приложений. При разработке математических моделей интеллектуальной обработки видеопотоков учтены сложности, связанные с большими объемами данных, необходимостью работы в режиме реального времени. Разработанные алгоритмы обработки имеют вероятность детектирования (обнаружения) не менее 80%, при этом вероятность ложного срабатывания не превышает 15%. Построенная имитационная модель отказоустойчивого облачного сервиса в качестве параметров использует числовые значения следующих величин: время выявления того, что узел входного или выходного слоя вышел из строя; время перекоммутации одного потока с вышедшего из строя узла входного или выходного слоя на другой узел входного или выходного слоя, при условии что резервный узел уже включен, время включения узла входного и выходного слоя. При помощи модели отказоустойчивого сервиса показано, что при отказе оборудования, для которого имеется резервный компонент, способный взять на себя нагрузку вышедшего из строя компонента, время восстановления обслуживания в 86,5 % случаев не превышает 1 мин.

Практическая значимость исследования
Использование результатов ПНИ позволит создавать облачные сервисы для работы с мультимедийной информацией, интегрированные с различными корпоративными или ведомственными системами, обладающие следующими конкурентными преимуществами:
1) Надежностью, обеспечиваемой применением инновационной двухслойной архитектуры построения облачного сервиса, при которой программное обеспечение разделяется на два функциональных слоя, где входной слой обеспечивает сбор и обработку мультимедийной информации и находится под фиксированной нагрузкой со стороны выходного слоя, через который доступ к информации и ресурсам получают клиенты облачного сервиса. Таким образом, плохо прогнозируемая и потенциально очень высокая пиковая нагрузка будет приходиться только на выходной слой сервиса, предотвращая нарушение реализации основных функций системы.
2) Эффективностью, достигаемой за счет оптимизации сетевой и вычислительной нагрузки путем реализации алгоритмов балансировки. Дополнительно эффективность обеспечивается путем оптимизации алгоритмов обработки видеопотоков для работы в составе облачных сервисов.
3) Открытостью, обеспечиваемой за счет использования в качестве прототипа свободно распространяемого программного обеспечения с открытым исходным кодом, а также стандартных открытых протоколов взаимодействия. Данное конкурентное преимущество является определяющим в условиях современной геополитической обстановки и практически исключает наличие конкурирующих продуктов для государственных проектов на российском рынке в ближайшие годы.