徐　黎

(1.海軍工程大學(xué) 武漢 430032; 2. 武漢女子監(jiān)獄 武漢 430030)

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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和負(fù)載均衡機(jī)制的現(xiàn)代化監(jiān)獄系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

徐黎1,2

(1.海軍工程大學(xué) 武漢 430032; 2. 武漢女子監(jiān)獄 武漢 430030)

摘要：隨著國(guó)際國(guó)內(nèi)形勢(shì)復(fù)雜的變化和發(fā)展，監(jiān)獄安全穩(wěn)定壓力日益加大。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和負(fù)載均衡機(jī)制，設(shè)計(jì)了一種現(xiàn)代化監(jiān)獄綜合應(yīng)用平臺(tái)。該應(yīng)用平臺(tái)能全面整合監(jiān)獄安防系統(tǒng)、業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)和指揮應(yīng)用系統(tǒng)，能有效滿(mǎn)足監(jiān)獄日常監(jiān)管、應(yīng)急指揮、綜合信息研判和輔助決策等實(shí)際應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；負(fù)載均衡；射頻識(shí)別；現(xiàn)代化監(jiān)獄

1引言

隨著國(guó)際國(guó)內(nèi)形勢(shì)復(fù)雜的變化和發(fā)展，監(jiān)獄安全穩(wěn)定壓力日益加大，教育改造質(zhì)量要求提高到一個(gè)新的高度，在更高層面上要求監(jiān)獄工作科學(xué)合理發(fā)展。當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展和應(yīng)用的普及，將有力提高監(jiān)獄的現(xiàn)代化信息管理水平。以信息化、智能化體系為支撐，以高素質(zhì)高起點(diǎn)人才為保障，創(chuàng)建信息化特征的現(xiàn)代化文明監(jiān)獄管理體系，是引領(lǐng)我國(guó)監(jiān)獄管理工作邁向科學(xué)發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)，同時(shí)對(duì)于促進(jìn)公正執(zhí)法，確保監(jiān)管安全等功能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論研究?jī)r(jià)值[1]。

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)指的是將無(wú)處不在(Ubiquitous)的末端設(shè)備(Devices)和設(shè)施(Facilities)，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，和“外在使能”(Enabled)的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)(Assets)、攜帶無(wú)線(xiàn)終端的個(gè)人與車(chē)輛等等“智能化物件或動(dòng)物”或“智能塵?！?Mote)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬(wàn)物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮堋⒖?、營(yíng)”一體化。

監(jiān)獄等監(jiān)管場(chǎng)所是對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)要求級(jí)別最高，并且目前的監(jiān)獄管理系統(tǒng)只具有監(jiān)視、控制等基本功能，視頻、門(mén)禁、報(bào)警等各個(gè)子系統(tǒng)往往是獨(dú)立運(yùn)作，形成信息孤島，無(wú)法共享和及時(shí)聯(lián)動(dòng)，這樣直接導(dǎo)致無(wú)法快速發(fā)揮預(yù)警和防范的作用[2]。利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和服務(wù)器負(fù)載均衡機(jī)制，有效實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的資源共享與信息互通，實(shí)現(xiàn)監(jiān)獄管理系統(tǒng)的各類(lèi)資源有機(jī)協(xié)調(diào)和應(yīng)急指揮，是現(xiàn)代化監(jiān)獄管理迫在眉睫亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2物聯(lián)網(wǎng)與負(fù)載均衡

“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”的核心和基礎(chǔ)仍然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；其用戶(hù)端延伸和擴(kuò)展到了任何物品和物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義是：通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)叫做物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)是物與物、人與物之間的信息傳遞與控制。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。(1)傳感器技術(shù)：這也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。到目前為止絕大部分計(jì)算機(jī)處理的都是數(shù)字信號(hào)。自從有計(jì)算機(jī)以來(lái)就需要傳感器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)才能處理。(2)RFID技術(shù)：RFID技術(shù)是融合了無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)為一體的綜合技術(shù)，RFID在自動(dòng)識(shí)別、物品物流管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。(3)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)：該技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)為一體的復(fù)雜技術(shù)。如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個(gè)簡(jiǎn)單比喻，傳感器相當(dāng)于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網(wǎng)絡(luò)就是神經(jīng)系統(tǒng)用來(lái)傳遞信息，嵌入式系統(tǒng)則是人的大腦，在接收到信息后要進(jìn)行分類(lèi)處理。

現(xiàn)代化監(jiān)獄管理體系的核心是充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，以更深入的數(shù)字智能化感知更全面的互聯(lián)互通、更有效的協(xié)同管理與共享為原則，獲取更為全面的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，進(jìn)行信息的有效集成、智能處理和充分交換與共享[3]。物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念[4-5]。

負(fù)載均衡技術(shù)是將系統(tǒng)的負(fù)載根據(jù)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，將工作任務(wù)均衡分配到不同的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，維持系統(tǒng)的高可用性，保證系統(tǒng)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)既不處于滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)又不處于滿(mǎn)空閑狀態(tài)，避免出現(xiàn)運(yùn)算服務(wù)瓶頸，從而大幅提升平臺(tái)的承載和處理能力[6-7]。通過(guò)負(fù)載均衡技術(shù)部署時(shí)候，監(jiān)獄管理平臺(tái)的集群系統(tǒng)內(nèi)某臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障，該技術(shù)可以自動(dòng)將出現(xiàn)故障的服務(wù)器負(fù)載工作任務(wù)動(dòng)態(tài)地分配到其他服務(wù)器中，這樣有效保障系統(tǒng)的持續(xù)、高可靠運(yùn)行。

3現(xiàn)代化監(jiān)獄體系設(shè)計(jì)

現(xiàn)代化監(jiān)獄綜合應(yīng)用平臺(tái)支持RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可對(duì)監(jiān)獄在押人員和干警準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)在押人員的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)管理，同時(shí)對(duì)警力部署情況實(shí)時(shí)掌握，使監(jiān)獄的安全監(jiān)管能在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)對(duì)人的安全行為、物的安全狀態(tài)及環(huán)境、管理狀況進(jìn)行有效監(jiān)控，從而大幅度提升監(jiān)獄的安全性和管理效率。綜合應(yīng)用平臺(tái)從橫向上以監(jiān)控圖像資源和報(bào)警信息為核心，實(shí)現(xiàn)周界報(bào)警、高壓電網(wǎng)、緊急報(bào)警、巡更、門(mén)禁等各類(lèi)安防信息綜合治理的全面集成和聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的資源共享和信息互通；在縱向上以“指揮室——分控中心——指揮中心”三級(jí)管理、應(yīng)用平臺(tái)，可做到各類(lèi)資源協(xié)同共享、應(yīng)急指揮、綜合信息研判和輔助決策，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

應(yīng)用平臺(tái)的人員定位功能主要通過(guò)監(jiān)獄GIS地圖，提供人員實(shí)時(shí)定位、活動(dòng)軌跡回放、非法越界報(bào)警、出入關(guān)口報(bào)警、非法聚集報(bào)警、信號(hào)丟失報(bào)警等多種功能，從而實(shí)時(shí)掌握監(jiān)獄內(nèi)各監(jiān)區(qū)、勞動(dòng)場(chǎng)所等區(qū)域在押人員的具體活動(dòng)情況，有效防止在押人員的出逃，減少罪犯結(jié)黨鬧事的概率，做到對(duì)重點(diǎn)及高危人員的有效監(jiān)控，對(duì)暴力事件及時(shí)準(zhǔn)確的跟蹤，有效地保障了干警和在押人員的人身安全和執(zhí)行效率。

圖1　現(xiàn)代化監(jiān)獄綜合應(yīng)用平臺(tái)

現(xiàn)代化監(jiān)獄綜合應(yīng)用平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)基于智能視頻分析引擎，提供穿越警戒線(xiàn)報(bào)警、監(jiān)舍內(nèi)在押人員異常行為、目標(biāo)快速移動(dòng)、目標(biāo)突然聚集報(bào)警等功能，并與圖像顯示系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。該功能模塊還可以利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，對(duì)視頻監(jiān)控中的圖像信號(hào)缺失、模糊、偏色、雪花、噪聲等常見(jiàn)故障作出準(zhǔn)確判斷，并自動(dòng)記錄偵測(cè)結(jié)果，從而迅速鎖定目標(biāo)。同時(shí)，該模塊能將視頻流集中進(jìn)行存儲(chǔ)、智能搜索和分類(lèi)標(biāo)注。圖2顯示的是現(xiàn)代化監(jiān)獄綜系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖。

圖2　現(xiàn)代化監(jiān)獄綜系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代化監(jiān)獄綜合應(yīng)用平臺(tái)可以提供應(yīng)急預(yù)案分類(lèi)、分級(jí)維護(hù)、預(yù)案模板維護(hù)、預(yù)案制定、預(yù)案審批、預(yù)案修訂、預(yù)案評(píng)估、預(yù)案比對(duì)、預(yù)案查詢(xún)，多媒體預(yù)案編輯等功能。在監(jiān)獄發(fā)生報(bào)警后，可根據(jù)監(jiān)獄應(yīng)急預(yù)案、安全管理的需要，在地圖上快速定位，報(bào)警點(diǎn)的圖標(biāo)自動(dòng)閃爍，并通過(guò)聲、光提示值班人員快速進(jìn)行處理；應(yīng)用平臺(tái)能自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)先設(shè)置的聯(lián)動(dòng)方案，將部署在該報(bào)警點(diǎn)附近的攝像機(jī)圖像切換至指揮中心電視墻，獲取現(xiàn)場(chǎng)有效畫(huà)面，供調(diào)度指揮使用。同時(shí)對(duì)應(yīng)急資源進(jìn)行調(diào)度，并提供強(qiáng)大的信息支撐和必要的輔助決策手段，從而能動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、高效地對(duì)處理方案和應(yīng)急任務(wù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

4性能測(cè)試與分析

在本文設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化監(jiān)獄綜合應(yīng)用平臺(tái)上，為了測(cè)試負(fù)載均衡機(jī)制的性能，特進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。

圖3　服務(wù)器的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間比較

圖4　不同服務(wù)器的系統(tǒng)吞吐量比較

圖3 顯示的是服務(wù)器的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間比較，圖4顯示的是不同服務(wù)器的系統(tǒng)吞吐量比較。從圖3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不難看出：隨著并發(fā)請(qǐng)求的任務(wù)數(shù)量在不斷增加，系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間也在迅速遞增。在系統(tǒng)部署了負(fù)載均衡機(jī)制后，五個(gè)服務(wù)器的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間比較接近，表明系統(tǒng)接近負(fù)載均

衡。從圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不難分析出：當(dāng)系統(tǒng)部署了負(fù)載均衡機(jī)制后，十個(gè)服務(wù)器的系統(tǒng)吞吐量比較接近；但是當(dāng)系統(tǒng)未采用負(fù)載均衡機(jī)制時(shí)，十個(gè)服務(wù)器的系統(tǒng)吞吐量相差非常大，最高的達(dá)到33，而最小的只有5，表明系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的負(fù)載不均衡現(xiàn)象，這樣直接導(dǎo)致系統(tǒng)的執(zhí)行效率較低。

5結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和負(fù)載均衡機(jī)制的現(xiàn)代化監(jiān)獄綜合應(yīng)用平臺(tái)，以智能感知、互聯(lián)互通、協(xié)同共享的建設(shè)理念，全面整合監(jiān)獄安防系統(tǒng)、業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)和指揮應(yīng)用系統(tǒng)，能有效滿(mǎn)足監(jiān)獄日常監(jiān)管、應(yīng)急指揮、綜合信息研判和輔助決策等綜合管理和實(shí)際應(yīng)用需求。性能測(cè)試結(jié)果有效顯示了該應(yīng)用平臺(tái)能全面提升監(jiān)獄日常精細(xì)化管理和突發(fā)事件應(yīng)急處置的水平和能力。

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Analysis and Design of Modern Prison System Based on the Internet of Things Technology and Load Balancing Mechanism

XU Li1,2

(1. Naval University of Engineering, Wuhan 430032, China; 2. Wuhan Women’s Prison, Wuhan 430030, China)

Abstract:With the changes of the complex international and domestic situation, the security and stability of the prisons are under increasing pressure. This paper designs a comprehensive modern prison application platform based on the Internet of Things technology and load balancing mechanism. The proposed application platform is able to fully integrate the prison security systems, business information systems and command applications and effectively meets the practical needs of daily supervision of prisons, emergency command, the study on comprehensive information and decision supporting.

Key words:The Internet of Things; load balancing; radio frequency identification; modern prison

收稿日期：2015-12-12

作者簡(jiǎn)介：徐黎(1981-)，男，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)。

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-344X(2016)02-0048-03