存儲發(fā)展與常用技術(shù)

????? 90年代末，基于數(shù)字信號處理(DSP)的數(shù)字化視頻監(jiān)控逐漸開始普及，各類編解碼技術(shù)在圖像處理方面獲得了廣泛應(yīng)用，經(jīng)過處理后的圖像也可以以數(shù)字碼流的方式進行傳輸，圖像的存儲也開始進入數(shù)字化時期。最典型的應(yīng)用是數(shù)字硬盤錄像機(DVR)，采用在內(nèi)置硬盤的方式進行圖像存儲。

????? 這種存儲方式在保存時間、圖像檢索、系統(tǒng)維護以及遠程調(diào)用方面都有了根本性的變化。但是，由于這一階段的數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)大多帶有明顯的本地化特征，規(guī)模也相對比較小，所以存儲也表現(xiàn)出明顯的前端化和單機化特征。

????? 近年來，隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，通過中心業(yè)務(wù)平臺進行集中管理和控制、以網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和IPCamera為前端的網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)開始得到廣泛部署。由于架構(gòu)合理、擴展靈活、層次清晰，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控能夠給用戶帶來全新的安防應(yīng)用體驗，從而迅速成為構(gòu)建新一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要形式。

????? 分布式的前端和平臺架構(gòu)、集中化的管理和控制以及靈活便捷的用戶訪問，使得網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的存儲部分也開始走向網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化存儲給視頻監(jiān)控帶來了全新的存儲架構(gòu)，一方面，用戶在存儲的部署上更加靈活，訪問也更簡單，另一方面，構(gòu)建需要實現(xiàn)大容量存儲的視頻監(jiān)控系統(tǒng)也更為便捷。

????? DVR存儲：編解碼器內(nèi)部存儲--DVR存儲是目前最常見的一種存儲模式，編解碼器設(shè)備直接掛接硬盤，目前最多可帶8盤硬盤。但由于編解碼設(shè)備性能的限制，一般采用硬盤順序?qū)懭氲哪Ｊ剑瑳]有應(yīng)用RAID冗余技術(shù)來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的保護。隨著硬盤容量的不斷增大，單片硬盤故障導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失的幾率在同步增長，且DVR性能上的局限性也影響了圖像數(shù)據(jù)的共享及分析。

????? 這種方式的特點是：價格便宜，使用起來方便，通過遙控器和鍵盤就可以操作;DVR方式適合于小規(guī)模、分布式的部署。國產(chǎn)DVR產(chǎn)品例如海康、大華的產(chǎn)品，都已經(jīng)十分成熟。

????? 編解碼器+存儲：編解碼器外掛存儲設(shè)備，通過編解碼器的外部存儲接口連接，主要采用SATA、USB、iSCSI和NAS等存儲協(xié)議擴展。

????? 這種方式可以實現(xiàn)編解碼器容量的再擴展，適合于中小規(guī)模的部署，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)通過RAID技術(shù)在可靠性上得到了一定保證。其中SATA/USB模式采用的直連方式，不能共享并且擴展能力較低;IP網(wǎng)絡(luò)(iSCSI和NAS)方式下具有更好的擴展能力和共享能力。?？档腄S系列監(jiān)控NAS存儲產(chǎn)品，邦諾存儲的SMI系列存儲產(chǎn)品在監(jiān)控行業(yè)的應(yīng)用都已十分成熟。

????? 集中存儲：服務(wù)器連接前端編解碼器，通過流媒體協(xié)議下載數(shù)據(jù)，然后存放到存儲設(shè)備上。服務(wù)器和存儲設(shè)備之間可以通過SCSI、iSCSI、NAS、FC協(xié)議連接。集中存儲方式適合于大中型平臺的部署。

????? 集中存儲方式中，IP連接模式(iSCSI、NAS)有良好的擴展能力和可管理性，具備高性能價格比。

監(jiān)控存儲三格局

????? 一、前端存儲格局

????? 所謂前端存儲，是在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備(如網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器或網(wǎng)絡(luò)攝像機)中內(nèi)置存儲部件，由前端設(shè)備直接完成監(jiān)控圖像的本地錄制和保存。

????? 前端存儲具有幾個方面的優(yōu)勢：一是可以通過分布式的存儲部署，來減輕集中存儲帶來的容量壓力;二是可以有效緩解集中存儲帶來的網(wǎng)絡(luò)流量壓力;三是可以避免集中存儲在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時的圖像丟失。

????? 對于前端存儲，由于單個前端編碼設(shè)備通常所帶監(jiān)控點路數(shù)不多，存儲時間也不長，所以對存儲容量要求不高，網(wǎng)絡(luò)攝像機一般用CF卡或SD卡，視頻服務(wù)器一般用內(nèi)置硬盤。這與以往單機存儲相比，基本沒有區(qū)別。

????? 而與以往單機存儲本質(zhì)上不同的是，為了保證用戶訪問的靈活性和便捷性，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的所有前端存儲除了要能夠提供點對點的單機訪問外，還要能夠通過一個統(tǒng)一的接口提供所有內(nèi)容的集中共享。為此，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過中心業(yè)務(wù)平臺對所有前端存儲進行統(tǒng)一管理和調(diào)度，并實現(xiàn)存儲空間和存儲內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)化。這樣，用戶既可以直接登錄單個前端設(shè)備進行錄像資料的點播回放，也可以統(tǒng)一登錄中心業(yè)務(wù)平臺進行所有前端錄像資料的集中檢索和回放。

????? 二、中心存儲格局

????? 在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，部署得更多的是中心存儲。前端設(shè)備采集監(jiān)控點圖像并編碼壓縮處理成數(shù)字監(jiān)控碼流，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳送到中心業(yè)務(wù)平臺，由中心業(yè)務(wù)平臺將碼流分發(fā)給網(wǎng)絡(luò)錄像單元進行集中存儲。

????? 在很多大型的視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，也可采用多級分布的中心存儲方式，即分中心存儲，這樣一方面可以降低一個中心點集中存儲帶來的存儲容量和網(wǎng)絡(luò)流量的壓力，一方面可以大幅度提升系統(tǒng)的可靠性。

????? 使用中心/分中心存儲，在以下幾個方面具有明顯優(yōu)勢：一是對于用戶而言，檢索和調(diào)用錄像資源更為方便;二是存儲內(nèi)容的完整性更容易保證，不會因為某個前端設(shè)備失竊或損壞而導(dǎo)致重要內(nèi)容的丟失;三是可以合理的進行資源調(diào)度，為前端設(shè)備按需分配存儲空間，從而節(jié)約資源;四是有利于制定多樣化的存儲策略，以滿足用戶的個性化需求;五是維護方便，便于集中檢測和及時排查問題。

???對于監(jiān)控點路數(shù)比較少、存儲時間要求不長的應(yīng)用場合，中心/分中心存儲可以采用服務(wù)器插硬盤或外接磁盤柜這種比較簡單的方式進行部署，稱為DAS(直接訪問存儲)，與單機類似。而隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的優(yōu)勢被廣泛認可，現(xiàn)在開始出現(xiàn)越來越多的大型甚至超大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，比如“平安城市”建設(shè)中的社會面治安監(jiān)控系統(tǒng)、中國電信和中國網(wǎng)通正在全面推進的“全球眼”和“寬視界”這兩大運營級視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這些監(jiān)控系統(tǒng)都面臨著前端設(shè)備的大規(guī)模接入和大容量集中存儲的需求。以往的單機存儲方式無法滿足這些系統(tǒng)在容量靈活擴展方面的應(yīng)用需求，必須采用更為先進的網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備和存儲技術(shù)，其中典型的就是SAN、NAS以及iSCSI。

????? SAN(存儲區(qū)域網(wǎng))起源于上世紀(jì)九十年代中后期，與DAS不同，SAN基于光纖通道技術(shù)，服務(wù)器和存儲陣列之間通過光纖通道交換機連接，形成專用于數(shù)據(jù)存儲的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。SAN采用了面向網(wǎng)絡(luò)的存儲結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲分離，具有存儲空間易于擴展、尋址靈活、可遠距離傳輸數(shù)據(jù)、I/O性能高、存儲設(shè)備利用率高等特點，是一種全新的存儲體系結(jié)構(gòu)。

????? 與SAN基于專門的光纖通道協(xié)議不同，NAS(網(wǎng)絡(luò)訪問存儲)基于IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)服務(wù)器和存儲陣列的互聯(lián)，使用TCP/IP協(xié)議進行通信，以文件級的I/O方式進行數(shù)據(jù)傳輸。相比之下，NAS設(shè)備的安裝、調(diào)試、使用和管理更簡單，部署成本也相對較低。

????? iSCSI是IETF一種新的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，即透過IP網(wǎng)絡(luò)，將SCSI區(qū)塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)封包的一種傳輸標(biāo)準(zhǔn)，它和NAS一樣透過IP網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，但在數(shù)據(jù)存取方式上，則采用與NAS不同的，而與SAN相同的BlockProtocol協(xié)議。由此，iSCSI給用戶帶來的價值在于：第一，iSCSI使SCSI數(shù)據(jù)包在以太網(wǎng)中傳輸成為可能，使SAN擺脫了昂貴的光纖網(wǎng)絡(luò)，通過IP網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)原先的功能，既降低了管理復(fù)雜度又降低了成本;第二，由于用戶應(yīng)用需求的復(fù)雜性，往往會同時部署SAN和NAS兩種存儲網(wǎng)絡(luò)，而iSCSI則可以將兩者融合起來。

????? iSCSI的這些特點非常契合現(xiàn)在的視頻監(jiān)控發(fā)展的現(xiàn)狀和方向，特別是在運營級視頻監(jiān)控領(lǐng)域，存儲的規(guī)模大、投入高，基于目前成熟的IP網(wǎng)絡(luò)進行中心/分中心存儲系統(tǒng)的構(gòu)建，iSCSI技術(shù)無疑是一個很好的參考。

????? 三、應(yīng)用存儲格局

????? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)常采用的存儲網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有DAS、NAS、SAN和IP-SAN，常采用的存儲設(shè)備類型有SCSI盤陣、FC和iSCSI設(shè)備。這些設(shè)備技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、安裝實施也非常方便。然而這些設(shè)備都具有一個共同的缺點，就是存儲設(shè)備在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中只能起到一個簡單的數(shù)據(jù)存儲功能，無法替代服務(wù)器來運行特定的應(yīng)用軟件，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中仍然需要大量專用服務(wù)器。

????? 實際上，隨著芯片技術(shù)的快速發(fā)展，CPU或?qū)Ｓ?a href="http://www.makelele.cn/tags/asic/" target="_blank">ASIC芯片的運算及處理速度成倍提高，而存儲設(shè)備的整體價格卻在不斷降低。在設(shè)備選型及購買時，出于設(shè)備更新?lián)Q代方面的考慮，用戶一般會選擇稍高一級別的存儲設(shè)備。再者，當(dāng)投資充裕時價格差別對用戶影響也比較小。因而在很多的應(yīng)用系統(tǒng)中，用戶采購的存儲設(shè)備性能往往高出實際業(yè)務(wù)系統(tǒng)真實需求很多，甚至超出好幾倍。

????? 在一些中小視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的性能瓶頸經(jīng)常會出現(xiàn)在視頻服務(wù)器而不是存儲設(shè)備端，存儲設(shè)備所能提供的帶寬往往是視頻監(jiān)控實際總帶寬的兩倍或三倍，IOPS也是實際需求的3～5倍。存儲設(shè)備控制器長時間處于半負荷工作狀態(tài)，大量的高性能資源被浪費。為保障高可用性、高效性、穩(wěn)定性和安全性，存儲設(shè)備的控制器部分一般都是專門設(shè)計的，并采用專用的處理器和緩存，其各項技術(shù)參數(shù)和性能均高于普通PC服務(wù)器。為了有效地利用存儲的富余資源，可在存儲設(shè)備控制器部分內(nèi)嵌特殊功能的應(yīng)用軟件，存儲設(shè)備不僅為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，還能提供一定的軟件應(yīng)用服務(wù)器，這種存儲設(shè)備就稱為應(yīng)用存儲。

監(jiān)控存儲六種方式

????? 數(shù)字化視頻監(jiān)控涉及到巨量數(shù)據(jù)的采集、存儲和使用。因此，一個高效能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須具備高效能的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，這關(guān)系著數(shù)據(jù)管理的效率、數(shù)據(jù)安全以及數(shù)據(jù)利用的效率。那么，在電信級別的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)中，對于數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的要求，一般說來，要滿足六個方面的要求。

????? 電信級數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的重要特點之一是大量集中的數(shù)據(jù)存儲和分散化的前端應(yīng)用。因此，存儲系統(tǒng)必須具有較強的數(shù)據(jù)傳輸能力，否則將會影響數(shù)據(jù)存儲和利用的效率。

????? 海量數(shù)據(jù)存儲需求和快速的增長變化的特點，要求存儲系統(tǒng)在必須能夠滿足電信級別數(shù)據(jù)監(jiān)控的海量存儲要求外，同時又必須具備良好的擴展性能，應(yīng)對數(shù)據(jù)量飛速增長對于存儲空間擴大的需求。

????? 另外，由于監(jiān)控系統(tǒng)一般要求實時的錄像輸入，所以這種實時錄像輸入對盤陣的數(shù)據(jù)寫能力提出了較高的要求，否則在寫速度達不到要求的情況下，數(shù)據(jù)大量集中在緩存中，最終將會導(dǎo)致緩存數(shù)據(jù)溢出以致主機死機。

????? 目前監(jiān)控錄像需要在間隔一段時間后對數(shù)據(jù)進行刪除，在數(shù)據(jù)刪除后，會有一定時間的間隔，數(shù)據(jù)不能立即寫入，這時候數(shù)據(jù)都是保存在緩存里，較大的緩存可以保證更多的數(shù)據(jù)滯留在緩存中，等待向硬盤空間的重新寫入。

????? 除此以外，對于電信級別系統(tǒng)而言，良好的穩(wěn)定性是必需的，如果缺乏穩(wěn)定性，則會給眾多用戶帶來巨大困擾，甚至帶來巨大的損失。

????? 電信級龐大的存儲需求決定了對存儲良好管理性的要求。簡單有序的管理性可以幫助用戶降低運營維護的成本，同時也是系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要保障。

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