存儲發展與常用技術

????? 90年代末，基于數字信號處理(DSP)的數字化視頻監控逐漸開始普及，各類編解碼技術在圖像處理方面獲得了廣泛應用，經過處理后的圖像也可以以數字碼流的方式進行傳輸，圖像的存儲也開始進入數字化時期。最典型的應用是數字硬盤錄像機(DVR)，采用在內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、系統維護以及遠程調用方面都有了根本性的變化。但是，由于這一階段的數字化視頻監控系統大多帶有明顯的本地化特征，規模也相對比較小，所以存儲也表現出明顯的前端化和單機化特征。

????? 近年來，隨著信息網絡技術的快速發展，通過中心業務平臺進行集中管理和控制、以網絡視頻服務器和IPCamera為前端的網絡化視頻監控系統開始得到廣泛部署。由于架構合理、擴展靈活、層次清晰，網絡視頻監控能夠給用戶帶來全新的安防應用體驗，從而迅速成為構建新一代視頻監控系統的主要形式。

????? 分布式的前端和平臺架構、集中化的管理和控制以及靈活便捷的用戶訪問，使得網絡視頻監控系統的存儲部分也開始走向網絡化。網絡化存儲給視頻監控帶來了全新的存儲架構，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，構建需要實現大容量存儲的視頻監控系統也更為便捷。

????? DVR存儲：編解碼器內部存儲--DVR存儲是目前最常見的一種存儲模式，編解碼器設備直接掛接硬盤，目前最多可帶8盤硬盤。但由于編解碼設備性能的限制，一般采用硬盤順序寫入的模式，沒有應用RAID冗余技術來實現對數據的保護。隨著硬盤容量的不斷增大，單片硬盤故障導致關鍵數據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據的共享及分析。

????? 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方式適合于小規模、分布式的部署。國產DVR產品例如海康、大華的產品，都已經十分成熟。

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

????? 這種方式可以實現編解碼器容量的再擴展，適合于中小規模的部署，監控視頻數據通過RAID技術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網絡(iSCSI和NAS)方式下具有更好的擴展能力和共享能力。海康的DS系列監控NAS存儲產品，邦諾存儲的SMI系列存儲產品在監控行業的應用都已十分成熟。

????? 集中存儲：服務器連接前端編解碼器，通過流媒體協議下載數據，然后存放到存儲設備上。服務器和存儲設備之間可以通過SCSI、iSCSI、NAS、FC協議連接。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。

監控存儲三格局

????? 一、前端存儲格局

????? 所謂前端存儲，是在網絡視頻監控系統的前端設備(如網絡視頻編碼器或網絡攝像機)中內置存儲部件，由前端設備直接完成監控圖像的本地錄制和保存。

????? 前端存儲具有幾個方面的優勢：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絡流量壓力;三是可以避免集中存儲在網絡發生故障時的圖像丟失。

????? 對于前端存儲，由于單個前端編碼設備通常所帶監控點路數不多，存儲時間也不長，所以對存儲容量要求不高，網絡攝像機一般用CF卡或SD卡，視頻服務器一般用內置硬盤。這與以往單機存儲相比，基本沒有區別。

????? 而與以往單機存儲本質上不同的是，為了保證用戶訪問的靈活性和便捷性，網絡視頻監控系統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一的接口提供所有內容的集中共享。為此，網絡視頻監控系統通過中心業務平臺對所有前端存儲進行統一管理和調度，并實現存儲空間和存儲內容的網絡化。這樣，用戶既可以直接登錄單個前端設備進行錄像資料的點播回放，也可以統一登錄中心業務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

????? 在網絡視頻監控系統中，部署得更多的是中心存儲。前端設備采集監控點圖像并編碼壓縮處理成數字監控碼流，然后通過網絡傳送到中心業務平臺，由中心業務平臺將碼流分發給網絡錄像單元進行集中存儲。

????? 在很多大型的視頻監控聯網應用中，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絡流量的壓力，一方面可以大幅度提升系統的可靠性。

????? 使用中心/分中心存儲，在以下幾個方面具有明顯優勢：一是對于用戶而言，檢索和調用錄像資源更為方便;二是存儲內容的完整性更容易保證，不會因為某個前端設備失竊或損壞而導致重要內容的丟失;三是可以合理的進行資源調度，為前端設備按需分配存儲空間，從而節約資源;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。

???對于監控點路數比較少、存儲時間要求不長的應用場合，中心/分中心存儲可以采用服務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。而隨著網絡視頻監控的優勢被廣泛認可，現在開始出現越來越多的大型甚至超大型視頻監控系統，比如“平安城市”建設中的社會面治安監控系統、中國電信和中國網通正在全面推進的“全球眼”和“寬視界”這兩大運營級視頻監控系統，這些監控系統都面臨著前端設備的大規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在容量靈活擴展方面的應用需求，必須采用更為先進的網絡存儲設備和存儲技術，其中典型的就是SAN、NAS以及iSCSI。

????? SAN(存儲區域網)起源于上世紀九十年代中后期，與DAS不同，SAN基于光纖通道技術，服務器和存儲陣列之間通過光纖通道交換機連接，形成專用于數據存儲的區域網絡。SAN采用了面向網絡的存儲結構，數據處理和數據存儲分離，具有存儲空間易于擴展、尋址靈活、可遠距離傳輸數據、I/O性能高、存儲設備利用率高等特點，是一種全新的存儲體系結構。

????? 與SAN基于專門的光纖通道協議不同，NAS(網絡訪問存儲)基于IP網絡實現服務器和存儲陣列的互聯，使用TCP/IP協議進行通信，以文件級的I/O方式進行數據傳輸。相比之下，NAS設備的安裝、調試、使用和管理更簡單，部署成本也相對較低。

????? iSCSI是IETF一種新的標準協議，即透過IP網絡，將SCSI區塊數據轉換成網絡封包的一種傳輸標準，它和NAS一樣透過IP網絡來傳輸數據，但在數據存取方式上，則采用與NAS不同的，而與SAN相同的BlockProtocol協議。由此，iSCSI給用戶帶來的價值在于：第一，iSCSI使SCSI數據包在以太網中傳輸成為可能，使SAN擺脫了昂貴的光纖網絡，通過IP網絡即可實現原先的功能，既降低了管理復雜度又降低了成本;第二，由于用戶應用需求的復雜性，往往會同時部署SAN和NAS兩種存儲網絡，而iSCSI則可以將兩者融合起來。

????? iSCSI的這些特點非常契合現在的視頻監控發展的現狀和方向，特別是在運營級視頻監控領域，存儲的規模大、投入高，基于目前成熟的IP網絡進行中心/分中心存儲系統的構建，iSCSI技術無疑是一個很好的參考。

????? 三、應用存儲格局

????? 視頻監控系統常采用的存儲網絡架構有DAS、NAS、SAN和IP-SAN，常采用的存儲設備類型有SCSI盤陣、FC和iSCSI設備。這些設備技術成熟、結構簡單、安裝實施也非常方便。然而這些設備都具有一個共同的缺點，就是存儲設備在視頻監控系統中只能起到一個簡單的數據存儲功能，無法替代服務器來運行特定的應用軟件，視頻監控系統中仍然需要大量專用服務器。

????? 實際上，隨著芯片技術的快速發展，CPU或專用ASIC芯片的運算及處理速度成倍提高，而存儲設備的整體價格卻在不斷降低。在設備選型及購買時，出于設備更新換代方面的考慮，用戶一般會選擇稍高一級別的存儲設備。再者，當投資充裕時價格差別對用戶影響也比較小。因而在很多的應用系統中，用戶采購的存儲設備性能往往高出實際業務系統真實需求很多，甚至超出好幾倍。

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

監控存儲六種方式

????? 數字化視頻監控涉及到巨量數據的采集、存儲和使用。因此，一個高效能的視頻監控系統必須具備高效能的數據存儲系統，這關系著數據管理的效率、數據安全以及數據利用的效率。那么，在電信級別的數字化監控系統中，對于數據存儲系統的要求，一般說來，要滿足六個方面的要求。

????? 電信級數字監控系統的重要特點之一是大量集中的數據存儲和分散化的前端應用。因此，存儲系統必須具有較強的數據傳輸能力，否則將會影響數據存儲和利用的效率。

????? 海量數據存儲需求和快速的增長變化的特點，要求存儲系統在必須能夠滿足電信級別數據監控的海量存儲要求外，同時又必須具備良好的擴展性能，應對數據量飛速增長對于存儲空間擴大的需求。

????? 另外，由于監控系統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據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，數據大量集中在緩存中，最終將會導致緩存數據溢出以致主機死機。

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

????? 除此以外，對于電信級別系統而言，良好的穩定性是必需的，如果缺乏穩定性，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，同時也是系統穩定性的重要保障。

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