視頻監(jiān)控存儲的三大格局與六種方式

存儲發(fā)展與常用技術

????? 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，各類編解碼技術在圖像處理方面獲得了廣泛應用，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)絡技術的快速發(fā)展，通過中心業(yè)務平臺進行集中管理和控制、以網(wǎng)絡視頻服務器和IPCamera為前端的網(wǎng)絡化視頻監(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)絡視頻監(jiān)控能夠給用戶帶來全新的安防應用體驗，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)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的存儲部分也開始走向網(wǎng)絡化。網(wǎng)絡化存儲給視頻監(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?qū)懭氲哪Ｊ剑瑳]有應用RAID冗余技術來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的保護。隨著硬盤容量的不斷增大，單片硬盤故障導致關鍵數(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(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(xié)議下載數(shù)據(jù)，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(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)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設備(如網(wǎng)絡視頻編碼器或網(wǎng)絡攝像機)中內(nèi)置存儲部件，由前端設備直接完成監(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)絡流量壓力;三是可以避免集中存儲在網(wǎng)絡發(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)絡攝像機一般用CF卡或SD卡，視頻服務器一般用內(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)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過中心業(yè)務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(tǒng)一登錄中心業(yè)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(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，部署得更多的是中心存儲。前端設備采集監(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)絡傳送到中心業(yè)務平臺，由中心業(yè)務平臺將碼流分發(fā)給網(wǎng)絡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備失竊或損壞而導致重要內(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(wǎng)絡視頻監(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用需求，必須采用更為先進的網(wǎng)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(qū)域網(wǎng))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(shù)據(jù)存儲的區(qū)域網(wǎng)絡。SAN采用了面向網(wǎng)絡的存儲結(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)絡訪問存儲)基于IP網(wǎng)絡實現(xiàn)服務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一種新的標準協(xié)議，即透過IP網(wǎng)絡，將SCSI區(qū)塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡封包的一種傳輸標準，它和NAS一樣透過IP網(wǎng)絡來傳輸數(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，通過IP網(wǎng)絡即可實現(xiàn)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(wǎng)絡，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)控領域，存儲的規(guī)模大、投入高，基于目前成熟的IP網(wǎng)絡進行中心/分中心存儲系統(tǒng)的構(gòu)建，iSCSI技術無疑是一個很好的參考。

????? 三、應用存儲格局

????? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)常采用的存儲網(wǎng)絡架構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jiān)控系統(tǒng)中只能起到一個簡單的數(shù)據(jù)存儲功能，無法替代服務器來運行特定的應用軟件，視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(fā)展，CPU或?qū)Ｓ?a target="_blank">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?lián)Q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(tǒng)中，用戶采購的存儲設備性能往往高出實際業(yè)務系統(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(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(shù)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(nèi)嵌特殊功能的應用軟件，存儲設備不僅為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)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(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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