視頻監(jiān)控存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展及格局分析

標(biāo)簽：SAN  NAS

存儲(chǔ)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(jìn)行傳輸，圖像的存儲(chǔ)也開始進(jìn)入數(shù)字化時(shí)期。最典型的應(yīng)用是數(shù)字硬盤錄像機(jī)(DVR)，采用在內(nèi)置硬盤的方式進(jìn)行圖像存儲(chǔ)。

這種存儲(chǔ)方式在保存時(shí)間、圖像檢索、系統(tǒng)維護(hù)以及遠(yuǎn)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(chǔ)也表現(xiàn)出明顯的前端化和單機(jī)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(tái)進(jìn)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(kuò)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(yàn)，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(tái)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(chǔ)部分也開始走向網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)給視頻監(jiān)控帶來了全新的存儲(chǔ)架構(gòu)，一方面，用戶在存儲(chǔ)的部署上更加靈活，訪問也更簡單，另一方面，構(gòu)建需要實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)也更為便捷。

DVR存儲(chǔ)：編解碼器內(nèi)部存儲(chǔ)--DVR存儲(chǔ)是目前最常見的一種存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的保護(hù)。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(diǎn)是：價(jià)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?？?、大華的產(chǎn)品，都已經(jīng)十分成熟。

編解碼器+存儲(chǔ)：編解碼器外掛存儲(chǔ)設(shè)備，通過編解碼器的外部存儲(chǔ)接口連接，主要采用SATA、USB、iSCSI和NAS等存儲(chǔ)協(xié)議擴(kuò)展。

這種方式可以實(shí)現(xiàn)編解碼器容量的再擴(kuò)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(kuò)展能力較低;IP網(wǎng)絡(luò)(iSCSI和NAS)方式下具有更好的擴(kuò)展能力和共享能力。?？档腄S系列監(jiān)控NAS存儲(chǔ)產(chǎn)品，邦諾存儲(chǔ)的SMI系列存儲(chǔ)產(chǎn)品在監(jiān)控行業(yè)的應(yīng)用都已十分成熟。

集中存儲(chǔ)：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(chǔ)設(shè)備上。服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間可以通過SCSI、iSCSI、NAS、FC協(xié)議連接。集中存儲(chǔ)方式適合于大中型平臺(tái)的部署。

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

監(jiān)控存儲(chǔ)三格局

一、前端存儲(chǔ)格局

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

對于前端存儲(chǔ)，由于單個(gè)前端編碼設(shè)備通常所帶監(jiān)控點(diǎn)路數(shù)不多，存儲(chǔ)時(shí)間也不長，所以對存儲(chǔ)容量要求不高，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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(jī)存儲(chǔ)相比，基本沒有區(qū)別。

而與以往單機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)除了要能夠提供點(diǎn)對點(diǎn)的單機(jī)訪問外，還要能夠通過一個(gè)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(tái)對所有前端存儲(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，并實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間和存儲(chǔ)內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)化。這樣，用戶既可以直接登錄單個(gè)前端設(shè)備進(jìn)行錄像資料的點(diǎn)播回放，也可以統(tǒng)一登錄中心業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行所有前端錄像資料的集中檢索和回放

二、中心存儲(chǔ)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(chǔ)。前端設(shè)備采集監(jiān)控點(diǎn)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(tái)，由中心業(yè)務(wù)平臺(tái)將碼流分發(fā)給網(wǎng)絡(luò)錄像單元進(jìn)行集中存儲(chǔ)。

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(chǔ)方式，即分中心存儲(chǔ)，這樣一方面可以降低一個(gè)中心點(diǎn)集中存儲(chǔ)帶來的存儲(chǔ)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(chǔ)，在以下幾個(gè)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(chǔ)內(nèi)容的完整性更容易保證，不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)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(jìn)行資源調(diào)度，為前端設(shè)備按需分配存儲(chǔ)空間，從而節(jié)約資源;四是有利于制定多樣化的存儲(chǔ)策略，以滿足用戶的個(gè)性化需求;五是維護(hù)方便，便于集中檢測和及時(shí)排查問題。

對于監(jiān)控點(diǎn)路數(shù)比較少、存儲(chǔ)時(shí)間要求不長的應(yīng)用場合，中心/分中心存儲(chǔ)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(jìn)行部署，稱為DAS(直接訪問存儲(chǔ))，與單機(jī)類似。而隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的優(yōu)勢被廣泛認(rèn)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(huì)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(jìn)的“全球眼”和“寬視界”這兩大運(yùn)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(chǔ)的需求。以往的單機(jī)存儲(chǔ)方式無法滿足這些系統(tǒng)在容量靈活擴(kuò)展方面的應(yīng)用需求，必須采用更為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備和存儲(chǔ)技術(shù)，其中典型的就是SAN、NAS以及iSCSI。

SAN(存儲(chǔ)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(chǔ)陣列之間通過光纖通道交換機(jī)連接，形成專用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。SAN采用了面向網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分離，具有存儲(chǔ)空間易于擴(kuò)展、尋址靈活、可遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)、I/O性能高、存儲(chǔ)設(shè)備利用率高等特點(diǎn)，是一種全新的存儲(chǔ)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(chǔ))基于IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和存儲(chǔ)陣列的互聯(lián)，使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，以文件級的I/O方式進(jìn)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(jià)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(shí)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(huì)同時(shí)部署SAN和NAS兩種存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，而iSCSI則可以將兩者融合起來。

iSCSI的這些特點(diǎn)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(yùn)營級視頻監(jiān)控領(lǐng)域，存儲(chǔ)的規(guī)模大、投入高，基于目前成熟的IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行中心/分中心存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建，iSCSI技術(shù)無疑是一個(gè)很好的參考。

三、應(yīng)用存儲(chǔ)格局

視頻監(jiān)控系統(tǒng)常采用的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有DAS、NAS、SAN和IP-SAN，常采用的存儲(chǔ)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(shí)施也非常方便。然而這些設(shè)備都具有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是存儲(chǔ)設(shè)備在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中只能起到一個(gè)簡單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，無法替代服務(wù)器來運(yùn)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(shí)際上，隨著芯片技術(shù)的快速發(fā)展，CPU或?qū)Ｓ肁SIC芯片的運(yùn)算及處理速度成倍提高，而存儲(chǔ)設(shè)備的整體價(jià)格卻在不斷降低。在設(shè)備選型及購買時(shí)，出于設(shè)備更新?lián)Q代方面的考慮，用戶一般會(huì)選擇稍高一級別的存儲(chǔ)設(shè)備。再者，當(dāng)投資充裕時(shí)價(jià)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(chǔ)設(shè)備性能往往高出實(shí)際業(yè)務(wù)系統(tǒng)真實(shí)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(huì)出現(xiàn)在視頻服務(wù)器而不是存儲(chǔ)設(shè)備端，存儲(chǔ)設(shè)備所能提供的帶寬往往是視頻監(jiān)控實(shí)際總帶寬的兩倍或三倍，IOPS也是實(shí)際需求的3～5倍。存儲(chǔ)設(shè)備控制器長時(shí)間處于半負(fù)荷工作狀態(tài)，大量的高性能資源被浪費(fèi)。為保障高可用性、高效性、穩(wěn)定性和安全性，存儲(chǔ)設(shè)備的控制器部分一般都是專門設(shè)計(jì)的，并采用專用的處理器和緩存，其各項(xiàng)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(chǔ)的富余資源，可在存儲(chǔ)設(shè)備控制器部分內(nèi)嵌特殊功能的應(yīng)用軟件，存儲(chǔ)設(shè)備不僅為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，還能提供一定的軟件應(yīng)用服務(wù)器，這種存儲(chǔ)設(shè)備就稱為應(yīng)用存儲(chǔ)。