存儲技術在IP監(jiān)控中的應用

標簽：IP SAN  DVR

隨著視頻監(jiān)控圖像越來越清晰，存儲時間越來越長，存儲的可靠性要求越來越高，視頻數(shù)據(jù)的存儲也從數(shù)字硬盤錄像機(DVR)，逐步轉向專業(yè)的IPSAN專業(yè)存儲設備，尤其在園區(qū)監(jiān)控中表現(xiàn)更加明顯。

但是，園區(qū)監(jiān)控中不但要做到園區(qū)安防監(jiān)控，還要對生產(chǎn)業(yè)務進行監(jiān)控。傳統(tǒng)監(jiān)控中，媒體服務器文件存儲模式已經(jīng)不能很好的解決新的存儲業(yè)務的需求，比如媒體服務器的“啞鈴”效應問題，生產(chǎn)監(jiān)控應急的快速檢索和歷史錄像回放問題等。

上述問題的解決需要重新思考監(jiān)控中的存儲模式的選擇，打破傳統(tǒng)監(jiān)控中媒體流的文件存儲模式。

媒體流的文件存儲

傳統(tǒng)的監(jiān)控采用將流數(shù)據(jù)組成一個個文件進行存儲，所有歷史圖像回放都是通過播放存儲下來的視頻文件完成，文件形成期間，管理人員無法讀取該文件，比如很多“DVR/DVS+流媒體服務器”方式的監(jiān)控應用中，采用每半小時形成一個視頻文件的方式對監(jiān)控圖像進行存儲，這就意味著在當前時刻以前半小時以內(nèi)的歷史圖像是無法調(diào)用。

在緊急事件發(fā)生時，人們希望能夠盡快看到歷史圖像，甚至要求可以隨時回放。這就要求數(shù)據(jù)流形成文件的時間間隔盡可能短，但這樣又會給系統(tǒng)造成巨大的性能壓力。如以5分鐘形成一個視頻文件，每個監(jiān)控點一天就將產(chǎn)生近300個文件，如果每個監(jiān)控點的歷史圖像要存儲30天，就意味著每個監(jiān)控點需要產(chǎn)生近9000個文件，對于一個1000路的大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)，將需要處理900萬個文件，系統(tǒng)必然不堪重任。

對此，業(yè)界早在幾年前就開始嘗試新的數(shù)據(jù)管理方式，希望能夠提高監(jiān)控存儲的數(shù)據(jù)管理效率，滿足監(jiān)控大規(guī)模應用的需求。其中，“塊存儲”就是比較有特點的一種，這種方式采用“時間索引+塊數(shù)據(jù)”的專用數(shù)據(jù)結構，拋棄了傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)，提高了監(jiān)控數(shù)據(jù)的管理效率。

媒體服務器的性能瓶頸及可靠性

傳統(tǒng)模式中，當需要實現(xiàn)集中存儲或支持多人同時看一個監(jiān)控點時，中間通過媒體服務器進行轉存或復制。這種方式下，媒體服務器需將媒體流轉換為文件進行存儲，前端的大量的媒體流數(shù)據(jù)都經(jīng)過媒體服務器轉存到后端的存儲設備中。服務器的處理性能，帶寬等都容易成為性能瓶頸，整個系統(tǒng)的性能分布成啞鈴狀，也增加了故障點，媒體服務器的故障會影響到整個系統(tǒng)的監(jiān)控存儲業(yè)務。

媒體服務器文件存儲模式

實際上，在很多大規(guī)模監(jiān)控方案中，為了解決媒體服務器性能瓶頸的問題，一般會采用服務器群的方式完成。但又帶來新的問題，如多個服務器之間如何進行負載分擔?某個服務器故障之后，系統(tǒng)如何將數(shù)據(jù)流量切換至其他服務器?這些服務器如何管理?如何共享一個存儲空間?等等，解決這些問題需要一個非常優(yōu)秀的集群管理系統(tǒng)，增加系統(tǒng)復雜性的同時，還需要一筆不菲的預算，更遺憾的是，目前業(yè)界還沒有一個集群管理系統(tǒng)可以很好的解決該問題。

因此，前端設備到IP SAN的端到端直存就是一種很好的解決辦法。在存儲方式上，“數(shù)據(jù)塊直存”的數(shù)據(jù)管理方式拋棄了媒體服務器，在IP網(wǎng)絡的基礎上，在編碼設備中集成了iSCSI模塊，使得編碼設備可以基于iSCSI的協(xié)議端到端的把錄像數(shù)據(jù)寫入IP SAN存儲設備中。

監(jiān)控錄像的檢索效率

傳統(tǒng)監(jiān)控中，對于媒體流的文件存儲模式，在錄像檢索時首先要根據(jù)攝像頭、檢索的時間查找到對應的文件，然后再進一步定位具體的時間點，從該時間點回放錄像。歷史數(shù)據(jù)檢索的最小單位是文件，顆粒度太大，精確度低。

文件系統(tǒng)本來是為隨機讀寫的數(shù)據(jù)管理應用設計的，檢索效率較低，一個含幾百萬個文件的系統(tǒng)的檢索效率很難想象。所以，當系統(tǒng)規(guī)模擴大后，傳統(tǒng)數(shù)字監(jiān)控方案的效率下降很快。

在“塊直存”的系統(tǒng)中，“塊”存儲可以理解成自定義的一種文件系統(tǒng)，在裸盤上進行數(shù)據(jù)讀寫;時間作為每個數(shù)據(jù)單元的索引，并且把索引和數(shù)據(jù)單元保存在一個完全獨立的邏輯存儲空間上。錄像的索引和數(shù)據(jù)形成獨立的、完整的數(shù)據(jù)結構，這種數(shù)據(jù)結構完全由自己管理，不再由操作系統(tǒng)和文件管理。通過時間索引+塊數(shù)據(jù)存儲這種組合，在錄像檢索上，可以基于時間進行檢索，可以快速定位到任意時間的錄像，檢索效率大幅度提高。在檢索的顆粒度上，也不再受文件大小的限制，可以實現(xiàn)秒級的連續(xù)檢索。

H3C創(chuàng)新存儲模式—“iSCSI塊直存”

作為IP領域的領導廠商之一，H3C同時在IP網(wǎng)絡、IP視頻、IP存儲等領域有著長期的技術和產(chǎn)品積累。進入IP監(jiān)控領域后，H3C將這些技術進行融合，首家將iSCSI塊存儲的存儲方式引入監(jiān)控中，從而有效的解決了媒體服務器引入的存儲的性能、可靠性以及檢索效率的問題。

在“塊數(shù)據(jù)”和“直存”兩者的技術基礎上，通過全局性的資源統(tǒng)一劃分和調(diào)度，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全局性管理。在大型監(jiān)控系統(tǒng)里面，可能有成千上萬個攝像機和海量的存儲空間。如何管理這些攝像頭和存儲設備之間的對應關系是一個非常復雜的難題。在“塊直存”視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，H3C引入了數(shù)據(jù)管理服務器單元(DM)，以此來實現(xiàn)存儲資源的統(tǒng)一管理。

DM是一個專用的數(shù)據(jù)管理設備，所有的攝像頭和存儲資源都由其管理。攝像頭需要存儲資源時，會統(tǒng)一向DM申請，DM會從存儲空間中選擇合適的存儲資源分配給攝像頭，使攝像頭與這一塊的存儲資源建立讀寫關系。

IP SAN設備完成某個攝像頭媒體數(shù)據(jù)塊的存儲工作后，根據(jù)監(jiān)控點的IP地址、寫入媒體數(shù)據(jù)的起始和終止時間，自動生成一個塊索引值。DM和IP SAN之間進行通信，獲取最新的視頻存儲信息，對所有監(jiān)控圖像的檢索等通過DM完成。

當然，這種存儲方式必然對監(jiān)控廠商的技術積累和實力提出了更高的要求，如要求編碼器支持雙碼流，實時監(jiān)控視頻流和存儲視頻流可以獨立編碼，同時編碼器支持iSCSI協(xié)議。雙碼流是現(xiàn)在所有高端編碼器的基本要求，實現(xiàn)的廠商較多，編碼器支持iSCSI則要求監(jiān)控廠商同時具備專業(yè)的存儲技術積累，對于目前的多數(shù)監(jiān)控廠商而言，存在一定的技術門檻。可喜的是，我們看到，越來越多的監(jiān)控廠商認識到存儲對于一個監(jiān)控方案的重要性，開始進行這方面的技術積累。