一種高清監(jiān)控存儲方案的設計

摘要：眾所周知，高清作為未來視頻監(jiān)控發(fā)展的整體趨勢，需要各個環(huán)節(jié)的配合與支持。對于監(jiān)控系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)存儲來說，高清監(jiān)控的應用對其發(fā)展也提出了相應的新需求：首先，高清監(jiān)控為系統(tǒng)帶來了更高的傳輸帶寬負荷、更大的存儲容量;其次，“高清監(jiān)控”往往意味著更高的監(jiān)控級別，對數(shù)據(jù)存儲的可靠性要求也更高??這些新的發(fā)展變化，都對監(jiān)控存儲產(chǎn)品和技術提出了新的要求。

實現(xiàn)高清存儲的關鍵因素

為了更好地實現(xiàn)高清監(jiān)控，需要存儲技術從容量、性能、應用響應、結構適應等幾個方面去做匹配。

其一，面對高清監(jiān)控更寬的數(shù)據(jù)傳輸帶寬和更大的存儲容量要求，存儲產(chǎn)品需要更大的容量和更高的性能。更為重要的是，在滿足這些要求時，存儲技術需要與監(jiān)控應用特別是高清監(jiān)控應用做更緊密的結合，對此，只有專為特定應用設計的產(chǎn)品和方案才能更好地滿足要求。

其二，高清監(jiān)控系統(tǒng)多采用高清網(wǎng)絡攝像機作為監(jiān)控點視頻采集設備，這類設備自身往往不帶長效存儲介質(zhì)，數(shù)據(jù)存儲過程更多的是通過網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，然后在其他專門的存儲設備上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。

其三，高清監(jiān)控在帶來更高清晰度畫質(zhì)的同時，隨之而來的是編碼流增大、同樣的存儲時間但存儲數(shù)據(jù)量增大的壓力。這就要求存儲設備能夠基于高清監(jiān)控碼流的特性，高效、完整地實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的安全寫入。

最后，高清存儲將改變以往監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及編碼設備本地存儲為主的特性，將數(shù)據(jù)集中到一處或多處實現(xiàn)存儲。這樣一來，如何在集中的海量數(shù)據(jù)中對所需的歷史視頻進行快速檢索和獲取，也是新的挑戰(zhàn)。

此外，采用高清編碼輸入的系統(tǒng)，一般是采用高清網(wǎng)絡攝像機或球機，系統(tǒng)呈現(xiàn)易于擴展的模塊化架構。對于前端的這種特性，也相應要求后端存儲方案需具備更強的靈活性，以適應整個系統(tǒng)對擴展性的要求。

針對高清存儲需求的具體解決辦法

對應高清監(jiān)控數(shù)據(jù)量變大、存儲可靠性要求更高、系統(tǒng)結構更加靈活的特性，高清存儲需要解決的問題也就越發(fā)明確：在高清監(jiān)控系統(tǒng)中，存儲設備和子系統(tǒng)必須具備有效、完整的記錄功能;對所存儲的數(shù)據(jù)要能從介質(zhì)和系統(tǒng)角度考慮其可靠性和安全性;對系統(tǒng)結構靈活的特性，要能實現(xiàn)存儲資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度，以配置靈活的錄像計劃，并且能根據(jù)需求的變化，隨時應對系統(tǒng)錄像時間延長、監(jiān)控前端擴展的要求。

在攻克這些難題時，我們更多關注的不是存儲介質(zhì)的選擇，而是基于現(xiàn)有的在線存儲介質(zhì)磁盤，去設計不同的存儲產(chǎn)品，從而多維度去滿足不同的高清監(jiān)控系統(tǒng)對存儲的需求：

為實現(xiàn)大容量存儲，可設計多硬盤插槽、兼容大容量硬盤的產(chǎn)品，并通過外部陣列柜的擴展來提供海量的存儲空間。

針對高可靠性存儲需求，可在設備級采用RAID保護技術，如RAID 5可以支持1塊硬盤損壞的冗余特性，RAID 6可以支持2塊硬盤損壞的冗余特性。設備采用雙控制器架構，利用物理硬件的冗余和通訊上的心跳關聯(lián)等，保障存儲服務的可靠性。在系統(tǒng)級，可以采用N+1設備在線冗余模式，以及錄像管理服務器雙機熱備模式。

在系統(tǒng)架構上，針對監(jiān)控系統(tǒng)的特點，推薦采用分布式網(wǎng)絡存儲方案，降低系統(tǒng)傳輸壓力。針對不同規(guī)模、不同結構的高清監(jiān)控系統(tǒng)，還應該采用不同的存儲子系統(tǒng)。例如針對舊有系統(tǒng)改造、局部實現(xiàn)高清的系統(tǒng)，可采用混合式DVR來實現(xiàn)高清視頻的接入和存儲，既保護了原有的模擬標清視頻接入，也為系統(tǒng)增加了“高清”亮點(如圖1)。

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針對系統(tǒng)監(jiān)控點分布相對集中的結構，可設計采用iSCSI直寫直取的結構。利用嵌入式高清編碼器及高清網(wǎng)絡前端(高清網(wǎng)絡攝像機或高清網(wǎng)絡球機)和IP-SAN，基于iSCSI協(xié)議，以數(shù)據(jù)塊為單位，實現(xiàn)監(jiān)控視頻編碼端到存儲端的直接寫入。整個監(jiān)控系統(tǒng)的存儲資源由存儲管理服務器統(tǒng)一管理，實現(xiàn)編碼前端錄像所需存儲空間的統(tǒng)一調(diào)度和分配。根據(jù)需要靈活分割、更改存儲空間的大小，為每個編碼通道分配不同大小的存儲資源，以適應系統(tǒng)不同監(jiān)控點、不同存儲時間長度的要求。并且可以實現(xiàn)精確到秒級的定位和即存即放的功能。監(jiān)控客戶端在需要進行回放或下載操作時，可基于授權直接從IP-SAN存儲設備上獲取所需的數(shù)據(jù)，利用IP-SAN強大的數(shù)據(jù)吞吐能力，大大提升錄像的下載性能和效率。系統(tǒng)內(nèi)的IP-SAN設備所提供的存儲資源歸存儲管理服務器統(tǒng)一管理，既能減少存儲業(yè)務相關服務器的配備數(shù)量，又能在IP-SAN單體設備發(fā)生故障時，在后臺無縫實現(xiàn)監(jiān)控點數(shù)據(jù)存儲區(qū)域的切換，確保錄像業(yè)務的持續(xù)運轉(如圖2)。

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針對監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構復雜、存儲分級的結構，可在不同的監(jiān)控區(qū)域部署NVR設備，不僅實現(xiàn)本監(jiān)控區(qū)域內(nèi)高清監(jiān)控點所采集視頻的存儲，還可靈活為不同的監(jiān)控點設置不同的錄像類型、時間長度策略，提供數(shù)據(jù)流式錄像記錄，并基于熱備存儲的配置，在有單體NVR發(fā)生故障時，由備用NVR接管其錄像業(yè)務(如圖3)。

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未來的高清存儲

隨著監(jiān)控系統(tǒng)邁向高清時代的步伐在加快，存儲作為系統(tǒng)應用的重要部分，勢必會有更多的發(fā)展和變化。

未來的監(jiān)控存儲，會跟現(xiàn)在通用的數(shù)據(jù)存儲一樣，朝著共同觀察、響應節(jié)能、低功耗的趨勢發(fā)展，除了設備本身的節(jié)能設計外，還有更多存儲過程、系統(tǒng)配置方面的優(yōu)化可做。如增加存儲的MAID應用，以使非讀寫盤處于非工作狀態(tài)，降低功耗;通過優(yōu)化錄像寫入方式，在系統(tǒng)中降低、減少硬件設備的配置，以節(jié)省電耗。

此外，將來的視頻存儲將不再僅僅是錄像數(shù)據(jù)及與其相關的錄像索引信息的存儲，還有與智能監(jiān)控相關的附加信息的存儲，因為高清監(jiān)控，除了帶來更高的清晰度之外，還會有更多智能監(jiān)控的應用在其中體現(xiàn)。如何在存儲過程中實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)的關聯(lián)，以實現(xiàn)智能的應用，并提高其應用效率，都具有非常實際的意義。