一種高清監控存儲方案的設計

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

實(shí)現高清存儲的關(guān)鍵因素

為了更好地實(shí)現高清監控，需要存儲技術(shù)從容量、性能、應用響應、結構適應等幾個(gè)方面去做匹配。

其一，面對高清監控更寬的數據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(mǎn)足這些要求時(shí)，存儲技術(shù)需要與監控應用特別是高清監控應用做更緊密的結合，對此，只有專(zhuān)為特定應用設計的產(chǎn)品和方案才能更好地滿(mǎn)足要求。

其二，高清監控系統多采用高清網(wǎng)絡(luò )攝像機作為監控點(diǎn)視頻采集設備，這類(lèi)設備自身往往不帶長(cháng)效存儲介質(zhì)，數據存儲過(guò)程更多的是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸數據，然后在其他專(zhuān)門(mén)的存儲設備上實(shí)現數據的存儲。

其三，高清監控在帶來(lái)更高清晰度畫(huà)質(zhì)的同時(shí)，隨之而來(lái)的是編碼流增大、同樣的存儲時(shí)間但存儲數據量增大的壓力。這就要求存儲設備能夠基于高清監控碼流的特性，高效、完整地實(shí)現視頻數據的安全寫(xiě)入。

最后，高清存儲將改變以往監控系統數據以及編碼設備本地存儲為主的特性，將數據集中到一處或多處實(shí)現存儲。這樣一來(lái)，如何在集中的海量數據中對所需的歷史視頻進(jìn)行快速檢索和獲取，也是新的挑戰。

此外，采用高清編碼輸入的系統，一般是采用高清網(wǎng)絡(luò )攝像機或球機，系統呈現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(gè)系統對擴展性的要求。

針對高清存儲需求的具體解決辦法

對應高清監控數據量變大、存儲可靠性要求更高、系統結構更加靈活的特性，高清存儲需要解決的問(wèn)題也就越發(fā)明確：在高清監控系統中，存儲設備和子系統必須具備有效、完整的記錄功能;對所存儲的數據要能從介質(zhì)和系統角度考慮其可靠性和安全性;對系統結構靈活的特性，要能實(shí)現存儲資源的統一管理和調度，以配置靈活的錄像計劃，并且能根據需求的變化，隨時(shí)應對系統錄像時(shí)間延長(cháng)、監控前端擴展的要求。

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

為實(shí)現大容量存儲，可設計多硬盤(pán)插槽、兼容大容量硬盤(pán)的產(chǎn)品，并通過(guò)外部陣列柜的擴展來(lái)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(shù)，如RAID 5可以支持1塊硬盤(pán)損壞的冗余特性，RAID 6可以支持2塊硬盤(pán)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(guān)聯(lián)等，保障存儲服務(wù)的可靠性。在系統級，可以采用N+1設備在線(xiàn)冗余模式，以及錄像管理服務(wù)器雙機熱備模式。

在系統架構上，針對監控系統的特點(diǎn)，推薦采用分布式網(wǎng)絡(luò )存儲方案，降低系統傳輸壓力。針對不同規模、不同結構的高清監控系統，還應該采用不同的存儲子系統。例如針對舊有系統改造、局部實(shí)現高清的系統，可采用混合式DVR來(lái)實(shí)現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，也為系統增加了“高清”亮點(diǎn)(如圖1)。

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針對系統監控點(diǎn)分布相對集中的結構，可設計采用iSCSI直寫(xiě)直取的結構。利用嵌入式高清編碼器及高清網(wǎng)絡(luò )前端(高清網(wǎng)絡(luò )攝像機或高清網(wǎng)絡(luò )球機)和IP-SAN，基于iSCSI協(xié)議，以數據塊為單位，實(shí)現監控視頻編碼端到存儲端的直接寫(xiě)入。整個(gè)監控系統的存儲資源由存儲管理服務(wù)器統一管理，實(shí)現編碼前端錄像所需存儲空間的統一調度和分配。根據需要靈活分割、更改存儲空間的大小，為每個(gè)編碼通道分配不同大小的存儲資源，以適應系統不同監控點(diǎn)、不同存儲時(shí)間長(cháng)度的要求。并且可以實(shí)現精確到秒級的定位和即存即放的功能。監控客戶(hù)端在需要進(jìn)行回放或下載操作時(shí)，可基于授權直接從IP-SAN存儲設備上獲取所需的數據，利用IP-SAN強大的數據吞吐能力，大大提升錄像的下載性能和效率。系統內的IP-SAN設備所提供的存儲資源歸存儲管理服務(wù)器統一管理，既能減少存儲業(yè)務(wù)相關(guān)服務(wù)器的配備數量，又能在IP-SAN單體設備發(fā)生故障時(shí)，在后臺無(wú)縫實(shí)現監控點(diǎn)數據存儲區域的切換，確保錄像業(yè)務(wù)的持續運轉(如圖2)。

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針對監控系統網(wǎng)絡(luò )結構復雜、存儲分級的結構，可在不同的監控區域部署NVR設備，不僅實(shí)現本監控區域內高清監控點(diǎn)所采集視頻的存儲，還可靈活為不同的監控點(diǎn)設置不同的錄像類(lèi)型、時(shí)間長(cháng)度策略，提供數據流式錄像記錄，并基于熱備存儲的配置，在有單體NVR發(fā)生故障時(shí)，由備用NVR接管其錄像業(yè)務(wù)(如圖3)。

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未來(lái)的高清存儲

隨著(zhù)監控系統邁向高清時(shí)代的步伐在加快，存儲作為系統應用的重要部分，勢必會(huì )有更多的發(fā)展和變化。

未來(lái)的監控存儲，會(huì )跟現在通用的數據存儲一樣，朝著(zhù)共同觀(guān)察、響應節能、低功耗的趨勢發(fā)展，除了設備本身的節能設計外，還有更多存儲過(guò)程、系統配置方面的優(yōu)化可做。如增加存儲的MAID應用，以使非讀寫(xiě)盤(pán)處于非工作狀態(tài)，降低功耗;通過(guò)優(yōu)化錄像寫(xiě)入方式，在系統中降低、減少硬件設備的配置，以節省電耗。

此外，將來(lái)的視頻存儲將不再僅僅是錄像數據及與其相關(guān)的錄像索引信息的存儲，還有與智能監控相關(guān)的附加信息的存儲，因為高清監控，除了帶來(lái)更高的清晰度之外，還會(huì )有更多智能監控的應用在其中體現。如何在存儲過(guò)程中實(shí)現視頻數據與信息數據的關(guān)聯(lián)，以實(shí)現智能的應用，并提高其應用效率，都具有非常實(shí)際的意義。