云架構下的網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控的數據管理

云安防的興起，為安防視頻監控的發(fā)展創(chuàng )造了新的拐點(diǎn)，讓海量視頻存儲、高密集數據管理中心成為可能，然而，云架構下的高清網(wǎng)絡(luò )視頻監控如何進(jìn)行數據的管理？

目前視頻監控向基于云計算架構的網(wǎng)絡(luò )視頻監控發(fā)展的主要推動(dòng)力是云計算技術(shù)所能帶來(lái)的用戶(hù)應用上的方便性，無(wú)可估計的計算能力和海量的存儲能力，以及云計算技術(shù)可以極大降低網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控在部署過(guò)程中的成本，包括管理成本、維護成本和運營(yíng)成本和系統的可靠性。這些都是過(guò)去傳統模擬視頻監控和目前發(fā)展迅速的網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控發(fā)展過(guò)程中出現的瓶頸問(wèn)題。

　　網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控經(jīng)過(guò)最近幾年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為視頻監控發(fā)展的主流方向，其網(wǎng)絡(luò )架構也主要向客戶(hù)端產(chǎn)品及中心服務(wù)器的方式演進(jìn)，事實(shí)上這個(gè)架構與云計算分布式的架構非常相似，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )架構更加的分布式設計，多個(gè)本地監控通過(guò)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)實(shí)現網(wǎng)格式的架構。所有的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)都是基于IP的方式，另外標準化組織如ONVIF，PSIA以及最新的國標GB28181等對網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)標準進(jìn)行了定義，并且得到了廣泛的支持。實(shí)際上，接口定義清晰和更加開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控實(shí)現了多廠(chǎng)家設備之間的管理，這都為云計算架構進(jìn)化提供了良好的條件。雖然云計算的浪潮引領(lǐng)著(zhù)網(wǎng)絡(luò )視頻監控發(fā)展的方向，并且滿(mǎn)足了人們對高清視頻監控在海量存儲、智能分析計算能力等方面的需求，但是這樣的開(kāi)發(fā)性和接口公開(kāi)標準的網(wǎng)絡(luò )架構必然存在著(zhù)人們對網(wǎng)絡(luò )可靠性、系統穩定性以及數據安全的擔心。

本文首先對基于云計算架構的網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控演進(jìn)的方向即架構選擇進(jìn)行描述，然后對如何提高云架構下的高清網(wǎng)絡(luò )視頻監控的系統可靠性和數據安全能力進(jìn)行闡述，同時(shí)也是同方（深圳）云計算技術(shù)股份有限公司在新的技術(shù)趨勢和客戶(hù)需求下的思考，并推出針對性的產(chǎn)品和技術(shù)方案，這些產(chǎn)品和技術(shù)方案都具有很強的針對性、創(chuàng )新性和前瞻性，希望能夠為行業(yè)的發(fā)展提供新的思路。

　　云計算架構下的網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控方案的應用選擇

由于對云計算架構下的系統安全性的考慮，以及對云視頻服務(wù)（Video SAAS）需求的不成熟，所以基于云架構的網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統的技術(shù)、產(chǎn)品和方案實(shí)現比較復雜，也因此這個(gè)演進(jìn)的過(guò)程也應該是循序漸進(jìn)的，目前也只是在一些特殊行業(yè)應用中在部署，另外在國家智慧城市的建設方案中，基于云計算架構的視頻監控網(wǎng)絡(luò )也位列其中。

首先，虛擬化的硬件成為網(wǎng)絡(luò )高清視頻應用向云計算架構發(fā)展的第一步。虛擬化的硬件改變了以往傳統的軟件和硬件的關(guān)系，軟件的使用不再局限于硬件，一個(gè)應用如存儲軟件可以運行在幾個(gè)地方的硬件上，而不局限于某一臺DVR或者NVR的硬盤(pán)里面。硬件的虛擬化極大地增加了資源的利用效率，同時(shí)降低了投資和維護費用。這種虛擬化硬件的能力就為提供不同的云服務(wù)（IaaS，架構即服務(wù)）奠定了好的基礎，在此之上可以架構私有云以及公有云服務(wù)。

　　事實(shí)上，目前安防領(lǐng)域內實(shí)現云計算的應用主要以私有云的方式為主，尤其是在云存儲和降低維護成本和提高系統可靠性方面。云存儲可以實(shí)現存儲完全虛擬化，大大簡(jiǎn)化應用緩解，節省客戶(hù)建設成本，同時(shí)提供更強的存儲和共享功能。安防監控技術(shù)發(fā)展到今天經(jīng)歷了三個(gè)階段：模擬化、數字化、網(wǎng)絡(luò )化。與之相適應，監控數據存儲也經(jīng)歷了多個(gè)階段： VCR模擬數據存儲、 DVR數字數據存儲，到現在的集中網(wǎng)絡(luò )存儲，以及近期出現的云存儲技術(shù)。應行業(yè)發(fā)展需求： SAN存儲技術(shù)得以快速推廣應用。今天， VCR已經(jīng)基本被完全取代， DVR存儲價(jià)格便宜、技術(shù)成熟、使用方便，但是由于其可靠性和共享性較差，目前廣泛應用于小規模、分布式系統中。隨著(zhù)監控規模的擴大，在 DVR模式下出現了擴展存儲模式，即編碼器外掛存儲設備，主要采SATA、 USB、 SCSI等存儲協(xié)議擴展，適用于中小規模的部署，監控視頻數據通過(guò) RAID技術(shù)在可靠性上得到了一定保證。但該模式一般是直連的，不能共享且擴展能力較低，不適合大規模數據存儲。云存儲將實(shí)現對未來(lái)更高分辨率視頻監控的存儲需求，將是一個(gè)非常創(chuàng )新的應用技術(shù)。另外，私有的視頻監控云還可以提供更好的系統可靠性、性能以及降低維護成本。用戶(hù)不再關(guān)心存儲設備和存儲空間的計算，不再關(guān)系網(wǎng)絡(luò )設備的配置和學(xué)習復雜的網(wǎng)絡(luò )知識。當然，私有的視頻監控云規模有限，主要集中在企業(yè)內部使用，尤其是對分支機構眾多的企業(yè)。對于類(lèi)似智慧城市這樣的大型網(wǎng)絡(luò )就需要考慮部署公有云，公有云除了對私有云下的存儲、計算能力等的擴展，還要考慮云的運營(yíng)，就是如何對用戶(hù)計費的問(wèn)題，還有一個(gè)非常重要的就是公有云下如何保證用戶(hù)數據安全的問(wèn)題。

云計算架構下的網(wǎng)絡(luò )視頻監控的數據安全

具有開(kāi)放性的云技術(shù)也帶來(lái)了一些新的技術(shù)威脅，那就是視頻數據的安全性。安全是視頻監控的唯一關(guān)鍵詞，如何保障網(wǎng)絡(luò )高清視頻數據在視頻采集、傳輸、解碼回放、錄像等過(guò)程中的安全性，實(shí)現安全訪(fǎng)問(wèn)和使用，避免IP化帶來(lái)的惡意訪(fǎng)問(wèn)、病毒攻擊、惡意控制、惡意篡改錄像等問(wèn)題，引起了一些廠(chǎng)家的思考。

首先是來(lái)自網(wǎng)絡(luò )的攻擊，網(wǎng)絡(luò )攻擊在IT或者通信領(lǐng)域并不是新鮮事，但是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在視頻監控領(lǐng)域的規模應用不可避免的面臨著(zhù)類(lèi)似的問(wèn)題：木馬、病毒、拒絕服務(wù)攻擊、黑客攻擊等。其次，來(lái)自網(wǎng)絡(luò )上的惡意訪(fǎng)問(wèn)。目前網(wǎng)絡(luò )上流傳著(zhù)一些通過(guò)谷歌GOOGLE搜索的網(wǎng)絡(luò )攝像機的地址，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的技術(shù)處理就可以捕捉到安裝于世界各地的網(wǎng)絡(luò )攝像機，并且可以調整攝像機的角度、PTZ控制。甚至出現專(zhuān)門(mén)從事全球網(wǎng)絡(luò )攝像機在線(xiàn)直播的公司，提供特殊需求的視頻服務(wù)。另外，來(lái)自黑客的攻擊已經(jīng)不再是美國大片里導演的設想，而實(shí)實(shí)在在在發(fā)生，黑客入侵網(wǎng)絡(luò )攝像機也不再是聳人聽(tīng)聞的新聞。近期也出現了這樣的案件：罪犯攔截了監控攝像機的錄像資料，并且為偽造的視頻資料取代監控信息，使得罪犯在監控攝像機前可以肆無(wú)忌憚地盜竊，生動(dòng)地上演了警匪電影中不可思議的一幕。所有未加密的視頻數據被惡意獲取和惡意篡改。通過(guò)對某種手段獲得的錄像可以進(jìn)行有目的的篡改，這樣使得視頻監控錄像作為可靠的證據也存在風(fēng)險。

一般來(lái)說(shuō)，攻擊主要可以分成兩個(gè)方面，第一方面是對傳輸過(guò)程中數據的攻擊，比如對傳輸過(guò)程中的數據進(jìn)行截取，或者插入修改過(guò)的數據，或者通過(guò)傳輸備份出來(lái)視頻數據；另外一方面是潛入圖像采集、存儲或者錄像設備盜取保密視頻信息，然后進(jìn)行加工、篡改甚至銷(xiāo)毀數據等。

有效地分析網(wǎng)絡(luò )視頻監控上攻擊所采取的可能方式，對于我們部署一個(gè)更加有效的安全的網(wǎng)絡(luò )攝像機監控方案有巨大的意義。首先，采取更為安全可靠的用戶(hù)全面認證技術(shù)，保證設備安全。對用戶(hù)的權限劃分更為嚴密，各種功能全部基于用戶(hù)的類(lèi)型掩藏或者顯示出來(lái)。一般用戶(hù)沒(méi)有控制權限，管理員用戶(hù)必須有相應的密鑰才能夠登錄設備。其次，在網(wǎng)絡(luò )層和傳輸層，采用IPSEC加密，基于SIP會(huì )話(huà)協(xié)議進(jìn)行設備通信，采用TLS對SIP消息實(shí)現逐條的安全加密，傳輸過(guò)程中采用RSA（1024位、2048位可選）對會(huì )話(huà)密鑰進(jìn)行加密，傳輸內容采用DES、3DES、AES等算法進(jìn)行加密。另外，采用同方自有通過(guò)國家加密局認證的加密算法的硬件加密芯片在前端圖像采集設備如攝像機、后端存儲解密和顯示設備如NVR、DVR以及VMS軟件實(shí)現圖像的加密和解密。值得說(shuō)明的是，這是一種完全的硬件加密和解密的方式，基本上不可能通過(guò)任何方式實(shí)現破解。同方為用戶(hù)提供的安全解密卡必須配套一個(gè)密鑰才能實(shí)現解密功能。只有具有機密卡以及密鑰的用戶(hù)才可以實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )攝像機的訪(fǎng)問(wèn)、視頻預覽、回放、錄像查詢(xún)、設備管理、用戶(hù)配置等操作。

　　更為值得說(shuō)明的是，加密的視頻數據可以根據用戶(hù)的需求進(jìn)行靈活配置以實(shí)現不同的現實(shí)效果。如圖1顯示了不同的加密效果。

　　圖1

云存儲下的視頻數據管理

高清視頻監控中的主要問(wèn)題是如何處理龐大的高清視頻數據。如果采用1080P的高清視頻監控，使用能獲得最高壓縮比的H.264圖像壓縮技術(shù)處理收集的高清視頻，則壓縮輸出碼率最高可達到6Mbps，也就是每臺攝像機每天將大約產(chǎn)生50GB左右的數據量，這對于存儲、處理的壓力是十分巨大的。

借助廠(chǎng)家提供的監控云存儲服務(wù)，企業(yè)有望擺脫在硬件存儲設備上的巨額投入，減少在系統維護上的人力支出，快速減輕財政壓力，提升企業(yè)競爭力。屆時(shí)，用戶(hù)只需支付少量的儲存費用，就能把超大容量的數據存在云端，并根據需要設置相關(guān)權限，隨時(shí)隨地共享給需要共享的人員，在減少數據傳輸的時(shí)間的同時(shí)，借助廠(chǎng)家更為出色的加密技術(shù)，避免傳輸過(guò)程中造成的丟包、泄密等事故的產(chǎn)生，全面保證數據的安全性。

雖然在可擴展的NAS平臺上有很多選擇，但是通常來(lái)說(shuō)，他們表現為一種服務(wù)、一種硬件設備或一種軟件解決方案，每一種選擇都有它們自身的優(yōu)勢和劣勢：

● 服務(wù)模式：最普遍的情況下， 當你考慮云存儲的時(shí)候，你就會(huì )想到其所提供的服務(wù)產(chǎn)品。這種模式很容易開(kāi)始，其可擴展性幾乎是瞬間的。根據定義，你擁有一份異地數據的備份。然而，帶寬是有限的，因此要考慮你的恢復模型。你必須要滿(mǎn)足你網(wǎng)絡(luò )之外的數據的需求。

● HW模式：這種部署位于防火墻背后，并且其提供的吞吐量要比公共的內部網(wǎng)絡(luò )好。購買(mǎi)整合的硬件存儲解決方案非常方便，而且，如果廠(chǎng)商在安裝/管理上做的好的話(huà)，其往往伴隨有機架和堆棧模型。但是，這樣你就會(huì )放棄某些摩爾定律的優(yōu)勢，因為你會(huì )受到硬件設備的限制。

● SW模式：SW模式具有HW模式所具有的優(yōu)勢。另外，它還具有HW所沒(méi)有的價(jià)格競爭優(yōu)勢。然而，其安裝/管理過(guò)程序要謹慎關(guān)注，因為安裝某些SW的確非常困難，或者可能需要其他條件來(lái)限制人們選擇HW，而選擇SW。

基于分布式的架構，可以采用以集群的形式共同對外提供服務(wù)，將海量實(shí)時(shí)視頻數據的壓力均勻分散到每個(gè)處理節點(diǎn)上，實(shí)現負載均衡，保證每個(gè)節點(diǎn)都處于高效的運轉狀態(tài)。根據實(shí)時(shí)性的要求，可以采取將數據接入、處理、轉發(fā)等模塊進(jìn)行優(yōu)化，盡量做到數據在集群內不遷移，減少I(mǎi)O和傳輸操作，從而進(jìn)一步確保實(shí)時(shí)性的要求。

另外，云計算框架下網(wǎng)絡(luò )視頻監控的大數據傳輸對網(wǎng)絡(luò )帶寬要求較高，另外在此網(wǎng)絡(luò )框架下實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的彈性及擴容，并提高技術(shù)性能高，就需要根據用戶(hù)客戶(hù)端的監控需求瞬時(shí)動(dòng)態(tài)地調整視頻分辨率。

此外對于攝像頭采集的高清視頻信號格式協(xié)議由于業(yè)務(wù)需求的不同，各個(gè)廠(chǎng)家也不盡相同，就需要在云計算平臺上完成實(shí)時(shí)的轉碼，通過(guò)將采集到的各路高清視頻信號轉換為符合監控客戶(hù)端需求的信號，并實(shí)時(shí)轉發(fā)，這樣可以有效地減小監控端處的解碼壓力，使得監控更為流暢，并能有效地支持諸如手機等移動(dòng)終端的監控需求。

通過(guò)一系列的數據管理技術(shù)可以解決云計算技術(shù)在面對網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控大數據的存儲、處理、應用等方面面臨的問(wèn)題。當然，隨著(zhù)新的業(yè)務(wù)需求的出現，云存儲、云計算處理數據的技術(shù)也在日新月異地變化著(zhù)，這就需要各廠(chǎng)家必須跟蹤這樣的變化，并能夠及時(shí)在技術(shù)和產(chǎn)品上保持持續投入和創(chuàng )新。

根據前文的描述，我們可以清晰地認識到，網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控系統在向云計算架構的方向發(fā)展的過(guò)程中，在網(wǎng)絡(luò )架構、開(kāi)放標準、業(yè)務(wù)管理和客戶(hù)需求等均已經(jīng)具備了成熟的條件，比如有成熟的技術(shù)、產(chǎn)品和解決方案，但是云安防真正在實(shí)際項目中建設，實(shí)現化云為雨，就需要考慮云計算技術(shù)和視頻監控業(yè)務(wù)需求上的結合點(diǎn)，主要集中體現在數據存儲、數據安全等數據管理問(wèn)題上。