网络存储在安防视频监控方面的应用与优势.docx
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网络存储在安防视频监控方面的应用与优势
网络存储在安防视频监控方面的应用与优势
一、网络存储在安防视频监控方面的应用与优势
安防视频监控技术的发展可以归结为三步：
模拟化→数字化→网络化。
在这三个阶段中,可以清楚地看到视频监控技术和数据存储技术结合应用的变化与发展。
最初是以模拟信号和设备为特征的闭路电视监控系统CCTV（ClosedCircuitTelevision），采用VCR（VideoCassetteRecorders）存储监控数据；到数字化或部分数字化视频监控系统中，以DVR（DigitalVideoRecorder）存储监控数据；再到现在蓬勃发展的网络化视频监控系统（IP监控系统），采用更新的存储技术（DAS、NAS、IPSAN或FCSAN等）存储监控数据。
1、视频监控对存储的要求
近几年，安防产业在国内取得了巨大的进步，“平安城市”、“3111工程"、“全球眼”、“宽视界”等大项目的开展，视频监控在交通、食品卫生检疫、海关、能源、金融、国防等领域应用广泛，市场前景相当看好。
市场的扩展促使安防技术不断的进步，目前安防监控技术已经完成了从模拟监控到数字监控，再到网络监控的转变.
监控视频存储系统是监控系统的重要组成部分。
首先数据的重要性毋庸置疑,服务器宕机或者网络损坏都可以修复，而数据丢失是无法弥补的,后果非常严重；另外存储在整个系统中的比重越来越大，从商业价值角度也越来越引起人们的重视。
音视频数据7×24小时的保存到存储系统中，并要求随时可以调用，对存储的可靠性和性能等方面都提出了新的要求，这也促使一些针对安防监控存储技术的产生。
·海量数据的要求
监控数据是7×24小时写入，存放时间从7天、15天……甚至到1年，数据量随时间增加线性增长。
我们可以简单计算一下容量规模，以一个中小规模的例子计算：
500路的监控路数，2MbpsD1格式要求，数据存储时限30天；
需要的存储容量=500路＊30天*（24小时*3600秒＊2Mbps/8）/（1024＊1024）≈300TB；
对于一个平安城市项目而言，总的监控路数通常几千到上万路，上千TB的项目比较常见,这对于传统的存储行业是难以想象的。
·性能的要求
视频监控主要是视频码流的写入,表征性能的是存储能支持多少路码流（通常是384Kbps－2Mbps）.传统意义的性能如IO率（IOps）、存储带宽（MBps）在监控系统里面不具备参考价值；
在多路并发写的情况下，对存储的压力还是很大的，需要做性能优化处理。
·价格的敏感
安防监控行业的海量存储，由于总容量大，造成总的价格成本上升。
反而言之，对单位容量成本（每TB价格）的要求很高；
通常情况下，不易采用国外高价的存储产品或FC存储。
另外对于磁盘介质，希捷SATA企业级硬盘的稳定性,在高负载环境中,能够实现7×24全天候不间断工作（工作强度要高于桌面级产品的5×8工作时长）,并且可以提供长达120万小时的MTBF（平均无故障时间），使产品使用寿命大大提高。
希捷SATA企业级硬盘还具有大容量、高性价比的特点，500GB、750GB、1TB的硬盘已成为监控行业存储最常见的磁盘介质。
·可管理性的要求
安防监控海量存储，应用了大量存储设备,存储设备中的海量数据，必须被有效的管理起来，对最终用户的使用提供方便、可靠的支持。
·网络化要求
TCP/IP网络是安防监控技术向网络化方向发展的网络基础，基于TCP/IP网络的存储技术将在安防监控技术网络化进程中发挥不可替代的作用.
2、目前视频监控中常用的几种存储技术
2.1DVR存储
编解码器内部存储――DVR存储是目前最常见的一种存储模式,编解码器设备直接挂接硬盘，目前最多可带8盘硬盘.但由于编解码设备性能的限制，一般采用硬盘顺序写入的模式,没有应用RAID冗余技术来实现对数据的保护.随着硬盘容量的不断增大，单片硬盘故障导致关键数据丢失的几率在同步增长，且DVR性能上的局限性也影响了图像数据的共享及分析。
这种方式的特点是:
价格便宜,使用起来方便，通过遥控器和键盘就可以操作;DVR方式适合于小规模、分布式的部署。
国产DVR产品例如海康、大华的产品,都已经十分成熟.
2。
2编解码器＋存储
编解码器外挂存储设备，通过编解码器的外部存储接口连接，主要采用SATA、USB、iSCSI和NAS等存储协议扩展.
这种方式可以实现编解码器容量的再扩展，适合于中小规模的部署,监控视频数据通过RAID技术在可靠性上得到了一定保证。
其中SATA/USB模式采用的直连方式，不能共享并且扩展能力较低；IP网络（iSCSI和NAS）方式下具有更好的扩展能力和共享能力。
海康的DS系列监控NAS存储产品，邦诺存储的SMI系列存储产品在监控行业的应用都已十分成熟.
2。
3集中存储
服务器连接前端编解码器，通过流媒体协议下载数据,然后存放到存储设备上。
服务器和存储设备之间可以通过SCSI、iSCSI、NAS、FC协议连接。
集中存储方式适合于大中型平台的部署。
集中存储方式中，IP连接模式（iSCSI、NAS）有良好的扩展能力和可管理性,具备高性能价格比。
3、IP网络存储在监控行业应用中的优势
综合上面对目前视频监控中常用的几种存储技术的分析，我们可以从存储技术和监控存储应用两方面作一下横向的比较。
表一:
存储技术对比
DAS
NAS
FCSAN
IPSAN
表现形式
DVR，服务器内/外挂的SCSI、SATA、1394扩展柜等
基于以太网络的存储设备,提供文件级服务
基于光纤网络的存储设备，提供块设备级服务
基于以太网络的存储设备，提供块设备级服务
容量可扩展性
低
较高
高
高
共享能力
低
高
高
高
距离可扩展性
低
高
中
高
集中式存储、管理
否
是
是
是
配置的周边设备
SCSI卡、1394卡等
以太网卡、以太网交换机
光纤通道卡、光纤通道交换机
以太网卡、以太网交换机
价格成本
低
中低
高
中低
表二：
视频监控存储应用比较表
可靠性
统一管理
提供平台API
扩展能力
造价成本
兼容前后端存储
DVR存储
低
否
无
低
低
无
SCSI存储
是
否
无
低
高
无
FC存储
是
是
无
高
高
无
IP存储
是
是
有
高
低
有
从以上的两个对比表可以看到,IP网络存储无论从高性能、可扩展性、稳定性、管理的集中性、实施的便捷性，以及集成成本可控性,都十分适合安防监控行业的应用需求。
同时，如邦诺存储这样的拥有自主核心存储技术的公司，可以提供开放的API,和特定功能选择，如带宽预留、WORM、磁盘休眠。
这将极为有利于存储产品和监控前端产品、监控平台系统的网络化技术整合。
二、视频监控数据存储技术的发展趋势――NVR技术
随着近几年，安防监控行业对存储产品的需求急速上升，IP网络存储以其高性价比的解决方案优势异军突起。
同时，在监控产品、监控平台系统与存储产品相集成化的过程中,新的技术发展方向也逐渐显现出来。
存储技术和监控应用相结合的NVR技术应用而生，并将成为未来真正面向监控行业的存储产品。
1、NVR解决方案
关于NVR的定义，目前不同厂商尚存在分歧，我们这里定义的NVR如下：
∙NVR可以通过流媒体协议从编解码器下载录像
∙NVR具备编索引存储功能，以及检索取数据功能
∙客户端可以从NVR下载播放录像
此外，NVR应具备存储系统功能，包括RAID管理、配置、报警等功能。
2、NVR方案具有的优势
∙由于是专用存储系统，设计上可以彻底解决监控存储特有的常见存储问题，例如因突然断电断网而引起的文件系统损坏,造成视频图像无法调用或者录像的问题;
∙不需要存储服务器,减少了单故障点和性能瓶颈，例如检索视频图像慢，回看相应时间慢的问题,以及反复覆盖写后，存储性能下降的问题;同时也降低了集成商成本开销;
∙NVR可以针对视频监控数据应用设置专用的功能，如带宽预留等；
∙NVR也可以针对视频监控进行性能优化。
通过NVR解决了通用存储的不足，可以说是视频监控技术和存储技术的完美结合。
北京邦诺存储公司已与多家主流前端设备及监控平台厂家合作，率先推出了这种基于监控行业应用特点的NVR存储产品。
三、结论
从中国安防监控事业的发展势头来看，正在向社会的各个层面各个应用方向渗透。
安防监控的技术产品在和最终用户使用需求相结合的方面趋势明显。
同样，在和安防监控产品集成实施的过程中，存储技术也必须不断的适应安防监控的应用特点，不断的完善自己.存储产品和安防监控产品的技术整合已经是大势所趋.
视频监控海量存储方案及解决之道
1、平安建设催生海量存储
随着全国各地“和谐社会、平安城市”建设速度的加快，每个平安项目监控点成千上万，甚至数十万，根据政府、公安部门的要求,平安城市监控录像资料至少保存15天以上,因此产生的海量数据是非常惊人的，采用传统的硬盘录像机（DVR/NVR）无法满足实际的需求，但是作为其海量存储的载体——存储系统却往往由于性能、价格、兼容性等多方面因素成为困扰安防厂商的一个难题。
2、存储技术及架构分析
传统的数据存储技术较为成熟和完善，目前，主流存储架构有NAS、SAN两种，而SAN又可分为FCSAN和IPSAN两种。
下面就针对监控行业对存储的需求特点，结合用户的实际应用,将这三种存储架构进行一个比较和遴选.
2.1NAS存储架构
2.1.1文件级数据存储
NAS设备最主要的应用就是企业或部门内部的文件共享。
由于NAS本身就是一台瘦服务器，有自己的操作系统和文件系统，可以直接与本地局域网连接，提供文件级的数据共享，但NAS设备无法成为服务器的本地硬盘，无法提供数据块的存储。
2。
1。
2带宽有限
NAS是在局域网中传输，且有自己的操作系统和文件系统,这些因素都会导致NAS设备的带宽降低，增加NAS设备的读写响应时间。
2.2FCSAN存储架构
2.2.1高性能
FCSAN最大的优势在于其出色的性能。
目前的主流FC产品的带宽为2Gb/s，4Gb/s产品也已经相当普遍，这是FCSAN高性能的标志。
而光纤磁盘本身的高性能，也为FC磁盘阵列提供了高速运转的基础。
2.2.2成本较高
FCSAN的高性能带来的另外一个特点就是高成本,从光纤阵列本身到光纤磁盘再到光纤交换设备、光纤HBA卡等周边设备的成本都是最高的，而采用光纤磁盘阵列带来的管理维护成本,也将是用户一笔不小的开支.
2.3IPSAN存储架构
IPSAN中所采用iSCSI通信协议实际上是一个互联协议，是SAN结构的一种.通过将SCSI协议封装在IP包中，使得SCSI协议能够在LAN/WAN中进行传输。
2。
3。
1IPSAN的特点
1）为存储区域网定义（SANs）.IPSAN是SAN的一种,通过IP实现的SAN，即IPSAN。
2）支持数据库应用所需的基于块的存储。
虽然是通过IP传输，但iSCSI却是基于块的存储，这有别于NAS的基于文件的存储。
3）基于TCP/IP,iSCSI是被封装在IP包中进行传输的，所以它具有TCP/IP的所有优点，诸如可靠传输,可路由等。
4）建立和管理基于IP的存储设备，主机和客户端之间的连接是建立在广泛使用的，为大家所熟悉的开放标准上的
5）提供高级的IP路由,管理和安全工具。
现有的绝大部分网络管理工具都可以用来管理IPSAN.
2.3。
2IPSAN的优势
1）低成本
由于通过以太网进行传输，用户可以利用现有的以太网设施来部署iSCSI存储网络，而不需要更改用户的网络体系,所以他的部署成本比较低。
2）协议本身没有距离限制
由于使用TCP/IP进行传输，他不但可以在局域网中进行部署，也可以跨过路由设备在广域网中进行部署，大大扩展了iSCSI存储网络的部署范围。
3）易于使用
iSCSI结构简单，容易理解，协议通用，不同厂家的产品可以有机的结合起来共同使用,极大地保护了用户的投资。
4）易于扩展
由于iSCSI存储系统可以直接在现有的网络系统中进行组建,并不需要改变网络体系,加上运用交换机来连接存储设备,对于需要增加存储空间的企业用户来说,只需要增加存储设备就可完全满足，因此，iSCSI存储系统的可扩展性高。
综上所述，针对视频监控用户的需求和数据存储应用特点，IPSAN架构无疑是最合适的，其较FCSAN的成本优势，较NAS的性能优势和数据块级的存储都为IPSAN成为最适合视频监控系统应用的先天性优势。
3、天地伟业视频监控海量存储解决之道
针对以上问题，天地伟业开发了基于iSCSI技术的监控专用存储子系统.该系列产品采用了全模块化的设计，提供最高可达500MB/S的传输速率，针对构建低成本的IPSAN存储环境提供极高性价比的解决方案。
适用于平安城市、电子监考、电力行业、工矿企业等规模视频监控的海量存储，并且要求单位存储成本低廉需求的用户.
3。
1解决方案一--分布式存储集中管理
对于大规模的城市联网监控系统，通常采用多个层次型的监控中心体系,每个基层的监控中心管理其辖区内的监控资源并进行存储，因此会采用分布式存储集中管理的模式进行构建，这种模式有助于减轻网络的压力，同时将资源下沉有助于实战部门掌握更多的资源。
一级监控中心统一管理所有的视频资源和录像文件.
3。
2解决方案二——集中存储分布式管理
对于只有一个集中管理中心的中小规模联网监控系统，如县/地级市，某大城市公安分局，某大型工矿企业，数据一般集中存储在一级监控中心,其他的基层监控中心安装系统平台的分控客户端进行浏览和管理部分前端。
在这种情况下，存储服务器集中放置在一级监控中心,通过虚拟卷和网格存储技术,形成一个无限容量的存储池，使存储扩展对用户透明.
3.3解决方案三--混合型存储
将前面两种方式进行结合，以分布式存储作为基础，同时在一级监控中心设置网络存储服务器。
短期的数据临时存放在基层监控中心的网络存储服务器内，长期的数据存上传一级监控中心的网络存储服务器中。
重要监控点位的视频资料不仅存储在基层监控中心的网络存储服务器，也实时的传输到一级监控中心的网络存储服务器中作为备份。
在基层监控中心建立备份计划,采用定时自动备份的方式，将超过30天的视频文件备份到网络存储服务器相对应的目录中.
4、结束语
一直以来,天地伟业在安防业界以全线产品和完善完整的解决方案而著称，针对视频监控海量存储子系统，天地伟业根据多年来对视频数据采集、传输、控制和存储特性的深度理解,开发出的视频监控存储子系统，特别针对中大规模监控系统的长时间（超过15天）存储需求，具有较高的行业专用、专业的特色，在许多平安城市、金融行业、工矿企业等场合有很好的应用。
从去年开始，国家公安部对城市安全系统和监控系统提出建设意见，要求各级城市建立联网视频监控报警系统,以视频监控系统为核心建立城市报警监控体系，同时相关监控的视频文件需要至少保存3个月。
这一工程现在正在全国各地如火如荼的展开，由此也带来了视频监控与存储行业的巨大发展机会。
视频监控系统一般监控点多、采集时间长，视频文件本身即占用大量的存储空间，同时视频文件的索引、归档管理等等需求都将成为庞大的的项目，引得众多集成商与厂商纷纷折腰,竞抢这一令人垂涎的大蛋糕.那么视频监控系统对存储应用的需求有什么特点呢？
1
视频监控六大存储特征
视频监控系统一般具有监控点多,摄像头数量多,监控时间长，采集数据的时间往往长达几天或几十天。
视频监控系统中采用的存储设备在数据读写方式上具有与其它类型系统不同的特点.
1）数字视频编码器或视频服务器以流媒体方式将数据写入存储设备，实时监控点回传的图像和画面以流媒体方式保存在存储中，回放工作站以流媒体方式来读取已存储的视频文件.这种读写方式与普通数据库系统或文件服务器系统中存储采用的小数据块或文件级读写方式完全不同，因此视频监控系统存储在技术参数要求方面与其它应用系统有较大的区别.
2）大型的视频监控系统中往往有2000-3000个,甚至更多个监控摄像头,每个摄像头一般采用D1格式回传图像。
每路D1图像的码率为2Mb/s,所有摄像头累加超来总共需要500-750MB/S的带宽.
3）视频采集过程中，视频文件格式一般都不会发生变化，且码率保持恒定，视频图像的帧率一般都在15—25帧/S之间，也就是说在存储的读写操作中,必须保证每1/25秒内都能够达到500—750MB/S的带宽，否则图像采集或回放就会出现丢帧现象,除非存储设备本身配置一个大容量的缓存。
因此视频监控系统存储不仅要求带宽大，还要求带宽恒定。
4）数据读写操作的持续时间长。
由于摄像头一般都是7＊24小时工作的，即使流媒体文件采用分段保存方式，写入操作的持续时间也有可能长达2—6个小时,后期回放时也需要相同的时间.因此要求存储具有超强的长时间工作能力，保持长时间的稳定性。
5）视频监控系统一般具有摄像头数量多,视频图像存储时间长，因此存储容量需求巨大,且随着图像存储时间的增加，存储容量需求呈线性的、爆炸性的增长.因此视频监控系统存储必须支持大容量，且容量具有高扩展性，满足长时间大容量视频图像存储的需求。
6）数字视频编码器一般对外提供标准的IP接口或iSCSI接口,通过在ADSL、城域网或专用网络上传输TCP/IP协议包文或iSCSI协议包文来向后方监控中心回传数据.如果存储设备具有与数字视频编码器相同的接口,编码器就有可能直接将数据写存储，从而就会大大减少监控系统的数据传输环节,提供数据存储的效率。
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存储视频应用的瓶颈
随着大量视频监控项目的实施，许多不同类型的存储被做用视频监控系统的核心的图像数据存储设备。
视频监控系统常采用的存储网络架构有DAS、NAS、SAN和IP—SAN，常采用的存储设备类型有SCSI盘阵、FC和iSCSI设备。
这些设备技术成熟、结构简单、安装实施也非常方便.
然而这此设备都具有一个共同的缺点，就是存储设备在视频监控系统中只能起到一个简单的数据存储功能,无法替代服务器来运行特定的应用软件，视频监控系统中仍然需要大量专用服务器。
实际上，随着芯片技术的快速发展，CPU或专用ASIC芯片的运算及处理速度成倍提高,而存储设备的整体价格却在不断降低。
在设备选型及购买时，出于设备更新换代方面的考虑，用户一般会选择稍高一级别的存储设备。
再者，当投资充裕时价格差别对用户影响也比较少。
因而在很多的应用系统中,用户采购的存储设备性能往往高出实际业务系统真实需求很多,甚至超出好几倍。
在一些中小视频监控系统中，系统中的性能瓶颈经常会出在视频服务器而不是存储设备端,存储设备所能提供的带宽往往是视频监控实际总带宽的两倍或三倍,IOPS也是实际需求的3—5倍左右.存储设备控制器长时间处于半负荷工作状态，大量的高性能资源被浪费。
为保障高可用性、高效性、稳定性和安全性，存储设备的控制器部分一般都是采门设计的,并采用专用的处理器和缓存,其各项技术参数和性能均高于普通PC服务器.为了有效地利用存储的富余资源，可以存储设备控制器部分中内嵌特殊功能的应用软件,存储设备设备不仅为系统提供数据存储服务器，还能提供一定的软件应用服务器，这种存储设备就称为应用存储.
1
应用存储应对视频需求
对视频监控网络存储系统来说,应用存储设备是一种新型的、具有媒体管理和专用软件应用功能的、高性能的存储设备。
与普通的存储相比，应用存储除了具有基本的数据存储和安全保护等功能特点外，还具有网络管理、媒体资产管理、视频转码、视频点播和存储共享管理等功能。
硬件参数：
由于要在存储中内嵌应用软件,应用存储一般都基于PC架构的NAS或ISCSI存储设备.存储设备在硬件方面采用全冗余的，可热插拔的硬件架构和模块化的设计方式，支持双控制器，双电源，双风扇模块等,消除单点故障，从来保证整个存储系统的稳定性和可靠性。
应用存储设备的控制器上的核心处理单元（CPU）位数量和缓存大小可根据系统压力进行调整.一般每控制器的CPU数量不少于2个，缓存不小于4GB，后期每控制器的CPU可扩展到4个以上,缓存可扩展到8GB以上.可以根据用户应用的读写特性动态调整读写比例，也可以根据各种应用的优先级别定义Cache的分配比例。
在视频监控系统中，应用存储应具有不低于300MB/S的实际可用带宽,容量不小于100TB。
以上所述是好的应用存储设备所以应具有基本硬件配置参数，当然，针对具体项目，硬件配置可以上下调整，以适应项目的需要。
集群功能：
具有分布式均衡负载的Cluster结构，支持多个控制器节点。
前端主机端口可实现多通道动态负载均衡、支持自动故障切换。
控制器可实现集群的、全Active的工作模式,且发生故障可自动实现failover。
后端磁盘可在线进行扩展，数据可自动均布在所有的磁盘或后端口存储设备，提高单卷的访问性能。
存储虚拟化技术
把数据灵活的以条带化式分布在每一个集群中的磁盘节点上，创造一个单一的，共享的存储池，来满足企业逐渐增加的存储要求和应用要求，能有效地节省用户初期投资，最大化投资收益比。
自动负载均衡技术
当新的控制器节点和新的存储设备加入集群中时，利用自动负载均衡技术能够把在同一时间的负荷均匀的分布在集群中所有节点上，避免瓶颈产生，实现存储空间充分利用，发挥其最大性能，不需要down机的时间。
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应用存储的软件特征
应用存储真正有别于普通存储的特点在于可以运行特殊的软件应用功能。
软件应用功能是指为了更有效地利用高性能存储设备控制器的剩余处理能力,发挥存储设备专用控制器比较普通PC服务器更高效、更稳定的特点，在应用存储的控制器中内部有嵌了各种不同类型的软件和服务器，使存储设备发挥更大的作用。
在视频监控系统中，可以被存储集成的软件应用有网络管理、媒体资产管理、视频转码、视频点播和存储共享管理等功能。
网络管理功能：
应用存储中内置了大量常用的以太网络管理服务,如域管理服务、DHCP服务、DNS服务等。
存储网络系统不需要再配置专门的域管理服务器，仅通过应用存储就可以实现存储网络系统的域管理、DHCP服务和DNS服务等功能.
媒体资产管理功能：
应用存储设备中内置了一套强大的音像资源管理系统，也可以称为媒体资料管理系统，该软件系统中可对本存储设备内部的视音频文件、图片等多媒体资料进行录入、管理、检索查询、播放和下载，并可按实际工作中的需求定制分类标准和媒体资源的编目体系，对本存储设备内部的多媒体资源进行编目和分类,方便后期的检索和查寻.媒体资产管理功能对于一些珍贵多媒体资源的长期保存和再利用具有重要意义。
存储设备中的与视音频文件有关的元数据信息也可以通过标准API接口与其它的应用软件系统与交换，实现外部的媒体资产管理。
视频转码:
视频临近系统中,有很多图像文件需要进行视频格式转换来进行多媒体发布，或转换成低码率格式文件来进行长期存储，也可能需要对一些重要的，但已经超过在线时间的图像进行减帧处理来实现长期存储。
这时就需要专门的服务器来对普通ISCSI网络存储上的图像文件进行视频转码或减帧处理,而这个操作会占用大量的带宽和网络资料。
应用存储设备中内置了符合视频转码标准的专用视音频转码软件，可按预先定制好的转码标准和操作执行时间,在存储设备资源占用较少的时候来执行转码操作。
由于视频转码软件只是对本存储设备内部的文件进行处理，数据不会流经存储的主机接口、网络交换机和服务器，因此不会点用存储设
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