视频监控系统存储扩容解决方案0816.docx

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视频监控系统存储扩容解决方案0816

视频监控系统存储扩容

解决方案

2013年8月

辽宁邮电规划设计院有限公司

LiaoningPlanningandDesigningInstituteofPostandTelecommunicationCo.,Ltd

第1章项目背景

视频监控技术的发展过程分模拟视频监控、数字视频监控及网络视频监控，模拟视频监控时代的存储设备是磁带录像机（VCR）；数字视频监控时代的代表产品是数字硬盘录像机（DVR），内置或外挂硬盘是主要的存储设备;在网络视频监控时代，网络摄像机、编码器负责视频的编码传输，而存储主要采用网络视频录像机，即NVR，NVR具有多种存储方式，如DAS、SAN可选。

在网络化视频监控时期，数据呈爆炸性增长，存储方式变得多样化，不同的存储结构都得到应用，DAS、NAS、FCSAN及IPSAN等存储系统与数字网络视频监控系统配合应用，实现视频数据的海量、高速、实时、稳定的存储与检索。

在数字视频监控时期，DVR作为数字化存储设备，通常采用的存储方式是内置多块大容量硬盘的方式实施存储扩展，或通过扩展接口外接磁盘阵列，可以理解为DAS方式的存储。

DAS架构的存储在早期的单点及小规模DVR系统中，因为部署容易，成本不高而得以广泛应用，此方式的特点是单服务器（DVR）独享存储空间。

随着网络视频监控系统的发展，系统变得分散而规模不断扩大，因此，存储系统的容量、带宽、稳定性、集中管理、易维护、成本等方面均成为重点考虑因素。

在此情况下，网络化、规模化的存储架构正好可以弥补DAS架构的各种不足，NAS、IPSAN、FCSAN以其良好的网络性、扩容性、冗余性、易管理性等优势得到更多的应用。

第2章项目需求

本项目已有一套视频监控系统，前端共计80个摄像头，存储30天，使用了28T硬盘，现需要对这套视频监控系统的存储进行扩容，要求所有摄像头无间断每天24小时存储6个月，因此，在设备上要进行重新选型以及一定量的增加。

对于系统的存储必须满足以下功能：

●存储相对集中化，管理绝对集中化

传统网络硬盘录相机将数据存储分布在每台当中，调用和管理极为不便。

因此，需要将所有数据集中存储在同一设备当中，监控录像的调用和视频数据的备份都可以方便得以实现。

同时，存储集中化之后，可以在本地或者远程的同一管理平台下管理所有存储设备，大大简化了监控系统的管理成本。

●数据安全性

传统网络硬盘录相机使用的硬盘，没有任何数据保护机制，一旦硬盘损坏数据将无法恢复，这样则失去了监控本身的意义。

因此，要有一套安全机制很高的方案将数据的安全有力的保护起来，可以在硬盘损坏的情况下实现数据的恢复。

从存储设备本身需要有严密的保障措施，尽量减少故障点；另外，一旦出现单点故障后，监控系统能够持续运行，并能在线的恢复正常。

此外，还可以通过备份或者容灾技术增加系统的整体的安全性，进一步提高系统的可靠性。

●高性能

由于大型监控系统一般摄像头路数较多，需要同时多路摄像头同时将数据写入存储设备，并且同时有多路服务器可能读取数据，总的带宽要求比较大，并发访问数量较多，因此对后端存储设备提供较高的性能来满足这种需求。

●随需扩展

传统硬盘录相机是不能随意扩展的，一般8块硬盘已经满负荷了。

而监控系统在本次扩容完成之后，可能随着需求的增加（如存储时间以及前端摄像头点位增加），数据量仍然会随之增加，这就需要存储系统有良好的可扩展性来保证系统业务的持续运行。

第3章解决方案

3.1设计原则

3.1.1紧密结合用户的实际需求

存储区域网建设是视频监控数据存储系统的基础，它直接地影响到视频监控数据的安全性，可用性，因此只有紧密结合实际需求才能设计出一套切实可行而又行之有效技术的方案，我们对监控行业的需求做了认真的分析研究，并且将用户地具体需求一步一步地细化，然后结合其他地区存储区域网以往网络集成的经验，从而制定了本方案。

3.1.2保持技术上的先进性

存储区域网络建成后的不仅要能够满足目前的应用需求，而且还要能够为将来的存储区域网发展打下良好的基础，这就要求在技术方案必须保持具备相当的先进性，从而保障网络建成后在相当一段时间之内不会落伍，不会被淘汰，因此本方案中采用先进的体系结构、软硬件技术设备，使系统在未来保持尽可能长的生命周期，即达到提高信息化水平、实现先进管理思想的目标，又保护对新系统的投资。

3.1.3开放式模块化系统

模块化的系统结构方便用户的升级管理，开放式的系统有利于和其他系统的互联实现资源的有效共享。

具体针对用户存储系统的特殊性和数据的重要性，以及长时间的数据存储和随时地查询调用等读写数据的要求，整个监控视频数据存储系统必须具备以下特点：

（1）高可用性

能应对大量数据传输、交换，长时间的不间断的数据读写，重要数据的存储和妥善保存，确保数据的安全性。

（2）高性能（负载均衡和并行处理）

网络数据读写的实时性和网络调用数据提高响应的速率。

（3）高灵活性

必须满足用户系统增减容量的需求，及根据服务器应用的灵活配置，保证存储系统的扩展性。

（4）高性价比

必须考虑一次性软硬件成本的投入，及最终用户在系统维护方面技术和资源的投入，同时必须充分考虑到投资的时效性。

3.1.4采用标准化的技术和产品

在方案设计中，所有硬件、软件和网络产品必须坚持标准化原则，遵从国际化组织所制定的各种国际标准及各种工业标准，从而使系统实现具有如下特点：

（1）可移植性

系统中所开发的各种应用软件具有良好的可移植性。

（2）可扩展性

主机、存储设备、网络、应用系统均要有良好的扩展能力。

（3）互联性

构建网络灵活，支持各种网络结构以及多种通信媒体，实现跨平台、跨应用的各种设备和网络的互联。

（4）兼容性

随着时间的推移，监控系统还有可能面临升级或增加设备，这就使得在不同时期建立起来的网络信息系统大多都采用的是不同品牌不同技术性能的产品，因此，存储产品的兼容性显得更加的重要，必须要与市面上的主流产品相兼容。

3.1.5系统的易管理性和稳定性

任何一个网络的建设都需要考虑到应当方便用户的管理，另外所建成的网络系统需要是一个稳定性好、可靠性高的系统，监控系统的稳定性更是重中之重，一旦系统或是重要数据产生任何的严重错误，将造成不可估量的损失和后果。

3.2存储架构介绍

根据用户的多服务器连接存储设备的需求，目前，市面上满足这一需求的主流存储架构有NVR、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，将这几种存储架构进行一个比较。

3.2.1NAS存储架构

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）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。

3.2.2FCSAN架构

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）扩展性强

FCSAN的扩展能力很强，1个光纤通道最大可支持127个设备（即磁盘），而一台光纤阵列至少会有2个以上的光纤通道，有的甚至更多，这就意味着用户购买一台光纤阵列产品就可以通过连接JBOD来安装更多的磁盘。

另外，FCSAN还可以方便的通过光纤交换机来扩展磁盘阵列。

3）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。

4）传输距离有限

光纤的传输距离最大为10公里，如果需要更长的数据传输距离，只能增加光纤中转设备，而一般用户是无法承受如此高昂的费用的。

3.2.3NVR存储架构

相较于采用PC服务器+IP-SAN的解决方案来看，NVR采嵌入式系统进行架构，在系统运维稳定性继承Linux或嵌入式系统的绝佳优势，稳定性与系统运维成本表现更佳，可用简单的架构与低廉的设备成本，打造不输给专业服务器的监控架构，在视频路数限制方面，当一组NVR所支持的视频路数受限，则可改为采用多部NVR的架构方式，达到网络视频监控系统所需的系统服务能量。

PC服务器+IP-SAN解决方案虽然可以通过软件构架所有NVR应用需求，但专用软件费用高昂，而系统调试与后期运维成本也相对较高，将监控系统核心监控资料全部存放在单一PC服务器的风险也相对较高，即便是PC服务器的系统服务能量会较个别NVR更具优势，但采多组NVR进行设置的安防监控系统架构，也不会输给服务器+IP-SAN的架构方式，加上NVR的架构弹性大、设定简单与内建专用系统，在弹性、成本与效益方面，只要架构设置得当，系统效益会高于专用PC服务器+IP-SAN解决方案。

1）使用专用的硬件设备，而不是基于PC或者工控机，用户更易于使用；

2）采用嵌入式操作系统，低功耗芯片，可长期稳定运行，不耗电；

3）内置WEBSERVER，设置界面简单易用，可方便通过浏览器对NVR进行各种配置；

4）支持sata接口硬盘。

3.2.4IPSAN/CVR架构

IPSAN中所采用iSCSI通信协议是internetSmallComputerSystemInterface的缩写，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。

特点、优势：

Ø架构特点

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。

Ø优势

与FCSAN一样，IPSAN/CVR也属于SAN大家庭中的一员，它的优点正是FCSAN目前存在的普遍缺点。

1）低成本

由于通过以太网进行传输，企业可以利用现有的以太网设施来部署iSCSI存储网络，而不需要更改企业的网络体系，所以他的部署成本比较低。

由于对以太网的熟悉程度都比较高，所以培训和维护管理的费用也大大降低。

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。

灵活的拓扑结构：

iSCSI不但可以在局域网内部署，还可以在广域网内部署，拓扑结构非常灵活。

3）易于使用

即使是多个厂家的设备：

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，极大地保护了企业的投资。

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。

3.2.5存储架构对比

各种存储系统的比较如下：

类型项目