平安城市网络存储技术与趋势分析

2009-06-16 15:39:00 来源:安防知识网 有...人评论

    随着网络的普及和飞速发展,平安城市的视频监控也变得越来越简单了,然而在这当中发挥重要作用的网络存储技术则成为人们关心的焦点问题,本文就针对存储技术的发展及在平安城市的应用状况作了详细地分析,仅供参考。

存储技术的发展现状及趋势分析
    网络改变了世界,以网络存储为核心的存储技术也正在改变人们共享信息的方法,随着信息存储应用领域的扩展,用户对存储提出了多样化的迫切需求。为满足这种需求,存储技术正以前所未有的速度迅速发展,现有的技术在不断改进和发展的同时,新的技术也在不断涌现。

    存储技术的发展与网络技术的发展可以说是息息相关的。在上世纪90年代初,由于数据处理量不大,许多行业包括银行、电信、税收等对存储行业都不是十分重视,只有研究机构和军方等少数部门在较多地关注存储,但随着电脑和网络的日益普及,IT的便利性也带动了存储业的整体发展。许多用户开始意识到资料和数据本身的重要性,如果没有存储,数据库也就失去了意义。为了确保数据资料的存在及可恢复性,离线存储得到了快速发展的契机,它可以在电脑故障时对以前的数据进行恢复,并把最新的数据值补写进去。

    随着中国经济的迅速发展,对于电信、银行、证券等行业来讲,每天需要处理的数据量极其庞大,同时网络安全的环境却日益恶化,一旦数据运行中断,那么对于企业所造成的后果将不堪设想。因此在线存储就成为了这些企业的生命线,在他们不惜重金搭建自己的存储平台的同时,也带动了其它行业的存储需求,为存储行业带来了巨大的市场前景。

    时至今日,许多IT用户仍在使用早年前网络还未出现,数据量有限时出现的直连存储(DAS)技术,这显然已经不能满足今日存储容量不断扩展,各种存储需求不断产生的现状。因此,网络附加存储(NAS)和存储局域网络(SAN)这两种主要的网络存储形态已经逐步代替DAS,成为存储产品的市场主流。

    NAS通过IP网络,以共享文件系统(网络文件夹)的方式提供存储空间,可以支持多台主机同时读写共享的网络文件夹。NAS以其部署使用方便,低成本赢得了广泛的多用户文件共享服务类的中低端应用。但NAS只能支持传统共享文件系统的使用方式,也使得其在性能上不如同类的SAN产品,不能很好支持块级数据访问的应用,如:数据库等。

    SAN广义上是支持块级数据协议的传输网络和支持块级数据协议的磁盘阵列组成的存储网络环境,狭义上特指能够提供块级数据访问的磁盘阵列。与NAS相对应,SAN提供块级数据访问,具有较高的数据读写性能,但不能提供文件共享服务。SAN以其所依赖的网络性质,可以分为FC SAN、IP SAN、IB SAN等,其中基于IP网络的IP SAN得益于无所不在的IP网络环境,近年来得到了迅速的发展。

    有关专家认为,存储市场发展的主要动力源自网络已不容置疑。存储网络以往是脱离企业局域网而单独存在的网络,现已成为IP基础设施的一部分。升级到IP存储网络,企业就能获得巨大的效益,包括获得更高的可管理性、较低的部署成本、增强的混合平台互操作性、规模更大的可扩展性及更可靠的安全性。

    近年来,平安城市的大力建设与推广,备受社会关注。构建和谐平安城市,首先就要做好安防建设。随着安防需求的急剧增加和飞速发展,从技术层面上来看,安防已经经历了多个不同的发展阶段。随着计算机技术的发展和普及,目前,视频监控已经发展到了网络多媒体监控系统。新一代视频监控管理系统与前几代视频监控系统的根本区别在于,其不再局限于简单地完成对视频信号的处理、传输、控制,其核心乃是对基于IP网络的多媒体信息(视频/音频/数据)提供一个综合、完备的管理控制平台。[nextpage]

    由于DAS的种种缺陷,使它并不能满足网络视频监控系统的要求。DAS的不足和主要问题主要有以下几点:

    ·数据流的读写严重影响服务器的性能:直连式存储依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理,对服务器的性能造成巨大的影响,直连式存储的数据量越大,数据读写的响应时间就越长,对服务器硬件的依赖性和影响就越大;

    ·直连式存储提供的带宽往往成为系统性能提升的瓶颈:直连式存储与服务器主机之间的连接通道通常采用SCSI连接,带宽为10MB/s、20MB/s、40MB/s、80MB/s等,随着服务器CPU的处理能力越来越强,存储硬盘空间越来越大,阵列的硬盘数量越来越多,SCSI通道将会成为IO瓶颈;而服务器主机SCSI ID资源有限,能够建立的SCSI通道连接有限;

    ·直连式存储不能实现在线容量扩展:无论直连式存储还是服务器主机的扩展,从一台服务器扩展为多台服务器组成的群集(Cluster),或存储阵列容量的扩展,都会造成业务系统的停机,从而造成监控系统视频数据的丢失。并且直连式存储或服务器主机的升级扩展,只能由原设备厂商提供,往往受原设备厂商限制。

SAN的优点如下:
·统一性:形散神不散,在逻辑上是完全一体的;
·实现数据集中管理,因为它们才是企业真正的命脉;
·容易扩充,即伸缩性很强;
·具有容错功能,能够对整个网络实现冗余,无单点故障。

    网络多媒体监控系统以网络为依托,以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心,以智能实用的图像分析为特色,并与报警系统、门禁系统整合到一个管理平台上,引发了视频监控行业的一次技术革命,迅速受到了安防行业和用户的关注。网络多媒体监控管理系统,可以广泛用于多媒体视讯调度指挥、网络视频监控和会议、多媒体网上直播、网络教学、远程医疗等各个方面。所以,视频监控领域是一个特殊的领域,对网络存储系统有着强烈的应用需求,其表现出如下特点:

·对存储的容量需求弹性比较大,存储容量的多少随着画面质量的提高、画面尺寸的增大、视频线路的增加都会成倍的增加容量需求;
·对存储的性能要求不高,但是需要能够满足长时间的连续数据读写,数据流量大但访问请求数量低;
·数据保存周期短,一般的监控场所数据保存一定时间(如1个月)以后便可以删除。

视频监控存储与其它行业存储需求的异同
    在信息技术发展的今天,视频监控作为一种传统视频技术与现代通信技术相结合的应用,目前越来越受到国内外各行业的关注。视频监控存储系统相对于其他行业对存储系统的要求,有其独特性。它具有监控点多、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等,从而对存储系统的容量、性能、稳定性等方面有其特殊及严格的要求。此外,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。具体表现如下:

1、应用领域越来越广。除了金融、政府、军队、口岸和交通等特殊行业外,社区、写字楼、酒店公共场所、工厂和商场都已应用或正在实施数字监控。
2、规模和辐射区域越来越大。典型的例子是目前的“平安城市”项目,其项目范围涉及到了全国多个城市,有些城市摄像头达到上万个。而视频监控产品也从本地DVR向NetDVR、NVS及IP Camera网络发展。 [nextpage]
3、监控周期越来越长。实时监控正在从每天8小时向全天时发展,监控数据保留周期从1周到1个月、3个月,甚至更长的时间。
4、清晰度要求越来越高。监控系统清晰度从普通的352×288向704×576提升,码流速率从300Kbps、500Kbps向1Mbps、2Mbps发展。

    以上需求对视频监控系统的各个环节,尤其是存储部分提出了更高的要求。网络视频监控系统的存储需求主要体现在以下几个方面:

·存储容量要求巨大。因为监控系统存储容量=监控点数目×码流速率×保存时间,而监控点数目、码流速率和保存时间的迅速增长,势必带动存储容量迅速增长;
·性能要求与传统网络存储不同。单从指标看,单路码流带宽需求不高,多数盘阵可以轻松满足。对于大规模多码流并发写入的情况,网络带宽仍不是问题,但由于多路并发会将磁盘顺序读写转换为随机读写,对磁盘子系统的性能要求就会非常高;
·部署方式有别于一般网络存储模式。对于大规模视频监控系统,为减轻骨干网络的压力,存储的部署需要做到小范围集中、大范围分散,而管理要做到分级集中管理;
·稳定性要求高。确保7×24小时的数据写入,且数据不能丢失;
·可扩展性要强。系统建设初期要充分考虑后期监控范围扩大、画面质量提升、画面尺寸的增大,以及视频线路的增加带来的容量扩充和性能的扩展;
·价格要求比较低,以便能满足大规模项目的需要。

而对比通用的网络存储设备可以发现有以下的差异:
1、容量/性能比远高于通用存储:视频监控的存储对带宽要求相对于通用存储需求并不高,性能的重点在大量数据流随机写入对磁盘系统的影响,但整个系统的容量却远远高于一般的存储应用。
2、并非一味追求集中存储:集中存储是网络存储的一个基本理念,但对于视频监控系统尤其是比较大的城市监控,一味的追求集中存储会增加城市骨干网的压力并带来使用上的不便,而集中管理、小范围集中、大范围分散的部署方式更适合大范围视频监控的应用。

    综上所述,视频监控的特定应用模式和发展方向,使得其对存储系统的需求已经和通用存储系统有了比较大的区别,所以无论从存储设备的设计,还是从方案设计,都应考虑适用性更强,性价比更高的存储产品和方案。

针对平安城市建设中视频监控的解决方案
    视频监控系统是安全防范系统的组成部分,通过监控系统可以实时动态地汇报被监测点的情况,及时发现问题并进行处理,获得的完整备份资料还可用于事后进行分析调查。随着存储容量、网络带宽、处理器性能以及各种视频压缩处理技术的快速发展,视频监控系统的数字化、网络化趋势日益明显。在今天的网络化监控系统中,系统输入、控制、显示和存储均采用数字化方式进行,经过数字化处理的图像通过IP网络传输到监控中心设备,用户可以通过网络中的任何一台电脑来观看、录制和管理实时视频信息。随时随地、即插即看、高度的开放性和灵活性、总体拥有成本低等优势使网络化数字监控呈现出蓬勃发展的势头。据iSuppli公司预测,2010年时,IP视频监控摄像机和服务器市场的爆炸性增长将为半导体市场带来10亿美元的需求。

    近年来,视频监控系统在中国市场的发展已有目共睹,已经渗透到住宅、教育、政府、医院、酒店、运动场馆、城市治安等众多领域。

    目前视频监控存储的模式主要分为:本地存储模式和网络存储模式两大类。网络存储模式又分成以下几种模式: [nextpage]

·存储服务器+SCSI盘阵方式(如图1);


·存储服务器+iSCSI盘阵/FC盘阵(如图2);


·编码器直连NAS(如图3)。

    在三种不同的应用模式中,之所以需要专门的存储服务器,是因为和摄像头连接的NET-DVR、NVS等系统多采用嵌入式系统,无法直接利用现有的网络存储客户端软件,所以监控厂商采用非标准协议将编码器数据传输到存储端。[nextpage]

    本地存储和传统的网络存储的对比分析,参见表1所示。

    通过表1可以发现,编码器直接以NAS方式进行集中存储是性价比最高的方案。该方案不仅可以节省存储服务器硬件,更因为本身具有文件共享功能,使得视频数据的存储和查看变得更加方便。

    但通用的NAS为服务器和桌面计算环境设计,在使用方式上,视频监控和传统的NAS有诸多特殊的需求,包括:大量的客户端,按IP地址进行授权和进行容量限制,大量写、少量读等,这些特性决定普通的NAS设备,不论在管理还是使用上都不能很好地满足要求。另外,在规模稍大的视频监控环境中,都需要部署多台设备,如果使用NAS,那么多设备的集中管理,以及提供可靠性和业务连续性的需求都是普通NAS所不具备的。只有专门针对视频监控需求进行优化的NAS设备才能更好地满足需求。

    在平安城市的超大规模视频监控应用中,为满足城市的安全和科学系统化管理的需要,以及为了对随时发生的情况进行全面及时地了解和掌握,对意外情况能迅速做出正确判断,并给出正确、快速的指挥和处理,当前多数园区都已经安装或准备安装视频监控系统。

    这类城市部分区域监控系统的特点是摄像头的数量在上千路,总存储容量需求在上百TB。针对上述视频监控需求,一种为其量身定制的相应的存储解决方案能很好地解决相关问题,见图4所示。且方案具有以下功能和特点:

    1、大容量、低成本:只需四套视频监控存储设备,就实现了最多可以保存1000路、1Mbps码流、长达30天的录像视频。无论存储性能、还是容量,都可以很好地满足大规模视频监控存储的需求。[nextpage]

    2、所有视频监控设备集中管理:通过UMC实现了所有存储设备的集中管理,管理员只需在一个管理界面上就可以完成所有存储设备的各种管理操作,大大简化了存储系统管理的复杂度。在分支机构这一级别上,不得不尽量简化每一件事情,因为通过人工管理多个独立的分支机构是不可能实现的。而采用磁盘阵列产品,如果你能够部署一个UMC服务器,并且保持运行,你就能够轻松地管理安装一个磁盘阵列系统。

    3、充分利用网络优势,客户可灵活部署存储设备和确定安放位置,普通人员无法未经允许随便接触到存储视频数据,有利于内防内控。

    4、支持数据灵活调用,对视频监控数据综合应用平台能够做到无缝支持,有利于监控系统功能的扩展。

    5、兼容各种视频编码设备:该存储设备支持多数主流视频监控设备厂商的视频编码设备,包括NVS、DVR和PC-DVR,并已经通过海康、天地伟业、阿尔卡特等厂商设备的兼容性测试。

    6、高可靠性:该存储设备在硬件设计上采用模块化和无线缆连接设计,磁盘到控制器之间没有传统的SATA线缆,提高了数据信号的传输质量,保证了系统长时间连续稳定的运行;设备所有部件实现模块化插拔,系统维护不必打开机箱,大大减少了人为出错的机会;系统支持硬件Raid和后备电池,保证数据长期可靠的保存。

    7、易维护、易扩展:由于系统硬件采用模块化设计,系统维护和扩展更加简便,系统所有部件都可以以模块化的方式更换或添加,大大减少了系统维护和扩展时的工作量。

    8、专业可靠:该设备源自专业存储设备,并针对视频监控存储的特点在IO、管理多方面进行了的优化。该设备支持Raid0/1/5/10等多种Raid级别设置,支持网络链路冗余,支持电源、风扇等硬件冗余,支持网络故障恢复和系统映像备份等多种增强数据安全性和可靠性的技术手段,并对病毒有出色的免疫能力,比DVR本地硬盘或存储服务器+盘阵的方案更加专业、可靠。

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[责任编辑:张利芬]

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