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网络视频监控系统存储设备选型分析

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    随着社会的进步,视频监控被越来越广泛地应用到各个领域,在各地的项目中也逐步获得广泛认可,全国的“平安城市”、“全球眼”项目中更是掀起了网络视频应用的高潮,网络视频厂商如雨后春笋般在全国范围内迅速增加,市场上出现了大量的网络视频监控品牌,众多IT厂商或传统行业也加入了网络视频行业的竞争,纷纷推出了自己的网络视频产品及系统平台解决方案。

    目前市场上网络视频存储机制各异,网络视频监控解决方案更是多种多样,本文希望通过一些平台解决方案,能给系统集成商一些建议,以便选择适合自己的产品和网络存储方案。

市场状况分析
    从行业应用看,视频监控面向的主要行业都已明显趋向于优先选择网络监控。根据2008年底专业媒体的市场调研,目前视频监控的主力市场集中在政府公安、金融、工业企业、建筑小区、教育、交通等几个主要行业。而政府机关和公安主导的“平安城市”项目中,有70%明确表示要选择网络监控,20%表示要测试评估后再决定。金融和交通行业在近几年呈现出了明确的大联网需求,在经受了模拟监控和数字监控无能为力的痛楚以及体验了网络监控游刃有余的惊喜之后,网络化监控毫无疑问已经成为其首要选择。教育行业则由于网络基础设施的完善毫无例外地明显倾向于选择网络化监控。工业企业和建筑小区比较分散、独立,行业特征不太明显,产品自主选择性较弱,因此倾向性没有上面几个行业那么明显,但是由于网络化概念在集成商、工程商以及设计院这些环节已经得到了广泛认可,因此大多数新建系统已优选网络监控。

    从网络环境看,今天的网络已经完全具备了进行视频传输和视频通信的要求,用户对此的认可程度也已今非昔比了。其最初对网络化监控最主要的担忧集中在网络带宽、网络时延、网络稳定性、网络安全性等四个方面,针对视频监控这样一个快速增长的市场,从最初的怀疑,到后来的一致认可,网络化已经不再是趋势,网络化已经实实在在地来到身边。

视频监控中心管理平台
    对于网络视频监控来说,中心管理平台是整个网络视频监控系统的核心,逻辑上需要实现用户接入认证、系统设备管理、业务功能控制以及媒体分发转发等功能。目前主要的平台管理软件一般都有中心服务平台、接入服务器、存储服务器、分发服务器、管理客户端、用户客户端、电视墙等几个部分组成,各部分间的逻辑关系参见图1。在实现上,中心管理平台可以基于“服务器/PC+软件”方式,也可以基于嵌入式硬件方式。

    中心服务器主要负责用户的权限验证和设备的故障信息处理,是唯一一个直接访问数据库的模块。接入服务器主要实现设备注册和定位服务、Keep-Alive服务(心跳服务)、消息转发服务、重定向服务、客户端代理服务。存储服务器则是负责存储录像文件。[nextpage]

    客户端是远程图像集中监控和维护管理的应用端,是基于PC的监控业务软件,可采用B/S或C/S架构,主要实现用户登录、图像浏览、录像回放、辅助设备控制、码流控制等业务功能。客户端接下来的主要趋势是简单化及可定制化,用户要能够很直观、很方便进行操作,而且能够根据使用习惯进行界面定制。

    IP前端部署在监控点,用于实现前端视频等信号(还可以有音频、控制、报警等信号)的数字化和网络化,它通过IP网络接入到中心管理平台,用于实现监控点视音频信息和报警信息的采集、编码、传输以及外围设备(如摄像机、云台、矩阵等)的控制。IP前端包括各类型的网络摄像机和网络视频编码器。

     根据一份调研报告预测,从2008年到2012年,随着网络视频监控的快速增长,网络摄像机和网络视频编码器的年复合增长率将分别达到50.6%和18.4%,而DVR的年均复合增长率仅为7%左右。随着网络视频监控应用的普及,IP前端的系列化和丰富化在2009年到2010年也将得到大幅度提升,尤其是各种各样的网络摄像机将大量涌现,很多传统摄像机厂商将通过自主研发、外部合作等多种方式实现向网络摄像机厂商转变,甚至会通过与平台商的合作提供网络视频监控整体解决方案。

    图像存储服务器主要用于实现网络视频监控信号的数字化存储、检索、回放以及管理功能。基于不同的管理平台,录像存储的实现方式也会有所不同,在运营级系统中,通常采用“服务器+录像存储软件+IP SAN存储设备”的方式;在行业级系统中,通常采用中心管理平台外接USB或IP SAN存储设备的方式;而在NVR中,直接通过NVR内置硬盘实现存储。

    目前图像录像存储服务器可以放在一个中心集中存储,也可以是分布在多个中心分布式存储。而随着用户需求的不同,前端存储也将会得到一定规模的应用。前端存储是指在网络摄像机、网络视频编码器中内置硬盘实现本地存储。对于对存储可靠性要求非常高的行业,可以采用前端存储和中心存储相结合的方式:一、前端存储因人为破坏或磁盘故障导致录像丢失时,有中心存储还可以保证录像的完整性;二、中心存储因设备、磁盘或网络故障导致录像丢失,则前端存储仍可以保证录像完整性;三、当网络带宽有限时,中心存储可采用CIF视频保证流畅性,而前端存储仍然可以采用D1视频保证高清晰度;四、所有前端均采用前端存储时,中心存储仅需针对重点监控点进行备份存储即可,这样可以大大降低中心存储的投资成本,因为带前端存储功能的视频编码器成本并不高。通过管理平台的统一管理,系统内所有前端及中心存储资源均可由监控中心和客户端统一检索、浏览和回放。

    随着网络视频监控的普及,中心管理平台将会在2009年得到大量的部署,而针对运营商、行业以及中小企业/商业三个不同细分市场也将使中心管理平台呈现系列化趋势。关于管理平台的软、硬之争将在2009年持续一段时间。很多业内人士认为,在运营商市场,由于运营商本身的策略、需求以及运营商本身对服务器架构的开放性和可移植性考虑,软件平台仍将占据主导地位;而在行业和企业级市场,出于客户对稳定性、安全性、简单性、易维护性的考虑,硬件平台逐渐被行业和企业级用户认可,未来会成为行业应用的主流。NVR作为一个小型的、高度集成化的管理平台,作为硬件平台的代表,相信在2009年将会得到更多的关注和更广泛的部署,不管是带网络功能的DVR,还是混合型DVR,这些概念都在欲拒还迎地推动着NVR取代DVR的进程。

图像存储机制介绍
    众所周知,目前企业存储应用的体系结构主要有DAS、NAS和SAN三种模式。这三种模式从体系架构的逻辑上看,有明显的区别。

    DAS即直连方式存储,依赖于服务器,其本身是硬件的堆叠,不带有任何存储操作系统,DAS英文全称是Direct Attached Storage,即直接附加存储。顾名思义,在这种方式中,存储设备是通过电缆(通常是SCSI接口电缆)直接连到服务器的,I/O(输入/输出)请求直接发送到存储设备。DAS,也可称为SAS(Server-Attached Storage,服务器附加存储)。它依赖于服务器,其本身是硬件的堆叠,不带有任何存储操作系统。[nextpage]

DAS的适用环境为:
    1、服务器在地理分布上很分散,通过SAN(存储区域网络)或NAS(网络直接存储)在它们之间进行互连非常困难时(商店或银行的分支便是一个典型的例子);

    2、存储系统必须被直接连接到应用服务器(如Microsoft Cluster Server或某些数据库使用的“原始分区”)上时;

    3、包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用,它们需要直接连接到存储器上,群件应用和一些邮件服务也包括在内。

    对于多个服务器或多台PC的环境,使用DAS方式设备的初始费用可能比较低,可是这种连接方式下,每台PC或服务器单独拥有自己的存储磁盘,容量的再分配困难;对于整个环境下的存储系统管理,工作繁琐而重复,没有集中管理解决方案。所以整体的拥有成本(TCO)较高。目前DAS基本被NAS所代替。

    NAS(Network Attachment Storage)网络附加存储设备,简单地说是通过网线连接的网络磁盘阵列,是部件级的存储方案。它具备了磁盘阵列的主要特征:高容量、高效能、高可靠。NAS是通过标准的网络拓扑结构连接到计算机网络上,所以无需服务器就可以直接上网,与用户端的操作系统无关,而专门用于数据存储的网络存储设备。同时由于它的高性价比,在某些领域完全可以和磁带同等的成本进行数据备份,通过网络进行资料的网络备份。其次NAS安装简单管理方便,是真正即插即用的产品,最重要的是,NAS能够满足那些对于成本敏感的中小企业不同的存储需求,具有相当好的性能价格比。

    SAN(Storage Area Network)存储区域网,相对NAS而言,SAN有如下特点:首先,SAN具有无限的扩展能力;由于SAN采用了网络结构,服务器可以访问存储网络上的任何一个存储设备,因此用户可以自由增加磁盘阵列、带库和服务器等设备,使得整个系统的存储空间和处理能力可以按客户需求不断扩大;其次,SAN具有更高的连接速度和处理能力。在NAS系统里,客户端通过传统网络访问NAS,而SAN采用了为大规模数据传输而专门设计的光纤通道技术。SAN架构的产品性能出色,但成本很高,目前基本是大企业的选择。

    SAN产品阵营中的主要厂商有EMC、IBM、Hitachi、HP、Sun等大公司,NAS产品的阵营中主要有NetApp、Maxtor、Proco等。国内的厂商也不断地加入到各自的阵营中,使得存储市场愈加绚丽多彩。从技术角度看,对于不同公司SAN产品的互操作性和管理问题,目前可望解决。来自存储网络工业协会(SNIA)的一份声明,如EMC、IBM、Brocade、McData等厂商会员一致同意,提供可以支持多个厂商之间进行互操作的存储网络产品,以解决现阶段不同公司SAN产品无法相互操作的问题。

存储设备选型要素分析
    用户在确定了存储系统基本架构之后,还需要进行产品的选型。那么选择合适的存储产品,可以从数据保护能力、性能、容量、连接性、管理性和附加功能这几个方面来考虑。

1、数据保护能力
    数据保护能力是指在存储设备的设计方面,对各种偶然性错误和意外情况的预期,以及采取的预防或补救措施。这里,用户需要注意的是,存储系统是一个从软到硬的复杂系统,所以,对数据保护能力的评价应当考虑到整个系统。一些低端磁盘阵列厂商宣称自已的产品由于采用了RAID、热交换磁盘、双电源等技术,数据将永不丢失。对一些中小型用户,这些数据保护技术基本可以满足要求,但是对关键性业务的用户来说,这些技术只能算数据保护的最基本前提。只有对数据完整性的保护、对写缓存的保护、对主机连接的保护以及对远程容灾的支持等方面,才能够体现出存储产品的真正数据保护能力。[nextpage]

2、性能
    对存储产品的性能评价是最容易的,因为这一指标可以被充分量化。对磁盘阵列产品来说,性能指数主要有两个:带宽和IOps(每秒I/O次数)。带宽决定于整个阵列系统,与所配置的磁盘个数也有一定关系;而IOps则基本由阵列控制器完全决定。在Web、E-mail、数据库等小文件频繁读写的环境下,性能主要由IOps决定。在视频、测绘等大文件连续读写的环境下,性能主要由带宽决定。可见,在不同的应用方式中,需要考察的侧重点也不同。对NAS产品来说,主要性能指数也是两个:OPS和ORT,分别代表每秒可响应的并发请求数和每个请求的平均反应时间。对磁带存储设备来说,单个磁带驱动器的读写速度是最重要的性能指标。

3、容量
    容量是最简单的一个方面,这里需要留意的是,用户不仅要关心产品的最大容量,还要关心厂商推荐使用容量以及扩容成本等问题。而对磁带产品来说,容量决定于磁带记录格式。因为磁带驱动器都具有硬件压缩功能,所以磁带容量有压缩容量和非压缩容量之分,一般压缩容量按非压缩容量的两倍计算。

4、连接性
    在SAN环境中,以光纤连接设备为中心,要连接主机、磁盘阵列、磁带库等设备,环境比较复杂,因此在产品选型时,要充分考虑设备间的连接性。选择具有良好的开放性和连接性的产品,不仅是当前系统正常连接和运行的保障,也为系统将来扩展提供更大的空间和灵活性。

5、管理性
    管理性是任何产品的重要方面之一。首先,用户应考虑产品所提供的管理功能或方式是否实用可靠;其次,支持中心化管理和远程管理的产品一定会令用户省事不少,且很多产品的故障自动通知机制给用户带来了方便,但同时也是数据安全的隐患;最后,在配置改变或系统扩容时,不需宕机或尽可能缩短宕机时间,这是企业级产品的重要特征。

6、附加功能
    今天的存储产品,尤其是部门级和企业级的在线存储产品,已经不仅仅是存储数据的盒子,而是一个智能的小型系统。各厂商将很多功能性软件都整合到自己的存储设备中,以向用户提供更好的解决方案。目前,比较常见的附加功能主要有以下几种:数据快照功能、LUN Masking功能、异地数据复制功能等。

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