視頻監控系統發(fā)展的必然需求

　　近些年來(lái)大數據、云計算、云存儲在IT界可謂炙手可熱，那其在視頻監控行業(yè)的需求和應用又怎么樣呢?不同行業(yè)、規模、應用需求的視頻監控系統是否需要建設云存儲呢?各行業(yè)的決策者們無(wú)疑還存在一些疑惑，但是隨著(zhù)視頻監控系統對視頻圖像清晰度的不斷追求、系統規模的不斷擴大、應用需求不斷趨向多樣化，云存儲應用是視頻監控系統發(fā)展的必然需求。

　　云存儲的需求分析

　　首先是視頻圖像清晰度發(fā)展需求。視頻監控對視頻圖像的清晰度需求是無(wú)止境的。視頻圖像的分辨率從QCIF、CIF、D1、720P、1080P、4K、8K一路走來(lái)，僅僅使用了不到十年的時(shí)間，現在已開(kāi)始步入4K分辨率主流年代。隨著(zhù)視頻圖像分辨率的不斷增大，相應對視頻圖像的存儲要求也越來(lái)越高。例如：1路D1圖像(1M碼率)存儲30天需要的存儲容量約為300GB左右，1路1080P圖像(4M碼率)存儲30天需要的存儲容量約為1.2TB左右，1路4K(8M碼率)存儲30天則達到了2.4TB左右，可見(jiàn)隨著(zhù)視頻圖像清晰度的增加，存儲容量的需求也急劇增大。

　　其次是安防視頻監控系統向著(zhù)大規模、海量數據、智能化和融合應用的方向快速發(fā)展需求。近十幾年來(lái)國內外的各行各業(yè)，安防視頻監控系統攝像機的數量規模急劇增加。在鐵路行業(yè)，隨著(zhù)新增沿線(xiàn)入侵報警與視頻監控需求的明晰，一條鐵路線(xiàn)的建設規模就從幾千到上萬(wàn)路攝像機不等;而如一個(gè)中等規模城市的平安城市建設規模攝像機數量可能達幾萬(wàn)路。1000路的1080P(4M 碼率+24小時(shí)+30天)視頻圖像存儲容量就可以達到1PB，而1萬(wàn)路的1080P 視頻存儲容量超過(guò)了10個(gè)PB，安防視頻監控系統的存儲應用已經(jīng)進(jìn)入了存儲PB級年代。宇視推出的全新一代統一云存儲(United Cloud Storage)系統，能提供高達數百PB級別的海量存儲空間，且兼具高性能、高可靠、強擴展以及易運維等特性，能夠很好地滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化業(yè)務(wù)的使用需求。

　　從性能和容量上看，單臺存儲設備的性能和擴展性基本可以滿(mǎn)足PB級以?xún)鹊囊曨l接入和圖像存儲需求，但是要接入成千上萬(wàn)路高清1080P，甚至是4K 視頻，存儲幾十PB、甚至上百PB 的數據，無(wú)論是性能還是容量都無(wú)法應對，因為單臺存儲設備無(wú)法實(shí)現其性能與容量的線(xiàn)性增長(cháng);如果采用多臺存儲設備疊加的方式來(lái)實(shí)現增加的視頻接入和圖像存儲需求，那么多臺存儲設備間相互獨立，缺乏有效的數據整合與協(xié)同處理能力，也會(huì )存在以下問(wèn)題：

　　1、存儲設備統一管理問(wèn)題。幾十上百臺的存儲設備的管理必須由存儲設備廠(chǎng)商提供專(zhuān)業(yè)的存儲管理軟件來(lái)完成設備的集中管理和維護，或者由安防視頻監控平臺廠(chǎng)商來(lái)提供存儲集中管理服務(wù)軟件。但是由于不同存儲廠(chǎng)商的管理接口和協(xié)議各不相同，安防視頻監控平臺廠(chǎng)商在應對第三方存儲設備管理時(shí)將變得異常困難;

　　2、存儲資源按需分配問(wèn)題。視頻監控圖像的存儲時(shí)間一般在設計初期必須規劃好，例如15 天、30 天、90 天等甚至更長(cháng)時(shí)間。后期需要對存儲天數進(jìn)行調整時(shí)，單臺存儲設備的空間資源無(wú)論是擴容還是縮容將無(wú)法真正做到存儲空間的按需分配;

　　3、存儲資源融合問(wèn)題。安防行業(yè)涵蓋門(mén)禁、報警、對講、出入口控制、視頻監控、電警卡口等子系統，存儲信息包括視頻圖像、圖片、文本、告警信息等。各子系統建設不同的存儲用來(lái)保存信息，存儲資源難以有效融合和利用，形成了事實(shí)的信息孤島;

　　4、設備性能和存儲空間共享及利用問(wèn)題。按多臺存儲設備疊加方式部署的視頻監控系統，一般先期建設的存儲設備已經(jīng)滿(mǎn)負荷運載，而后期建設的存儲設備在考慮系統擴展性后有一定的性能和存儲空間冗余，但這部分性能和存儲空間冗余就很難共享、也不便故障切換。

　　云存儲解決方案

　　云存儲技術(shù)則能夠很好的解決上述問(wèn)題。云存儲是在云計算和存儲概念上延伸和發(fā)展出來(lái)的一個(gè)新的理念，是一種新興的網(wǎng)絡(luò )存儲技術(shù)，它通過(guò)集群應用、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、分布式文件系統等將網(wǎng)絡(luò )中大量各種不同類(lèi)型的存儲設備通過(guò)應用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對外提供數據存儲和業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)功能。云存儲可對系統內的設備資源、帶寬資源、存儲空間資源等進(jìn)行有效整合，可為用戶(hù)提供大容量、高性能、高可靠的透明存儲服務(wù)。相對于單臺存儲設備來(lái)說(shuō)，云存儲系統具備如下優(yōu)勢：

　　1、線(xiàn)性擴展的高并發(fā)讀寫(xiě)性能。單臺存儲設備的并發(fā)讀寫(xiě)性能容易受到控制器的CPU、緩存及網(wǎng)絡(luò )接口的能力限制，讀寫(xiě)帶寬一般在512MB/S~2GB/S 之間。而云存儲系統可以利用集群技術(shù)將存儲節點(diǎn)間的帶寬和多臺存儲設備的處理能力進(jìn)行聚合，隨著(zhù)存儲節點(diǎn)數量的增加可以實(shí)現讀寫(xiě)帶寬、處理能力的線(xiàn)性增長(cháng)，從理論上來(lái)說(shuō)讀寫(xiě)帶寬可以是無(wú)限的。在實(shí)測中，已經(jīng)達到整體讀寫(xiě)帶寬超過(guò)200GB/S 的性能指標;

　　2、海量存儲空間的彈性擴展。存儲空間彈性擴展采用的是虛擬化技術(shù)，把眾多存儲設備虛擬化成單一的便于管理的邏輯設備形態(tài)，物理磁盤(pán)分割成虛擬磁盤(pán)，將虛擬磁盤(pán)深化采用細粒度管理和虛擬磁盤(pán)操作技術(shù)，從而獲得更高更靈活的管理效率、性能和容量空間,通過(guò)虛擬化磁盤(pán)分配技術(shù)，提高磁盤(pán)利用率。存儲虛擬化技術(shù)可以很好地解決當前各種形態(tài)設備的存儲容量的統一管理和磁盤(pán)容量的動(dòng)態(tài)分割，實(shí)現自動(dòng)化管理，云存儲中的存儲設備數量龐大且基于網(wǎng)絡(luò )的異地分布?，F在的存儲設備類(lèi)型非常豐富，包括傳統的存儲設備如IPSAN、FCSAN、NAS、FCIP 等，不同類(lèi)型和形態(tài)設備之間的容量管理、設備管理，對于龐大的存儲云來(lái)講都是一個(gè)巨大的挑戰，所有的存儲資源都必須得到有效的管理和利用。采用虛擬化和存儲池技術(shù)，可以把不同類(lèi)型的存儲設備虛擬化成為存儲網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)節點(diǎn)，在邏輯結構上消除異構形態(tài)設備的差異，把容量匯聚成一個(gè)巨大的虛擬存儲池，并可以更容易地進(jìn)行邏輯容量分割，大幅度提升存儲效率。

　　3、統一的設備管理與資源呈現。云存儲解決了多臺存儲設備疊加帶來(lái)的設備管理問(wèn)題。通過(guò)集群技術(shù)，將幾十臺、幾百臺的存儲設備統一管理，通過(guò)統一的運維和管理界面，向用戶(hù)呈現整個(gè)云存儲系統的資源和設備使用情況：整體空間利用率、單設備空間利用率、讀寫(xiě)帶寬、設備負載情況、設備運行狀態(tài)等。例如由二十臺云存儲設備構建的一個(gè)一千路視頻10PB 的云存儲系統，用戶(hù)在使用過(guò)程中，不需關(guān)心前端10000 路攝像機的視頻圖像究竟是存儲在哪一臺設備上，只需要選擇后端這個(gè)10PB 大小的空間統一存儲資源池，就可以非常方便的完成存儲部署，可極大簡(jiǎn)化用戶(hù)管理與維護的復雜度，有效提高工作效率;

　　4、提升設備資源處理和存儲空間共享能力。由于設備處理能力、存儲空間、帶寬無(wú)法實(shí)現聚合，單臺存儲設備的處理能力和存儲空間都無(wú)法與其他設備進(jìn)行有效共享，而云存儲系統則可以靈活的進(jìn)行統一管理和共享。云存儲采用統一的全局命名空間，可以提供多種數據訪(fǎng)問(wèn)接口(SOAP、REST、HDFS、POSIX 等)，支持主流的文件與數據傳輸訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議(NFS/CIFS、iSCSI、HTTP、FTP 等)，可以與各種上層應用程序進(jìn)行完美配合;

　　5、更高的數據安全性與可靠性。像宇視這樣的行業(yè)優(yōu)秀存儲設備廠(chǎng)商已經(jīng)通過(guò)模塊化的部件冗余設計來(lái)實(shí)現單臺存儲設備的數據安全性和可靠性：雙控制器、雙電源、雙電池、雙風(fēng)扇、雙BIOS等;數據安全性可以通過(guò)RAID、鏡像、快照、復制、CDP 等技術(shù)實(shí)現。但是當存儲設備自身出現故障或數據中心機房斷電時(shí)，整個(gè)數據讀寫(xiě)業(yè)務(wù)依然將無(wú)法交付。所以許多存儲系統，通過(guò)災備方案進(jìn)行保障：同城/ 異地災備、兩地三中心、雙活等方案來(lái)保證業(yè)務(wù)的連續性和可用性，但是在應對視頻監控領(lǐng)域的海量數據存儲，采用這些災備方案明顯難以實(shí)現(數據量過(guò)大，建設成本太高)。云存儲除了單機性能及災備之外，還通過(guò)N+M 糾刪碼技術(shù)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )RAID功能、多副本復制技術(shù)能夠實(shí)現跨存儲設備間的數據保護。如果某臺存儲設備故障，其上承載的數據寫(xiě)入業(yè)務(wù)都會(huì )自動(dòng)轉移到云存儲系統內的其他存儲設備上，對于數據讀取業(yè)務(wù)，則可以通過(guò)其他非故障存儲設備運算的方式或者訪(fǎng)問(wèn)副本的方式完成;

　　6、總擁有成本(TCO)較低。云存儲系統采用高性?xún)r(jià)比的以太網(wǎng)絡(luò )和存儲節點(diǎn)構成，比傳統的中高端存儲設備具有更好的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢。云存儲擴容相對比較靈活，可根據業(yè)務(wù)隨時(shí)隨地的進(jìn)行彈性擴展，用戶(hù)不需要在建設初期一次性購買(mǎi)，當需要時(shí)可在線(xiàn)進(jìn)行性能和容量的方便靈活的擴展，可以在建設、管理、運行、維護等上大大節省用戶(hù)的總擁有成本(TCO)。

　　為了充分展示云存儲的特性，以下參考浙江宇視的存儲產(chǎn)品技術(shù)來(lái)闡述云存儲的幾項技術(shù):

　　1、高性能的端到端iSCSI塊直存技術(shù)。宇視視頻監控存儲產(chǎn)品，針對視頻監控業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，結合宇視的IP全交換技術(shù)、iSCSI塊直存解決方案，從不同層面進(jìn)行優(yōu)化，提高視頻監控的性能，從而達到了業(yè)界領(lǐng)先的性能水平。它實(shí)現前端攝像頭將視頻數據通過(guò)iSCSI協(xié)議以塊直存的方式寫(xiě)入存儲設備，無(wú)需經(jīng)過(guò)媒體服務(wù)器，既縮短了I/O 路徑，也不存在文件存儲的碎片問(wèn)題，從解決方案層面進(jìn)行優(yōu)化，極大地提高了視頻監控的接入和寫(xiě)入性能。

　　2、創(chuàng )新的磁盤(pán)數據保護技術(shù)和RAID改進(jìn)技術(shù)的高可靠性。宇視科技視頻監控存儲產(chǎn)品提供全方位的數據保護，從磁盤(pán)級到系統間級，多重保護，為數據安全保駕護航，這里重點(diǎn)介紹其中幾種技術(shù)。

　　(1)磁盤(pán)壞塊替換。當磁盤(pán)出現介質(zhì)寫(xiě)錯誤之后，將I/O 重新寫(xiě)到保留的一塊區域，下次讀這個(gè)I/O 的時(shí)候，就直接從這塊保留的區域讀出;

　　(2)創(chuàng )新的超級RAID多重重建方式。“無(wú)感知”局部重建，如磁盤(pán)短暫離線(xiàn)，或者被錯誤拔出后重新插入時(shí)只重建數據發(fā)生變化的條塊，不對整個(gè)硬盤(pán)進(jìn)行重建;快速重建，當硬盤(pán)健康指數超標或者硬盤(pán)出現無(wú)法修復的讀寫(xiě)錯誤時(shí)，通過(guò)快速拷貝方式來(lái)重建數據，無(wú)法拷貝的條塊，采用異或方式重建;重構重建，如硬盤(pán)無(wú)法識別，長(cháng)時(shí)間拔出時(shí)，按照傳統的重建方式，將數據通過(guò)異或運算，將數據恢復到熱備盤(pán)上;

　　3、塊虛擬化RAID-NT。塊虛擬化RAID-NT技術(shù)是浙江宇視根據傳統RAID技術(shù)跟未來(lái)存儲技術(shù)的發(fā)展趨勢，推出的新一代存儲設計技術(shù)，結合高速緩存智能排序技術(shù)大大提高了業(yè)務(wù)性能、重建性能.

　　塊虛擬化RAID-NT最大的優(yōu)勢就是快速重建。隨著(zhù)硬盤(pán)容量越來(lái)越大，RAID 重建時(shí)間越來(lái)越長(cháng)，導致陣列失效的風(fēng)險大大增加。一旦在重建的過(guò)程中，其他硬盤(pán)發(fā)生故障，則會(huì )導致整個(gè)陣列數據的丟失。塊虛擬化RAID-NT 主要就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而設計的，不像傳統RAID 重建，只有RAID 陣列中的硬盤(pán)參與重建，數據重構到熱備盤(pán)，受限于熱備盤(pán)的瓶頸。RAID-NT 重建，整個(gè)磁盤(pán)池中所有的磁盤(pán)都會(huì )參與重建，磁盤(pán)池中的磁盤(pán)越多，參與重建的磁盤(pán)就越多，重建當然也就越快。重建的時(shí)間窗大大縮短了，陣列失效的風(fēng)險也大大減少。

　　4、設備異常掉電后的數據保險箱技術(shù)。在設備異常掉電后，系統配置的電池會(huì )繼續給系統供電以保證寫(xiě)緩存整個(gè)空間數據保存到內置的“數據保險箱”中。當設備恢復供電正常重啟后，系統會(huì )將“數據保險箱”的緩存數據加載到系統緩存中，并根據策略及時(shí)把緩存數據刷到RAID 磁盤(pán)中，確保數據在任何情況下都不會(huì )丟失。

　　5、多重數據保護網(wǎng)絡(luò )RAID糾刪碼技術(shù)。宇視云存儲通過(guò)支持N+M 糾刪碼技術(shù)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )RAID功能，支持節點(diǎn)間的數據保護。文件寫(xiě)入的時(shí)候，會(huì )分成固定大小的數據塊，每個(gè)數據塊分成N 片，通過(guò)糾刪碼算法，得到N+M 個(gè)數據分片，離散寫(xiě)入不同的存儲節點(diǎn)。讀取數據塊的時(shí)候，只需要讀取任意N 個(gè)數據分片就可以了。相比3份復制33% 的磁盤(pán)利用率，2份復制50% 的硬盤(pán)利用率，N+M 糾刪碼高達80% 的硬盤(pán)利用率，大大節省了用戶(hù)成本。如下為4+2 的糾刪圖。

　　結束語(yǔ)

　　安防視頻圖像的存儲特點(diǎn)是對實(shí)時(shí)的存儲性能要求較高，而云存儲的系統架構決定了它能夠以較低的總擁有成本滿(mǎn)足海量高清視頻的并發(fā)寫(xiě)入/讀取，并能實(shí)現快速配置和即插即用。目前云存儲在平安城市、智能交通等大行業(yè)市場(chǎng)以及基于公有云架構的民用市場(chǎng)已經(jīng)得到應用，今后隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化更全面普及和海量視頻共享需求的快速增長(cháng)，各行業(yè)的推廣應用前景將更加廣闊。

　　縱觀(guān)整個(gè)國內外安防視頻監控市場(chǎng)云存儲廠(chǎng)商現狀，數據存儲廠(chǎng)商、安防存儲廠(chǎng)商廠(chǎng)商云集、全力角逐：安防廠(chǎng)商基于對業(yè)務(wù)的理解順勢推出安防專(zhuān)用云存儲，數據存儲廠(chǎng)商力推通用云存儲以期滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化需求，整個(gè)安防存儲市場(chǎng)競爭日趨激烈。但是不管數據存儲廠(chǎng)商還是安防存儲廠(chǎng)商要做好安防云存儲，都需要不斷自我提升：數據存儲廠(chǎng)商應該多了解安防視頻監控業(yè)務(wù)，了解業(yè)務(wù)模型的差異，使通用云存儲更符合安防視頻監控行業(yè)的實(shí)際需求;安防廠(chǎng)商則應該在提供多種數據訪(fǎng)問(wèn)接口，滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化業(yè)務(wù)需求上多下功夫，相互取長(cháng)補短，滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)際使用需求才是產(chǎn)品獲得市場(chǎng)占有率的制勝法寶。而硬盤(pán)廠(chǎng)商也要針對安防視頻監控存儲市場(chǎng)提供容量更大、穩定性更高、具有更高性?xún)r(jià)比的硬盤(pán)產(chǎn)品，促使整個(gè)安防云存儲的價(jià)格更加具有市場(chǎng)競爭力。

　　可以預見(jiàn)，隨著(zhù)越來(lái)越多基于海量數據的高清視頻監控業(yè)務(wù)應用依托云存儲架構解決方案，云存儲在安防領(lǐng)域未來(lái)的市場(chǎng)應用將更加寬廣。