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宙视达科技有限公司

浅析各类安防视频监控存储技术发展历程

        视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分,一直以来,备受各大厂家和广大用户的关注。传统的视频监控图像存储方式从早期的硬盘录像机的机内硬盘存储到外接磁盘柜存储,直接连接存储(DAS)、网络附加存储(NAS)、存储区域网络(SAN)等名词让人晕头转向,各种存储解决方法该如何选择定位?
一、传统的数字
硬盘录像机(DVR)的硬盘存储解决技术; 
        目前,DVR有两种主流产品:PC式DVR或嵌入式DVR。由于成本原因,DVR视频数据的
存储结构大多使用IDE硬盘和E-IDE硬盘总线(BUS)完成硬盘控制和扩展功能。DVR根据硬盘地址顺序规划逻辑盘符。图像数据根据盘符顺序,依次写入硬盘。因此在任何时候,某块硬盘都会处在巨大压力中,(完成图像数据的写入和相应客户的图像检索要求)。如果图像质量和实时性要求高,就会造成数据量急剧加大。
   DVR
硬盘存储需要解决的问题,DVR并非专业的存储产品,在振动、散热、硬盘保护等方面均未考虑,主要表现在:(1)稳定性差:采取硬盘顺序储存的方式,在任何时候,某块硬盘都会处在巨大压力中,故障率高。(2)安全性差:硬盘保护方面未做考虑,硬盘损坏后数据丢失不可恢复,风险大;(3)管理困难:数据分散,无法统一管理,内防内控管理不易;(4)维护困难:硬盘不支持在线热拔插。(5)扩展性差:靠系统本身自带硬盘存储容量小,存储容量无法在线扩容。(6)不满足实战需求:靠系统本身自带硬盘存储容量小,高质量图像质量下存储时间太少,不满足用户日益提高的存储时间的要求。(7)难以实现视频图像的集中检索和查阅,无法满足后期对“视频信息综合利用”的应用需求。
        DVR模式由于其成本低廉的原因,比较适合用于对数据存放安全要求不高,数据量少的小规模监控系统。 
二、DAS的
存储解决技术直接附加存储存储架构是比较早的存储形式。
        在视频监控应用中,它是通过
硬盘录像机服务器,直接连接磁盘阵列柜实现存储的模式。主要包括PC式DVR+DAS的存储解决方案和嵌入式DVR+服务器+DAS的存储解决方案两种。 DAS的存储解决方案的问题:(1)扩展性差:在保证存储系统性能的前提下,一般一台服务器只能连接两台阵列,其扩展性无法满足大规模监控系统产生的海量数据存储需要;(2)资源利用率低,无法实现存储资源的共享:DAS方式的存储使得存储空间无法充分利用,存在浪费。不同的应用服务器面对的存储数据量是不一致的,同时业务发展的状况也决定着存储数据量的不断变化。因此,出现了部分应用的存储空间不够用,另一些却有大量的存储空间闲置的不均衡情况;(3)可管理性:管理分散繁琐,无法集中;(4)异构化严重:DAS方式使得企业在不同阶段采购了不同型号不同厂商的存储设备,设备之间异构化现象严重,维护成本居高不下。

三、NAS存储技术一网络附加存储,是一种文件共享服务。拥有自己的文件系统,通过NFS或CIFS对外提供文件访问服务:NAS设备提供统一的存储空间,是基于“文件级”的存储方式。今天,NAS和SAN不仅各有应用场合,也相互结合,IP存储的发展让SAN和NAS进一步融合到设备级。
        1、SAN的方案具备前几种方案所没有的优点(1)设备整合,多台服务器可以通过存储网络同时访问后端存储系统,不必为每台服务器单独购买存储设备,降低存储设备异构化程度,减轻维护工作量,降低维护费用;(2)数据集中,不同应用和服务器的数据实现了物理上的集中,空间调整和数据复制等工作可以在一台设备上完成,大大提高了存储资源利用率;(3)建设SAN可以降低总体拥有成本,整合存储设备和集中管理数据,大大降低了用户重复投资和长期管理维护的开销。
 2、采用服务器后搭建SAN(FC或IPSAN)存储方式的问题
        解决FCSAN
存储的问题有以下几点:(1)FC作为一个强调效率但缺乏管理功能的协议,其兼容性、可管理性远低于IP;(2)成本高昂,FC交换机、FCHBA卡相比以太网交换机、普通网卡价格高昂,连接复杂;(3)由于FC协议的封闭性,了解和掌握的人员较少,需专业技术人员进行支持,后期维护成本高。
        IPSAN
存储的优势有:(1)具有良好的性价比;(2)无需复杂的连接设备,安装调试简单,插上网线就能用;(3)IP-SAN的管理人员完全可以由网络管理员兼任,维护管理成本低。但是无论是采用服务器后搭建FCSAN+流媒体转发服务器或者PSAN+流媒体转发服务器的方式,流媒体转发服务器由于既要完成视频流的“打包”存储又要实现视频流的实时转发,其性能受限于流媒体服务器的硬件资源,无论是视频数据的存储还是视频图像的调阅都会形成整个系统的“瓶颈”,出现时延。
3、实时
流媒体存储服务器
        它是网络数字视频监控系统环节中的服务器级产品,流媒体技术的高低直接影响到网络视频众多效果的好坏,采用电信级专业网络实时流媒体技术,不仅解决了在网络视频里多个分控同时访问同一路视频时的“瓶颈”问题,而且做到对视频切换的实时性、流畅性的要求。在存储方面解决了IPSAN应用于高清录像时硬盘使用寿命,磁盘碎片,磁头调度等方面水土不服的问题。结合多厂家兼容,集中存储功能,及报警广播等安防行业的专用功能,是一款安防行业的专业级流媒体,是大型网络视频监控系统中不可缺少的核心产品。
   
流媒体存储的优势:
 1)按盘轮巡
         采用全新的按盘轮巡策略,让
硬盘不再支离破碎,IPSAN采用大分区方式,分区满了就只能采用删除文件的方式,长时间录像后就会产生大量的磁盘碎片,删除文件及读写文件的速度都会不断缓慢下来。本产品采用按盘轮巡的方式,存满一个盘,就跳转下一个盘,所有硬盘存满后再格式化前面的盘,删除文件不再需要占用硬盘时间,同时完全解决了磁盘碎片问题,写入文件时一直处于理想状态,读取文件的速度也是最快的,因为一直只有一块盘在工作,而其余盘则处于休眠状态,延长了硬盘的使用寿命,同时也减少了电源的使用频率,使电源老化速度减慢,间接的稳定保护了硬盘供电,实现多重措施延长硬盘使用寿命。
2)采用块状写入,让磁头不再东奔西跑
        1路
1080P高达8M码流,以太网上标准包大小为1500字节,HK等IPC厂家会发出4096字节大小的包,每秒256个包,64路则高达16384个数据包,如果采用传统的平台软件加IPSAN,收到一个包写入一次的话,就会在64个不同的位置让一块或多块磁盘来回奔跑1.6万次,磁头理论转速是7200转,相当于什么都不干,来回跑都不够速度。存储矩阵采用块状写入方式,一次写入128kbyte或256kbyte,就是每秒4-8次写入即可。这个技术优势不仅直接延长了硬盘使用寿命,而且也很大程度提升了并行输入路数,存储矩阵在IPSAN之后成为了集中存储真正在监控行业的替代性技术。
3)行业独创的一键回看功能
        我们在实际的项目应用中发现,30秒之前的录像内容是最有效的,主要补充监控人员的反应意识有一定延迟的不足。
NVR及IPSAN的录像回放功能受制于最小打包文件的限制,只能回放半个小时以前的录像。回放时要进入界面输入时间段选择视频等系列动作,并且将录像取回来才能进行回放,整个过程相对比较繁琐且费时,这就已经错过了这个操作需要的最佳时间。我们实现了录像回看功能,当发现刚才某个摄像机有什么异常,就能用矩阵键盘以最快的方式切换到回看,并且可以持续到开始回看的时间点之后,确认后再通过矩阵键盘切换回实时视频,或是两个窗口实时与回看同时进行。
4)72TB网络磁盘
存储阵列功能,采用冗余录像,让文件衔接不再掉链子
        
存储流媒体一体化设计,支持计划录像、循环录像、移动帧测录像及录像回放功能。单机72TB存储,含24个3000G以内SATAII硬盘位。4-8秒冗余录像,给前后两个文件断线重连及跨天、跨月、跨年的关键时候上了双保险,确保不出现遗漏录像数据。
5)实时
流媒体一对多网络转发功能
        采用电信多媒体交换机的核心即实时
流媒体(Realtime Stream)技术,实现了大容量网络视频数据的实时转发,突破了安防行业普遍采用的文件流媒体 (File Stream)高达四秒延时的局限,达到了电信级在600毫秒以内的行业要求标准,同时也实现了PTZ的一对多控制、报警信号的一对多广播。
6)双网口网络负载平衡,多机联网全交叉矩阵切换功能
        采用标准的TCP/IP输入及输出,实现内外网的隔离及网络负载平衡,通过多个子网解决300路以上高清视频需要万兆核心交换机的问题。通过交换机进行多机联网全交叉矩阵切换,实现256 入256出(16屏),512入512出(32屏)等超大型
联网监控系统。含IP路由以及网关功能,将前端IPC与后端访问网络相隔离,对监控网进行多片区物理切割。减少中央骨干网络的网络压力,减少网络风暴的出现,保证骨干的稳定性。 
         对于视频监控的数据来说,由于网络视频监控是基于网络的音视频流传输,在大量音视频流传输的情况下会对视频监控管理
服务器的性能产生很大影响,数据越多,视频监控管理服务器对IfO操作的调度和缓存的管理就变得越复杂,往往会出现多台摄像头对单台服务器,多台服务器对一台后端存储设备的情况,对存储设备的频繁访问以及多个摄像头多个服务器的存储需求,需要占用大量的资源,影响了其处理能力。从监控设备上来说,随着摄像头的增加,高清摄像头的应用,以及越来越高的文件存储期限,存储设备是否能够在未来很长一段时间满足需求存储的增长也是必须要解决的问题。因此视频监控的存储设备至少需要满足高性能、高容量、高可靠性、扩展性好的特点。于是我们看到,网络视频存储已经成为大规模的视频监控存储的最佳选择。

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