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宙视达科技有限公司

高清时代存储面临着容量和带宽的问题

        随着IT网络技术的蓬勃发展和视频监控数字化、网络化、智能化的逐渐成熟,视频监控前端摄像机视频采集技术也在飞速发展,大数据时代数据存储量呈现爆炸式增长。从早期的10万像素到今天的200万、500万像素,视频清晰度越来越高,视频画面中的信息量也越来越丰富。高清时代,当传统的存储模式遇到今天的爆炸式信息发展时,作为安防视频管理系统信息的最终集散地,存储技术有怎样的发展,这些发展又将带来怎样的行业变革。 
        高清视频数据
存储技术现状 
        从大环境来看,视频监控
存储系统可以有多种实现方式,目前在用户应用端主流的实现方式有四种:DVR、NVR、SAN和服务器架构存储。至于近几年被热炒的“云存储”,我们可以看到,其噱头远大于应用,能够真正落到实地的应用少之又少。而随着高清技术的普及和成本的降低,近期新建的监控系统几乎清一色地选择了“高清解决方案”。其中,“平安城市”作为视频监控项目建设的领军项目,具有风向标的作用,其对于高清存储解决方案的青睐,侧面反映了高清技术在监控存储中越来越重要的地位。 
        目前高清视频监控系统的存储设备应用模式呈现四种技术现状:单一设备
存储模式、Scale-Up形式的容量扩容、传统RAID存储以及对性能的关注大于容量。 
        单一设备存储模式:目前,在“
平安城市”等中大型视频监控项目中,主流的存储模式是SAN架构(IP-SAN和FC-SAN两种)和服务器架构,而在中小型视频监控项目中,NVR的存储模式是主流。无论是哪种情况,存储设备都是通过单一设备的存储模式来提供服务的。虽然近期有很多厂商在宣传和推广“云存储”解决方案,但从实际应用来看,能够落地的“云”少之又少,存储解决方案的遇冷一方面说明“云存储”技术还不够成熟,用户对使用“云存储”还存在一定的“戒心”;另一方面也说明目前的SAN架构的存储模式仍能满足用户对存储的应用需求。 
        Scale-Up形式的容量扩容:对于动辄数PB的“
平安城市”类大型监控项目,存储的扩容模式仍然采用增加扩展柜、选用大容量硬盘和纵向堆叠存储设备的方式。 
        传统RAID算法:虽然近几年视频监控系统应用需求和整体技术突飞猛进,从模拟视频,到
1080P,甚至更高清晰度的数字视频,仅用了数年的时间,但是存储核心的RAID算法却没有针对视频监控应用做出相应调整,仍然是传统RAID算法行天下。
         对性能的关注大于容量:在高清视频存储系统的应用中,设备的性能是用户较为关心的问题,但从实际的应用来看,性能往往能够轻松满足相应容量的应用需求,并不是存储设备的瓶颈。例如在“
平安城市”项目中,视频存储一般需要满足30天的存储需求,一台24盘位的存储设备做一个RAID组+1块热备盘,若选择3TB硬盘,单台设备可提供近60TB存储空间,仅能满足43路4Mbps的视频存储,即并发170Mbps的码流,这样的写入压力对于配置了千兆iSCSI端口的存储设备而言,压力并不大。
        高清
存储的核心技术分析
       从上面的分析来看,目前的存储设备的性能和应用模式是可以满足现阶段高清视频监控系统的需求的。高清
存储的核心技术更偏向于稳定性,例如服务器架构;
按盘轮巡和块状写入
 
         按盘轮巡策略是让
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。

        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。   高清视频应用要求存储系统对更大数据块、更大码流的应用环境进行优化,这种优化一方面是存储设备自身的优化,另一方面,还要求存储厂商要具有较强的软件研发能力,能够针对不同的平台厂商对视频发送的不同模式进行对接性优化。
         设备自身面对应用的稳定性:在路数不变的前提下,高清视频要求更多的存储空间,对单台设备而言,意味着应用调优,而对整个存储系统而言,则考验着存储系统的整体运维能力,也是对存储厂商的集中管理软件易用性、大项目实施能力、大项目售后服务能力的综合考验。
高清时代存储面临的挑战
        高清时代已经全面到来,而且随着未来技术的发展,视频的清晰度还会更上一层楼(当然,这并不意味着存储容量的激增,毕竟压缩算法也在升级),这种情况对存储厂商而言,机遇与挑战并存。机遇自不待言,挑战却是全方面的,如存储系统稳定性、面向高清应用的开发能力、面向视频应用的RAID算法、大规模磁盘阵列管理软件、整合开发能力以及成本控制和供货能力。其中,软件开发能力、成本控制及供货能力需要引起关注。
        软件开发能力主要是指存储厂商面向监控平台厂商的软件开发能力。众所周知,全国有众多视频监控平台厂商,而过去几年建设的“
平安城市”等视频监控项目采用了多个平台厂商的软件系统,这就要求存储厂商具有强大的软件研发对接实力:一方面能够针对监控平台的视频数据传输模式进行存储系统的优化,另一方面也要求存储厂商能够和监控平台厂商一起面向用户的应用需求做定制化的二次软件开发。
        成本控制和供货能力是众多厂商所忽视的,然而随着高清应用和视频点数的增加,
存储设备的需求量也随之激增。动辄数PB的存储容量要求存储厂商能够合理控制存储设备的成本,同时保证大规模存储设备的供货、安装、调试以及上线。
高清时代,
存储同样面临着容量和带宽问题的困扰
        前文计算过目前SAN架构的应用模式下,存储性能是大于存储容量需求的,但这并不意味着存储厂商就无需为容量和带宽投入精力,相反,作为专业的存储厂商必须要做到两点:
存储技术的前瞻性以及用户应用的前瞻性。
        目前监控系统还处在建设阶段,监控系统的用途主要是“看”,
存储的视频数据绝大多数为无用数据,有用数据也只有在需要查看时才有可能被调出来。但随着“大数据”时代的到来以及“智慧城市”建设的全面展开,以往被认为是无用的数据也可以变得有用,视频监控系统将会对社会治安、城市管理发挥更大的作用。
        高清时代,存储技术的前瞻性和用户应用的前瞻性的交叉点问题即存储容量和带宽问题,解决之道就是“云存储”。虽然“云存储”近几年已经被多次热炒,但真正落地的却是少之又少。个人认为,云存储的成熟要求天时地利人和:用户应用需求的升级、云
存储技术的真正成熟以及国家政策的扶持和标准的制定,三者缺一不可。
        同时,降低能源消耗及使用成本也成为棘手的问题。节能减排已经成为本世纪全球性的热门话题。对于数据中心机房而言,每年的电能消耗数字惊人,这也催生了
存储系统的节能需求。节能减排应该从以下几方面入手:1.硬盘节能:硬盘是存储设备的主要耗电部件,硬盘节能技术的创新对整个存储系统的节能提升意义重大;2.存储产品自身节能:这要求存储产品厂商在产品设计中更多地考虑节能性,如选用高能效电源、主板、CPU,采用无线缆设计降低设备发热等;3.应用性节能:结合用户的实际应用需求,选择合适的存储设备休眠策略,优化存储设备部署,达到存储系统节能的效果。
        高清
存储的未来趋势
        目前,在高清
存储领域的新技术有:RAID算法、快速重建、各行业应用的定制化能力;同时,新应用方向为:大规模“平安城市”项目建设。
        个人认为,视频监控系统的未来趋势绝不会走向无限高清化,而应该是围绕解决实际问题多样化发展。如在智能交通领域要求监控系统高清、无延迟、高帧率;在城市视频监控要求系统合理应对各种天气、灯光等外界环境;而在某些应用领域要求面向低照度的视频监控……因此未来的监控系统将会是多种视频格式的综合应用。多样化的应用更好地匹配了用户环境对数据的需求,也给未来的数据分析、数据挖掘提供了更好的原始数据。在此基础上,有理由认为高清
存储的未来趋势是面向应用的视频数据挖掘,但是这个过程会是曲折而漫长的,需要监控系统的软硬件设备厂商突破相应的技术瓶颈。
         此外,“云存储”也将为高清存储带来很大影响。
         我们看到,云存储解决了统一存储空间、负载均衡、故障切换、无限扩容等方面的问题,匹配了未来高清监控系统对存储的应用要求,已成为未来存储发展的必然趋势。与此同时,也应该看到,无论从技术层面还是成本层面,目前的云
存储形态还远未真正成熟。
         未来面向高清监控的云
存储应该兼具“公有云”和“私有云”两种形态。“公有云”提供视频监控服务,面向家庭、商户等中小型用户;“私有云”更多是以公安、交通等重点行业自建的数据中心为主要应用。
         无论是“公有云”还是“私有云”都是对现有
存储架构的划时代革新,能够真正使用户体验到“云”的便利性。
         高清时代的
存储行业变革
         高清时代,对存储行业的相关软硬件和系统提供商而言,机遇和挑战并存。高清全面推进意味着项目建设的遍地开花,对存储软硬件产品的需求呈几何增长,这是机遇。挑战则来自多方面:一方面是技术革新,高清时代对存储系统有更多、更高的要求,在技术变革的时代,产品布局不够优秀、好产品的技术方向把握不准确,就很容易在技术更新换代时期遭到淘汰,历史上很多巨头型企业的迅速没落已经证明了这一点。另一方面,需求的增长也意味着更多的巨头型企业进入这个原本不被注意的应用领域,带来了更加激烈的行业竞争格局。专业
存储设备厂商必须清楚自身优势,并在将其优势发挥到极致的同时,思考产品、业务的适度外延。
        总之,高清时代,
存储行业应该居安思危、贴近应用、布局未来。

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