IP儲存在影像監控中的應用

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作 者 ： 杭州華三通信技術公司

隨著新技術與新產品獲得大規模的應用，影像監控技術也逐漸發生「質變」，各家廠商紛紛推出不同的影像監控儲存方式，以解決各用戶的各種需求。這些儲存解決方案到底孰優孰劣？

從早期的類比系統，發展到現在的網路系統，影像監控產業正面臨著前所未有的變革，產業主導者也由以往的「弱電整合商」，轉為由「IT系統整合商」為主力的發展趨勢。
同時，由於網路設備、網路儲存設備及數位化編解碼器等製造商的介入，也促使影像監控系統的採集、編碼、傳輸、儲存等組成，加速朝向「數位化、網路化、智慧化」的方向發展。



隨著新技術、新架構、新產品的大規模使用，影像監控技術也逐漸發生「質變」，配合時勢所趨，為影像監控業的產業鏈、價值鏈，提供了千年難逢的舞台。
影像監控儲存方式，從早期的錄影機機內硬碟儲存，逐步演變到外接硬碟儲存、直接連接儲存（DAS）、網路附加儲存（NAS）、儲存區域網路（SAN）等方式。以下介紹各種儲存解決方案的優劣。


DVR的硬碟儲存方案
目前DVR有兩種主流產品：PC-based DVR和Standalone DVR。


DVR影像資料的儲存結構
基於成本考量，DVR的影像儲存架構，一般都使用IDE硬碟和E-IDE硬碟匯流排（BUS），來完成硬碟控制和擴展功能。DVR根據硬碟位址順序，規劃邏輯盤符，影像資料則根據盤符順序，依次寫入硬碟。
因此，不論在任何時候，某個硬碟都會處在巨大壓力中（必須完成影像資料的寫入、回應客戶的影像檢索要求）。如果影像品質和即時性要求高，就會造成資料量急遽加大（4CIF影像品質，每路影像至少1.5Mbit/s～2Mbit/s資料流程。D1影像品質，每路影像至少2Mbit/s～4Mbit/s資料流程）。


硬碟儲存解決方案的適用場合
DVR模式由於成本低廉，比較適合用在對資料存放安全要求不高、資料量較少的小規模監控系統（單台DVR的最大儲存容量一般約為2TB）。


硬碟儲存解決方案的問題
一般DVR使用的硬碟，其實並非專供影像儲存使用，也缺乏防震、散熱等功能。主要缺點如下：
．穩定性差：採取硬碟順序的儲存方式，在任何時候，某個硬碟都會處在巨大壓力中，故障率高。
．安全性差：硬碟損壞後，資料丟失且不可恢復，風險大。
．管理困難：資料分散，無法統一管理，內防與內控管理不易。
．維護困難：硬碟不支援線上熱拔插。
．擴展性差：系統本身附屬的硬碟儲存容量較小，無法線上擴充。
．無法滿足實戰需求：若追求高品質影像，將面臨儲存時間太少的問題，無法滿足越來越高的儲存品質及時間要求。
．難以實現影像的集中檢索和查閱，無法滿足後期對「影像資訊綜合利用」的應用需求。


DAS的儲存解決方案
DAS（Direct Attached Storage ，直接附加儲存）的儲存架構，是比較早的儲存形 式。在影像監控應用中，透過硬碟錄影機或伺服器，直接連接磁碟陣列櫃的儲存模式。
PC-based DVR－DAS的儲存解決方案：PC-based DVR可以插專用的磁片控制卡，外掛專用磁碟陣列櫃，將影像資料存在專門的磁碟中。


DAS儲存解決方案的問題
．擴展性差：在保證儲存系統性能的前提下，一台伺服器一般只能連接兩台陣列，其擴展性無法滿足大規模監控的儲存需求。一般的缺點如下：
．資源利用率低，無法共用儲存資源：DAS無法充分利用儲存空間，不同伺服器面對的儲存資料量不一致，容易出現有些儲存空間不夠用，有些卻有大量儲存空間閒置的不均衡情況。
．可管理性差：管理分散繁瑣，無法集中。
．異構化嚴重：DAS方式使得企業在不同階段，必須採購不同型號或不同廠商的儲存設備，設備之間的異構化現象嚴重，導致維護成本居高不下。


NAS的儲存解決方案
NAS（Network Attached Storage，網路附加儲存），是一種檔案共用服務，透過NFS或CIFS，提供統一的儲存空間。
NAS和後面要談到的SAN（Storage Aera Network，儲存區域網路），不僅各有應用場合，也相互結合，IP儲存的發展，讓SAN和NAS達到進一步的整合。


NAS儲存解決方案的問題
．瀏覽效率低：NAS只能以「檔案」為單位，降低瀏覽效率和應用模式。
．大容量NAS成本高：大容量的高端NAS設備價格高昂，且後期擴展費用也很高。


採用流媒體伺服器後 搭建SAN的儲存解決方案
SAN是一種透過網路方式，連接儲存設備和應用伺服器的儲存構架，是基於「資料」的儲存方式。分為 FC SAN和 IP SAN。


SAN儲存解決方案的優點
．設備整合：多台伺服器可以透過儲存網路，同時瀏覽後端的儲存系統，因此不必為每台伺服器單獨購買儲存設備，降低儲存設備異構化的程度，減輕維護工作量，降低維護費用。
．資料集中：儲存空間的調整和資料複製等工作，可以在一台設備上完成，提高儲存資源的利用率。
．降低總體擁有成本（TCO）：整合儲存設備和集中管理資料，可降低用戶重複投資和長期管理維護的開銷。


SAN（FC或 IP SAN）儲存方式的問題
一、FC SAN儲存解決方案的問題
．相容性與管理性低：FC強調效率，但缺乏管理功能，其相容性與可管理性遠低於IP。
．成本高昂：相較於乙太網交換機普通網卡，FC交換機、FC HBA卡的價格高昂，連接複雜。
．維護成本高：由於FC協議的封閉性，能夠了解和掌握的人員較少，一般需要專業技術人員支援，後期維護成本高。
二、IP SAN儲存解決方案的優勢
．具有良好的性價比。
．無需複雜的連接設備，安裝調試簡單，插上網線就能使用。
．管理人員完全可以由網路管理員兼任，維護管理成本低。
然而，無論是採用伺服器後，再搭建FC SAN－流媒體轉發伺服器，或者採用IP SAN－流媒體轉發伺服器的方式，流媒體轉發伺服器由於既要完成影像流的「打包」儲存，又要實現影像流的即時轉發，其性能受限於流媒體伺服器的硬體資源，無論是影像資料的儲存，還是影像的調閱，都會形成整個系統的「瓶頸」。
從監控設備上來說，隨著攝影機的增加，高清攝影機、多角度攝影技術的應用，以及越來越高的檔案儲存時間，儲存設備能否滿足高儲存需求，也是必須解決的問題。
因此，影像監控的儲存設備，至少需要滿足高性能、高容量、高可靠性、高擴展性等特點。於是我們看到，IP SAN已經成為大規模網路影像監控儲存的最佳選擇。


IP SAN儲存解決方案的三大優勢
一、端到端的業務
．消除資料存取流程中的瓶頸。
．資料從影像編碼設備，直接寫入儲存池，無需伺服器轉換，採用端到端的網路儲存方式。
．影像流的轉發，透過交換機強大的交換功能，實現端到端的即時瀏灠功能。
．支援雙流（TS和iSCSI流），即時監視和儲存資料流程分離。
．伺服器只處理信令交換和控制，沒有資料流程經過，檢索、查詢、點播、重播時延極短。
二、動態擴充
．刪除攝影機資料記錄時，為該攝影機分配的儲存資料，也將會被回收。
．當攝影機需要儲存的資料溢滿時，系統會自動分配一個新增的。
．增加攝影機時，系統將自動分配一個空間，供其存放資料。
．整個系統架構更具彈性，系統擴充升級、儲存資源調整，都更加方便與快速，無需消耗大量人力或物力。
三、系統化的管理模式
．設備統一管理，資源統一調度，均集中於管理平台，監視全網設備（編解碼器、交換機、儲存）的運行狀態。
．可統一管理多台儲存設備構建的儲存池，不但可以管理儲存設備（可添加、修改、刪除儲存設備），還可以管理儲存空間（了解某台設備分配了哪些儲存資源？資源的容量？狀態？）。
然而，許多影像監控儲存方案的設計、實施和維護，目前還有很多是透過安防領域的系統整合商來完成，後端的儲存設備，也往往都是由安控廠商代為購買，經常受限於技術能力、對儲存的了解和對成本的控制能力，已難以滿足客戶的應用需求。
隨著IP影像監控的發展，大量的影像儲存需求，勢必獲得更多關注，我們也希望能夠看到，能有更多的儲存與安防廠商的合作，推出高容量、高性能與集中管理的影像儲存解決方案。