存儲(chǔ)技術(shù)在IP監(jiān)控中的應(yīng)用

標(biāo)簽：IP SAN DVR

隨著視頻監(jiān)控圖像越來(lái)越清晰，存儲(chǔ)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，存儲(chǔ)的可靠性要求越來(lái)越高，視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)也從數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)(DVR)，逐步轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)的IPSAN專(zhuān)業(yè)存儲(chǔ)設(shè)備，尤其在園區(qū)監(jiān)控中表現(xiàn)更加明顯。

但是，園區(qū)監(jiān)控中不但要做到園區(qū)安防監(jiān)控，還要對(duì)生產(chǎn)業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)控。傳統(tǒng)監(jiān)控中，媒體服務(wù)器文件存儲(chǔ)模式已經(jīng)不能很好的解決新的存儲(chǔ)業(yè)務(wù)的需求，比如媒體服務(wù)器的“啞鈴”效應(yīng)問(wèn)題，生產(chǎn)監(jiān)控應(yīng)急的快速檢索和歷史錄像回放問(wèn)題等。

上述問(wèn)題的解決需要重新思考監(jiān)控中的存儲(chǔ)模式的選擇，打破傳統(tǒng)監(jiān)控中媒體流的文件存儲(chǔ)模式。

媒體流的文件存儲(chǔ)

傳統(tǒng)的監(jiān)控采用將流數(shù)據(jù)組成一個(gè)個(gè)文件進(jìn)行存儲(chǔ)，所有歷史圖像回放都是通過(guò)播放存儲(chǔ)下來(lái)的視頻文件完成，文件形成期間，管理人員無(wú)法讀取該文件，比如很多“DVR/DVS+流媒體服務(wù)器”方式的監(jiān)控應(yīng)用中，采用每半小時(shí)形成一個(gè)視頻文件的方式對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，這就意味著在當(dāng)前時(shí)刻以前半小時(shí)以?xún)?nèi)的歷史圖像是無(wú)法調(diào)用。

在緊急事件發(fā)生時(shí)，人們希望能夠盡快看到歷史圖像，甚至要求可以隨時(shí)回放。這就要求數(shù)據(jù)流形成文件的時(shí)間間隔盡可能短，但這樣又會(huì)給系統(tǒng)造成巨大的性能壓力。如以5分鐘形成一個(gè)視頻文件，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)一天就將產(chǎn)生近300個(gè)文件，如果每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的歷史圖像要存儲(chǔ)30天，就意味著每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)需要產(chǎn)生近9000個(gè)文件，對(duì)于一個(gè)1000路的大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)，將需要處理900萬(wàn)個(gè)文件，系統(tǒng)必然不堪重任。

對(duì)此，業(yè)界早在幾年前就開(kāi)始嘗試新的數(shù)據(jù)管理方式，希望能夠提高監(jiān)控存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)管理效率，滿(mǎn)足監(jiān)控大規(guī)模應(yīng)用的需求。其中，“塊存儲(chǔ)”就是比較有特點(diǎn)的一種，這種方式采用“時(shí)間索引+塊數(shù)據(jù)”的專(zhuān)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，拋棄了傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)，提高了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的管理效率。

媒體服務(wù)器的性能瓶頸及可靠性

傳統(tǒng)模式中，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)集中存儲(chǔ)或支持多人同時(shí)看一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)時(shí)，中間通過(guò)媒體服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)存或復(fù)制。這種方式下，媒體服務(wù)器需將媒體流轉(zhuǎn)換為文件進(jìn)行存儲(chǔ)，前端的大量的媒體流數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)存到后端的存儲(chǔ)設(shè)備中。服務(wù)器的處理性能，帶寬等都容易成為性能瓶頸，整個(gè)系統(tǒng)的性能分布成啞鈴狀，也增加了故障點(diǎn)，媒體服務(wù)器的故障會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控存儲(chǔ)業(yè)務(wù)。

媒體服務(wù)器文件存儲(chǔ)模式

實(shí)際上，在很多大規(guī)模監(jiān)控方案中，為了解決媒體服務(wù)器性能瓶頸的問(wèn)題，一般會(huì)采用服務(wù)器群的方式完成。但又帶來(lái)新的問(wèn)題，如多個(gè)服務(wù)器之間如何進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)?某個(gè)服務(wù)器故障之后，系統(tǒng)如何將數(shù)據(jù)流量切換至其他服務(wù)器?這些服務(wù)器如何管理?如何共享一個(gè)存儲(chǔ)空間?等等，解決這些問(wèn)題需要一個(gè)非常優(yōu)秀的集群管理系統(tǒng)，增加系統(tǒng)復(fù)雜性的同時(shí)，還需要一筆不菲的預(yù)算，更遺憾的是，目前業(yè)界還沒(méi)有一個(gè)集群管理系統(tǒng)可以很好的解決該問(wèn)題。

因此，前端設(shè)備到IP SAN的端到端直存就是一種很好的解決辦法。在存儲(chǔ)方式上，“數(shù)據(jù)塊直存”的數(shù)據(jù)管理方式拋棄了媒體服務(wù)器，在IP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，在編碼設(shè)備中集成了iSCSI模塊，使得編碼設(shè)備可以基于iSCSI的協(xié)議端到端的把錄像數(shù)據(jù)寫(xiě)入IP SAN存儲(chǔ)設(shè)備中。

監(jiān)控錄像的檢索效率

傳統(tǒng)監(jiān)控中，對(duì)于媒體流的文件存儲(chǔ)模式，在錄像檢索時(shí)首先要根據(jù)攝像頭、檢索的時(shí)間查找到對(duì)應(yīng)的文件，然后再進(jìn)一步定位具體的時(shí)間點(diǎn)，從該時(shí)間點(diǎn)回放錄像。歷史數(shù)據(jù)檢索的最小單位是文件，顆粒度太大，精確度低。

文件系統(tǒng)本來(lái)是為隨機(jī)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用設(shè)計(jì)的，檢索效率較低，一個(gè)含幾百萬(wàn)個(gè)文件的系統(tǒng)的檢索效率很難想象。所以，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大后，傳統(tǒng)數(shù)字監(jiān)控方案的效率下降很快。

在“塊直存”的系統(tǒng)中，“塊”存儲(chǔ)可以理解成自定義的一種文件系統(tǒng)，在裸盤(pán)上進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě);時(shí)間作為每個(gè)數(shù)據(jù)單元的索引，并且把索引和數(shù)據(jù)單元保存在一個(gè)完全獨(dú)立的邏輯存儲(chǔ)空間上。錄像的索引和數(shù)據(jù)形成獨(dú)立的、完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全由自己管理，不再由操作系統(tǒng)和文件管理。通過(guò)時(shí)間索引+塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)這種組合，在錄像檢索上，可以基于時(shí)間進(jìn)行檢索，可以快速定位到任意時(shí)間的錄像，檢索效率大幅度提高。在檢索的顆粒度上，也不再受文件大小的限制，可以實(shí)現(xiàn)秒級(jí)的連續(xù)檢索。

H3C創(chuàng)新存儲(chǔ)模式—“iSCSI塊直存”

作為IP領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商之一，H3C同時(shí)在IP網(wǎng)絡(luò)、IP視頻、IP存儲(chǔ)等領(lǐng)域有著長(zhǎng)期的技術(shù)和產(chǎn)品積累。進(jìn)入IP監(jiān)控領(lǐng)域后，H3C將這些技術(shù)進(jìn)行融合，首家將iSCSI塊存儲(chǔ)的存儲(chǔ)方式引入監(jiān)控中，從而有效的解決了媒體服務(wù)器引入的存儲(chǔ)的性能、可靠性以及檢索效率的問(wèn)題。

在“塊數(shù)據(jù)”和“直存”兩者的技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)全局性的資源統(tǒng)一劃分和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全局性管理。在大型監(jiān)控系統(tǒng)里面，可能有成千上萬(wàn)個(gè)攝像機(jī)和海量的存儲(chǔ)空間。如何管理這些攝像頭和存儲(chǔ)設(shè)備之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是一個(gè)非常復(fù)雜的難題。在“塊直存”視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，H3C引入了數(shù)據(jù)管理服務(wù)器單元(DM)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的統(tǒng)一管理。

DM是一個(gè)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)管理設(shè)備，所有的攝像頭和存儲(chǔ)資源都由其管理。攝像頭需要存儲(chǔ)資源時(shí)，會(huì)統(tǒng)一向DM申請(qǐng)，DM會(huì)從存儲(chǔ)空間中選擇合適的存儲(chǔ)資源分配給攝像頭，使攝像頭與這一塊的存儲(chǔ)資源建立讀寫(xiě)關(guān)系。

IP SAN設(shè)備完成某個(gè)攝像頭媒體數(shù)據(jù)塊的存儲(chǔ)工作后，根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)的IP地址、寫(xiě)入媒體數(shù)據(jù)的起始和終止時(shí)間，自動(dòng)生成一個(gè)塊索引值。DM和IP SAN之間進(jìn)行通信，獲取最新的視頻存儲(chǔ)信息，對(duì)所有監(jiān)控圖像的檢索等通過(guò)DM完成。

當(dāng)然，這種存儲(chǔ)方式必然對(duì)監(jiān)控廠商的技術(shù)積累和實(shí)力提出了更高的要求，如要求編碼器支持雙碼流，實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻流和存儲(chǔ)視頻流可以獨(dú)立編碼，同時(shí)編碼器支持iSCSI協(xié)議。雙碼流是現(xiàn)在所有高端編碼器的基本要求，實(shí)現(xiàn)的廠商較多，編碼器支持iSCSI則要求監(jiān)控廠商同時(shí)具備專(zhuān)業(yè)的存儲(chǔ)技術(shù)積累，對(duì)于目前的多數(shù)監(jiān)控廠商而言，存在一定的技術(shù)門(mén)檻?？上驳氖?，我們看到，越來(lái)越多的監(jiān)控廠商認(rèn)識(shí)到存儲(chǔ)對(duì)于一個(gè)監(jiān)控方案的重要性，開(kāi)始進(jìn)行這方面的技術(shù)積累。