存儲技術(shù)在IP監(jiān)控中的應用

標簽：IP SAN DVR

隨著視頻監(jiān)控圖像越來越清晰，存儲時間越來越長，存儲的可靠性要求越來越高，視頻數(shù)據(jù)的存儲也從數(shù)字硬盤錄像機(DVR)，逐步轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)的IPSAN專業(yè)存儲設備，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，還要對生產(chǎn)業(yè)務進行監(jiān)控。傳統(tǒng)監(jiān)控中，媒體服務器文件存儲模式已經(jīng)不能很好的解決新的存儲業(yè)務的需求，比如媒體服務器的“啞鈴”效應問題，生產(chǎn)監(jiān)控應急的快速檢索和歷史錄像回放問題等。

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

媒體流的文件存儲

傳統(tǒng)的監(jiān)控采用將流數(shù)據(jù)組成一個個文件進行存儲，所有歷史圖像回放都是通過播放存儲下來的視頻文件完成，文件形成期間，管理人員無法讀取該文件，比如很多“DVR/DVS+流媒體服務器”方式的監(jiān)控應用中，采用每半小時形成一個視頻文件的方式對監(jiān)控圖像進行存儲，這就意味著在當前時刻以前半小時以內(nèi)的歷史圖像是無法調(diào)用。

在緊急事件發(fā)生時，人們希望能夠盡快看到歷史圖像，甚至要求可以隨時回放。這就要求數(shù)據(jù)流形成文件的時間間隔盡可能短，但這樣又會給系統(tǒng)造成巨大的性能壓力。如以5分鐘形成一個視頻文件，每個監(jiān)控點一天就將產(chǎn)生近300個文件，如果每個監(jiān)控點的歷史圖像要存儲30天，就意味著每個監(jiān)控點需要產(chǎn)生近9000個文件，對于一個1000路的大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)，將需要處理900萬個文件，系統(tǒng)必然不堪重任。

對此，業(yè)界早在幾年前就開始嘗試新的數(shù)據(jù)管理方式，希望能夠提高監(jiān)控存儲的數(shù)據(jù)管理效率，滿足監(jiān)控大規(guī)模應用的需求。其中，“塊存儲”就是比較有特點的一種，這種方式采用“時間索引+塊數(shù)據(jù)”的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，拋棄了傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)，提高了監(jiān)控數(shù)據(jù)的管理效率。

媒體服務器的性能瓶頸及可靠性

傳統(tǒng)模式中，當需要實現(xiàn)集中存儲或支持多人同時看一個監(jiān)控點時，中間通過媒體服務器進行轉(zhuǎn)存或復制。這種方式下，媒體服務器需將媒體流轉(zhuǎn)換為文件進行存儲，前端的大量的媒體流數(shù)據(jù)都經(jīng)過媒體服務器轉(zhuǎn)存到后端的存儲設備中。服務器的處理性能，帶寬等都容易成為性能瓶頸，整個系統(tǒng)的性能分布成啞鈴狀，也增加了故障點，媒體服務器的故障會影響到整個系統(tǒng)的監(jiān)控存儲業(yè)務。

媒體服務器文件存儲模式

實際上，在很多大規(guī)模監(jiān)控方案中，為了解決媒體服務器性能瓶頸的問題，一般會采用服務器群的方式完成。但又帶來新的問題，如多個服務器之間如何進行負載分擔?某個服務器故障之后，系統(tǒng)如何將數(shù)據(jù)流量切換至其他服務器?這些服務器如何管理?如何共享一個存儲空間?等等，解決這些問題需要一個非常優(yōu)秀的集群管理系統(tǒng)，增加系統(tǒng)復雜性的同時，還需要一筆不菲的預算，更遺憾的是，目前業(yè)界還沒有一個集群管理系統(tǒng)可以很好的解決該問題。

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

監(jiān)控錄像的檢索效率

傳統(tǒng)監(jiān)控中，對于媒體流的文件存儲模式，在錄像檢索時首先要根據(jù)攝像頭、檢索的時間查找到對應的文件，然后再進一步定位具體的時間點，從該時間點回放錄像。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)本來是為隨機讀寫的數(shù)據(jù)管理應用設計的，檢索效率較低，一個含幾百萬個文件的系統(tǒng)的檢索效率很難想象。所以，當系統(tǒng)規(guī)模擴大后，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”存儲可以理解成自定義的一種文件系統(tǒng)，在裸盤上進行數(shù)據(jù)讀寫;時間作為每個數(shù)據(jù)單元的索引，并且把索引和數(shù)據(jù)單元保存在一個完全獨立的邏輯存儲空間上。錄像的索引和數(shù)據(jù)形成獨立的、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。通過時間索引+塊數(shù)據(jù)存儲這種組合，在錄像檢索上，可以基于時間進行檢索，可以快速定位到任意時間的錄像，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，可以實現(xiàn)秒級的連續(xù)檢索。

H3C創(chuàng)新存儲模式—“iSCSI塊直存”

作為IP領(lǐng)域的領(lǐng)導廠商之一，H3C同時在IP網(wǎng)絡、IP視頻、IP存儲等領(lǐng)域有著長期的技術(shù)和產(chǎn)品積累。進入IP監(jiān)控領(lǐng)域后，H3C將這些技術(shù)進行融合，首家將iSCSI塊存儲的存儲方式引入監(jiān)控中，從而有效的解決了媒體服務器引入的存儲的性能、可靠性以及檢索效率的問題。

在“塊數(shù)據(jù)”和“直存”兩者的技術(shù)基礎(chǔ)上，通過全局性的資源統(tǒng)一劃分和調(diào)度，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全局性管理。在大型監(jiān)控系統(tǒng)里面，可能有成千上萬個攝像機和海量的存儲空間。如何管理這些攝像頭和存儲設備之間的對應關(guān)系是一個非常復雜的難題。在“塊直存”視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，H3C引入了數(shù)據(jù)管理服務器單元(DM)，以此來實現(xiàn)存儲資源的統(tǒng)一管理。

DM是一個專用的數(shù)據(jù)管理設備，所有的攝像頭和存儲資源都由其管理。攝像頭需要存儲資源時，會統(tǒng)一向DM申請，DM會從存儲空間中選擇合適的存儲資源分配給攝像頭，使攝像頭與這一塊的存儲資源建立讀寫關(guān)系。

IP SAN設備完成某個攝像頭媒體數(shù)據(jù)塊的存儲工作后，根據(jù)監(jiān)控點的IP地址、寫入媒體數(shù)據(jù)的起始和終止時間，自動生成一個塊索引值。DM和IP SAN之間進行通信，獲取最新的視頻存儲信息，對所有監(jiān)控圖像的檢索等通過DM完成。

當然，這種存儲方式必然對監(jiān)控廠商的技術(shù)積累和實力提出了更高的要求，如要求編碼器支持雙碼流，實時監(jiān)控視頻流和存儲視頻流可以獨立編碼，同時編碼器支持iSCSI協(xié)議。雙碼流是現(xiàn)在所有高端編碼器的基本要求，實現(xiàn)的廠商較多，編碼器支持iSCSI則要求監(jiān)控廠商同時具備專業(yè)的存儲技術(shù)積累，對于目前的多數(shù)監(jiān)控廠商而言，存在一定的技術(shù)門檻?？上驳氖?，我們看到，越來越多的監(jiān)控廠商認識到存儲對于一個監(jiān)控方案的重要性，開始進行這方面的技術(shù)積累。