数字视频监控系统存储设备的选择

数字视频监控系统存储设备的选择

文张震

随着上海市数字视频安防监控系统基本技术要求的普及，在实际工程应用中对存储设备的选择问题做个探讨。

选择II类机（专业型）还是III类机（综合型）？

II类机——专业型数字录像设备NVR（即网络硬盘录像机）是一种基于IP 技术的视频监控管理的设备。它集成了网络传输、前端管理和后端显示，将整套监控系统集合在一个单元中，属于监控主机或小型监控设备。

专业型数字录像设备NVR的典型应用图：

我们先对II类机（专业型）的两种产品形态即：嵌入式NVR和工控式NVR 做个比较。

对于这个问题都会与DVR做比较，其实这两种产品在产品形态方面确实比较接近。相比嵌入式NVR，工控式设备在CPU的处理速度上显然要更快，而且在新技术的开发上也非常的便利，比较容易实现RAID功能，并支持更多的视频压缩格式。

而对于嵌入式来说，它的长处除了体现在稳定性以外，可靠性高，消耗小，省电，也都是它的优势，而且在不同环境的适应，配置与应用的成本控制上，也都有着很好的表现。

当然，在我们的选择过程中，需求依然是我们参考的第一方向。当我们的管理的视频路数不多，对视频数据安全性要求不高时，我们可以选择嵌入式设备。

而如果项目比较大且对视频数据安全性要求高的话，工控式设备还是我们最佳的选择。所以，只是产品形态不一样，根据需要选择产品才是正确的。

其次，在支持硬盘类型的选择上，也要最好以企业级品质的硬盘为主。毕竟对于这样的设备来说，在稳定性，可靠性等方面都是一个非常不错的保障。另外，为了我们在今后的应用中可以更加方便的进行磁盘的更换。我们也最好选择有热插拔功能的设备，以便在日后的维护中更便利。

综合型数字录像设备——III类机（即综合型数字录像监控系统）是基于网络的全数字化的信息传输和管理系统，属于第三代开放式技术的综合网络监控产品。它结合了现代音、视频压缩技术、网络通讯技术、计算机控制技术、流媒体传输技术，采用模块化的软件设计理念，将不同客户的需求以组件模块的方式实现；以网络集中管理和网络传输为核心，完成信息采集、传输、控制、管理和储存的全过程，真正实现了监控联网、集中管理，授权用户可在网络的任何计算机上对监控现场实时监控，提供了强大的、灵活的网络集中监控的系统。III类机的重点是存储软件的应用，核心设备是磁盘阵列，通常应用最多的也就是我们说的IP-SAN设备。

综合型数字录像设备——III类机的典型应用图：

磁盘阵列(DiskArray)是由一个或多个硬盘控制器来控制多个硬盘的相互连接，使多个硬盘的读写同步，减少错误，增加效率和可靠度的技术。磁盘阵列是一种专业性很高、可靠性要求极严的的产品。

上图为存储设备的分类，磁盘阵列有多种，SAN（Storage Area Network）即存储区域网络，是一种高速的、专门用于存储操作的网络，SAN将主机和存储设备连接在一起，能够为其上的任意一台主机和任意一台存储设备提供专用的通信通道。SAN将通道技术和网络技术引入存储环境中，提供了一种新型的网络存储解决方案，能够同时满足吞吐率、可用性、可靠性、可扩展性和可管理性等方面的要求。其中IP SAN设备是一种技术成熟、应用较广的磁盘阵列。IP SAN存储技术，是在传统IP以太网上架构一个SAN存储网络，把专用服务器与存储设备连接起来的存储技术。在数字视频监控系统中应用较为广泛，我们具体分析IP SAN设备。

IP SAN设备也有两种产品形态即：即控制器架构IP SAN和服务器架构IP SAN 做个比较。

控制器架构IP SAN可以定义为采用专用嵌入式CPU和RAID校验芯片实现的具有模块化、无线缆设计的存储设备。对比常见的服务器架构而言，控制器架构在RAID校验性能、设备稳定性和维护性等方面具有更高的优势。

控制器架构的存储设备充分保证了稳定性，其内部设备减少了很多单点故障，同时其模块化无线缆设计也降低了故障的出现，增加了风扇对设备内部降温的效果，同时还提升了设备的可维护性。

基于控制器架构的RAID技术一般也采用硬件RAID技术，其在检测和修复多位错误的能力、错误磁盘自动检测和阵列重建等方面都优于软件的RAID技术。

对应控制器架构的IP SAN操作系统为嵌入式操作系统，应用于存储系统的优势主要有以下几个方面：

1、嵌入式操作系统具有实时高效性的特点，这一特点对存储的应用有很大的帮助。存储设备是一个对数据读写要求很高的硬件设备，操作系统的实时高效是数据读写实时高效的软件层保障。

2、对于数据存储系统，数据安全至关重要。嵌入式操作系统的可裁剪性和灵活性恰恰能够保证操作系统的软件安全性。

3、嵌入式操作系统是可定向开发的操作系统，在存储应用中，可以针对不同的存储应用进行专业性优化，以达到提升系统整体性能的目的。

可以看出，控制器架构的产品，完全符合数据保存对安全性、稳定性、可靠性的需求。

相对于专业型数字录像设备NVR（即网络硬盘录像机）来说，以磁盘阵列IP SAN为核心的综合型数字录像设备——III类机具有以下特点：

一、容量大性能高，支持的摄像机数量更多；

高清视频监控基于分辨率为720p或1080p的高清视频源所建的视频监控系统，实现前端高清视频采集、后端高清视频存储，中心实现高清视频流的转发、检索、回放、显示和管理。高清视频源虽然在压缩算法上采用了先进的H.264，但单路视频码流依然需要3Mbps-8Mbps，这就要求存储设备能够宜于高清监控大码流的特性，高效、完整地实现视频数据的安全写入，同时应具备强大的运算处理性能和较高的容量，更为重要的是，在满足这些要求时，存储技术需要与监控应用特别是高清监控应用做更紧密的结合，而以IP-SAN为主的磁盘阵列正好满足这种要求。

二、采用RAID技术和冗余设计，可靠性高；还可以通过流量控制、链路冗余和负载均衡方面技术增强高可靠性。

磁盘阵列解决的不仅是存储空间的问题，还需要为存储的数据安全性负责。RAID是“Redundant Array of Independent Disks”的缩写，中文意思独立磁盘冗余阵列；简单说RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术。性能上，使用磁盘组可以提高数据的并行存取速度；可靠性上，冗余数据可以存放在多个磁盘上，因此一个磁盘的故障不会导致数据丢失。

使用控制器架构的IP SAN设备，是没有单点故障的设备，内部无线缆连接的设备，模块化设计的设备，这样从硬件上保证了设备的稳定可靠。其次，实现内部数据通道多路径切换、负载均衡；支持外部数据通道多路径切换、链路聚合功能；支持快照、卷镜像、数据迁移、远程复制等高级备份功能，这样可以利用软件功能保护用户数据高可用。

除了硬件方面的的可靠性保证，相对于综合型数字录像设备——III类机系统来讲，还有以下几个方面技术的要求：

1、链路冗余、双网聚合技术。

2、负载均衡技术。

3、磁盘阵列冗余：比如使用双控制器磁盘阵列，或者使用磁盘阵列N+1冗余技术实现磁盘阵列冗余。

4、中心管理服务器通过集群技术实现热备等技术保证系统的稳定和数据的安全。

三、空间统一管理，增强可管理性，共享方便。

IPSAN通过更高的可靠性和集中控制使管理变得更简单。专业型数字录像设备NVR没有很好地解决网络传输视频流后带来的更多管理问题。每个NVR形成了一个独立的监控中心，给全网监控的实现造成了更大的复杂性。在诸如远程控制、多层级扩展性以及组网能力等方面，还有待提高。

IPSAN可以实现在海量数据中对所需的历史视频进行快速检索和获取，可以对存储设备进行有效且快速的管理和维护，以保障数据的安全，成为我们在选择存储系统和方案建设中需要重点思考的问题。

通过对海量视频的集中管理，使视频存储将不再仅仅是录像数据及与其相关的录像索引信息的存储，还有与智能监控相关的附加信息的存储，因为高清监控，除了带来更高的清晰度之外，还会有更多智能监控的应用在其中体现。如何在存

储过程中实现视频数据与信息数据的关联，以实现智能的应用，并提高其应用效率，都具有非常实际的意义。

大型的高清视频监控视频而导致的电信级庞大的存储需求决定了对存储良好管理性的要求。简单有序的管理性可以帮助用户降低运营维护的成本，同时也是系统稳定性的重要保障。

四、扩展能力强，升级方便，部署灵活。

IPSAN为核心的存储系统中，服务器与存储设备不再一对一固定地连接在一起，新的服务器和存储设备可以动态的加入到SAN的设备池中。

IPSAN为核心的存储系统可以直接在现有的网络系统中进行组建，并不需要改变网络体系。对于需要增加存储空间的企业用户来说，只需要增加存储设备就可完全满足，因此IPSAN为核心的存储系统的可扩展性高。

特别是对于采用高清编码输入的系统，系统呈现易于扩展的模块化架构。对于前端的这种特性，也相应要求后端存储方案需具备更强的灵活性，以适应整个系统对扩展性的要求，而IPSAN符合这种需求。

五、架构合理、层次清晰。

随着高清数字视频技术的发展，高清数字视频的存储技术也在不断的寻求突破和变化，其中应用存储、云存储等技术也在不断发展。

应用存储：随着芯片技术的快速发展，存储设备所采用的CPU或专用芯片的运算能力及处理速度成倍提高。在许多类型系统中，存储设备不仅能满足系统的数据存储和访问功能，还的往往有较大的性能冗余。为了有效地利用存储的富余资源，可在存储设备控制器部分内嵌特殊功能的应用软件，存储设备不仅为系统提供数据存储服务器，还能提供一定的软件应用服务器，它不仅具有数据存储功能，还具有服务器的部分应用功能，可以看作是服务器和存储设备的集合体，这种存储设备就称为应用存储。

应用存储结构图

比较典型的是CVR,CVR 全称Central Video Recorder即中心级视频网络存储设备，是由企业级的标准IPSAN/NAS网络存储设备结合视频监控应用发展而来的一类安防视频监控专用设备的统称。

云存储：

云存储技术是基于虚拟化存储技术、集群存储技术和云计算技术发展而实现的。

存储虚拟化可以简单地描述为：新存储实体对原存储实体的存储资源（如存储的读写方式、连接方式、存储的规格或结构等）和存储管理（如统一/分散管理）进行变化和转换的过程称为存储虚拟化。

集群存储是将多台存储设备中的存储空间聚合成一个能够给应用服务器提供统一访问接口和管理界面的存储池，应用可以通过该访问接口透明地访问和利用所有存储设备上的磁盘，可以充分发挥存储设备的性能和磁盘利用率。数据将会按照一定的规则从多台存储设备上存储和读取，以获得更高的并发访问性能。

云计算是基于物联网和大数据技术，以互联网为基础的运算新方式，通过网络共享远程资源，提供给个人和单位使用者各取所需的实时运算与服务。

云存储技术就是建立在以上技术基础上的，它是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。云存储不是存储，而是一种服务。云存储的核心是应用软件与存储设备相结合，通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变。

典型的应用如电信和网通在全国各地建设了很多不同规模的“全球眼”、“宽视界”网络视频监控系统。“全球眼”或“宽视界”系统的终极目标是建设一个类似话音网络和数据服务网络一样的，遍布全国的视频监控系统，为所有用户提供远程（城区内的或异地的）的实时视频监控和视频回放功能，并通过服务来收取费用。

通过对专业型数字录像设备NVR和综合型数字录像设备——III类机的比较和对其他高清数字视频监控存储设备的了解，，我们可以知道：

对于节点不是太多的中小型应用中，NVR是未来的主要发展方向；大型的监控系统，视频管理平台+IPSAN存储(以ISCSI存储为主)仍旧是大型监控系统的不二选择。

对于高清数字视频监控系统来讲，II类机与III类机的只是产品形态不同，系统规模与使用的产品形态没有必然联系，而是用户对监控数据安全性的定位才与产品形态有关。

实际应用中我们往往会走向一个误区：追求价格、不重视设备稳定性；只关注存储空间，不关注设备档次。随着用户对数据安全性和对智能化的要求，视频存储技术必将走向云存储技术。