视频监控存储方案架构浅析.doc

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1、视频监控系统存储技术白皮书XX目 录一引言2二监控行业现状及需求分析3行业现状3需求分析6三传统磁盘阵列解决方案8DVRSCSI to SATA磁盘阵列解决方案8DVR网络解决下载方案9DVSSCSI to SATA磁盘阵列解决方案11四集中存储ISCSI磁盘阵列解决方案13三种存储架构比拟13采用存储局域网络SAN15IP存储网络16DVSiSCSI to SATA磁盘阵列解决方案17方案优势18五DVR/NVR+带有扩展功能的ISCSI存储21特有的带有扩展功能的iSCSI存储21具体解决方案21一 引言视频监控作为一种重要的安防手段已经有很长的开展历史，随着技术的开展，摄像机的精度越来越

2、高，对于前端设备的控制也越来越方便，可以说，在模拟信号传输的环境下监控系统是一项较为成熟的技术。随着计算机技术的迅速开展和推广，使世界掀起一股强大的数字化浪潮，几乎所有的产业都被卷入这股浪潮中，数字化以其独特的先进性、强大的扩大性等诸多特点成为世界产业开展的一个根本的规律。安防产业在中国作为一个相对新兴的产业，可以说在其迅速扩展式开展的二十一世纪初便深深打上了数字化的烙印，作为安防产业的核心，闭路监控更是首当其冲，2000和2001年兴起的硬盘录像机的飞速开展就是对数字监控(即硬盘录像机)的一个市场性的反映，由于数字监控正处于一种过渡阶段，由数字监控取代传统技术派生出的许多新功能正在逐渐成为视

3、频监控的主流技术。二 监控行业现状及需求分析2.1 行业现状视频监控系统的开展大致经历了三个阶段。在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的开展，人们利用计算机的高速数据处理能力进展视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于P C机的多媒体主控台DVR系统称为第二代数字化本地视频监控系统。九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控

4、系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命。目前国内大局部用户采用的还是DVR模式。主要用于楼宇等监控点非常集中的领域，随着目前公安部对于安放监控系统性能要求的提高，DVR也渐渐不能满足其需求例如录像需要保持至少30天。而DVR系统的稳定性也让越来越多的用户开场选择第三代监控系统来实现安防管理。下表是对目前市面上比拟流行的三种方式DVR、DVS、IP camera的有缺点以及使用环境比拟。S-优点W-缺点P-适用环境DVR本机操作功能丰富，支持本地存储网络功能弱，扩展性差适合本地监控需求、监控点密度高的场合。DVS体积小

5、巧、网络功能强大，网络扩展性好，适合在野外、无人值守条件下工作本地操作功能简化，不支持本地存储。适合于分布监控、集中管理的网络监控。IP Camera集Camera与DVS功能于一身，施工、维护方便网络性能相对于DVS较弱，市场上可选择的高性能的IP Camera较少，无法任意选配、更换摄像头。企业网及民用低端市场。下列图为使用硬盘录像机监控的拓扑构造图。图一、DVR监控方案拓扑构造图但是多数客户需要监控的点很多，超过32路，这样每天产生的数字录像量很大，并且根据客户需要保存录像的时间为一个月，单台数字录像机本机所配的硬盘无法满足数据存储容量的需求。如果使用多台数字录像机来完成所需的工作，会带

6、来一些问题。因此，对于传统的DVR体系架构，我们认为存在以下几个弊端：1、 传统DVR的存储方式使用本机ATA硬盘，由于ATA硬盘本身的耐用性不是很高，而一般监控都是724的写入操作，ATA硬盘很容易损坏，再加上没有RAID保护机制，监控数据将丧失，有着严重的数据平安隐患问题。2、 传统DVR方式，录像设备和录像数据都存放在一体，容易产生单点故障，即DVR出现故障存储的监控文件也一起丧失。3、 对数据的访问完全依赖DVR的处理速度，如果多点同时对视频数据进展点播及回放，DVR既要处理点播回放，又要处理模数转换，同时还要进展数据存储，很可能造成性能瓶颈。4、 硬盘录像机没有统一的格式标准，不同厂

7、家的硬盘录像机不能相互回放。5、 由于DVR集视频压缩、录像、管理于一体，提升了其单点故障率。针对上述问题，我们需要对现有的监控架构进展一些改良，后面我们将对几种改良后的监控架构进展详细的描述。2.2 需求分析对于大规模的监控系统，特别像平安城市这样的工程，前端摄像头一般要在1000路以上，录像保有时间需要在至少一个月以上。所以从系统需求上有了质的变化，不能再像几十个摄像头的系统，因此，它必须具备下面的功能：l 存储相对集中化，管理绝对集中化传统DVR将数据存储分布在每台DVR当中，调用和管理极为不便。因此，需要将所有数据集中存储在同一设备当中，监控录像的调用和视频数据的备份都可以方便得以实现

8、。同时，存储集中化之后，可以在本地或者远程的同一管理平台下管理所有存储设备，大大简化了监控系统的管理本钱。l 数据平安性传统DVR使用的硬盘，没有任何数据保护机制，一旦硬盘损坏数据将无法恢复，这样那么失去了监控本身的意义。因此，要有一套平安机制很高的方案将数据的平安有力的保护起来，可以在硬盘损坏的情况下实现数据的恢复。从存储设备本身需要有严密的保障措施，尽量减少故障点；另外，一旦出现单点故障后，监控系统能够持续运行，并能在线的恢复正常。此外，还可以通过备份或者容灾技术增加系统的整体的平安性，进一步提高系统的可靠性。l 高性能由于大型监控系统一般摄像头路数较多，需要同时多路摄像头同时将数据写入存

9、储设备，并且同时有多路效劳器可能读取数据，总的带宽要求比拟大，并发访问数量较多，因此对后端存储设备提供较高的性能来满足这种需求。l 随需扩展 传统DVR是不能随意扩展的，一般8块硬盘已经满负荷了。而监控系统在初始完成之后，可能随着需求的增加，数据量也会随之增加，这就需要存储系统有良好的可扩展性来保证系统业务的持续运行。 根据以上几点对监控行业的需求分析，我们推荐使用磁盘阵列来满足这些需求。而使用磁盘阵列也有着不同的体系架构，下面我们将针对使用磁盘阵列技术的不同架构进展进一步的分析和讨论。三 传统磁盘阵列解决方案3.1 DVRSCSI to SATA磁盘阵列解决方案图二、DVRSCSI to S

10、ATA磁盘阵列方案拓扑构造图本方案使用DVRSCSI to SATA磁盘阵列的监控方式。SCSI to SATA磁盘阵列对主机端口为SCSI端口，阵列内部使用SATA硬盘，DVR与磁盘阵列通过SCSI相连，具体连接方式如上图所示。1、 前端多路监控摄像头捕捉到视频流通过同轴电缆将信号直接传输到DVR上。2、 DVR设备将模拟信号转换为数字信号进展视频数据的存储，将视频文件存储到通过SCSI连接的磁盘阵列中，到达DVR存储容量扩大的目的。 3、 远程客户端可以通过以太网访问DVR进展录像回放。方案特点： 可以多台DVR同时连接一台磁盘阵列，局部实现了数据集中存储，管理和维护相对有所简化。 使用磁

11、盘阵列存储数据，将录像设备和录像数据分开，防止了单点故障，从应用角度上提高了数据的平安级别。 DVR本身使用ATA硬盘，不能做RAID保护，而使用磁盘阵列使用SATA硬盘，并且可以通过RAID保护机制对视频数据进展平安保护，而且性能更好，从存储角度提高了数据的平安级别。方案缺点： 由于视频点播、模数转换、数据存储功能还是都有DVR来实现，因此DVR本身性能瓶颈的问题没有得到解决。 由于对数据的处理还是依赖DVR设备，一旦DVR设备出现故障，将无法访问所需数据。 由于DVR本身ATA硬盘还存放一定的监控数据，对于这局部数据依然有平安隐患问题。3.2 DVR网络解决下载方案图三、DVR网络下载方案

12、拓扑构造图本方案使用DVR网络下载方案的监控方式。SCSI to SATA磁盘阵列连接网络下载效劳器，DVR与下载效劳器连入同一网络中，具体连接方式如上图所示。1、 前端多路监控摄像头捕捉到视频流进入光端机，通过光纤传输将模拟信号传递到中心。2、 通过视频分配器，将每一路视频信号分一路给视频矩阵，视频矩阵将模拟信号的视频流直接通过显示大屏，实现实时监控。3、 视频分配器分另一路给DVR，由DVR负责进展模数转换。并进展录像存储。4、 定期由录像下载效劳器从DVR处备份视频录像数据到磁盘阵列，并建立新的录像文件索引。5、 查看过往录像的时候，查询端直接从录像下载效劳器获取录像文件在SCSI的地址

13、，进展播放需预装录像DVR的解码器。方案特点： 将监控数据集中存储到下载效劳器端，将视频点播、数据存储功能转移到下载效劳器端，解决了DVR本身存储容量缺乏的问题。 由于大局部数据存放在下载效劳器端，大大较少了对DVR的依赖性，如果DVR设备出现故障，可以从下载效劳器中访问绝大局部数据。 对于多台DVR大数据量需要存储的情况，可以使用一台下载效劳器连接多台磁盘阵列，对多台DVR进展下载，使得数据存储更加集中化，更加方便管理和维护。方案缺点： 由于下载效劳器需要定时下载DVR上的数据，又要提供视频点播的功能，这些都需要通过网络实现，因此对网络带宽要求较高。 由于DVR本身ATA硬盘还存放一定的监控

14、数据，对于这局部数据依然有平安隐患问题。 录像文件的播出还是要依赖DVR厂家提供的解码器。 DVR在录像的同时还需要完成传输工作，增加了DVR的负担。3.3 DVSSCSI to SATA磁盘阵列解决方案图四、DVSSCSI to SATA磁盘阵列解决方案拓扑构造图本方案使用DVSSCSI to SATA磁盘阵列的监控方式，相对前面两种方案，DVS的方案已经可以在大规模监控系统中投入应用。SCSI to SATA磁盘阵列与管理效劳器是点对点相连，具体连接方式如上图所示。1、 前端多路监控摄像头捕捉到视频流进入光端机，通过光纤传输将模拟信号传递到中心。2、 通过视频分配器，将每一路视频信号分一路

15、给视频矩阵，视频矩阵将模拟信号的视频流直接通过显示大屏，实现实时监控。3、 另一路视频流进入DVS设备，DVS将模拟视频信号编码压缩成数字信号形成IP数据包在以太网上进展传输。后端视频存储效劳器通过SCSI线分别与磁盘阵列相连，其上的存储控制软件通过千兆以太网接收各路视频数据，然后通过SCSI卡将各路视频数据存入SCSI to SATA磁盘阵列柜中。4、 终端用户可以通过各种方式连接于网络中，通过DVS效劳器，对所有的DVS进展实时视频查看。5、 终端用户可以通过以太网访问存储管理效劳器的数据库来对监控录像进展视频点播。方案特点： 使用DVS设备，从架构上有了本质的改变，将前端摄像头的模拟信号

16、转换为数据信号，通过现有的以太网络进展视频传输。这种方式充分利用现有网络资源，大大简化了前端布线的工程。 由于通过DVS设备在前端就进展了模数转换，在IP网络进展数字信号的传输，完全无需依赖DVR进展存储和访问数据，彻底消除了性能瓶颈问题。 通过使用磁盘阵列，提高了数据存储的平安性，磁盘阵列使用SATA硬盘，并且可以通过RAID保护机制对视频数据进展平安保护，而且性能更好。 一台管理效劳器通过DVS管理软件可以管理多路摄像头的监控，如果监控路数更多，可以通过增加效劳器方式来实现对所有监控点的管理，使得数据存储更加集中化，更加方便管理和维护。方案缺点：使用SCSI接口磁盘阵列与管理效劳器进展连接

17、，由于SCSI本身不易于扩展，而一台效劳器连接SCSI磁盘阵列数量有限，因此当数量继续增加那么需要添加管理效劳器来连接增加的磁盘阵列，从管理上一定程度上增加了复杂度，另外本钱也有所增加。四 集中存储iSCSI磁盘阵列解决方案4.1 三种存储架构比拟目前主要的存储架构有DAS、NAS、SAN三种方式，下面分别描述一下三种方式的工作模式。DASDirect Attached Storage直接连接存储。它是效劳器通过SCSI直接连接外置存储设备，主要是为了提供比效劳器本机硬盘更高的性能、更平安的保护和一定的扩展性。拓扑图如下：像传统的视频解决方案都是使用这种连接方式，这种方式使用比拟成熟、稳定，性

18、能也很好，它对于分布式的存储是一个比拟好的解决方案。但是DAS无法提供跨平台的支持，配置上严重依赖所连接的效劳器，所以管理本钱很高。当需要扩容重新做raid的时候，一般需要宕机，会影响网络效劳。NASNetwork Attached Storage网络附着存储。它的主要特征是通过把存储设备和网络接口集成在一起，直接通过网络存取数据。也就是把存储功能从通用文件效劳器中别离出来，使其更加专门化，从而提高文件访问效劳的存取效率，以及更低的存储本钱。网络拓扑图如下：NAS主要应用是提供文件访问，而不能安装数据库。一般用于公司内部的个人文件存储，共享资料存储等。但由于它使用以太网的CIFS协议或NFS协

19、议，因此文件存取效率不是很高，不适于持续码流传输的应用。另外NAS提供的是网络映射硬盘，不是直接写入的block设备，因此对于视频监控存储整体架构的支持还存在兼容性问题，同样无法实现视频数据集中存储的需求。SANStorage Area Network存储区域网络。SAN是一种基于光网的特殊的后台数据存取网络，它提供了一个性能稳定的数据高速存取平台。拓扑构造图如下：SAN的主要功能就是实现集中存储，它将存储通过交换机构成一个大的存储池，可以实现集中管理、集中存放、集中调用等功能，是视频监控系统中最适合集中存储的架构。目前SAN架构又分为FC SAN和IP SAN两种，从监控应用的需求角度出发，

20、IP SAN从性能和价格上比拟适合监控应用，我们在后面的章节将阐述IP SAN的优势以及基于IP SAN的视频监控解决方案。4.2 采用存储局域网络SANSANStorage Area Network，存储区域网络是一个由存储设备和系统部件构成的网络。所有的通信都在一个与应用网络隔离的单独的网络上完成，可以被用来集中和共享存储资源。SAN不但提供了对数据设备的高性能连接，提高了数据备份速度，还增加了对存储系统的冗余连接，提供了对高可用群集系统的支持。简单地说，SAN是关联存储设备和效劳器的网络。它和以太网有类似的架构。以太网由效劳器、以太网卡、以太网集线器/交换机及工作站组成。SAN那么由效劳

21、器、HBA卡、集线器/交换机和存储装置所组成。SAN主要包含FC-SAN和IP-SAN两种，FC-SAN的网络介质为光纤通道Fiber Channel，而IP-SAN使用标准的以太网，以iSCSI协议来进展数据传输。IP-SAN适用于分布式的部门级和工作组环境，能够实现完全跨平台文件共享，支持Windows、NT、UNIXLinux等操作系统，数据可在以太网上进展传输，且平安功能丰富，是比FC-SAN功能更加完善的存储区域网。存储局域网络是建立在效劳器集群和存储设备之间的网络，给效劳器集群提供集中式的共享的存储空间，便于管理；SAN的优点可归纳为下几点： SAN存储系统扩展性好、升级能力强，投

22、资保护性好。 实现了存储系统支持数据集中式管理，相关业务系统或全部的应用系统存储系统合并为统一的存储系统。 采用开放式的体系构造，支持多种系统平台的接入，亦即实现跨平台操作。 提供包括存储介质、接口设备及连接链路的冗余支持。 向网络客户端和应用效劳器提供高效可靠的数据存储效劳时，同时对应用系统的运行效率和网络的速度不会产生明显的影响 。 4.3 IP存储网络 FC SAN的系统包括光纤通道卡，光纤线，光纤通道交换机等，而像光纤通道卡、以及每个光纤通道交换机端口的价格是普通千兆以太网的10至20倍以上，加上光纤的铺设在中国大局部地区的铺设不普及，整个系统的建立费用非常昂贵。IP SAN是近些年来

23、新兴的网络存储技术，它希望用TCP/IP以太网替代光纤通道网络。IP SAN的好处在于：使用以太网络，保护了用户现有的投资；以太网系统造价低；以太网是成熟的技术，具有良好的兼容性；以太网络可以扩展到远端，便于系统的做远程的容灾备份；以太网上现有的软件也可以直接使用，例如IP SAN可以直接加上IP sec软件，以到达存储网络加密的目的；千兆以太网络的广泛使用，也使得IP SAN的性能得到提高。总之，采用IP SAN存储网络，可以到达好兼容性和最高的性能价格比。IP SAN使用的是iSCSI协议。iSCSIInternet SCSI是一种在Internet协议网络上，特别是以太网上进展数据块传输

24、的标准。它是由Cisco和IBM两家发起的，并且得到了IP存储技术拥护者的大力支持。是一个供硬件设备使用的可以在IP协议上层运行的SCSI指令集。简单地说，iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进展路由选择。4.4 DVSiSCSI to SATA磁盘阵列解决方案图五、DVSiSCSI to SATA磁盘阵列解决方案拓扑构造图本方案使用DVSiSCSI to SATA磁盘阵列的监控方式。iSCSI to SATA磁盘阵列通过以太网交换机与效劳器相连，具体连接方式如上图所示。1、 前端多路监控摄像头捕捉到视频流进入光端机，通过光纤传输将模拟信号传递到中心。

25、2、 通过视频分配器，将每一路视频信号分一路给视频矩阵，视频矩阵将模拟信号的视频流直接通过显示大屏，实现实时监控。3、 另一路视频流进入视频效劳器DVS，视频效劳器DVS将模拟视频信号编码压缩成数字信号并形成IP数据包在以太网上进展传输至视频管理效劳器，通过视频管理效劳器写入后端的iSCSI磁盘阵列中。同时建立视频录像索引。这种方式从性能和本钱上都大大超越之前的方案。4、 远程客户端可以通过以太网访问视频存储效劳器的数据库来对监控录像进展视频点播。5、 由于采用iSCSI盘阵，所以存储效劳器在理论上可以连接不限数量的盘阵，在扩容方面具备极大的优势。方案特点：DVSiSCSI to SATA磁盘

26、阵列方案和DVSSCSI to SATA磁盘阵列方案根本一样，所不同的就是在存储构造上使用的是将SCSI命令放在IP包中进展传输，从而实现BLOCK I/O的访问。 这种方式实现灵活方便，部署简单，可以利用现有网络资源，形成一个IP SAN的存储架构。 前端DVS通过以太网直接写入iSCSI磁盘阵列当中，无需效劳器的干预，节省了系统总体本钱，提高了系统性能。 使用IP协议进展数据传输，没有距离限制。 通过以太网交换机与主机连接，可以实现容量的无限扩容。4.5 方案优势本方案是根据我公司多年经历，并结合监控行业自身特点而形成的。它很适合大规模视频监控工程的应用，方案优势主要表达在以下几点： l

27、针对视频监控行业专用的存储系统针对视频监控应用的特点，我们对所推出的存储系统进展了优化。监控应用主要是以一定码流多路并发写入，并伴随随机读取的的存储应用。一般在D1分辨率的码流为2Mb/s，CIF分辨率的码流那么为800Kb/s左右。在D1分辨率的情况下，一般视频流一次IO最大块为128Kb，因此100路需要写入的IO次数为2Mb/s128Kb1001562.5 IOps，而吞吐率为2Mb/s100825MB/s。而我公司单台S800系列iSCSI磁盘阵列在128Kb顺序码流写入时吞吐率实测数据为200MB/s以上，完全满足D1分辨率下码流的需求；我公司单台S800系列iSCSI磁盘阵列在12

28、8Kb顺序码流写入的IOps实测数据在5000以上，足够相应1500多个IO的需求，完全满足大型视频监控系统的需求。l 随需扩容，无限扩展成都中安视S800系列磁盘阵列 采用目前先进的IP SAN存储架构，可以实现存储容量的高可扩大性。在系统监控点增多，存储需求也随即增长，如现有容量缺乏，可以简单的购置更多的iSCSI磁盘阵列联入以太网交换机进展容量扩大。如果增加了磁盘阵列数量，意味着写入路数分配到了不同的磁盘阵列当中，随着容量的扩展，系统性能也有了较大的提升。我们以D1分辨率，100路摄像头724写入，并保存30天为例。所需存储容量计算公式为：100(路)30(天)24(小时)3600(秒)

29、2,000,000(bps码流)(81000100010001000)(单位T容量) = TB而一台16盘位的iSCSI磁盘阵列的容量为32TB配置2TB SATA硬盘，因此大约需要2台磁盘阵列可以满足该存储需求，可以置于一个机柜中。l 友好易用的中文管理平台易管理和使用是也是城市监控存储系统的一个根本要求。成都中安视S800系列磁盘阵列产品的管理系统是面向用户设计的全中文的管理系统。而且业界最先进的基于浏览器的管理方法，在客户端无需安装任何软件。根据我们的经历，管理员可以在15到20分钟内，就轻松掌握整体系统的使用和管理。l 高平安性提升数据的平安级别成都中安视S800系列磁盘阵列的存储方案

30、中，数据存储采用业界先进的RAID6技术。以往的RAID5技术是在一个RAID组中一块硬盘损坏的情况下，通过RAID自动重建功能可以保证数据不丢；而RAID6技术可以在RAID组中同时损坏两块硬盘的情况下仍然可以保证数据不丢，而且磁盘阵列无需重启。成都中安视S800系列磁盘阵列iSCSI磁盘阵列可以通过多网扣绑定增加带宽，还可以保证存储器在单个网络连接断开的情况下，仍然可以正常工作，保证了设备的高可用性。五 DVR/NVR+带有扩展功能的iSCSI存储5.1 特有的带有扩展功能的iSCSI存储目前市场上的DVR/NVR工程由于存储时间的问题，需要做空间扩大，我公司针对这一情况特别研发了高性价比

31、的的S600/S400系列 iSCSI存储产品。优点：n 更好的配合DVR/NVR实现监控系统；n 在中小型工程中，大大节省效劳器的数量，降低维护、管理本钱；n 本身采用了先进的iSCSI技术，继承了iSCSI的所有优点。5.2 具体解决方案本方案使用DVR/NVR带有扩展功能的iSCSI存储的监控方式。带有扩展功能的iSCSI存储通过交换机与DVR/NVR相连，具体连接方式如上图所示。1、 前端多路监控摄像头捕捉到视频流进入光端机，通过光纤传输将模拟信号传递到中心。2、 通过视频分配器，将每一路视频信号分一路给视频矩阵，视频矩阵将模拟信号的视频流直接通过显示大屏，实现实时监控。3、 另一路视

32、频流进入DVR/NVR，DVR/NVR将数字信号形成IP数据包在以太网上进展传输至带有扩展功能的iSCSI存储并进展存储，同时建立视频录像索引。4、 远程客户端可以通过以太网访问带有扩展功能的iSCSI存储的数据库来对监控录像进展视频点播。5、 由于采用iSCSI技术，所以存储的空间在理论上可以连接不限数量的盘阵，在扩容方面具备极大的优势。方案特点： 这种方式实现灵活方便，部署简单，可以利用现有网络资源，形成一个IP SAN的存储架构。 带有扩展功能的iSCSI存储对视频直接存储，无需效劳器的干预，节省了系统总体本钱，提高了系统性能。 使用IP协议进展数据传输，没有距离限制。 通过以太网交换机与主机连接，可以实现容量的无限扩容。、 由于可以集成扩展功能，可以减少整体系统中效劳器的数量。 由于负担了DVR/NVR的存储功能，提升了DVR/NVR的稳定性以及DVR/NVR在视频压缩这方面的效能。