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1、 视频监控行业存储解决方案 创新科存储技术有限公司创新科存储技术有限公司 视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 2 目目 录录 第一节 需求分析.3 1.视频监控行业概述.3 2.视频监控存储特点:.4 第二节 网络架构及存储类型分析.6 1.存储系统网络架构.6 2.存储设备类型.8 第三节 视频监控系统存储设计分析.11 1.存储系统带宽分析.11 2.存储系统容量分析.11 第四节 解决方案分析.13 1.DAS 解决方案.13 2.NAS 解决方案.14 3.FC-SAN 解决方案.15 4.IP-SAN 解决方案.16 视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 3
2、 第一节第一节 需求分析需求分析 1.视频监控行业概述视频监控行业概述 监控技术从上个世纪 80 年代进入我国以来,随着安防需求的急剧增加一直在飞速发展,从技术层面上来看,已经经历了多个不同的发展阶段。随着计算机技术的发展和网络的普及,目前,视频监控已经发展到了网络多媒体监控系统。新一代视频监控管理系统与前几代视频监控系统的根本区别在于,其不再局限于简单地完成对视频信号的处理、传输、控制,其核心乃是对基于 IP 网络的多媒体信息(视频/音频/数据)提供一个综合、完备的管理控制平台。网络多媒体监控系统以网络为依托,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,并与报警系统
3、、门禁系统整合到一个使用平台上,引发了视频监控行业的一次技术革命,迅速受到了安防行业和用户的关注。网络多媒体监控管理系统,可以广泛用于多媒体视讯调度指挥、网络视频监控和会议、多媒体网上直播、网络教学、远程医疗等各个方面。网络多媒体监控系统由网络多媒体监控管理平台和前端信息采集设备组成,其核心是网络多媒体监控管理平台。网络多媒体监控管理平台集计算机网络、通信、视频处理、流媒体、和自动化技术于一身,是视频、音频、数据和图示一体化的解决方案,兼备网络视频监控、视频会议、视频直播等功能,具有超大规模组网能力,是构建于LAN/Internet 网络之上、支持多种传输方式的综合多媒体业务管理平台,其应用已
4、远远超出监控本身所涵盖的内容。网络多媒体视频服务器(Network Media Video Sever,NMVS)负责前端的视频处理部分,它同时具备了网络视频服务器的网络传输功能和硬盘录像机的存储功能(Video Sever+DVR),NMVS 是一种对视频、音频、数据进行压缩、存储及处理的专用计算机设备,它在视频监控、网络教学、IP 视频会议、视频直播及视频点播等方面都有广泛的应用。NMVS 采用最先进的 MPEG4 或 H.264 等压缩格式,在符合技术指标的情况下对视频数据进行压缩编码,以满足存储和传输的要求。视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 4 2.视频监控存储特点:视
5、频监控存储特点:视频监控系统一般具有监控点多,摄像头数量多,监控时间长,采集数据的时间往往长达几天或几十天。因此应用在视频监控系统中的存储设备在数据读写方式上具有与其它类型系统不同的特点,不同点主要表现在以下几个方面:1)编码器或采集服务器以流方式写入数据,实时存储监控点的实时图像和画面,存储的文件类型为流媒体文件,因此检索服务器也会以流方式来读取已存储的视频文件。2)数据读写操作的持续时间长。由于摄像头一般都是 7*24 小时工作的,即使采集后视频数据采用分段保存,写入操作的持续也有可能长达 2-6 个小时,后期回放时也需要相同的时间。为了保证视频采集过程中和回放过程不会发生丢帧现象,存储系
6、统系统中有必须要有足够的带宽。3)除了数据读写时间长外,由于视频采集过程中,视频文件格式一般都不会发生变化,且码率保持恒定,因此视频监控系统的读写操作还具有码率恒定,也就是带宽恒定的特点。4)视频监控系统存储的读写方式与数据库系统存储和文件服务器存储采用的小数据块读写或文件传输读写方式与有着根本的区别,因此视频监控系统不能采用数据库系统等常用的存储设备。5)视频监控系统一般具有摄像头数量多,视频图像存储时间长,存储容量大都特点,因此视频监控系统存储必须支持大容量,且容量具有高扩展性,满足长时间大容量视频图像存储的需求。近年来存储技术高速发展,存储设备价格不断下降,专业存储系统具备了在视频监控行
7、业广泛应用的基础。但是在视频监控行业,是否需要应用 SAN 和 NAS 来解决视频存储资源的共享问题,以及行业用户是否具备足够的资金和技术来应用这些技术,存在许多需要考虑的问题。q 宽带的普及,带宽成本的急剧下降,为网络视频监控系统的大规模应用提供了坚实的网络基础 q 摄像机数量急剧增加,海量的录像资料要求存储和共享。q 传统的 DVR 存储方式明显存在数据安全缺陷,容量小扩展性差,无法集中统一视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 5 管理等缺点 q 近年来存储技术高速发展,存储设备价格不断下降,专业存储系统具备了在视频监控行业广泛应用的基础 q 专业存储系统完全满足网络视频监控大
8、容量、安全可靠、易管理的存储需求。q 并可根据用户网络视频监控规模及管理需求的特点定制出DAS/NAS/SAN等不同特点的存储应用模式 视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 6 第二节第二节 网络架构及存储类型分析网络架构及存储类型分析 1.存储系统网络架构 设计视频监控系统的存储时,首先要阐明两个概念,一是网络架构,二是存储类型。网络架构主要是指存储设备与服务器或工作站之间的连接方式,数据读写方式和共享方式。主流的存储系统网络架构有 DAS、NAS、SAN 三种网络架构,其中 SAN 网络环境中,因采用存储设备类型的不同又可以分为 FC SAN(采用光纤通道存储产品)和IP SA
9、N(采用 iSCSI 存储设备)。存储类型是指按存储设备的接口类型、传输协议及网络设备的不同,存储设备可分为 SCSI 磁盘阵列、FC 磁盘阵列和 iSCSI 磁盘阵列。DAS DAS(Direct Attached Storage,直接存储)是指将存储设备通过 SCSI 接口、iSCSI接口或光纤通道直接连接到一台计算机上。这种网络架构中,存储设备一般直接连接在服务器的后面,存储。由于存储设备的主机端口数量有仅,因此 DAS 架构一般用于服务器数量较少的系统中,当服务器数量少于 2 台时,可采用 SCSI 磁盘阵列,当服务器数量少于 4 台时,可采用 iSCSI 磁盘阵列,当服务器数量少于
10、8 台时,可采用 FC 光纤通道磁盘阵列。NAS NAS(Network Attached Storage,网络附加存储)是将存储设备通过标准的网络拓扑结构(例如以太网),连接到一群计算机上。许多人都将 NAS、SCSI 和 FC 光纤通道存储看成是存储设备的一种类型,实际上NAS 更多的是指一个网络架构,是指存储设备通过网络共享方式来为网络中的服务器或工作站提供数据存储访问,NAS 的方便性正是体现在这种共享的网络架构上。所谓的“NAS 存储”一般都是由一个由“NAS 服务器+存储”构成的共同体,共同为系统上业务应用端服务器提供数据读写访问服务,小型“NAS 存储”中,存储设备一般和 NAS
11、 服务器被集成在一个机箱内,可称为一体化 NAS。大中型“NAS 存储”中,存储设备与 NAS 服务器一般是分离的,存储设备即可以是一个 SCSI 磁盘阵列,也可以是一个光纤通道磁盘阵列,还也可以是一个 iSCSI 磁盘阵列。NAS 架构环境下,存储一般都是通过 NAS 服务器为网络环境中的应用系统中提供视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 7 服务,系统中的服务器和工作站没有数量限制,可很方便地应用于小规模系统或大规模的视频监控系统。因此只要带宽和 IOPS 性能满足,NAS 架构可用于各种服务器数量的视频监控系统中。然而由于 NAS 存储的带宽一般相对相低,SAN SAN(St
12、orage Area Storage,存储区域网),在最纯粹的意义上,是一个单独的计算机网络,特点是基于光纤通道技术(Fibre Channel)或 iSCSI 技术的电缆,交换机和集线器,将很多的存储设备连接起来,再与很多不同的服务器组成的网络连接起来,以多点对多点的方式进行管理。一般地,因 SAN 网络中采用的存储设备类型的不同又可以分为 FC SAN(采用光纤通道存储产品)和 IP SAN(采用 iSCSI 存储设备)。SAN 使存储设备真正可以与服务器脱离开,形成一个总的数据中心,以多点对多点的方式在网络上与其它计算机相连。SAN 的连接方式比传统的做法提高了可连接性,并有更好的容错性
13、。SAN 还可以通过采用跟先进的集群技术将可用性和运行连续性提高到一个更高的全新层次。在视频监控系统环境下,DAS、NAS 和 SAN 网络架构比较分析:以下我们可以用一个简单的图来表示 NAS 和 SAN 在技术上的关键区别:NAS SAN DAS 基于 IP 网络 基于光纤通道 基于 IP 网络 传输文件 传输块 传输文件 可利用带宽低 可利用带宽高 可利用带宽低 具有用户权限、容量配额管理等多种网络功能 无网络功能 网络功能依靠存储服务器的情况来定。系统应用与存储功能分开,两者互不影响 系统应用与存储功能分开,两者互不影响 系统应用与存储功能由同一台服务器负责,两者相互影响 NAS 存储
14、自带共享功能,可在多个应用服务器间自动实现共享访必须安装共享软件才可在多台应用服务器之间实现存储设备的共享访依靠 DAS 存储服务器的网络共享功能实现多台应用服务器间的视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 8 问。问。共享访问。适用于各种规模的系统,应用服务器数量越大,其简单方便性相比越高。适用于各种规模的系统,应用服务器数量越大,网络设备的成本所占比例越高。一般只适用单台或两台服务器的系统中。2.存储设备类型 常用于视频监控系统的可应用的主流磁盘阵列包括以 SCSI、FC 和 iSCSI 为主机接口的 SATA 磁盘阵列。SCSI-SATA 盘阵盘阵 目前市场上主流的 SCSI-
15、SATA 盘阵基本上都采用热插拔模块化设计,单控制器,每个控制器提供 2 个 Ultra320 SCSI 接口作为主机通道,实际带宽在 150-250MB 之间,可提供 8-24 个盘位等不同规格,不可扩展。SCSI-SATA 盘阵技术成熟,价格低廉,单机容量可达 6TB,一台 PC 服务器一般可接两台,总容量 12T,是目前监控行业应用最多的磁盘阵列。缺点是只能用于直连存储(DAS),且单体容量有限。FC-SATA 盘阵盘阵 全光纤盘阵或 FC-FC 盘阵由于 FC 磁盘价格相对较高,容量较小,一般很少用于视频监控的存储系统中。FC-SATA 盘阵,主要分为低端不可扩展的 FC-SATA 阵
16、列和中高端可级联扩展的FC-SATA 盘阵。FC-SATA 盘阵具有最全面的硬件冗余、模块化设计、涡轮散热系统、LES 监控模块、GUI 的管理系统等,有些中高端的 FC-SATA 盘阵还具有强大的数据复制管理功能。低端 FC-SATA 盘阵,多采用单控制器单柜设计,每个控制器提供 2 个 2Gb FC 主机通道,实际带宽在 200-300MB 之间,可提供 12-16 个盘位等不同规格,不可扩展。在视频监控应用领域,因为容量有限,并不适合大容量 SAN 集中存储,而作为直连服务器(DAS)应用,与 SCSI-SATA 盘阵相比,服务器端还需安装的 FC HBA(市场价 6000元左右)卡,性
17、价比没有优势。中端可扩展 FC-SATA 盘阵,基本上采用双冗余控制器的主控磁盘柜级联扩展磁盘视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 9 柜的设计方式,系统提供 4 个 2Gb FC 主机通道,实际带宽在 300-350MB 之间,最大支持 124 块磁盘。高端可扩展 FC-SATA 盘阵,全部采用独立双冗余控制器直连或级联扩展磁盘柜的设计方式,系统提供 8 个 2Gb FC 主机通道,实际带宽在 600-800MB 之间,多数系统最大支持 200 多块磁盘,有的甚至能支持到 800 个磁盘。高端的 FC-SATA 盘阵一般都提供强大的数据复制管理功能(参见 UIT 公司的 BM 系
18、列 FC 存储产品)。中高端 FC-SATA 盘阵,由于其强大的扩展能力,单体容量可达到几十甚至几百个TB,不仅能满足服务器直连(DAS)的大容量存储应用需求,同时也是中大规模 FC-SAN集中存储的首选,另外它也被广泛用于大容量 NAS 的存储扩展。在视频监控行业中,当集中存储容量达到 20TB 以上,FC-SATA 盘阵的性价比优势将会显现出来,由于其技术成熟,产品可靠性高,性价比高等优势,已经在一些公安、机场、电信、银行等行业大规模视频监控项目上得到广泛应用。iSCSI-SATA 盘阵盘阵 iSCSI-SATA 盘阵类似 SCSI-SATA 盘阵,只是主机通道采用的是千兆以太网接口。市场
19、上 iSCSI-SATA 盘阵同样也包括低端和高端两类设备,低端 iSCSI-SATA 盘阵不可扩展,提供 2-4 个 1Gb iSCSI 主机通道(可实现链路聚合),实际带宽 80MB-150MB,目前有 12-16 个不同盘位的阵列规格。极少数采用高可靠的 Cable-less 模块化设计;多数采用的有线缆连接的工控服务器设计,单点故障多,可靠性低。高端的 iSCSI-SATA 盘阵基本上都是采用双冗余控制器,热插拔模块化设计,并且可扩展存储容量甚至系统带宽性能。目前市场上主流的高端的 iSCSI-SATA 盘阵主要有:UIT 公司的 BS3000,Intransa 公司的 IP5000
20、和华为 3COM 公司的 IX5000,以及 NetAPP公司的 NAS/iSCSI 二合一产品,这些 iSCSI 阵列在产品性能,可用性,易用性、可扩展性以及数据管理和数据复制功能等方面都各有特点。高端的 iSCSI-SATA 盘阵性因为销量较小,目前价格还居高不下,明显高于中端 FC-SATA 盘阵,容量越大,越是明显。但数据管理功能上要比 FC-SATA 盘阵丰富的多。在直连服务器(DAS)的应用模式中,iSCSI-SATA 盘阵与 SCSI-SATA 或 FC-SATA盘阵相比,不具备明显的性价比优势。它的优势主要体现在多服务器共享存储的存储局域网(SAN)的应用,使用千兆以太网卡将多
21、台服务器连接到 iSCSI 存储设备上的 IP SAN存储网络的大好机会使得iSCSI变得简单和经济.今天的高速CPU可以在标准网卡以线速运行 iSCSI,并只占用有很少的 CPU 占用。板载千兆以太网卡已成为服务器标准件,视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 10 因而成本已包含在内,管理员已不需要再安装复杂的 iSCSI HBA 卡。将标准的网卡和低成本的以太网交换机结合在一起提供了一个引人注目的比 FC 显著节约成本的解决方案。虽然 FC 还保持着性能方面的优势。然而,节约不仅仅体现在硬件设备方面,采用 iSCSI,IT 部门可以继续采用现有的 IP 网络专家,而无需经过专业
22、培训的人员。这种熟悉的网络架构消除了一个 FC SAN 复杂性的一个关键问题-维护和管理。视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 11 第三节第三节 视频监控系统存储设计分析视频监控系统存储设计分析 进行视频监控的存储系统设计时,首先要对系统中摄像头数量、采集视频的格式和码率、视频服务器的数量等参数进行统计和分析,计算出系统中存储的总带宽压力和存储容量要求,设计存储系统的网络架构,然后再根据可选用的存储设备型号及价格成本,最终选定存储设备的型号。1.存储系统带宽分析存储系统带宽分析 按照标准每路视频都必须采用 D1 格式和定码流方式。D1 格式流量:2Mb/s。实际占用带宽为:1 路
23、*2Mb/s/8=0.25MB/s 100 路*2Mb/s/8=25MB/s 400 路*2Mb/s/8=100MB/s 1000 路*2Mb/s/8=250MB/s 由于每台 PC 服务器通过千兆以太接口所能提供的带宽一般在 40-60Mb/s 左右,因此单服务器的 DAS 和 NAS 网络架构适用于数量在 200 路以下的视频监控系统,双服务器的 DAS 和 NAS 网络架构适用于数量在 400 路以下的视频监控系统。当摄像头数量超过 400 或总带宽压力越过 100MB/s 时,建议采用 IP-SAN 或 FC-SAN 网络架构。2.存储系统容量分析存储系统容量分析 按照标准每路视频都必
24、须采用 D1 格式和定码流方式。D1 格式流量:2Mb/s。单路视频每天存储容量为:1 路*(2Mb/s*3600s)/8bit*24 小时=21GB 单路视频每月存储容量为:1 路*(2Mb/s*3600s)/8bit*24 小时*30 天=648GB 100 路视频每月存储容量为:100 路*(2Mb/s*3600s)/8bit*24 小时*30 天=64800GB=62TB 400 路视频每月存储容量为:400 路*(2Mb/s*3600s)/8bit*24 小时*30 天=253125GB=247TB 1000 路视频每月存储容量为:视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 1
25、2 1000 路*(2Mb/s*3600s)/8bit*24 小时*30 天=648000GB=620TB SCSI 接口的盘阵、一体化“NAS 存储”和 iSCSI 存储一般具有 8-24 盘位,且容量不可扩展,可用容量一般在 10TB 以下。光纤存储或“分体式 NAS”一般具有较大容量扩展,可用容量一般可达 100TB,甚至 400TB 以上,因此存储容量需求在 10TB 以下时,建议 SCSI-SATA 盘、一体化“NAS 存储”和中小型 ISCSI 存储,当时在 10TB 以上时,建议采用具有可扩展功能的 ISCSI 存储、光纤存储或“分体式 NAS”。视频监控系统存储解决方案 创新科
26、存储技术有限公司 13 第四节第四节 解决方案分析解决方案分析 1.DAS 解决方案解决方案 一、系统结构图:一、系统结构图:(图 1)二、适用范围:二、适用范围:1、视频服务器之间不需要数据共享,2、视频服务器上的业务压力和存储压力相比较小,可集成在一台服务器上,且两者不会引起相互影响。3、系统采用分布式存储,视频服务器及其后端存储设备分布于不同的地方 4、每台视频服务器负责的摄像头数量一般在 400 个以内,且总带宽一般不超过40MB/S。5、通过多个低端小容量存储替代一个大容量高端来降低成本。三、可用产品三、可用产品 当存储容量在 6TB 以内,建议采用 UIT BC180 系列产品。选
27、择原因:在 5-6TB 左右容量条件下,SCSI-SATA 产品价格一般最低,安装调试最简单,后期维护工作量最小。后期容量无扩展可选择 UIT BC180-14,如后期容量有少量扩展可选择 UIT BC180-24.视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 14 当存储容量在 10-30TB 之间,建议采用 UIT BM681 光纤通道存储产品。选择原因:在 10-50TB 左右容量条件下,单台 SCSI-SATA 存储产品一般无法满足容量要求,或服务器后端需要连接多台 SCSI-SATA 存储产品。而在此容量要求条件下,BM681 可配置价格相对最低,非重要部门的视频监控系统还可以配
28、置成单控制器,后期容量还可以扩展到 60TB 左右。当存储容量超过 60TB,建议采用 UIT BM3800B 光纤通道存储产品。2.NAS 解决方案解决方案 一、系统结构图:一、系统结构图:(图 2)二、适用范围:二、适用范围:1、多台视频服务器之间需要数据共享,2、视频服务器上的业务压力和存储压力相对较大,不能集成在一台服务器上,2、系统采用集中式存储,视频服务器与存储设备分布在同一个的地方,3、单台 NAS 所负担的并发视频流在 400 个以内,且总带宽一般不超过 40MB/S。4、通过多个低端小容量存储替代一个大容量高端来降低成本。三、可用产品三、可用产品 当存储容量在 6TB 以内,
29、带宽压力在 50MB/S 以下,建议采用 UIT PVGNAS180 存储产品。视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 15 当存储容量在 6TB 之间,带宽压力在 50MB/S-150MB/S 之间,以下建议采用 UIT BA480 光纤通道存储产品。3.FC-SAN 解决方案解决方案 一、系统结构图:一、系统结构图:(图 3)二、适用范围:二、适用范围:1、多台视频服务器之间需要数据共享,2、视频服务器上的业务压力和存储压力相对较大,不能集成在一台服务器上,3、系统采用集中式存储,视频服务器与存储设备分布在同一个的地方,4、存储系统的总带宽大于 150MB/S,单台视频服务器的带
30、宽压力超过 40MB/S。5、多台中低端存储设备的总成本大于单台高端存储的成本。6、当视频服务器数量较少时,网络系统可以省略 FC 交换机,存储设备的多个端口可与视频服务器直接连接。计算本方案的成本时,不仅要计算存储设备成本、网络交换机和 HBA 卡成本,还包括存储网络共享管理软件的成本。网络规模越大,非存储设备所占的比例越大。三、可用产品三、可用产品 当存储容量在 60TB 以内、或带宽压力在 150MB/S 以下,或视频服务器数量于少 2台,建议采用 UIT BM681 光纤存储产品。视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 16 当存储容量在 60TB 以上,带宽压力在 150M
31、B/S 以上,以下建议采用 UIT BM3800B光纤通道存储产品。4.IP-SAN 解决方案解决方案 一、系统结构图:一、系统结构图:(图 3)二、适用范围:二、适用范围:1、多台视频服务器之间需要数据共享,2、视频服务器上的业务压力和存储压力相对较大,不能集成在一台服务器上,3、系统采用集中式存储,视频服务器与存储设备分布在同一个的地方,4、存储系统的总带宽小于 200MB/S。5、多台中低端存储设备的总成本大于单台高端存储的成本。6、当视频服务器数量较少时,网络系统可以省略以太网交换机,存储设备的多个端口可与视频服务器直接连接。说明:1、计算本方案的成本时,不仅要计算存储设备成本,还包括存储网络共享管理软件的成本。2、网络规模越大,非存储设备所占的比例越大。三、可用产品三、可用产品 视频监控系统存储解决方案 创新科存储技术有限公司 17 当存储容量在 5TB 以下、或带宽压力在 90MB/S 以下,建议采用 UIT BS1000 iSCSI存储产品。当存储容量在 7TB 以下、或带宽压力在 200MB/S 以下,建议采用 UIT BS2000iSCSI存储产品。当存储容量在 30TB 以上,带宽压力在 250MB/S 以上,以下建议采用 UIT BM3000e iSCSI 存储产品。
限制150内