1、視頻監控系統存儲技術白皮書XX 有限公司1 引言 22 監控行業現狀及需求分析 32.1 行業現狀 32.2 需求分析 63 傳統磁盤陣列解決方案 83.1 DVR SCSI TO SATA 磁盤陣列解決方案 83.2 DVR 網絡解決下載方案 93.3 DVS SCSI TO SATA 磁盤陣列解決方案 114 集中存儲 ISCSI 磁盤陣列解決方案 134.1 三種存儲架構比較 134.2 采用存儲局域網絡SAN 154.3 IP 存儲網絡 164.4 DVS + iSCSI to SATA磁盤陣歹U解決方案 174.5 方案優勢 185 DVR/NVR+ 帶有擴展功能的 ISCSI 存儲

2、 215.1 特有的帶有擴展功能的 ISCSI 存儲 215.2 具體解決方案 21一 引言視頻監控作為一種重要的安防手段已經有很長的發展歷史，隨著技術的發展，攝像機的精度越來越高，對于前端設備的控制也越來越方便，可以說，在模擬信號傳輸的環境下監控系統是一項較為成熟的技術。 隨著計算機技術的迅速發展和推廣， 使世界掀起一股強大的數字化浪潮， 幾乎所有的產業都被卷入這股浪潮中， 數字化以其獨特的先進性、 強大的擴充性等諸多特點成為世界產業發展的一個基本的規律。安防產業在中國作為一個相對新興的產業， 可以說在其迅速擴展式發展的二十一世紀初便深深打上了數字化的烙印， 作為安防產業的核心， 閉路監控更

3、是首當其沖， 2000 和 2001 年興起的硬盤錄像機的飛速發展就是對數字監控（即硬盤錄像機）的一個市場性的反映，由于數字監控正處于一種過渡階段，由數字監控取代傳統技術派生出的許多新功能正在逐漸成為視頻監控的主流技術。22二監控行業現狀及需求分析2.1行業現狀視頻監控系統的發展大致經歷了三個階段。 在九十年代初以前，主要是以模 擬設備為主的閉路電視監控系統，稱為第一代模擬監控系統。九十年代中期，隨 著計算機處理能力的提高和視頻技術的發展， 人們利用計算機的高速數據處理能 力進行視頻的采集和處理，利用顯示器的高分辨率實現圖像的多畫面顯示， 從而 大大提高了圖像質量，這種基于 P C機的多媒體主

4、控臺（DVR系統稱為第二代 數字化本地視頻監控系統。九十年代末，隨著網絡帶寬、計算機處理能力和存儲 容量的快速提高，以及各種實用視頻處理技術的出現，視頻監控步入了全數字化 的網絡時代，稱為第三代遠程視頻監控系統。第三代視頻監控系統以網絡為依托， 以數字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實用的圖像分析為特色， 引發了視頻監控行業的技術革命。目前國內大部分用戶采用的還是 DVR真式。主要用于樓宇等監控點非常集中 的領域，隨著目前公安部對于安放監控系統性能要求的提高，DVR&漸漸不能滿足其需求（例如錄像需要保持至少30天）。而DVRK統的穩定性也讓越來越多的 用戶開始選擇第三代監控系

5、統來實現安防管理。下表是對目前市面上比較流行的三種方式（DVR DVS IP camera）的有缺 點以及使用環境比較。S-優點W缺點P-適用環境DVR本機操作功能豐富，支持本地存儲網絡功能弱，擴展性差適合本地監控需求、監控點密度局的場合。DVS體積小巧、網絡功能強大， 網絡擴展性好，適合在野 外、無人值守條件卜，作本地操作功能簡化，不支持本地存儲。適合于分布監控、集中管理的網絡監控。IPCamera集Camera與DVS功能身，施工、維護方便網絡性能相對于DVSt弱， 市場上可選擇的高性能的IP Camera較少，無法任意選配、更換攝像頭。企業網及民用低端市場。下圖為使用硬盤錄像機監控的拓撲

6、結構圖k昭加 加ini質 W 便2幺、路彼就錄僚機圖一、DVR監控方案拓撲結構圖但是多數客戶需要監控的點很多，超過32路，這樣每天產生的數字錄像量 很大，并且根據客戶需要保存錄像的時間為一個月， 單臺數字錄像機本機所配的 硬盤無法滿足數據存儲容量的需求。如果使用多臺數字錄像機來完成所需的工 作，會帶來一些問題。因此，對于傳統的 DVR體系架構，我們認為存在以下幾 個弊端：1、 傳統DVR的存儲方式使用本機 ATA硬盤，由于ATA硬盤本身的耐用性不 是很高，而一般監控都是7X 24的寫入操作，ATA硬盤很容易損壞，再加 上沒有RAID保護機制，監控數據將丟失，有著嚴重的數據安全隱患問題。2、 傳

7、統DVR方式，錄像設備和錄像數據都存放在一體，容易產生單點故障， 即DVR出現故障存儲的監控文件也一起丟失。3、 對數據的訪問完全依賴 DVR 的處理速度， 如果多點同時對視頻數據進行點播及回放， DVR 既要處理點播回放，又要處理模數轉換，同時還要進行數據存儲，很可能造成性能瓶頸。4、 硬盤錄像機沒有統一的格式標準，不同廠家的硬盤錄像機不能相互回放。5、 由于 DVR 集視頻壓縮、錄像、管理于一體，提升了其單點故障率。針對上述問題，我們需要對現有的監控架構進行一些改進，后面我們將對幾種改進后的監控架構進行詳細的描述。2.2 需求分析對于大規模的監控系統，特別像平安城市這樣的項目，前端攝像頭一

8、般要在 1000 路以上，錄像保有時間需要在至少一個月以上。所以從系統需求上有了質的變化，不能再像幾十個攝像頭的系統，因此，它必須具備下面的功能：存儲相對集中化，管理絕對集中化傳統 DVR 將數據存儲分布在每臺 DVR 當中，調用和管理極為不便。因此，需要將所有數據集中存儲在同一設備當中， 監控錄像的調用和視頻數據的備份都可以方便得以實現。 同時， 存儲集中化之后， 可以在本地或者遠程的同一管理平臺下管理所有存儲設備，大大簡化了監控系統的管理成本。數據安全性傳統 DVR 使用的硬盤，沒有任何數據保護機制，一旦硬盤損壞數據將無法恢復， 這樣則失去了監控本身的意義。 因此， 要有一套安全機制很高的

9、方案將數據的安全有力的保護起來， 可以在硬盤損壞的情況下實現數據的恢復。 從存儲設備本身需要有嚴密的保障措施，盡量減少故障點；另外，一旦出現單點故障后，監控系統能夠持續運行， 并能在線的恢復正常。 此外， 還可以通過備份或者容災技術增加系統的整體的安全性，進一步提高系統的可靠性。高性能由于大型監控系統一般攝像頭路數較多， 需要同時多路攝像頭同時將數據寫入存儲設備， 并且同時有多路服務器可能讀取數據， 總的帶寬要求比較大， 并發 訪問數量較多，因此對后端存儲設備提供較高的性能來滿足這種需求。隨需擴展傳統 DVR 是不能隨意擴展的， 一般 8 塊硬盤已經滿負荷了。 而監控系統在初始完成之后， 可能

10、隨著需求的增加， 數據量也會隨之增加， 這就需要存儲系統 有良好的可擴展性來保證系統業務的持續運行。根據以上幾點對監控行業的需求分析， 我們推薦使用磁盤陣列來滿足這些需求。 而使用磁盤陣列也有著不同的體系架構， 下面我們將針對使用磁盤陣列技術的不同架構進行進一步的分析和討論。三傳統磁盤陣列解決方案3.1 DVR + SCSI to SATA 磁盤陣列解決方案N路前端視頻采集設備采用N 伯同輛電統傳輸視順信號遠程曾埋針算機圖二、DVR + SCSI to SATA磁盤陣列方案拓撲結構圖本方案使用DVR + SCSI to SATA磁盤陣列的監控方式。SCSI to SATA磁盤 陣列對主機端口為

11、SCSI端口，陣列內部使用SATA硬盤，DVR與磁盤陣列通過 SCSI相連，具體連接方式如上圖所示。1、 前端多路監控攝像頭捕捉到視頻流通過同軸電纜將信號直接傳輸到DVR上。2、 DVR設備將模擬信號轉換為數字信號進行視頻數據的存儲，將 視頻文件存儲到通過SCSI連接的磁盤陣列中，達到 DVR存儲 容量擴充的目的。3、 遠程客戶端可以通過以太網訪問 DVR進行錄像回放。萬案特點：? 可以多臺DVR同時連接一臺磁盤陣列，部分實現了數據集中存儲，管 理和維護相對有所簡化。? 使用磁盤陣列存儲數據，將錄像設備和錄像數據分開，避免了單點故障， 從應用角度上提高了數據的安全級別。? DVR本身使用ATA

12、硬盤，不能做RAID保護，而使用磁盤陣列使用SATA硬盤，并且可以通過 RAID保護機制對視頻數據進行安全保護，而且性 能更好，從存儲角度提高了數據的安全級別。方案缺點：? 由于視頻點播、模數轉換、數據存儲功能還是都有DVR來實現，因此DVR本身性能瓶頸的問題沒有得到解決。? 由于對數據的處理還是依賴 DVR設備，一旦DVR設備出現故障，將無 法訪問所需數據。? 由于DVR本身ATA硬盤還存放一定的監控數據，對于這部分數據依然 有安全隱患問題。3.2 DVR +網絡解決下載方案醫招龔像事生7矩、踽八 欖叔Q J分配 蹄M 臺 NMDVR5視期，悔塞山叫痛圖三、DVR +網絡下載方案拓撲結構圖本

13、方案使用DVR +網絡下載方案的監控方式。SCSI to SATA磁盤陣列連接 網絡下載服務器，DVR與下載服務器連入同一網絡中，具體連接方式如上圖所 示。1、 前端多路監控攝像頭捕捉到視頻流進入光端機，通過光纖傳輸將模擬信號傳遞到中心。2、 通過視頻分配器， 將每一路視頻信號分一路給視頻矩陣， 視頻矩陣將模擬信號的視頻流直接通過顯示大屏，實現實時監控。3、 視頻分配器分另一路給DVR ， 由 DVR 負責進行模數轉換。 并進行錄像存儲。4、 定期由錄像下載服務器從DVR 處備份視頻錄像數據到磁盤陣列，并建立新的錄像文件索引。5、 查看過往錄像的時候， 查詢端直接從錄像下載服務器獲取錄像文件在

14、 SCSI 的地址，進行播放（需預裝錄像DVR 的解碼器） 。-r' /Lr-P I*方案特點：? 將監控數據集中存儲到下載服務器端，將視頻點播、數據存儲功能轉移到下載服務器端，解決了 DVR 本身存儲容量不足的問題。? 由于大部分數據存放在下載服務器端，大大較少了對DVR 的依賴性，如果 DVR 設備出現故障，可以從下載服務器中訪問絕大部分數據。? 對于多臺 DVR 大數據量需要存儲的情況，可以使用一臺下載服務器連接多臺磁盤陣列，對多臺 DVR 進行下載，使得數據存儲更加集中化，更加方便管理和維護。方案缺點：? 由于下載服務器需要定時下載DVR 上的數據，又要提供視頻點播的功能，這些

15、都需要通過網絡實現，因此對網絡帶寬要求較高。? 由于 DVR 本身 ATA 硬盤還存放一定的監控數據，對于這部分數據依然有安全隱患問題。? 錄像文件的播出還是要依賴 DVR 廠家提供的解碼器。? DVR 在錄像的同時還需要完成傳輸工作，增加了 DVR 的負擔。3.3 DVS+SCSI to SATA 磁盤陣列解決方案前端抑崎味策"備模擬信號部分數字信號部分圖四、DVSSCSI to SATA磁盤陣列解決方案拓撲結構圖本方案使用DVS+ SCSI to SATA磁盤陣列的監控方式，相對前面兩種方案，DVS的方案已經可以在大規模監控系統中投入應用。SCSI to SATA磁盤陣列與管理服

16、務器是點對點相連，具體連接方式如上圖所示1、 前端多路監控攝像頭捕捉到視頻流進入光端機，通過光纖傳輸將模擬信號傳遞到中心。2、 通過視頻分配器，將每一路視頻信號分一路給視頻矩陣， 視頻矩陣將模擬信號的視頻流直接通過顯示大屏，實現實時監控。3、 另一路視頻流進入DVS設備，DVS將模擬視頻信號編碼壓縮成數字信號形成IP數據包在以太網上進行傳輸。后端視頻存儲服 務器通過SCSI線分別與磁盤陣列相連，其上的存儲控制軟件通 過千兆以太網接收各路視頻數據，然后通過 SCSI卡將各路視頻 數據存入SCSI to SATA磁盤陣列柜中。4、 終端用戶可以通過各種方式連接于網絡中，通過DVS 服務器，對所有的

17、 DVS 進行實時視頻查看。5、 終端用戶可以通過以太網訪問存儲管理服務器的數據庫來對監控錄像進行視頻點播。-r' /Lr-P I*方案特點：? 使用 DVS 設備， 從架構上有了本質的改變， 將前端攝像頭的模擬信號轉換為數據信號，通過現有的以太網絡進行視頻傳輸。這種方式充分利用現有網絡資源，大大簡化了前端布線的工程。? 由于通過 DVS 設備在前端就進行了模數轉換，在 IP 網絡進行數字信號的傳輸，完全無需依賴DVR 進行存儲和訪問數據，徹底消除了性能瓶頸問題。? 通過使用磁盤陣列，提高了數據存儲的安全性，磁盤陣列使用 SATA 硬 盤，并且可以通過RAID 保護機制對視頻數據進行安

18、全保護，而且性能更好。? 一臺管理服務器通過DVS 管理軟件可以管理多路攝像頭的監控， 如果監控路數更多，可以通過增加服務器方式來實現對所有監控點的管理，使得數據存儲更加集中化，更加方便管理和維護。方案缺點：使用 SCSI 接口磁盤陣列與管理服務器進行連接， 由于 SCSI 本身不易于擴展，而一臺服務器連接SCSI 磁盤陣列數量有限，因此當數量繼續增加則需要添加管理服務器來連接增加的磁盤陣列， 從管理上一定程度上增加了復雜度，另外成本也有所增加。四集中存儲iSCSI磁盤陣列解決方案4.1 三種存儲架構比較目前主要的存儲架構有DAS、NAS、SAN三種方式，下面分別描述一下三 種方式的工作模式。

19、DAS (Direct Attached Storage)直接連接存儲。它是服務器通過 SCSI直接 連接外置存儲設備，主要是為了提供比服務器本機硬盤更高的性能、更安全的保 護和一定的擴展性。拓撲圖如下：LANSCSIDAS光殲線線光纖DAS光纖船盤 陣列像傳統的視頻解決方案都是使用這種連接方式， 這種方式使用比較成熟、穩 定，性能也很好，它對于分布式的存儲是一個比較好的解決方案。但是 DAS無 法提供跨平臺的支持，配置上嚴重依賴所連接的服務器， 所以管理成本很高。當 需要擴容重新做raid的時候，一般需要宕機，會影響網絡服務。NAS (Network Attached Storage )網絡

20、附著存儲。 它的主要特征是通過把 存儲設備和網絡接口集成在一起， 直接通過網絡存取數據。也就是把存儲功能從 通用文件服務器中分離出來，使其更加專門化，從而提高文件訪問服務的存取效 率，以及更低的存儲成本。網絡拓撲圖如下：NAS主要應用是提供文件訪問，而不能安裝數據庫。一般用于公司內部的 個人文件存儲，共享資料存儲等。但由于它使用以太網的CIFS協議或NFS協議, 因此文件存取效率不是很高，不適于持續碼流傳輸的應用。另外 NAS提供的是 網絡映射硬盤，不是直接寫入的block設備，因此對于視頻監控存儲整體架構的 支持還存在兼容性問題，同樣無法實現視頻數據集中存儲的需求。SAN (Storage

21、Area Network )存儲區域網絡。SAN是一種基于光網的特殊 的后臺數據存取網絡，它提供了一個性能穩定的數據高速存取平臺。 拓撲結構圖 如下：SAN的主要功能就是實現集中存儲，它將存儲通過交換機構成一個大的存 儲池，可以實現集中管理、集中存放、集中調用等功能，是視頻監控系統中最適合集中存儲的架構。 目前 SAN 架構又分為 FC SAN 和 IP SAN 兩種， 從監控應用的需求角度出發， IP SAN 從性能和價格上比較適合監控應用，我們在后面的章節將闡述 IP SAN 的優勢以及基于IP SAN 的視頻監控解決方案。4.2 采用存儲局域網絡SANSAN ( Storage Area

22、 Network ，存儲區域網絡)是一個由存儲設備和系統部件構成的網絡。 所有的通信都在一個與應用網絡隔離的單獨的網絡上完成， 可以被用來集中和共享存儲資源。 SAN 不但提供了對數據設備的高性能連接，提高了數據備份速度，還增加了對存儲系統的冗余連接， 提供了對高可用群集系統的支持。簡單地說，SAN 是關聯存儲設備和服務器的網絡。它和以太網有類似的架構。以太網由服務器、以太網卡、以太網集線器/交換機及工作站組成。 SAN則由服務器、 HBA 卡、集線器/交換機和存儲裝置所組成。SAN 主要包含 FC-SAN 和 IP-SAN 兩種， FC-SAN 的網絡介質為光纖通道(Fiber Channe

23、l),而IP-SAN使用標準的以太網，以iSCSI協議來進行數據傳輸。 IP-SAN 適用于分布式的部門級和工作組環境，能夠實現完全跨平臺文件共享，支持 Windows、NT、UNIX (Linux)等操作系統，數據可在以太網上進行傳輸，且安全功能豐富，是比 FC-SAN 功能更加完善的存儲區域網。存儲局域網絡是建立在服務器集群和存儲設備之間的網絡，給服務器集群提供集中式的共享的存儲空間，便于管理； SAN 的優點可歸納為下幾點：? SAN 存儲系統擴展性好、升級能力強，投資保護性好。? 實現了存儲系統支持數據集中式管理， 相關業務系統或全部的應用系統存儲系統合并為統一的存儲系統。? 采用開放

24、式的體系結構， 支持多種系統平臺的接入， 亦即實現跨平臺操作。? 提供包括存儲介質、接口設備及連接鏈路的冗余支持。? 向網絡客戶端和應用服務器提供高效可靠的數據存儲服務時， 同時對應用系統的運行效率和網絡的速度不會產生明顯的影響 。4.3 IP 存儲網絡FC SAN 的系統包括光纖通道卡， 光纖線，光纖通道交換機等，而像光纖通道卡、 以及每個光纖通道交換機端口的價格是普通千兆以太網的 10 至 20倍以上，加上光纖的鋪設在中國大部分地區的鋪設不普及，整個系統的建設費用非常昂貴。IP SAN 是近些年來新興的網絡存儲技術，它希望用 TCP/IP 以太網替代光纖通道網絡。 IP SAN 的好處在于

25、：使用以太網絡，保護了用戶現有的投資；以太網系統造價低； 以太網是成熟的技術， 具有良好的兼容性； 以太網絡可以擴展到遠端，便于系統的做遠程的容災備份；以太網上現有的軟件也可以直接使用，例如IP SAN可以直接加上IP sec軟件，以達到存儲網絡加密的目的；千兆以太網絡的廣泛使用，也使得 IP SAN 的性能得到提高。總之，采用 IP SAN 存儲網 絡，可以達到好兼容性和最高的性能價格比。IP SAN 使用的是 iSCSI 協議。 iSCSI (Internet SCSI )是一種在Internet 協議網絡上，特別是以太網上進行數據塊傳輸的標準。它是由 Cisco 和 IBM 兩家發起的，

26、并且得到了 IP 存儲技術擁護者的大力支持。是一個供硬件設備使用的可以在 IP 協議上層運行的 SCSI 指令集。簡單地說， iSCSI 可以實現在IP 網絡上運行 SCSI 協議，使其能夠在諸如高速千兆以太網上進行路由選擇。4.4 DVS +iSCSI to SATA 磁盤陣列解決方案模擬信號部分數字信號部分圖五、DVS iSCSI to SATA磁盤陣列解決方案拓撲結構圖本方案使用DVS+iSCSI to SATA磁盤陣列的監控方式。iSCSI to SATA磁盤 陣列通過以太網交換機與服務器相連，具體連接方式如上圖所示。1、 前端多路監控攝像頭捕捉到視頻流進入光端機，通過光纖傳輸將模擬信

27、號傳遞到中心。2、 通過視頻分配器，將每一路視頻信號分一路給視頻矩陣， 視頻矩陣將模擬信號的視頻流直接通過顯示大屏，實現實時監控。3、 另一路視頻流進入視頻服務器（DVS）,視頻服務器（DVS）將模擬視頻信號編碼壓縮成數字信號并形成 IP數據包在以太網上 進行傳輸至視頻管理服務器，通過視頻管理服務器寫入后端的 iSCSI磁盤陣列中。同時建立視頻錄像索引。這種方式從性能和成本上都大大超越之前的方案。4、 遠程客戶端可以通過以太網訪問視頻存儲服務器的數據庫來對監控錄像進行視頻點播。5、 由于采用iSCSI 盤陣， 所以存儲服務器在理論上可以連接不限數量的盤陣，在擴容方面具備極大的優勢。-r'

28、; /Lr-P I*方案特點：DVS + iSCSI to SATA磁盤陣列方案和 DVS + SCSI to SATA磁盤陣列方案基 本相同，所不同的就是在存儲結構上使用的是將 SCSI命令放在IP包中進行傳輸， 從而實現 BLOCK I/O 的訪問。? 這種方式實現靈活方便， 部署簡單， 可以利用現有網絡資源， 形成一個 IP SAN 的存儲架構。? 前端DVS 通過以太網直接寫入iSCSI 磁盤陣列當中， 無需服務器的干預，節省了系統總體成本，提高了系統性能。? 使用IP 協議進行數據傳輸，沒有距離限制。? 通過以太網交換機與主機連接，可以實現容量的無限擴容。4.5 方案優勢本方案是根據

29、我公司多年經驗， 并結合監控行業自身特點而形成的。 它很適合大規模視頻監控項目的應用，方案優勢主要體現在以下幾點：針對視頻監控行業專用的存儲系統針對視頻監控應用的特點， 我們對所推出的存儲系統進行了優化。 監控應用主要是以一定碼流多路并發寫入，并伴隨隨機讀取的的存儲應用。一般在D1 分辨率的碼流為 2Mb/s ， CIF 分辨率的碼流則為 800Kb/s 左右。在 D1 分辨率的情況下，一般視頻流一次IO 最大塊為 128Kb ，因此 100 路需要寫入的 IO 次數為2Mb/s+128KbX 100= 1562.5 IOps ,而吞吐率為 2Mb/sX 100+8 = 25MB/So而我公司

30、單臺S800系列iSCSI磁盤陣列在128Kb順序碼流寫入時吞吐率實測數據為 200MB/s 以上，完全滿足 D1 分辨率下碼流的需求；我公司單臺 S800系列iSCSI磁盤陣列在128Kb順序碼流寫入的IOps實測數據在5000以上，足夠 相應 1500 多個 IO 的需求，完全滿足大型視頻監控系統的需求。隨需擴容，無限擴展成都中安視S800系列磁盤陣列 采用目前先進的IP SAN存儲架構，可以實現存儲容量的高可擴充性。 在系統監控點增多， 存儲需求也隨即增長， 如現有容量不足，可以簡單的購買更多的 iSCSI 磁盤陣列聯入以太網交換機進行容量擴充。如果增加了磁盤陣列數量，意味著寫入路數分配

31、到了不同的磁盤陣列當中，隨著容量的擴展，系統性能也有了較大的提升。我們以D1分辨率，100路攝像頭7X24寫入，并保存30天為例。所需存儲容量計算公式為：100（路）X 30（天）X 24（小時）X 3600（秒）X 2,000,000（bps 碼流）+ （8 X 1000 X 1000 X 1000 X 1000）（單位 T 容量） = 64.8TB而一臺16盤位的iSCSI磁盤陣列的容量為32TB （配置2TB SATA硬盤）， 因此大約需要2 臺磁盤陣列可以滿足該存儲需求，可以置于一個機柜中。友好易用的中文管理平臺易管理和使用是也是城市監控存儲系統的一個基本要求。成都中安視S800系列磁盤陣列產品的管理系統是面向用戶設計的全中文的管理系統。 而且業界最先進的基于瀏覽器的管理方法，在客戶端無需安裝任何軟件。根據我們的經驗，管理員可以在15 到 20 分鐘內，就輕松掌握整體系統的使用和管理。高安全性提升數據的安全級別成都中安視S800 系列磁盤陣列的存儲方案中，數據存儲采用業界先進的RAID6 技術。以往的 RAID5 技術是在