淺談安防存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

□ 文/王景彬

存儲(chǔ)設(shè)備作為數(shù)據(jù)的載體，具有無法衡量的價(jià)值。而安防存儲(chǔ)，由于其數(shù)據(jù)量的龐大，更是在存儲(chǔ)市場(chǎng)占有相當(dāng)一部分的比例。隨著智慧城市、平安城市、天網(wǎng)等概念的提出，視頻監(jiān)控所需的存儲(chǔ)空間需求在大幅的提升。例如，一座小型的城市，要想實(shí)現(xiàn)公共區(qū)域無死角的監(jiān)控，需要少則幾千，多則上萬的點(diǎn)位。如果按照1萬路1080P視頻，采用H.265視頻壓縮技術(shù)，存儲(chǔ)1天就需要200TB的存儲(chǔ)空間。而通常這種平安城市的視頻要求存儲(chǔ)至少90天甚至1年之久，輕輕松松就達(dá)到了幾十甚至上百PB級(jí)別的存儲(chǔ)容量。

伴隨著這么大的容量的需求，勢(shì)必要引起存儲(chǔ)技術(shù)的革新。而安防存儲(chǔ)技術(shù)一直以來都是圍繞著容量、性能、安全性3個(gè)方面來發(fā)展的。由于安防行業(yè)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型比較單一，多以視頻和圖片為主。所以提升存儲(chǔ)空間的主要途徑基本只有兩種，一是增加設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容。二是從數(shù)據(jù)源本身出發(fā)，壓縮數(shù)據(jù)源，降低數(shù)據(jù)的空間占用率。

監(jiān)控存儲(chǔ)的三種產(chǎn)品形態(tài)

毫無疑問，基于擴(kuò)容的方式是簡(jiǎn)單直接的，但也是最耗費(fèi)資源的。安防行業(yè)的存儲(chǔ)主要分3種類型，NVR、集中存儲(chǔ)和云存儲(chǔ)?；贜VR的擴(kuò)容主要是通過增加設(shè)備，配置集群的方式來進(jìn)行。由于NVR本身只適用于小型監(jiān)控場(chǎng)景，自身一般只配備1至16塊硬盤，所以這種方式所能擴(kuò)充的容量也非常有限，主要適用于超市、小區(qū)等場(chǎng)景。集中存儲(chǔ)相對(duì)NVR而言涉及到的擴(kuò)容技術(shù)就更復(fù)雜了些。集中存儲(chǔ)的技術(shù)經(jīng)歷了從IPSAN到流直存的過程。相對(duì)NVR而言，IPSAN更重視數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一管理，并具有非常出色的容量擴(kuò)展能力，因此IPSAN更適用于大規(guī)模部署。IPSAN主要通過連接擴(kuò)展柜的方式進(jìn)行擴(kuò)容，這種方法簡(jiǎn)單直接，但劣勢(shì)也很明顯。那就是隨著擴(kuò)展的增加，主機(jī)的負(fù)擔(dān)會(huì)逐漸加重，到最后會(huì)出現(xiàn)單點(diǎn)故障、擴(kuò)展柜的讀寫速度與主柜脫節(jié)等問題。為了解決這一問題，安防廠商后來逐漸開發(fā)出了安防特有的視頻存儲(chǔ)技術(shù)，視頻流直存技術(shù)，其對(duì)應(yīng)的設(shè)備被稱之為網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器的擴(kuò)容只需將新的設(shè)備接入局域網(wǎng)絡(luò)，通過IP地址等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議即可進(jìn)行連接。在2PB級(jí)別以下中小型項(xiàng)目中，這種方式可解決用戶的絕大多數(shù)需求。云存儲(chǔ)是一種新型的存儲(chǔ)技術(shù)，在單純的存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上，還加入了云計(jì)算功能。它的擴(kuò)容與集中存儲(chǔ)類似，但除了通過基本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接之外，云存儲(chǔ)還需要進(jìn)行集群配置才能讓新加入的節(jié)點(diǎn)接入到虛擬集群中。

監(jiān)控存儲(chǔ)面臨的挑戰(zhàn)

從數(shù)據(jù)源本身出發(fā)，更多涉及到的是圖像處理技術(shù)。視頻壓縮編碼技術(shù)經(jīng)歷了由早期的H.264到H.265，到目前個(gè)別安防廠商自主開發(fā)的編碼技術(shù)。傳統(tǒng)藍(lán)光1080P視頻的碼流大小是8Mb，H.264編碼可以實(shí)現(xiàn)將1080P分辨率的視頻流壓縮至4Mb碼流。H.265是ITU-T VCEG繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，可以將1080P分辨率的視頻壓縮到2Mb碼流，存儲(chǔ)空間節(jié)省了一倍。關(guān)鍵的是，在視頻文件大小逐漸被降低的情況下，人眼觀看的視頻質(zhì)量還能保持不變。當(dāng)前的安防市場(chǎng)正值H.264到H.265的切換時(shí)代，市場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，H.264產(chǎn)品，不論是前端相機(jī)，還是后端存儲(chǔ)設(shè)備，所占的市場(chǎng)份額都在逐漸被H.265設(shè)備所取代。可見，視頻壓縮技術(shù)的更新是未來存儲(chǔ)市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。在此趨勢(shì)下，幾家安防行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)軍者紛紛推出了更優(yōu)于H.265的壓縮技術(shù)。例如，天地偉業(yè)S+265技術(shù)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)將1080P視頻流壓縮到1Mb大小碼流，存儲(chǔ)空間相比于H.265又降低了一倍。那么，如此高效的壓縮編碼技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？據(jù)相關(guān)人士透露，絕大多數(shù)視頻監(jiān)控的場(chǎng)景其實(shí)可以分為兩部分，一部分是背景，另一部分是運(yùn)動(dòng)的人和物。背景通常是固定不變的，這部分可以分配低碼率進(jìn)行傳輸，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的人和物，則可以分配高碼率，最后進(jìn)行合成，就可以實(shí)現(xiàn)1Mb碼率的效果。

在滿足了容量需求之后，存儲(chǔ)的寫入讀出速度成了一個(gè)新的挑戰(zhàn)。隨著高清化視頻監(jiān)控的普及，1080P分辨率幾乎成了安防項(xiàng)目采購的最低配置，而4K等分辨率也逐漸在安防市場(chǎng)嶄露頭角。前面也已經(jīng)提到，在一個(gè)小型的平安城市項(xiàng)目中，幾千或上萬的點(diǎn)位數(shù)已經(jīng)成為常態(tài)。那么如果按照1000路1080P前端，8Mb碼流來算的話，每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量就有8GB。對(duì)于如此大的接入帶寬，目前安防市場(chǎng)的主流解決方法就是采用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器搭建局域網(wǎng)的方式來解決的，也就是我們所說的集中存儲(chǔ)方式。目前市場(chǎng)上主流的項(xiàng)目級(jí)集中存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)接入1024M的帶寬，基本滿足了數(shù)據(jù)寫入速度。但在實(shí)際應(yīng)用中，讓服務(wù)器以滿負(fù)荷的接入帶寬運(yùn)行的場(chǎng)景并不多，原因有二。首先，由于服務(wù)器本身硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)，長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行對(duì)CPU等核心配件的消耗較大。其次，安防市場(chǎng)主流集中存儲(chǔ)的機(jī)型多為24盤位和36盤位，拿24盤位舉例，如果安裝6T硬盤，只能對(duì)400路1080P分辨率，2Mb碼流的視頻存儲(chǔ)18天。超過這個(gè)時(shí)間，就會(huì)進(jìn)行循環(huán)刪除。而對(duì)于智慧城市這種應(yīng)用場(chǎng)景來說，視頻存儲(chǔ)的市場(chǎng)最起碼是3個(gè)月。所以為了更好的利用集中存儲(chǔ)的性能，大盤位的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器應(yīng)運(yùn)而生，逐漸由傳統(tǒng)的24盤位切換到48盤位，甚至72盤位。未來隨著數(shù)據(jù)量的繼續(xù)增大，大盤位的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器將會(huì)占據(jù)更多的存儲(chǔ)市場(chǎng)。

在容量和性能初步滿足了用戶的需求之后，安全問題成了最終的考慮點(diǎn)。如此龐大的數(shù)據(jù)量，如何保證設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行數(shù)據(jù)不丟失？服務(wù)器也好，硬盤也好使用壽命大多在5年至10年之間，設(shè)備損壞可以更換，但如何實(shí)現(xiàn)將損壞存儲(chǔ)介質(zhì)之中的數(shù)據(jù)成功恢復(fù)呢？傳統(tǒng)存儲(chǔ)都是通過磁盤之間做raid組來實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。Raid是將多塊物理磁盤虛擬成一塊邏輯磁盤的一種技術(shù)，監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用比較多的是raid5模式，可以實(shí)現(xiàn)1快raid組中一塊硬盤發(fā)生損壞，壞盤中的數(shù)據(jù)能自動(dòng)恢復(fù)到raid組中，初步具備了容錯(cuò)性。但raid方式只是將容錯(cuò)的基本單位停留在了硬盤上，如果服務(wù)器節(jié)點(diǎn)故障，仍然會(huì)造成單點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失。面對(duì)這種安全性需求，云存儲(chǔ)應(yīng)運(yùn)而生。

云存儲(chǔ)是安防存儲(chǔ)的新未來

云存儲(chǔ)是在云計(jì)算概念上延伸和發(fā)展出來的一個(gè)新的概念，是一種新興的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能的系統(tǒng)。從物理上看，云存儲(chǔ)是一臺(tái)一臺(tái)獨(dú)立的服務(wù)器，但在使用的時(shí)候，用戶只會(huì)看到一個(gè)虛擬的存儲(chǔ)池，統(tǒng)一對(duì)外提供存儲(chǔ)服務(wù)。市場(chǎng)上常見的云存儲(chǔ)提供廠商有百度云，阿里云，華為云等。這些云存儲(chǔ)廠商構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)中心，然后對(duì)外提供這部分存儲(chǔ)空間的使用權(quán)，這種模式我們可以稱之為公有云。而安防云存儲(chǔ)與之有些不同，由于大量的視頻數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)產(chǎn)生，所以如果將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在異地，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬將是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。不僅如此，如果是像平安城市這種涉及到公共安全的視頻數(shù)據(jù)，更是不能讓其在共有網(wǎng)絡(luò)中傳輸。所以，安防廠商一般都會(huì)選擇幫用戶在本地構(gòu)建自己的數(shù)據(jù)中心，也稱之為私有云。提高安全性勢(shì)必要增加冗余度，而如何利用最小的冗余度提供最大的安全性，則是安防廠商在技術(shù)一直努力的方向。在這個(gè)方向上，安防云存儲(chǔ)隨之出現(xiàn)。

云存儲(chǔ)相對(duì)于集中存儲(chǔ)而言主要有兩大優(yōu)勢(shì)，第一，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載均衡。云存儲(chǔ)對(duì)外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能，至于數(shù)據(jù)存進(jìn)來之后如何找到合適的位置落盤，則是由云存儲(chǔ)內(nèi)部的集群軟件統(tǒng)一調(diào)配的。這種調(diào)配機(jī)制可以保證集群中每一臺(tái)設(shè)備上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量比較平均，讀寫速度也比較均衡，防止局部讀寫壓力過大，最大限度的利用了集群的性能優(yōu)勢(shì)。第二，云存儲(chǔ)具有超強(qiáng)的容災(zāi)性。云存儲(chǔ)的容災(zāi)性主要體現(xiàn)在其內(nèi)部所搭建的糾刪和副本池。通過N+M這種N臺(tái)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)加M臺(tái)糾刪節(jié)點(diǎn)的配置方式，可以實(shí)現(xiàn)集群中M臺(tái)節(jié)點(diǎn)發(fā)生損壞，數(shù)據(jù)不丟失，錄像業(yè)務(wù)不中斷。

當(dāng)前市場(chǎng)上的安防云存儲(chǔ)主要有兩種架構(gòu)，對(duì)稱架構(gòu)和非對(duì)稱架構(gòu)，兩者各有優(yōu)劣勢(shì)。非對(duì)稱架構(gòu)的云存儲(chǔ)由云存儲(chǔ)管理節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)組成。管理節(jié)點(diǎn)通常使用高配置的服務(wù)器來進(jìn)行資源調(diào)配的功能，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)一般所用配置較低。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于，由于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，管理節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少，整體的成本會(huì)偏低。但劣勢(shì)也很明顯，一旦管理節(jié)點(diǎn)發(fā)生損壞，整個(gè)存儲(chǔ)集群將無法使用。對(duì)稱架構(gòu)與非對(duì)稱架構(gòu)的區(qū)別就在于它沒有管理節(jié)點(diǎn)，而是把管理節(jié)點(diǎn)虛擬到集群中。這樣做的好處就在于，省去了一臺(tái)服務(wù)器，節(jié)約了成本。其次，從安全性考慮，由于管理節(jié)點(diǎn)虛擬到集群中，并在節(jié)點(diǎn)之間不斷轉(zhuǎn)移，就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)損壞的隨機(jī)性。也就是說，不再指定固定的某臺(tái)服務(wù)器不能損壞。目前安防云存儲(chǔ)市場(chǎng)的趨勢(shì)更加傾向于對(duì)稱架構(gòu)，只要成本允許的條件下，推薦使用對(duì)稱架構(gòu)的云存儲(chǔ)。不僅因?yàn)槠浒踩暂^高，更是因?yàn)檫@種架構(gòu)具有可拓展性。通過將每臺(tái)獨(dú)立的服務(wù)器虛擬成一個(gè)存儲(chǔ)池，可以在里面劃分不同的存儲(chǔ)空間，然后在各個(gè)空間內(nèi)運(yùn)行虛擬機(jī)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)各種不同的業(yè)務(wù)。一套硬件實(shí)現(xiàn)了所有業(yè)務(wù)，構(gòu)成了一個(gè)超融合系統(tǒng)。這個(gè)概念已經(jīng)有個(gè)別廠商投入使用了，效果還算比較理想。所以說，云存儲(chǔ)是安防存儲(chǔ)市場(chǎng)未來的發(fā)展趨勢(shì)，而對(duì)稱架構(gòu)的云儲(chǔ)存是未來云儲(chǔ)存市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。