關于視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用IP-SAN存儲構架的研究

郭旭東 文尚平

摘? 要：隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，運營管理單位對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求日益增加?，F(xiàn)場攝像機布點量及后臺視頻監(jiān)控數(shù)據量與日俱增，視頻數(shù)據存儲量高達100 TB，面對巨量監(jiān)控信息的存儲管理，便成為視頻監(jiān)控存儲系統(tǒng)一個重要的功能研究課題。文章根據項目設計方案進行實驗室環(huán)境搭建測試。梳理出視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用IP-SAN存儲構架的解決方案，并對此類存儲構架解決方案作出總結歸納，希望為后續(xù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲業(yè)務提出指導性意見。

關鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng);中間存儲轉接件;iSCSI協(xié)議;SNMP協(xié)議

中圖分類號：TP391.4;TP277? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0014-05

Research on IP-SAN Storage Architecture for Video Surveillance System

GUO Xudong1，WEN Shangping2

（1.Baoxin Software （Chengdu） Co.，Ltd.，Chengdu? 610094，China;

2.Chengdu Metro Operation Co.，Ltd.，Chengdu? 610021，China）

Abstract：With the rapid development of urban rail transit，the functional requirements of video monitoring system for operation management units are increasing. The number of on-site cameras and background video monitoring data is increasing day by day，and the video data storage capacity is up to 100 TB. Facing the huge amount of monitoring information storage management，it becomes an important functional research topic of video monitoring storage system. According to the project design，this paper tests the laboratory environment. Combing out the video monitoring system using IP-SAN storage architecture solutions，and this kind of storage architecture solutions are summarized，hoping to provide guidance for the subsequent video monitoring system storage business.

Keywords：video monitoring system;intermediate storage adapter;iSCSI protocol;SNMP protocol

0? 引? 言

隨著城市軌道交通建設的飛速發(fā)展，用戶使用需求也在不斷增加，項目建設所需使用的通信技術也在不斷更新，不同項目采用系統(tǒng)方案不同。本文著重對視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用IP-SAN網絡存儲構架的實施方案進行詳細剖析，詳細分析說明該方案所用的系統(tǒng)構架、網絡規(guī)劃、對接測試步驟、方案原理。

1? 案例分析背景

2018年11月，本公司成功中標成都軌道交通8號線一期專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務項目。根據投標技術方案，該項目系統(tǒng)存儲采用IP-SAN網絡存儲構架。該系統(tǒng)存儲構架需支持RAID 0、1、5、6、10的盤陣組合及實現(xiàn)全局熱備盤，并具備對磁盤進行詳細監(jiān)視的功能要求。目前針對存儲主機無法直接和視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺對接，錄像文件的寫入、錄像的查詢和回放都沒有比較好的方案接入視頻監(jiān)控平臺的問題。經反復研究探索，提出用中間存儲轉接件通過標準的iSCSI協(xié)議對接存儲主機，從存儲主機獲取映射過來的RAID組合磁盤空間，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺存儲配置，實現(xiàn)對錄像數(shù)據的寫入、錄像的查詢和回放功能的方案。

存儲主機能通過iSCSI協(xié)議映射磁盤空間，但存儲主機的告警信息無法通過該協(xié)議進行告警信息的發(fā)送，系統(tǒng)無法收集設備告警信息，視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺無法進行告警信息的展示。從系統(tǒng)穩(wěn)定性方向研究考慮，視頻監(jiān)控平臺通過標準的SNMP協(xié)議和存儲主機對接，以獲取告警信息并在視頻監(jiān)控平臺及客戶端進行展示，是較為可靠的方案。

2? 系統(tǒng)構架

在國內現(xiàn)階段的視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀中，主要是利用大型的專用網絡存儲技術進行實現(xiàn)系統(tǒng)大量視頻錄像的存儲，其中分別是DAS、NAS、FC-SAN、IP-SAN幾類構架，本文主要針對IP-SAN網絡存儲構架進行充分的分析說明[1]。表1為本次接口測試搭建環(huán)境所需配置的設備清單。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)與IP-SAN存儲系統(tǒng)的構架如圖1所示，前后端設備通過核心交換機完成系統(tǒng)組網，通過設備的IP規(guī)劃、系統(tǒng)服務的部署實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據交換，并在前端設備進行展示。

3? 對接協(xié)議描述

3.1? iSCSI協(xié)議

iSCSI是一種網絡數(shù)據運輸協(xié)議接口，該協(xié)議主要是為了提供一個互操作性的解決檔案協(xié)議，利用現(xiàn)有的網絡基礎設施，促進和擴大存儲區(qū)域網絡（SAN）[2]。本質上，iSCSI協(xié)議是讓兩個主機通過規(guī)劃的IP網絡相互協(xié)商，然后交換iSCSI命令。iSCSI使用TCP/IP協(xié)議（一般使用TCP端口860和3260），主要進行系統(tǒng)視頻錄像業(yè)務的處理。

3.2? SNMP協(xié)議

SNMP協(xié)議又稱簡單網絡管理協(xié)議，是專門設計用于在IP網絡管理網絡節(jié)點（服務器、工作站、路由器、交換機及HUBS等）的一種標準網絡管理協(xié)議，是管理進程與代理進程之間的一種簡單請求-應答協(xié)議[3]。SNMP協(xié)議使網絡管理員能夠管理網絡效能，發(fā)現(xiàn)并解決網絡問題以及規(guī)劃網絡增長。通過SNMP協(xié)議接收隨機消息及事件報告，網絡管理系統(tǒng)獲知網絡出現(xiàn)問題。是現(xiàn)代網絡管理中較為流行、應用廣泛的一種管理協(xié)議。下面對其工作機制進行簡單介紹：

（1）當使用者需要向設備獲取數(shù)據，協(xié)議提供了“讀”的操作;

（2）當使用者需要向設備執(zhí)行操作，協(xié)議又提供了“寫”的操作;

（3）當設備的某些重要狀態(tài)發(fā)生變化時，需要上報，協(xié)議又提供了Trap操作，Trap操作用來報告一個關于被管理子系統(tǒng)的警告或其他異步事件。

視頻監(jiān)控平臺和存儲主機告警的對接就采用第三種工作機制，由存儲主機主動發(fā)送告警信息，視頻監(jiān)控平臺告警服務器被動選擇性接收告警信息。

4? 網絡規(guī)劃

存儲主機為雙控制器，其存儲業(yè)務與存儲管理是分別獨立進行的，每一個控制器需設置一個存儲業(yè)務IP和一個存儲管理IP，并且業(yè)務IP與管理IP不能在同一網段。將4個IP端口接入核心交換機，系統(tǒng)存儲業(yè)務和管理業(yè)務IP網段可不做隔離，互通。

中間存儲轉接件一般為單控制器（項目條件滿足的話可以使用雙控制器），主要進行視頻錄像的管理。在業(yè)務上有4個網絡端口，此4個端口共用一個IP，可建立4個不同IP地址的鏈路，只有在此4鏈路同時斷開的時候才會中斷存儲。此測試只用4個網絡端口中的1個接入交換機（現(xiàn)場實施接入2個端口）。此IP與平臺服務器劃分在同一網段內。中間存儲轉接件在硬件上必須自帶系統(tǒng)管理磁盤，重啟時其關鍵的中間存儲轉接件服務才能正常自啟動，視頻錄像信息才能正常存儲。在中間存儲轉接件設置存儲方式為循環(huán)覆蓋。

視頻監(jiān)視平臺安裝在視頻管理服務器上。該視頻管理服務器至少設置2個網段：服務器的其中一個IP網段需對應存儲主機的存儲管理網段，以接收存儲主機上傳的告警信息;服務器的另一個IP網段需對應存儲主機的存儲業(yè)務網段和中間存儲轉接件的存儲業(yè)務管理網段。

存儲主機業(yè)務端口IP、中間存儲轉接件IP、視頻管理平臺服務器其中一個IP需在同一網段;存儲主機管理端口IP、平臺服務器其中一個IP需設置另一網段。

5? 告警信息的匹配

存儲主機會發(fā)很多告警信息，平臺需要判斷告警信息是否可用，需參考存儲設備提供的MIB接口說明書，根據說明書中各種告警信息的OID編碼進行解析，根據OID查詢所有上報的告警，再根據告警對應的ID匹配指定的告警信息。所有不是從這個OID發(fā)出的告警，都將被平臺判定為無用的告警信息。

正常的一個告警都會發(fā)出三條告警信息：告警故障、恢復告警、事件告警。每一個告警都有自己唯一的告警ID，雙方通過這個告警ID來匹配是否是需要展示的告警信息。通過重要與不重要告警信息的篩選，本次測試信息主要如表2所示，其中硬盤被拔出的告警對應的告警ID是0x10A0008，轉換成二進制就是17432584。其他告警信息以此類推。

6? 存儲主機開啟SNMP服務

第一步：進入存儲主機Linux系統(tǒng)操作界面，輸入chang user mode current mode user mode=developer命令進入配置模式。

Have you read danger alert message carefully？（y/n）

回復：y

Are you sure you really want to perform the poeration？（y/n）

回復：y

第二步：在第一步界面上，輸入y開啟存儲主機的SNMP服務。

在配置模式中輸入change snmp status=strat命令，系統(tǒng)自動回復Command executed successfully.說明SNMP服務已成功開啟。

確定SNMP接口協(xié)議信息，SNMP服務啟動界面示意圖如圖2所示。

第三步：設置SNMP版本，并開啟SNMP V1V2C Switch。

在配置模式中輸入show snmp version查看SNMP版本信息，開啟SNMP協(xié)議界面的操作示意圖如圖3所示。

第四步：設置陣列讀寫團體字。

開啟SNMP協(xié)議后，進行存儲磁盤陣列團體字配置。輸入命令change snmp community read_community=Read@storage

write_community= Write@storage，顯示Command executed success-

fully說明配置命令執(zhí)行成功，團體字配置完成。

第五步：在存儲主機配置需接收告警信息的服務器IP地址、告警上傳端口號，并正確完成SNMPv2c的協(xié)議版本配置，告警接收類型選擇“ALL”。如果配置錯誤，將導致平臺無法接收到告警信息。

7? 對接測試

系統(tǒng)對接功能需采用專用iReasoning工具進行功能測試。

第一步：電腦安裝JAVA軟件，創(chuàng)建JAVA測試環(huán)境，如圖4所示。

第二步：打開mibbrowser/bin文件架內的browser應用程序接口測試工具。

第三步：磁盤陣列SNMP端口確認。

登錄存儲主機Linux系統(tǒng)操作界面，輸入cshow snmp port查詢存儲主機陣列SNMP端口，用工具登錄的時候要確保端口號一致，不然無法連接。

第四步：SNMP工具端設置。

端口號需要和存儲主機陣列端口號一致，Read Community和Write Community需要和存儲主機陣列讀寫團體字一致，SNMP版本選2，如圖5所示。

第五步：通過OID直接讀取存儲主機信息。

根據存儲設備提供的MIB接口說明書，正確輸入OID編碼，查詢所有上報的告警信息。

第六步：與存儲主機對接。

測試工具具體顯示的告警事件的ID編碼為十六進制，通過轉換為十進制后，核對編碼與存儲主機的告警信息ID編碼一致，說明成功匹配接收存儲主機告警信息，接口協(xié)議調試對接完成。

第七步：告警主機接收設置。

通過Tools菜單按鍵，選擇Trap Receiver進行接收配置，如圖6所示。

注意正確配置告警信息傳輸端口號及其用戶數(shù)據報協(xié)議。端口號配置參考第四步的SNMP工具端設置。

第八步：接收告警信息復測。

通過以上步驟配置后，開始再次進行存儲設備模擬制造告警信息，主機接收告警信息測試，核對告警信息編碼與告警信息一致。對接告警信息一致，說明接口測試完成，可進行視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺配置。

8? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺告警配置

第一步：如圖7所示，在監(jiān)控平臺添加存儲主機設備資源。

第二步：在平臺報警管理添加設備報警，部署報警級別、布防時間計劃，如圖8所示。

第三步：告警展示。

以上配置完成后，進行模擬測試，系統(tǒng)平臺收到相應的告警信息，并在平臺節(jié)目面進行展示。圖9是根據硬盤域中存儲磁盤被拔出、恢復故障的告警信息展示。

9? 方案原理

本次測試的告警信息上傳流程：

（1）當存儲設備狀態(tài)發(fā)生變化時，存儲主機把該變化的報警信息上報給視頻監(jiān)控平臺AMS（告警服務器）;

（2）AMS收到告警消息后，把告警信息上傳給MQ（中間存儲管理設備）;

（3）CMS（中心管理服務器）在MQ設置偵聽，MQ中有消息更新就會去主動獲取消息;

（4）CMS把獲取到的告警寫入數(shù)據庫;

（5）Web去查詢數(shù)據庫，獲取最新的報警信息后在監(jiān)控平臺報警頁面展示;

（6）在Web頁面配置C/S客戶端聯(lián)動，當MQ有信息更新時，C/S客戶端獲取最新的告警信息并展示。

告警信息的具體上傳流程如圖10所示。

10? 測試結果

10.1? 視頻錄像存儲功能

在視頻監(jiān)視平臺上能正常調取選定的攝像機視頻錄像信號，并可隨意選定任何時段的錄像信息。在存儲容量固定的情況下，通過循環(huán)覆蓋的方式來存儲新的錄像內容，被順序覆蓋的錄像將不存在。

10.2? 存儲主機監(jiān)視功能

（1）存儲主機的所有告警，均能在其自身的管理頁面上查詢到。由于存儲的絕大多數(shù)告警均是要在真實故障狀態(tài)下才能觸發(fā)的，在實驗室及前期篩選的告警信息中，僅能對2個告警進行真實測試——硬盤被拔出告警，引擎處于單控運行、對應硬盤被拔出恢復告警，引擎恢復雙控運行;

（2）在存儲主機上拔掉硬盤框內某一塊硬盤，在視頻監(jiān)視平臺最近報警信息中顯示“硬盤域中硬盤被拔出故障告警”。2分鐘后插上已拔硬盤，在視頻監(jiān)視平臺最近報警信息中顯示“硬盤域中硬盤被拔出恢復告警”;

（3）在存儲主機上拔掉其中一個控制器，在視頻監(jiān)視平臺最近報警信息中顯示“引擎處于單控運行狀態(tài)事件告警”。2分鐘后插上已拔的控制器，在視頻監(jiān)視平臺最近報警信息中顯示“引擎恢復雙控運行”。

11? 結? 論

綜上所述，系統(tǒng)為滿足基于IP-SAN網絡存儲構架需支持RAID 0、1、5、6、10的盤陣組合及實現(xiàn)全局熱備盤，并具備對磁盤進行詳細監(jiān)視的功能要求，為后續(xù)項目實施提供了強有力的保證。

在目前網絡技術飛速發(fā)展的時代背景下，大型網絡化階段的視頻監(jiān)控系統(tǒng)也隨之到來。基于IP-SAN存儲構架，其存儲技術高度發(fā)達也是不言而喻的。本文所介紹的IP-SAN存儲構架解決方案，集存儲、信號轉發(fā)功能于一身，與視頻監(jiān)控平臺的兼容擴展性得到驗證，相信將成為目前行業(yè)發(fā)展趨勢，其集成高效、可靠的系統(tǒng)監(jiān)控性能，勢必將引領著視頻監(jiān)控行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1] 勞志浩.面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的云存儲運維系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) [J].無線互聯(lián)科技，2017（4）：6-7.

[2] 董朝陽，趙俊華，文福拴，等.從智能電網到能源互聯(lián)網：基本概念與研究框架 [J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（15）：1-11.

[3] 楊烈君，吳玉芹，許先斌.ISCSI協(xié)議遠程存儲輕量級安全移動設備研究 [J].湖北民族學院學報（自然科學版），2016，34（4）：420-423.

作者簡介：郭旭東（1987.01—），男，漢族，四川成都人，工程師，本科，研究方向：現(xiàn)代信息科技;文尚平（1970.12—），男，漢族，四川德昌人，工程師，本科，研究方向：傳輸與接入。