大数据下 视频安防监控存储技术发展

　　随着平安城市建设的深度推进和视频监控数据暴增，监控系统与数据中心里硬盘占了服务器及存储设备50%以上的成本。然而过去中国安防产业发展的黄金10年，安防企业购买的硬盘一直依附于IT市场的存在。随着网络监控的诞生解决了传统监控效果的难题，改变了传统的连接方式，更简单更便捷，但同时衍生了更庞大的存储需求和更高的带宽满足。

　　视频监控系统中采用的存储设备在数据读写方式上具有与其他类型系统不同的特点。视频监控系统一般具有监控点多(摄像头数量多)、视频数据流大、存储时间长、24小时连续不间断作业等特点。目前，视频监控硬盘容量适用于数字硬盘录像机等音频视频应用范畴以及监控影像系统，包括数字硬盘录像机，IP网关和主流监视系统等，相比个人电脑有着更严格的要求，例如更高的可靠性和兼容性，更低的能耗，能同时录制多个音频或高清晰度视频流等。而在消费类应用中，数字录像机必须应对严苛的环境和使用概况，这意味着它们所装置的硬盘要消耗较少的能源，产生较少热量以及安静地运转，更适合市场的应用需求。

　　安防硬盘存储技术优势

　　近年来，随着安防监控产品发展和市场的特殊要求，硬盘在各方面都表现出了以往所不能相比的亮点。如硬盘在减振静音方面做的尤为出色，采用独特的(IntelliSeek)智能寻道技术来优化寻道速度，在降低能耗、噪声和振动的同时，更为有效地控制了传动器的运转，对磁头准确地接触到下个扇区读取新信息起到了至关重要的作用。而在运转的流畅性方面，硬盘所减低能耗比以往降低60%左右，其寻道操作更加安静，振动大大减少。其次，SilkStream技术为平滑、连续的数字视频录像和回放作优化，可支持多达12路HD视频流，以及液态轴承马达减少噪音并提高可靠性，高级电源管理功能可保证电子元器件提供一流的低功耗以满足减少功耗的要求和增加可靠性。

　　RampLoad技术可确保硬盘启动、停转和不工作时停放磁头。此外，多层熔铸的不锈钢外壳及精准设计的底座，将工作噪音最小化。目前，经测试硬盘制造的噪音低于1Sone(15分贝)，人耳几乎听不到任何声音。目前，硬盘产品的特点可归纳为以下几点：如可靠性，低功耗、低散热，和高抗震性等。

　　1.长时间的可靠性

　　(1)业界领先的1百万小时MTBF；

　　(2)专为持续24X7高温工作的监控录像系统设计(0-70度盘体温度)；

　　(3)SilkStream技术支持流媒体命令，支持ATA7，采用为音视频录像和回放优化的CCT，为音视频数据长时间读写提供优化，提高音视频读写的稳定性和可靠性。

　　2.低功耗、低散热

　　(1)IntelliSeek功能优化寻道速度，降低噪音/功耗/振动；

　　(2)1.5安培的超低启动电流，降低硬盘上电对电源的冲击。

　　3.高抗振性

　　RampLoad斜坡加载技术使磁头永远不接触盘片，在大幅提高硬盘非工作抗震性的同时，提高长期运转的可靠性。

　　4.流媒体优化

　　流媒体具有连续性(Continuous)、实时性(Realtime)、时序性三大各点，用来保存安防监控记录视频是最合适的载体。SilkStream是AV系列硬盘专为流媒体开发的特色技术，转为流畅的连续数字视频回放进行了优化，可同时支持多达12个并发高清数字视频流，SilkStream兼容ATA流控制指令集，可为用户提供标准的流管理和错误恢复功能。这项技术可以解决与碎片相关的服务质量问题，因此性能不会随时间的推移而降低，并且提高硬盘的可靠性，减少现场DVR系统故障并且可以降低硬盘任务负载。

　　安防硬盘存储技术

　　1.Intelliseek-智能寻道技术

　　目前，硬盘拥有独特的智能寻道技术可主动计算出最优化的寻道速度以减少传动器的仓促运转，从而降低了噪音与能量消耗。有了智能寻道技术，传动器的运转得到有效控制，磁头能准确地接触到下个扇区读取新信息而不是硬盘存储技术的在视频监控中的应用匆忙上升并等待硬盘的旋转。运转的流畅使寻道操作更加 安静，震动大大减少。安防监控领域是一个对产品功耗及硬盘寿命要求较高的领域，而磁盘的机械臂移动速度过快则会造成硬盘的功耗过高，且影响机械臂的寿命，增加故障机率。

　　2.RotaryAccelerationFeedForward(RAFF)-旋转加速前向反馈

　　这项技术被广泛应用在SCSI产品中，通过在硬盘控制PCB上增设震动传感器来实侦测硬盘震动，补偿性能，这种特性在多硬盘的复杂环境尤为有用。硬盘在工作时会产生两种震动，一种是水平方向的，一种是垂直方向的，垂直方向的震动很容易理解，这种震动的危害主要是容易让磁头与盘片发生碰撞。而水平方向的震动是因为硬盘工作时盘片会高速旋转，在旋转的同时会产生向心力带动硬盘在水平方向运动，多块硬盘同时进行水平运动可能对其他硬盘造成干扰，也就是产生磁头偏离磁道的现象，虽然传动系统会让磁头自动回到正确的位置，但是这样就会产生不必要的延时。

　　旋转震动补偿就是针对旋转震动而设计的技术，硬盘带有旋转震动感应器，一旦周围的硬盘同时旋转发生旋转震动，感应器会产生位移信号，让磁头可以更迅速的归位，减少旋转震动造成磁头偏离而产生的影响。

　　3.斜坡加载(RampLoad)技术

　　通常硬盘在工作状态时，不仅会产生水平方向的震动，还会产生垂直方向的震动。垂直方向的震动对硬盘来说危害是巨大的，一旦硬盘发生垂直方向的震动，很容易产生硬盘故障。传统硬盘在仅靠马达的盘片内存部分设置了带有纹理的悬停区域，当硬盘通电启动时，承载磁头的滑橇(slider)在盘片表面滑行，直到盘片旋转的速度快到两者之间产生足以将滑橇托起来的气垫为止，这时候磁头逐渐转移到有数据保存的扇区开始正常工作。硬盘断电可以看作是通电的逆运行，磁头在断电以后依靠马达的惯性，磁头将重新移至这片特殊的悬停区域，直到惯性消失，硬盘完全停止工作。而采用RampLoad斜坡加载技术的硬盘很容易解决这个问题，它针对传统设计进行了改良，将马达内侧的磁头休息区转移至磁盘外，建立单独的区域，这样可以避免在外力的冲击下，磁头(滑橇)从悬停区跌落与盘片接触，降低了磁头(滑橇)与盘片发生接触的机率(硬盘关闭时磁头在盘片外，肯定不会有接触；硬盘运转起来后，如果处于空闲(Idle)状态，磁头也可以回到支架上，而不是一直在盘片上空飞行)。RampLoad斜坡加载技术还可以降低硬盘的功耗，当磁头回到待机区域的时候，功耗必然比磁头悬停在盘 片表面时要更低一些，对长期处于待机状态的安防监控类硬盘来说，这项技术是很必要的。这样利用斜坡的缓冲原理，将硬盘启动前后旋转中的磁头和盘片分离，减少磁头与盘片表面的摩擦与损耗，使之更加节能，电子元件更加优化，从而保证了硬盘长期运行的可靠性。

　　4.液态轴承马达

　　液态轴承马达跟传统钢珠型轴承主轴马达不同之处在于它使用油膜取代传统的钢珠，也就是说它在转动的时候并未出现金属接触，理论上就不会有磨损的问题。这使得轴承能够有效吸收外来的震动，保护轴承表面。使其能够承受更大的撞击力，延长了寿命、减小了噪音。这是一种硬盘防震技术，能够使硬盘工作噪声 和发热量大大降低，即使装在一些隔音效果较差的轻薄笔记本中也难闻工作噪音。

　　现有的安防存储模式

　　DVR/NVR前端本地存储

　　此种模式，一般应用于实施较早项目，使用的是DVR/NVR前端本地存储，随着大数据时代的来临，采用了比较直接的方法，在DVR/NVR直接连接扩展柜来实现容量的扩容。原来系统及原数据保持不变。此种模式由于采用DVR/NVR存储容量相对较小，况且DVR/NVR性能较低，信息孤岛现象严重，无法满足大数据需求。

　　集中存储模式

　　客户数据采用磁盘阵列模式。可以采用在存储节点后直接增加扩展柜的模式，随着集群的推出也可以通过增加存储节点来实现容量增加。相对于DVR/NVR模式，容量大大提升，并实现了数据的集中存储，同时支持存储节点间的故障的自动业务接管，最大程度上实现了业务数据的完整性。但是随着大数据的来临，后续项目扩容时，需要人为配置设备的负载均衡。一台存储故障后导致设备存储的数据部分中断或者接管设备压力较大，另外考虑到网络延时，可能导致存储数据不完整，数据获取需要人为指定设备数据获取，管理成本较高等。为了设备的负载均衡，空间的虚拟化设备易维护的问题，云存储技术应运而生。

　　云存储模式

　　随着云存储技术普及.目前市面大体分为通用云存储(文件云集群NAS )和视频云存储。

　　通用云存储

　　通过软件运用集群技术、虚拟化技术、分布式存储技术将网络中大量各种不同类型的存储设备集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能。

　　通用云存储较传统集中基本设备形态不变，故主要部件为：存储服务器（元数据服务器）+磁盘阵列。

　　通用云存储中许多都是通过优化改造传统IPSAN/NAS存储而演化而来，其通过实现服务器和存储设备集群化管理，存储资源虚拟化，达到分布式数据存储，因其内部数据处理以结构化数据为主。

　　工作模式：前端摄像机视频数据流经流媒体服务器转发到存储管理服务器集群，最后在写入指定的磁盘阵列。视频数据需经过流媒体服务器转发进入存储服务器，一定流媒体故障，系统业务中断，数据存在丢失风险。

　　通用云存储可以实现存储资源虚拟化，但虚拟化能力有限。通用云存储以结构化的文件系统存储非结构化视频图片数据，视频存储效率低。

　　基于以上几点，通用云存储产品当前都是面向全行业项目支持，主要作为一款存储方案，即不对安防视频应用做应用支撑.不太适合做安防视频整体的解决方案。

　　安防专用的视频云存储

　　基于云架构进行开发，融合了集群应用、负载均衡、虚拟化、云结构化、离散存储等技术，将网络中各种不同类型的存储设备，通过专业应用软件集合起来协同工作，共同对外提供视频、图片数据存储和业务访问服务。

　　视频云存储基本组成单元： 云存储管理服务器、云存储存储节点、云存储软件。

　　视频监控平台根据业务需求为各前端摄像机下发录像计划，视频云存储系统根据当前系统内的业务负载情况分配具体的存储空间，前端摄像机推送视频数据流直写到分配的存储设备上。视频云存储数据传输协议支持主流的流媒体协议（如RTSP/ONVIF/PSIA等）和GB/T28181规范；支持平台直接调取，架构简化而开放，空间自我管理，可独立组网。

　　对于通用云存储，视频云存储优势如下

　　相比在大型视频监控项目中，视频云存储在视频/图片存储效率优于通用云存储。

　　在项目预算中，视频云存储较通用云存储能节省部分服务器投入，有成本优势。

　　视频云存储是专门针对视频安防行业的高效安全稳定的后端存储解决方案，所以可以支撑大量的视频功能应用，这个也是通用云存储所不具备的。

　　视频云存储特点如下：

　　1) 高效灵活的空间管理

　　对存储资源进行虚拟化整合，提高用户管理效率；

　　支持存储资源的在线扩展，实现容量与性能的线性增长；

　　虚拟空间可灵活调整，不但能扩大，同样能缩小；后续产品只需要增加存储节点就能完成容量升级

　　2) 海量数据的快速检索

　　采用一体化索引设计，大大提高了查找速度；

　　深化视频、图片的应用设计，支持I帧信息快速读取；

　　3) 持续可靠的数据服务

　　提供7X24小时不间断高效可持续的数据服务，充分保护数据安全和可靠性；

　　采用全集群化设计，性能全面提升，设备压力负载均衡，单/多点故障，录像业务不中断；

　　数据存储采用离散存储算法，提供系统级高效、稳定存取服务；

　　4) 高可扩展的应用支撑

　　系统的高性能设计，能够并发服务以满足视频数据的高速读取需求。

　　采用流式数据结构，面向视频、图片数据而设计，满足视频数据的持续写入；

　　深入开发视频录像的专业化应用设计，优化了应用的服务质量；

　　5) 开放透明的兼容系统

　　统一开放的应用功能接口，由上层业务平台直接调用；

　　数据存储采用离散存储算法，提供系统级高效、稳定存取服务；

　　6) 高可扩展的应用支撑

　　系统的高性能设计，能够并发服务以满足视频数据的高速读取需求。

　　采用流式数据结构，面向视频、图片数据而设计，满足视频数据的持续写入；

　　深入开发视频录像的专业化应用设计，优化了应用的服务质量；

　　7) 开放透明的兼容系统

　　统一开放的应用功能接口，由上层业务平台直接调用；

　　采用的是标准设备兼容模式，支持标准IP SAN、FC SAN存储设备的接入；

　　目前需要存储容量不断增加，客户要求数据存储周期越来越长，带库和云存储融合方案慢慢呈现在客户面前。

　　4.视频云+带库

　　长周期数据云存储+带库方案：致力于解决重要数据的归档备份，数据快速提取。存储组成缓存存储系统，提供足够的存储空间满足热数据及备份数据的容量需求，结合专业的备份软件和磁带库实现数据的在线和离线备份云存储系统统一管理冷热数据存储及状态切换，提供对热数据的转码、压缩等丰富的功能应用。同时完全继承传统云存储虚拟化资源分配、离散存储、在线扩容、集群容灾，兼容第三方存储等云存储特性

　　通常情况下，性价比和高可用仍是企业或者个人选择存储系统最优先考虑的两大因素，此外存储的易于部署和管理以及磁盘和闪存的紧密整合也是企业用户评估存储的重要考虑因素.随着大数据时代的来临，企业会根据自身需求和预算来挑选适合自己的企业的解决方案。

　　整体来说，目前云存储发展最为迅猛， 以其遥遥领先的优势独占鳌头，必然会是未来大数据应用的重点组成部分，同时数据分层、融合以及智能也将逐渐普及应用，可以说，安防行业为了迎接大数据来临，已经做好了充足的准备。

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