淺談安防存儲技術發展趨勢

□ 文/王景彬

存儲設備作為數據的載體，具有無法衡量的價值。而安防存儲，由于其數據量的龐大，更是在存儲市場占有相當一部分的比例。隨著智慧城市、平安城市、天網等概念的提出，視頻監控所需的存儲空間需求在大幅的提升。例如，一座小型的城市，要想實現公共區域無死角的監控，需要少則幾千，多則上萬的點位。如果按照1萬路1080P視頻，采用H.265視頻壓縮技術，存儲1天就需要200TB的存儲空間。而通常這種平安城市的視頻要求存儲至少90天甚至1年之久，輕輕松松就達到了幾十甚至上百PB級別的存儲容量。

伴隨著這么大的容量的需求，勢必要引起存儲技術的革新。而安防存儲技術一直以來都是圍繞著容量、性能、安全性3個方面來發展的。由于安防行業存儲的數據類型比較單一，多以視頻和圖片為主。所以提升存儲空間的主要途徑基本只有兩種，一是增加設備進行擴容。二是從數據源本身出發，壓縮數據源，降低數據的空間占用率。

監控存儲的三種產品形態

毫無疑問，基于擴容的方式是簡單直接的，但也是最耗費資源的。安防行業的存儲主要分3種類型，NVR、集中存儲和云存儲。基于NVR的擴容主要是通過增加設備，配置集群的方式來進行。由于NVR本身只適用于小型監控場景，自身一般只配備1至16塊硬盤，所以這種方式所能擴充的容量也非常有限，主要適用于超市、小區等場景。集中存儲相對NVR而言涉及到的擴容技術就更復雜了些。集中存儲的技術經歷了從IPSAN到流直存的過程。相對NVR而言，IPSAN更重視數據的集中存儲和統一管理，并具有非常出色的容量擴展能力，因此IPSAN更適用于大規模部署。IPSAN主要通過連接擴展柜的方式進行擴容，這種方法簡單直接，但劣勢也很明顯。那就是隨著擴展的增加，主機的負擔會逐漸加重，到最后會出現單點故障、擴展柜的讀寫速度與主柜脫節等問題。為了解決這一問題，安防廠商后來逐漸開發出了安防特有的視頻存儲技術，視頻流直存技術，其對應的設備被稱之為網絡存儲服務器。網絡存儲服務器的擴容只需將新的設備接入局域網絡，通過IP地址等網絡協議即可進行連接。在2PB級別以下中小型項目中，這種方式可解決用戶的絕大多數需求。云存儲是一種新型的存儲技術，在單純的存儲的基礎上，還加入了云計算功能。它的擴容與集中存儲類似，但除了通過基本的網絡協議連接之外，云存儲還需要進行集群配置才能讓新加入的節點接入到虛擬集群中。

監控存儲面臨的挑戰

從數據源本身出發，更多涉及到的是圖像處理技術。視頻壓縮編碼技術經歷了由早期的H.264到H.265，到目前個別安防廠商自主開發的編碼技術。傳統藍光1080P視頻的碼流大小是8Mb，H.264編碼可以實現將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準，可以將1080P分辨率的視頻壓縮到2Mb碼流，存儲空間節省了一倍。關鍵的是，在視頻文件大小逐漸被降低的情況下，人眼觀看的視頻質量還能保持不變。當前的安防市場正值H.264到H.265的切換時代，市場數據顯示，H.264產品，不論是前端相機，還是后端存儲設備，所占的市場份額都在逐漸被H.265設備所取代。可見，視頻壓縮技術的更新是未來存儲市場發展的趨勢。在此趨勢下，幾家安防行業內的領軍者紛紛推出了更優于H.265的壓縮技術。例如，天地偉業S+265技術，已經可以實現將1080P視頻流壓縮到1Mb大小碼流，存儲空間相比于H.265又降低了一倍。那么，如此高效的壓縮編碼技術是如何實現的呢？據相關人士透露，絕大多數視頻監控的場景其實可以分為兩部分，一部分是背景，另一部分是運動的人和物。背景通常是固定不變的，這部分可以分配低碼率進行傳輸，而對于運動的人和物，則可以分配高碼率，最后進行合成，就可以實現1Mb碼率的效果。

在滿足了容量需求之后，存儲的寫入讀出速度成了一個新的挑戰。隨著高清化視頻監控的普及，1080P分辨率幾乎成了安防項目采購的最低配置，而4K等分辨率也逐漸在安防市場嶄露頭角。前面也已經提到，在一個小型的平安城市項目中，幾千或上萬的點位數已經成為常態。那么如果按照1000路1080P前端，8Mb碼流來算的話，每秒產生的數據量就有8GB。對于如此大的接入帶寬，目前安防市場的主流解決方法就是采用網絡存儲服務器搭建局域網的方式來解決的，也就是我們所說的集中存儲方式。目前市場上主流的項目級集中存儲設備已經可以實現單臺接入1024M的帶寬，基本滿足了數據寫入速度。但在實際應用中，讓服務器以滿負荷的接入帶寬運行的場景并不多，原因有二。首先，由于服務器本身硬件架構的設計，長時間滿負荷運行對CPU等核心配件的消耗較大。其次，安防市場主流集中存儲的機型多為24盤位和36盤位，拿24盤位舉例，如果安裝6T硬盤，只能對400路1080P分辨率，2Mb碼流的視頻存儲18天。超過這個時間，就會進行循環刪除。而對于智慧城市這種應用場景來說，視頻存儲的市場最起碼是3個月。所以為了更好的利用集中存儲的性能，大盤位的網絡存儲服務器應運而生，逐漸由傳統的24盤位切換到48盤位，甚至72盤位。未來隨著數據量的繼續增大，大盤位的網絡存儲服務器將會占據更多的存儲市場。

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。如此龐大的數據量，如何保證設備長時間運行數據不丟失？服務器也好，硬盤也好使用壽命大多在5年至10年之間，設備損壞可以更換，但如何實現將損壞存儲介質之中的數據成功恢復呢？傳統存儲都是通過磁盤之間做raid組來實現容錯。Raid是將多塊物理磁盤虛擬成一塊邏輯磁盤的一種技術，監控領域應用比較多的是raid5模式，可以實現1快raid組中一塊硬盤發生損壞，壞盤中的數據能自動恢復到raid組中，初步具備了容錯性。但raid方式只是將容錯的基本單位停留在了硬盤上，如果服務器節點故障，仍然會造成單點數據丟失。面對這種安全性需求，云存儲應運而生。

云存儲是安防存儲的新未來

云存儲是在云計算概念上延伸和發展出來的一個新的概念，是一種新興的網絡存儲技術，是指通過集群應用、網絡技術或分布式文件系統等功能，將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能的系統。從物理上看，云存儲是一臺一臺獨立的服務器，但在使用的時候，用戶只會看到一個虛擬的存儲池，統一對外提供存儲服務。市場上常見的云存儲提供廠商有百度云，阿里云，華為云等。這些云存儲廠商構建一個數據中心，然后對外提供這部分存儲空間的使用權，這種模式我們可以稱之為公有云。而安防云存儲與之有些不同，由于大量的視頻數據在實時產生，所以如果將這些數據存儲在異地，對網絡帶寬將是一個非常大的挑戰。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據，更是不能讓其在共有網絡中傳輸。所以，安防廠商一般都會選擇幫用戶在本地構建自己的數據中心，也稱之為私有云。提高安全性勢必要增加冗余度，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一直努力的方向。在這個方向上，安防云存儲隨之出現。

云存儲相對于集中存儲而言主要有兩大優勢，第一，實現了負載均衡。云存儲對外提供統一的數據接口實現存儲功能，至于數據存進來之后如何找到合適的位置落盤，則是由云存儲內部的集群軟件統一調配的。這種調配機制可以保證集群中每一臺設備上存儲的數據量比較平均，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勢。第二，云存儲具有超強的容災性。云存儲的容災性主要體現在其內部所搭建的糾刪和副本池。通過N+M這種N臺存儲節點加M臺糾刪節點的配置方式，可以實現集群中M臺節點發生損壞，數據不丟失，錄像業務不中斷。

當前市場上的安防云存儲主要有兩種架構，對稱架構和非對稱架構，兩者各有優劣勢。非對稱架構的云存儲由云存儲管理節點和存儲節點組成。管理節點通常使用高配置的服務器來進行資源調配的功能，存儲節點一般所用配置較低。這種方式的優勢在于，由于存儲節點數量較多，管理節點數量較少，整體的成本會偏低。但劣勢也很明顯，一旦管理節點發生損壞，整個存儲集群將無法使用。對稱架構與非對稱架構的區別就在于它沒有管理節點，而是把管理節點虛擬到集群中。這樣做的好處就在于，省去了一臺服務器，節約了成本。其次，從安全性考慮，由于管理節點虛擬到集群中，并在節點之間不斷轉移，就可以實現節點損壞的隨機性。也就是說，不再指定固定的某臺服務器不能損壞。目前安防云存儲市場的趨勢更加傾向于對稱架構，只要成本允許的條件下，推薦使用對稱架構的云存儲。不僅因為其安全性較高，更是因為這種架構具有可拓展性。通過將每臺獨立的服務器虛擬成一個存儲池，可以在里面劃分不同的存儲空間，然后在各個空間內運行虛擬機，進而可以實現各種不同的業務。一套硬件實現了所有業務，構成了一個超融合系統。這個概念已經有個別廠商投入使用了，效果還算比較理想。所以說，云存儲是安防存儲市場未來的發展趨勢，而對稱架構的云儲存是未來云儲存市場發展的趨勢。