溫濕度對LTO5磁帶存儲數據可讀性影響試驗分析

史金

摘? 要：本文以5種主流品牌LTO5磁帶為研究對象，參照DA/T 83—2019 檔案數據存儲用LTO磁帶應用規范，通過溫濕度老化試驗，較為系統地研究了溫濕度對LTO5磁帶數據可讀性的影響。結果表明，在相同溫度下升高相對濕度或在相同的相對濕度下升高溫度，都將使LTO5磁帶數據長期可讀性降低，且當溫度和相對濕度同時達到較高值，磁帶數據可讀性降低的速度明顯加快。

關鍵詞：LTO5磁帶;溫濕度;數據可讀性

Abstract： In this paper， five mainstream LTO5 tapes were selected as samples of the research target. Referring to DA/T 83—2019 Application specification on LTO tapes for archival data storage， we studied the influence of temperature and humidity on the data readability of LTO5 tapes through temperature and humidity aging test. The conclusion shows that increasing the relative humidity at the same Celsius degree or increasing the temperature at the same relative humidity will reduce the long-term readability of LTO5 tape data， and it will significantly speed up the reduction of the readability of tape data when both the temperature and relative humidity reach relatively high level.

Keywords： LTO5 tapes; Temperature and humidity; Data readability

LTO（Linear Tape Open）技術，即線性磁帶開放協議，具有線性多通道、雙向磁帶格式的特點，是磁帶技術發展的主要方向。LTO磁帶具有單盤存儲容量大、成本低、性能穩定等優點，常用于存儲視頻、音頻等大文件，廣泛應用于數字化影像的保存、通信行業的信息存儲、大數據備份、檔案數據存儲等各個行業領域。[1]LTO磁帶作為近線或離線備份重要存儲載體，在保存過程中出現了帶基粘連、磁道損壞、磁化強度降低、數據丟失等情況，威脅到數據的長期安全保存。因此，了解保存環境對LTO磁帶存儲數據長期可讀性的影響，研究LTO磁帶性能老化的內在規律，是檔案部門及相關數據存儲單位需要重點關注的問題。

在存儲載體保存環境方面，溫度和濕度是最基礎也是最重要的因素，磁帶的帶基和磁記錄層容易受到溫濕度的影響，為此，筆者以檔案數據存儲用LTO磁帶應用規范為依據開展了溫濕度對LTO磁帶存儲數據可讀性影響的試驗研究。通過調研發現，LTO5磁帶作為Ultrium磁帶格式的第五代線性開放磁帶規格，其LTFS系統的開放性和兼容性，使其歸檔和檢索的能力得到大幅提升，在檔案部門應用廣泛。[2]基于此，試驗以LTO5磁帶為研究對象，通過了解溫濕度老化后LTO5磁帶重要參數的變化，研究溫濕度對LTO5磁帶存儲數據可讀性的影響規律，并提出建議，旨在為檔案部門使用和保存LTO磁帶提供依據。

1 試驗部分

1.1 試驗對象。本試驗選擇5種主流品牌的LTO5磁帶，分別為A品牌、B品牌、C品牌、D品牌、E品牌。

1.2 試驗設備

1.2.1 磁帶數據寫入設備。Quantum Scalar i40企業磁帶庫，尺寸：13.2×44.6×79.2（4U），可靠性：MCBF>500000，連接方式：SAS、FC，容量：25槽位。

1.2.2 磁帶數據檢測設備。LTO磁帶離線檢測儀，具有讀出磁帶芯片數據信息的能力，并且能識別和解析芯片中的數據信息，可檢測磁帶類型包括：LTO4、LTO5、LTO6、LTO7。

1.2.3 老化試驗設備。高低溫交變濕熱試驗箱，溫度范圍：-40℃～150℃，溫度偏差：≤±1℃，相對濕度范圍：10%～98%，濕度偏差：≤±2%。

1.3 試驗方法

1.3.1 磁帶數據寫入。用Quantum Scalar i40磁帶庫寫入數據。數據寫入對象：5種品牌LTO5磁帶;數據寫入環境：溫度為25℃±5℃，相對濕度為50%±15%;寫入數據量：磁帶總容量的95%左右，約1.48TB;數據寫入速度：140MB/s;寫入方式：一次寫入。

1.3.2 磁帶檢測。將LTO5磁帶放入離線磁帶檢測儀，進行磁帶檢測，檢測環境：溫度23℃～25℃，相對濕度40%～50%，達標測試時間：7～9分鐘。具體檢測參數和樣品要求如表1所示，選擇符合要求的磁帶進行老化試驗。[3]

1.3.3 老化試驗。將磁帶樣品放入高低溫交變濕熱試驗箱內，各試驗樣品之間應有一定間隔，設定相應的溫度和濕度，進行老化試驗，試驗結束后，待箱內溫度降至室溫后取出樣品，避光保存24小時后待測，具體試驗條件如表2所示。

1.4 試驗步驟

（1）按照1.3.1的方法寫入數據，選擇符合要求的LTO5磁帶進行試驗（見表1）。（2）使用LTO磁帶離線檢測儀，按照1.3.2的方法檢測LTO5磁帶的主要參數。（3）按照1.3.3方法進行溫濕度老化試驗。（4）使用LTO磁帶離線檢測儀，按照1.3.2的方法檢測溫濕度老化試驗后LTO5磁帶的主要參數。（5）比較分析溫濕度老化試驗前后LTO5磁帶主要參數的變化。

2 結果和分析

LTO5磁帶存儲數據的各種誤碼隨時間推移逐漸增大，超過糾錯系統能力后，數據便不能再正確讀取。這種誤碼率的增加體現在讀取重試參數、伺服錯誤參數等數據上，LTO5磁帶任何一個參數的增加都反映其數據可讀性的降低。

試驗發現，只有讀取重試參數隨老化試驗的進行而發生變化，其他參數都沒有發生變化，因此，筆者以試驗前后讀取重試參數的變化量為觀測變量，溫濕度為控制變量，用SPSS軟件進行單因素方差分析（顯著性水平α為0.05）和多重比較，分析相同溫度下不同相對濕度和相同相對濕度下不同溫度對LTO5磁帶存儲數據可讀性的影響。

LTO5磁帶按照品牌類型分為5組樣品，每組樣品取10盤磁帶進行溫濕度老化試驗，經不同溫濕度老化后，各品牌磁帶讀取重試參數變化量的平均值如表3所示。其中，在溫度70℃、在相對濕度90%條件下，經過336小時試驗后，5種品牌的磁帶都已無檢測結果;在溫度70℃、相對濕度70%條件下，經過336小時試驗后，B和D品牌的磁帶無檢測結果，說明這兩組溫濕度老化試驗對磁帶數據可讀性的影響明顯。

根據方差齊性檢驗結果，各品牌磁帶的Levene統計量概率P值分別為2.36E-6、1.80E-4、1.37E-4、1.59E-4、1.26E-10，均小于0.05，表明各品牌LTO5磁帶老化后讀取重試參數變化量的總體方差不齊，不符合方差分析的前提條件，因此，不能采用方差分析的方法比較LTO5磁帶老化后讀取重試參數變化量的差異。在此情況下，我們采用Games-Howell多重比較，具體結果如表4所示。

本文將Games-Howell多重比較的關鍵參數顯著性P值列出，在進行兩兩比較時，當P值大于0.05時，判定為兩種溫濕度老化試驗后，磁帶讀取重試參數變化量不存在差異，當P值小于0.05時，判定為兩種溫濕度老化試驗后，磁帶讀取重試參數變化量存在差異，再通過均值的大小來判定磁帶溫濕度老化影響程度的升高或降低，同時，無檢測結果的情況視為對磁帶數據可讀性有影響。基于以上條件，分析相同溫度下不同相對濕度和相同相對濕度下不同溫度對LTO5磁帶存儲數據可讀性的影響。

（1）A品牌磁帶讀取重試參數變化量在不同溫濕度條件下的變化情況如下：

在30℃、336h老化條件下，相對濕度由50%升高至70%，A品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有顯著增加;在50℃、336h老化條件下，相對濕度由70%升高至90%，A品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加;在70℃，336h老化條件下，相對濕度由30%升高至50%，A品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加，再由70%升高至90%，A品牌磁帶無檢測結果;在相對濕度30%、336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，A品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加;在相對濕度50%、336h老化條件下，溫度由30℃升高至70℃，A品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加;在相對濕度70%，336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，A品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加;在相對濕度90%，336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，A品牌磁帶無檢測結果。

（2）B品牌磁帶讀取重試參數變化量在不同溫濕度條件下的變化情況如下：

在30℃、336h老化條件下，相對濕度由50%升高至70%，B品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有顯著增加;在50℃、336h老化條件下，相對濕度由30%上升到50%，B品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加，再由50%上升到90%，B品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加。

在70℃、336h老化條件下，相對濕度由50%升高至90%，B品牌磁帶無檢測結果。

在相對濕度30%、336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，B品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加。

在相對濕度50%、336h老化條件下，溫度由30℃升高至50℃，B品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加，再由50℃升高至70℃，B品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加。

在相對濕度70%、336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，B品牌磁帶無檢測結果。

在相對濕度90%，336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，B品牌磁帶無檢測結果。

（3）C品牌磁帶讀取重試參數變化量在不同溫濕度條件下的變化情況如下：

在30℃、336h老化條件下，相對濕度由50%上升到70%，C品牌磁帶讀取重試參數的變化量影響不顯著。在50℃、336h老化條件下，相對濕度由30%上升到90%，C品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加。

在70℃、336h老化條件下，相對濕度由70%升高至90%，C品牌磁帶無檢測結果。在相對濕度30%、336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，C品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加。

在相對濕度50%、336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，C品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加。

在相對濕度70%、336h老化條件下，溫度由30℃升高至50℃，C品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加。

在相對濕度90%，336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，C品牌磁帶無檢測結果。

（4）D品牌磁帶讀取重試參數變化量在不同溫濕度條件下的變化情況如下：

在30℃、336h老化條件下，相對濕度由50%上升到70%，D品牌磁帶讀取重試參數的變化量的影響不顯著。在50℃、336h老化條件下，相對濕度由50%上升到90%，D品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加。

在70℃、336h老化條件下，相對濕度由50%升高至90%，D品牌磁帶無檢測結果。

在相對濕度30%、336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，D品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加。

在相對濕度50%、336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，D品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加。

在相對濕度70%、336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，D品牌磁帶無檢測結果。

在相對濕度90%，336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，D品牌磁帶無檢測結果。

（5）E品牌磁帶讀取重試參數變化量在不同溫濕度條件下的變化情況如下：

在30℃、336h老化條件下，相對濕度由50%上升到70%，E品牌磁帶讀取重試參數的變化量的影響不顯著。在50℃、336h老化條件下，相對濕度由30%上升到90%，E品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加。

在70℃、336h老化條件下，相對濕度由30%升高至50%，E品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加，再由70%升高至90%，E品牌磁帶無檢測結果。

在相對濕度30%、336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，E品牌磁帶讀取重試參數的變化量明顯增加。在相對濕度50%、336h老化條件下，溫度由30℃升高至70℃，E品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加。

在相對濕度70%、336h老化條件下，溫度由30℃升高至50℃，E品牌磁帶讀取重試參數的變化量沒有明顯增加。在相對濕度90%，336h老化條件下，溫度由50℃升高至70℃，E品牌磁帶無檢測結果。

對于在試驗周期內不同溫濕度對LTO5磁帶讀取重試參數的變化量影響不顯著的結果，筆者認為不能簡單地以此作為結論，從統計學和LTO5磁帶性能參數隨時間變化的角度來分析：

一是確實沒有差異，即使延長試驗時間也是如此;二是存在差異，但差異還不明顯，增加樣品量或延長試驗時間，差異可能逐漸變得顯著。

因此，對于在本次試驗周期內不同溫濕度對磁帶讀取重試參數變化量的影響不顯著的情況，還不能簡單依據分析結果判定其長期影響趨勢。

綜合以上分析結果（參照圖1），得出如下結論：

（1）不同溫濕度老化對五種品牌的LTO5磁帶數據可讀性影響的差異不完全相同，但在已確定的差異之間呈現出共同趨勢：在相同的溫度下，相對濕度升高導致數據長期可讀性降低;在相同的相對濕度下，溫度升高導致數據長期可讀性降低。因此，適當降低保存環境的溫濕度，有利于提高LTO5磁帶數據長期可讀性。

（2）在溫度70℃、相對濕度70%和溫度70℃、相對濕度90%條件下，進行老化試驗后，均出現了磁帶無檢測結果的現象。說明當溫度和相對濕度同時達到較高值，LTO5磁帶數據可讀性降低的速度明顯加快。

（3）E品牌LTO5磁帶的數據可讀性受溫濕度老化試驗影響的程度相對較低。

3 建議

3.1 謹慎選擇和使用存儲檔案數字資源的LTO磁帶。LTO磁帶的品牌、型號種類較多，質量良莠不齊，建議參照檔案數據存儲用LTO磁帶應用規范選擇和使用LTO磁帶，控制好磁帶所處環境的溫濕度，不要出現溫度過高或濕度過高的情況，以免影響磁帶存儲數據的長期可讀性。

另外，LTO磁帶技術發展迅速，大約每隔兩年就有新一代LTO磁帶出現，其存儲量隨之大幅度提升，LTO8的存儲數據量已經達到12TB，LTO12將達到144TB，[4]單盤磁帶一旦發生損壞，大量的檔案數據就會面臨丟失的風險，這使得每一盤磁帶的使用和保護工作變得非常重要，檔案部門要重視并加強磁帶的管理和維護工作。

3.2 深入開展LTO磁帶存儲數據可靠性試驗研究工作。為了更安全可靠地使用LTO磁帶存儲檔案數據，建議開展磁帶檢測方面的研究。

目前，磁帶的檢測參數是通過解析磁帶CM芯片獲得的關于磁帶健康狀況的宏觀參數，而磁道、磁化強度等描述磁帶介質狀態的參數無法檢測。檔案部門可以聯合磁帶生產企業，研究并獲取更多關于LTO磁帶狀況的檢測參數，進而更好地了解磁帶數據的存儲狀態;另外，建議加大開展磁帶存儲技術可靠性研究的力度。

本文只是對LTO5磁帶數據可讀性受環境影響狀況的初步研究，后期可研究其他環境因素對磁帶數據可讀性的影響，以及LTO6、LTO7和LTO8等磁帶存儲數據的長期可讀性，從而為檔案部門使用、保管LTO磁帶提供技術支持。

參考文獻：

[1]王善柏.檔案數字資源長期存儲介質[J].中國檔案.2021，（09）：72-73.

[2]陶學愷.基于LTO磁帶的電影及其他影像素材存檔現狀探究[J].現代電影技術.2015，（03）：41-43.

[3]DA/T 83—2019 檔案數據存儲用LTO磁帶應用規范[S].

[4]Delivering Scalability and Growth for Generations[EB/OL].https：//www.lto.org/roadmap/.