地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲架構(gòu)研究

摘 要：地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)朝著數(shù)字化視頻的方向演進(jìn)，許多城市的地鐵已經(jīng)采用了全數(shù)字化方案，針對數(shù)字視頻的三大存儲架構(gòu)：DAS、NAS、SAN（FC-SAN、IP-SAN），本文進(jìn)行了簡要分析，比較了每種架構(gòu)的優(yōu)缺點，根據(jù)地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用特點，推薦了IP-SAN存儲架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：地鐵；視頻監(jiān)控；存儲

中圖分類號：TN948.64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng)，對于維護(hù)地鐵的運營秩序、保證乘客安全起到重要的作用。由于人員數(shù)量以及人員精力的限制，地鐵監(jiān)控人員不可能24小時對實時視頻圖像做出反應(yīng)，許多情況需要事后根據(jù)錄像來進(jìn)行查找、驗證。例如：地鐵車站乘客受傷情況，地鐵設(shè)施遭到破壞以及乘客財物被盜等情況。所以，地鐵視頻監(jiān)控圖像的存儲就尤為顯得重要，為了保證視頻監(jiān)控圖像的可靠存儲，就需要對視頻監(jiān)控圖像的存儲架構(gòu)進(jìn)行分析研究。

目前，主流的存儲架構(gòu)分為三種：DAS（Direct-Attached Storage，直連式存儲）、NAS（Network-Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)接入存儲）、SAN（Storage Area Network，存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)），下面針對三種存儲架構(gòu)的特性進(jìn)行分析。

1 DAS

DAS是指將存儲設(shè)備通過SCSI接口或光纖通道直接連接到一臺計算機(jī)上，DAS架構(gòu)如圖1所示。

DAS主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)互連比較困難，以及網(wǎng)絡(luò)帶寬資源不是很豐富的場合，將存儲設(shè)備直接連到服務(wù)器上；由于是本地存儲，存取速度都很快。但是，DAS本身的一些局限性影響了它的使用：

第一，直連式存儲依賴服務(wù)器主機(jī)操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的I/O讀寫和存儲維護(hù)管理，數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)要求占用服務(wù)器主機(jī)資源（包括CPU、系統(tǒng)I/O等）；直連式存儲的數(shù)據(jù)量越大，備份和恢復(fù)的時間就越長，對服務(wù)器硬件的依賴性和影響就越大。

第二，無論直連式存儲還是服務(wù)器主機(jī)的擴(kuò)展，從一臺服務(wù)器擴(kuò)展為多臺服務(wù)器組成的群集（Cluster），或存儲陣列容量的擴(kuò)展，都會造成業(yè)務(wù)系統(tǒng)的停機(jī)，這對需要24小時不間斷監(jiān)控的地鐵來講，是不能忍受的。

第三，直連式存儲或服務(wù)器主機(jī)的升級擴(kuò)展，只能由原設(shè)備廠商提供，往往受原設(shè)備廠商限制。由于以上原因，地鐵視頻監(jiān)控圖像的存儲不適宜用DAS架構(gòu)。

2 NAS

NAS即將存儲設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（例如以太網(wǎng)），連接到一群計算機(jī)上，NAS架構(gòu)如圖2所示。

NAS產(chǎn)品包括存儲器件（例如硬盤驅(qū)動器陣列、CD或DVD驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器或可移動的存儲介質(zhì)）和集成在一起的簡易服務(wù)器，可用于實現(xiàn)涉及文件存取及管理的所有功能。集成在NAS設(shè)備中的簡易服務(wù)器可以將有關(guān)存儲的功能與應(yīng)用服務(wù)器執(zhí)行的其他功能分隔開。這種方法從兩方面改善了數(shù)據(jù)的可用性：第一，即使相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器不再工作了，仍然可以讀出數(shù)據(jù) 。第二，簡易服務(wù)器本身可靠性較高，不容易崩潰，因為它避免了引起服務(wù)器崩潰的首要原因，即應(yīng)用軟件引起的問題。

NAS還具備以下優(yōu)點：

第一，NAS產(chǎn)品是真正即插即用的產(chǎn)品。NAS設(shè)備一般支持多計算機(jī)平臺，用戶通過網(wǎng)絡(luò)支持協(xié)議可進(jìn)入相同的文檔，因而NAS設(shè)備無需改造即可用于混合Unix/Windows NT局域網(wǎng)內(nèi)。

第二，NAS設(shè)備的物理位置靈活。它們可放置在工作組內(nèi)，靠近數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用服務(wù)器，或者也可放在其他地點，通過物理鏈路與網(wǎng)絡(luò)連接起來。無需應(yīng)用服務(wù)器的干預(yù)，NAS設(shè)備允許用戶在網(wǎng)絡(luò)上存取數(shù)據(jù)，這樣既可減小CPU的開銷，也能顯著改善網(wǎng)絡(luò)的性能。

但是NAS也有它的局限性：NAS使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行備份和恢復(fù)，它將存儲事務(wù)由并行SCSI連接轉(zhuǎn)移到了網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)除了必須處理正常的最終用戶傳輸流外，還必須處理包括備份操作的存儲磁盤請求，占用業(yè)務(wù)網(wǎng)帶寬資源。此外NAS存儲實現(xiàn)的是一種文件及存儲，這種處理方式會占用主機(jī)大量的CPU資源，文件操作的延遲相當(dāng)大。

3 SAN

SAN是一種將存儲設(shè)備、連接設(shè)備和接口集成在一個高速網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)，它本身就是一個存儲網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)了數(shù)據(jù)存儲任務(wù)，SAN網(wǎng)絡(luò)與LAN業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)相隔離，存儲數(shù)據(jù)流不會占用業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)帶寬。NAS架構(gòu)如圖3所示。

SAN存在以下優(yōu)點：

第一，SAN提供了一種與現(xiàn)有LAN連接的簡易方法，并且通過同一物理通道支持廣泛使用的SCSI和IP協(xié)議。SAN不受基于SCSI存儲結(jié)構(gòu)的布局限制。更為重要的是，隨著存儲容量的爆炸性增長，SAN允許獨立地增加存儲容量。

第二，SAN架構(gòu)允許任何服務(wù)器連接到任何存儲陣列，這樣不管數(shù)據(jù)置放在那里，服務(wù)器都可直接存取所需的數(shù)據(jù)。因為采用了光纖接口，SAN還具有更高的帶寬。

第三，SAN架構(gòu)從基本功能中剝離出存儲功能，運行備份操作無需考慮對網(wǎng)絡(luò)總體性能的影響。

根據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)所采用的傳輸協(xié)議和物理介質(zhì)的不同，SAN有FC-SAN和IP-SAN兩種實現(xiàn)方式，F(xiàn)C-SAN采用高速的光纖通道構(gòu)成存儲網(wǎng)絡(luò)，是傳統(tǒng)的SAN架構(gòu)。隨著IP技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，基于IP的SAN存儲網(wǎng)絡(luò)集合了IP的開放性和數(shù)據(jù)塊存儲等多方面的優(yōu)點，并以IP協(xié)議替代光纖通道協(xié)議實現(xiàn)端到端的SAN存儲。

在大的存儲架構(gòu)上，IP-SAN同F(xiàn)C-SAN是一樣的，也是一種集中存儲架構(gòu)，構(gòu)建在FC-SAN上的應(yīng)用也可以構(gòu)建在IP-SAN之上。

IP-SAN和FC-SAN之間的主要區(qū)別體現(xiàn)如表1。

FC-SAN發(fā)展緩慢，前景不明，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)將被以太網(wǎng)替代。IP-SAN存儲技術(shù)發(fā)展迅速，是目前所有第三方知名咨詢機(jī)構(gòu)認(rèn)可的存儲技術(shù)發(fā)展方向。

結(jié)語

根據(jù)設(shè)計理念、適配器、傳輸單位、網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議、管理方式、性價比對DAS、NAS、FC-SAN與IP-SAN的特點對比如表2所示。

根據(jù)地鐵運營組織管理模式，地鐵存在車站多，線路長，并且需要集中調(diào)度指揮的特點。DAS適合單點存儲，地鐵各站海量的視頻信息若都上傳至控制中心存儲將帶給傳輸系統(tǒng)很大的壓力，整個系統(tǒng)設(shè)計也不可靠，因此DAS不適宜在地鐵環(huán)境使用；NAS、SAN均是網(wǎng)絡(luò)化存儲，但由于NAS架構(gòu)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)需要占用網(wǎng)絡(luò)資源，會對正常的業(yè)務(wù)應(yīng)用產(chǎn)生影響，所以在地鐵環(huán)境也不適宜使用；SAN架構(gòu)中，F(xiàn)C-SAN適合存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，但成本較高，且技術(shù)發(fā)展緩慢，在地鐵視頻監(jiān)控環(huán)境使用既不經(jīng)濟(jì)效果也不佳；IP-SAN則特別適合存儲視頻信息等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，同時成本也相對較低，最適宜在地鐵環(huán)境使用。

參考文獻(xiàn)

[1]深圳地鐵視頻監(jiān)控存儲解決方案.數(shù)字社區(qū)智能家居，2008-02-15.