鐵路視頻存儲技術發展

鄭皓天

摘 要：視頻監控系統在鐵路發揮的作用越來越大，監控范圍越來越廣，視頻數據量急劇增加，IPSAN存儲技術高成本的特點越來越突出，而采用冷存儲技術有利于降低建設成本。冷存儲具有低成本、長壽命優點，能滿足鐵路視頻監控系統的基本需求，是未來存儲應用的方向。

關鍵詞：視頻；冷存儲；低成本；高可靠；長壽命

鐵路視頻監控系統是監控行車安全的有效手段，采用網絡化、數字化視頻監控技術和IP傳輸方式的鐵路綜合視頻監控系統，為鐵路行車、貨運、客運、公安等有關部門提供所需的視頻信息。

1 鐵路視頻監控系統存儲現狀

鐵路視頻監控系統存儲以IP存儲網絡（IP-SAN）方式為主，也有個別專業視頻采用光纖存儲網絡（FC-SAN）、直連式存儲（DAS）或網絡附屬存儲（NAS）等方式。IP-SAN相對其他幾種方式的優勢在于：（1）IP網絡技術相當成熟，IP-SAN減少了配置、維護、管理的復雜度。鐵路總公司現有的網絡管理人員就可以完成日常的管理與維護工作。（2）由于是基于IP網絡的存儲系統，數據的遷移和遠程鏡像非常容易，只要網絡帶寬支持，基本沒有距離限制，更好的支持異地容災。（3）基于IP網絡的存儲系統，以傳統以太網的價格實現同等于光纖網絡的性能，實現真正的即插即用Plug & Play，無需客戶端軟硬件升級、零維護成本、使用人員無需技術培訓，降低企業的擁有成本與維護成本，而且升級擴容簡單方便。

2 鐵路視頻監控系統存儲存在問題

視頻監控系統在鐵路發揮的作用越來越大，監控范圍越來越廣，清晰度越來越高，存儲時間也由原來3～15天提升到15～90天，視頻數據量急劇增加。目前這些數據采用單一的高性能存儲、IPSAN方式進行數據存儲，其成本將大幅攀升。但是，大多數空前增加的數據卻是“冷數據”，即不常訪問的數據。存儲這些不常用的數據存儲設備的空間利用率低、能耗高、成本高。

3 冷存儲的應用

根據鐵路視頻特點，3天內占5%的數據是熱數據，3～7天占15%的數據是溫數據，7天前占80%的數據是冷數據。將這些訪問頻率極低的“冷”數據存儲在一個高性能IPSAN存儲設備上，其性價比不高。如果我們能把他們遷移到一個專為冷數據而設計的低成本存儲層中，將能大幅降低功耗，從而延長存儲設備的壽命，降低系統全壽命周期成本。

應用冷存儲系統，隨著時間的推移，冷數據訪問頻率非常低，其所在的硬盤平常處于斷電狀態，訪問這些數據時需點亮這些硬盤，訪問時間相對IPSAN方式慢一些。右圖中顯示的四個相互關聯的預期存儲壽命、訪問頻率、訪問速度和成本與服務級別協議、冷存儲模型隨時間的關系。

冷數據使用模型要求與服務級別協議、時間關系圖

冷存儲有較低的訪問頻率和隨時可訪問的特性。雖隨時可訪問，但訪問速度有所降低，服務級別有所降低。訪問冷數據響應時間大約在5-10s，由于訪問的都是歷史數據，對實時性要求不高，對鐵路視頻監控系統使用者來說這是在可以接受范圍之內，因此采用冷存儲技術將大大節省鐵路視頻應用成本。冷存儲具有以下幾個優點：

一是低成本。對存儲系統中海量的數據進行智能分析和管理，將冷熱數據分離，冷數據移至低功耗的硬盤中，通過智能電源管理技術，實現硬盤空閑時自動斷電，有數據訪問時自動加電，有效降低存儲服務器整機運行功耗。隨著時間推移，熱數據變成冷數據，并不斷遷移到冷存儲空間中，使得熱存儲空間得到反復使用，存儲更有效，極大節約投資。

二是長壽命。大量的冷數據移至低功耗的硬盤中，在硬盤空閑時自動斷電，硬盤的壽命得以大大延長。

三是高可靠。冷存儲采用糾刪碼數據保護方式，缺省配置N：M，硬盤損壞數<=M時依然可以恢復數據，12：4方式存儲可靠性是RAID5的4倍，效率等同于5副本。數據采用離散化策略，數據分散在不同節點的不同硬盤上，數據不會丟失。定期進行系統掃描和數據重構，提高訪問速度。

四是高密度。由于大多數硬盤處于斷電狀態，只有少量硬盤處于點亮轉臺，因此，一臺存儲服務器能夠管理更多的硬盤，一個標準機柜可實現幾個PB存儲，大大節省通信機房面積。

4 結論

冷存儲的優勢不僅僅停留在節省成本，還在性能、可訪問性、數據完整性、安全性和兼容性等多方面也有不錯的表現。特別是在大數據中心領域將大放異彩，開創數據存儲新生態。隨著冷存儲技術的不斷成熟和發展，將來在鐵路視頻監控系統海量數據存儲方面將發揮重要的作用。