關(guān)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用IP-SAN存儲(chǔ)構(gòu)架的研究

郭旭東 文尚平

摘? 要：隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，運(yùn)營管理單位對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求日益增加。現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)布點(diǎn)量及后臺(tái)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量與日俱增，視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量高達(dá)100 TB，面對(duì)巨量監(jiān)控信息的存儲(chǔ)管理，便成為視頻監(jiān)控存儲(chǔ)系統(tǒng)一個(gè)重要的功能研究課題。文章根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室環(huán)境搭建測(cè)試。梳理出視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用IP-SAN存儲(chǔ)構(gòu)架的解決方案，并對(duì)此類存儲(chǔ)構(gòu)架解決方案作出總結(jié)歸納，希望為后續(xù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)業(yè)務(wù)提出指導(dǎo)性意見。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng);中間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)接件;iSCSI協(xié)議;SNMP協(xié)議

中圖分類號(hào)：TP391.4;TP277? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）07-0014-05

Research on IP-SAN Storage Architecture for Video Surveillance System

GUO Xudong1，WEN Shangping2

（1.Baoxin Software （Chengdu） Co.，Ltd.，Chengdu? 610094，China;

2.Chengdu Metro Operation Co.，Ltd.，Chengdu? 610021，China）

Abstract：With the rapid development of urban rail transit，the functional requirements of video monitoring system for operation management units are increasing. The number of on-site cameras and background video monitoring data is increasing day by day，and the video data storage capacity is up to 100 TB. Facing the huge amount of monitoring information storage management，it becomes an important functional research topic of video monitoring storage system. According to the project design，this paper tests the laboratory environment. Combing out the video monitoring system using IP-SAN storage architecture solutions，and this kind of storage architecture solutions are summarized，hoping to provide guidance for the subsequent video monitoring system storage business.

Keywords：video monitoring system;intermediate storage adapter;iSCSI protocol;SNMP protocol

0? 引? 言

隨著城市軌道交通建設(shè)的飛速發(fā)展，用戶使用需求也在不斷增加，項(xiàng)目建設(shè)所需使用的通信技術(shù)也在不斷更新，不同項(xiàng)目采用系統(tǒng)方案不同。本文著重對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用IP-SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)構(gòu)架的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)剖析，詳細(xì)分析說明該方案所用的系統(tǒng)構(gòu)架、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、對(duì)接測(cè)試步驟、方案原理。

1? 案例分析背景

2018年11月，本公司成功中標(biāo)成都軌道交通8號(hào)線一期專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)項(xiàng)目。根據(jù)投標(biāo)技術(shù)方案，該項(xiàng)目系統(tǒng)存儲(chǔ)采用IP-SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)構(gòu)架。該系統(tǒng)存儲(chǔ)構(gòu)架需支持RAID 0、1、5、6、10的盤陣組合及實(shí)現(xiàn)全局熱備盤，并具備對(duì)磁盤進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)視的功能要求。目前針對(duì)存儲(chǔ)主機(jī)無法直接和視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)接，錄像文件的寫入、錄像的查詢和回放都沒有比較好的方案接入視頻監(jiān)控平臺(tái)的問題。經(jīng)反復(fù)研究探索，提出用中間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)接件通過標(biāo)準(zhǔn)的iSCSI協(xié)議對(duì)接存儲(chǔ)主機(jī)，從存儲(chǔ)主機(jī)獲取映射過來的RAID組合磁盤空間，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)存儲(chǔ)配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)錄像數(shù)據(jù)的寫入、錄像的查詢和回放功能的方案。

存儲(chǔ)主機(jī)能通過iSCSI協(xié)議映射磁盤空間，但存儲(chǔ)主機(jī)的告警信息無法通過該協(xié)議進(jìn)行告警信息的發(fā)送，系統(tǒng)無法收集設(shè)備告警信息，視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)無法進(jìn)行告警信息的展示。從系統(tǒng)穩(wěn)定性方向研究考慮，視頻監(jiān)控平臺(tái)通過標(biāo)準(zhǔn)的SNMP協(xié)議和存儲(chǔ)主機(jī)對(duì)接，以獲取告警信息并在視頻監(jiān)控平臺(tái)及客戶端進(jìn)行展示，是較為可靠的方案。

2? 系統(tǒng)構(gòu)架

在國內(nèi)現(xiàn)階段的視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀中，主要是利用大型的專用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)大量視頻錄像的存儲(chǔ)，其中分別是DAS、NAS、FC-SAN、IP-SAN幾類構(gòu)架，本文主要針對(duì)IP-SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)構(gòu)架進(jìn)行充分的分析說明[1]。表1為本次接口測(cè)試搭建環(huán)境所需配置的設(shè)備清單。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)與IP-SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)架如圖1所示，前后端設(shè)備通過核心交換機(jī)完成系統(tǒng)組網(wǎng)，通過設(shè)備的IP規(guī)劃、系統(tǒng)服務(wù)的部署實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換，并在前端設(shè)備進(jìn)行展示。

3? 對(duì)接協(xié)議描述

3.1? iSCSI協(xié)議

iSCSI是一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)運(yùn)輸協(xié)議接口，該協(xié)議主要是為了提供一個(gè)互操作性的解決檔案協(xié)議，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，促進(jìn)和擴(kuò)大存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）[2]。本質(zhì)上，iSCSI協(xié)議是讓兩個(gè)主機(jī)通過規(guī)劃的IP網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)商，然后交換iSCSI命令。iSCSI使用TCP/IP協(xié)議（一般使用TCP端口860和3260），主要進(jìn)行系統(tǒng)視頻錄像業(yè)務(wù)的處理。

3.2? SNMP協(xié)議

SNMP協(xié)議又稱簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，是專門設(shè)計(jì)用于在IP網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（服務(wù)器、工作站、路由器、交換機(jī)及HUBS等）的一種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，是管理進(jìn)程與代理進(jìn)程之間的一種簡(jiǎn)單請(qǐng)求-應(yīng)答協(xié)議[3]。SNMP協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)管理員能夠管理網(wǎng)絡(luò)效能，發(fā)現(xiàn)并解決網(wǎng)絡(luò)問題以及規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)增長。通過SNMP協(xié)議接收隨機(jī)消息及事件報(bào)告，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)獲知網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題。是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理中較為流行、應(yīng)用廣泛的一種管理協(xié)議。下面對(duì)其工作機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：

（1）當(dāng)使用者需要向設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，協(xié)議提供了“讀”的操作;

（2）當(dāng)使用者需要向設(shè)備執(zhí)行操作，協(xié)議又提供了“寫”的操作;

（3）當(dāng)設(shè)備的某些重要狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，需要上報(bào)，協(xié)議又提供了Trap操作，Trap操作用來報(bào)告一個(gè)關(guān)于被管理子系統(tǒng)的警告或其他異步事件。

視頻監(jiān)控平臺(tái)和存儲(chǔ)主機(jī)告警的對(duì)接就采用第三種工作機(jī)制，由存儲(chǔ)主機(jī)主動(dòng)發(fā)送告警信息，視頻監(jiān)控平臺(tái)告警服務(wù)器被動(dòng)選擇性接收告警信息。

4? 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

存儲(chǔ)主機(jī)為雙控制器，其存儲(chǔ)業(yè)務(wù)與存儲(chǔ)管理是分別獨(dú)立進(jìn)行的，每一個(gè)控制器需設(shè)置一個(gè)存儲(chǔ)業(yè)務(wù)IP和一個(gè)存儲(chǔ)管理IP，并且業(yè)務(wù)IP與管理IP不能在同一網(wǎng)段。將4個(gè)IP端口接入核心交換機(jī)，系統(tǒng)存儲(chǔ)業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù)IP網(wǎng)段可不做隔離，互通。

中間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)接件一般為單控制器（項(xiàng)目條件滿足的話可以使用雙控制器），主要進(jìn)行視頻錄像的管理。在業(yè)務(wù)上有4個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，此4個(gè)端口共用一個(gè)IP，可建立4個(gè)不同IP地址的鏈路，只有在此4鏈路同時(shí)斷開的時(shí)候才會(huì)中斷存儲(chǔ)。此測(cè)試只用4個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口中的1個(gè)接入交換機(jī)（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施接入2個(gè)端口）。此IP與平臺(tái)服務(wù)器劃分在同一網(wǎng)段內(nèi)。中間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)接件在硬件上必須自帶系統(tǒng)管理磁盤，重啟時(shí)其關(guān)鍵的中間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)接件服務(wù)才能正常自啟動(dòng)，視頻錄像信息才能正常存儲(chǔ)。在中間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)接件設(shè)置存儲(chǔ)方式為循環(huán)覆蓋。

視頻監(jiān)視平臺(tái)安裝在視頻管理服務(wù)器上。該視頻管理服務(wù)器至少設(shè)置2個(gè)網(wǎng)段：服務(wù)器的其中一個(gè)IP網(wǎng)段需對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)主機(jī)的存儲(chǔ)管理網(wǎng)段，以接收存儲(chǔ)主機(jī)上傳的告警信息;服務(wù)器的另一個(gè)IP網(wǎng)段需對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)主機(jī)的存儲(chǔ)業(yè)務(wù)網(wǎng)段和中間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)接件的存儲(chǔ)業(yè)務(wù)管理網(wǎng)段。

存儲(chǔ)主機(jī)業(yè)務(wù)端口IP、中間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)接件IP、視頻管理平臺(tái)服務(wù)器其中一個(gè)IP需在同一網(wǎng)段;存儲(chǔ)主機(jī)管理端口IP、平臺(tái)服務(wù)器其中一個(gè)IP需設(shè)置另一網(wǎng)段。

5? 告警信息的匹配

存儲(chǔ)主機(jī)會(huì)發(fā)很多告警信息，平臺(tái)需要判斷告警信息是否可用，需參考存儲(chǔ)設(shè)備提供的MIB接口說明書，根據(jù)說明書中各種告警信息的OID編碼進(jìn)行解析，根據(jù)OID查詢所有上報(bào)的告警，再根據(jù)告警對(duì)應(yīng)的ID匹配指定的告警信息。所有不是從這個(gè)OID發(fā)出的告警，都將被平臺(tái)判定為無用的告警信息。

正常的一個(gè)告警都會(huì)發(fā)出三條告警信息：告警故障、恢復(fù)告警、事件告警。每一個(gè)告警都有自己唯一的告警ID，雙方通過這個(gè)告警ID來匹配是否是需要展示的告警信息。通過重要與不重要告警信息的篩選，本次測(cè)試信息主要如表2所示，其中硬盤被拔出的告警對(duì)應(yīng)的告警ID是0x10A0008，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制就是17432584。其他告警信息以此類推。

6? 存儲(chǔ)主機(jī)開啟SNMP服務(wù)

第一步：進(jìn)入存儲(chǔ)主機(jī)Linux系統(tǒng)操作界面，輸入chang user mode current mode user mode=developer命令進(jìn)入配置模式。

Have you read danger alert message carefully？（y/n）

回復(fù)：y

Are you sure you really want to perform the poeration？（y/n）

回復(fù)：y

第二步：在第一步界面上，輸入y開啟存儲(chǔ)主機(jī)的SNMP服務(wù)。

在配置模式中輸入change snmp status=strat命令，系統(tǒng)自動(dòng)回復(fù)Command executed successfully.說明SNMP服務(wù)已成功開啟。

確定SNMP接口協(xié)議信息，SNMP服務(wù)啟動(dòng)界面示意圖如圖2所示。

第三步：設(shè)置SNMP版本，并開啟SNMP V1V2C Switch。

在配置模式中輸入show snmp version查看SNMP版本信息，開啟SNMP協(xié)議界面的操作示意圖如圖3所示。

第四步：設(shè)置陣列讀寫團(tuán)體字。

開啟SNMP協(xié)議后，進(jìn)行存儲(chǔ)磁盤陣列團(tuán)體字配置。輸入命令change snmp community read_community=Read@storage

write_community= Write@storage，顯示Command executed success-

fully說明配置命令執(zhí)行成功，團(tuán)體字配置完成。

第五步：在存儲(chǔ)主機(jī)配置需接收告警信息的服務(wù)器IP地址、告警上傳端口號(hào)，并正確完成SNMPv2c的協(xié)議版本配置，告警接收類型選擇“ALL”。如果配置錯(cuò)誤，將導(dǎo)致平臺(tái)無法接收到告警信息。

7? 對(duì)接測(cè)試

系統(tǒng)對(duì)接功能需采用專用iReasoning工具進(jìn)行功能測(cè)試。

第一步：電腦安裝JAVA軟件，創(chuàng)建JAVA測(cè)試環(huán)境，如圖4所示。

第二步：打開mibbrowser/bin文件架內(nèi)的browser應(yīng)用程序接口測(cè)試工具。

第三步：磁盤陣列SNMP端口確認(rèn)。

登錄存儲(chǔ)主機(jī)Linux系統(tǒng)操作界面，輸入cshow snmp port查詢存儲(chǔ)主機(jī)陣列SNMP端口，用工具登錄的時(shí)候要確保端口號(hào)一致，不然無法連接。

第四步：SNMP工具端設(shè)置。

端口號(hào)需要和存儲(chǔ)主機(jī)陣列端口號(hào)一致，Read Community和Write Community需要和存儲(chǔ)主機(jī)陣列讀寫團(tuán)體字一致，SNMP版本選2，如圖5所示。

第五步：通過OID直接讀取存儲(chǔ)主機(jī)信息。

根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備提供的MIB接口說明書，正確輸入OID編碼，查詢所有上報(bào)的告警信息。

第六步：與存儲(chǔ)主機(jī)對(duì)接。

測(cè)試工具具體顯示的告警事件的ID編碼為十六進(jìn)制，通過轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制后，核對(duì)編碼與存儲(chǔ)主機(jī)的告警信息ID編碼一致，說明成功匹配接收存儲(chǔ)主機(jī)告警信息，接口協(xié)議調(diào)試對(duì)接完成。

第七步：告警主機(jī)接收設(shè)置。

通過Tools菜單按鍵，選擇Trap Receiver進(jìn)行接收配置，如圖6所示。

注意正確配置告警信息傳輸端口號(hào)及其用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議。端口號(hào)配置參考第四步的SNMP工具端設(shè)置。

第八步：接收告警信息復(fù)測(cè)。

通過以上步驟配置后，開始再次進(jìn)行存儲(chǔ)設(shè)備模擬制造告警信息，主機(jī)接收告警信息測(cè)試，核對(duì)告警信息編碼與告警信息一致。對(duì)接告警信息一致，說明接口測(cè)試完成，可進(jìn)行視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)配置。

8? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)告警配置

第一步：如圖7所示，在監(jiān)控平臺(tái)添加存儲(chǔ)主機(jī)設(shè)備資源。

第二步：在平臺(tái)報(bào)警管理添加設(shè)備報(bào)警，部署報(bào)警級(jí)別、布防時(shí)間計(jì)劃，如圖8所示。

第三步：告警展示。

以上配置完成后，進(jìn)行模擬測(cè)試，系統(tǒng)平臺(tái)收到相應(yīng)的告警信息，并在平臺(tái)節(jié)目面進(jìn)行展示。圖9是根據(jù)硬盤域中存儲(chǔ)磁盤被拔出、恢復(fù)故障的告警信息展示。

9? 方案原理

本次測(cè)試的告警信息上傳流程：

（1）當(dāng)存儲(chǔ)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，存儲(chǔ)主機(jī)把該變化的報(bào)警信息上報(bào)給視頻監(jiān)控平臺(tái)AMS（告警服務(wù)器）;

（2）AMS收到告警消息后，把告警信息上傳給MQ（中間存儲(chǔ)管理設(shè)備）;

（3）CMS（中心管理服務(wù)器）在MQ設(shè)置偵聽，MQ中有消息更新就會(huì)去主動(dòng)獲取消息;

（4）CMS把獲取到的告警寫入數(shù)據(jù)庫;

（5）Web去查詢數(shù)據(jù)庫，獲取最新的報(bào)警信息后在監(jiān)控平臺(tái)報(bào)警頁面展示;

（6）在Web頁面配置C/S客戶端聯(lián)動(dòng)，當(dāng)MQ有信息更新時(shí)，C/S客戶端獲取最新的告警信息并展示。

告警信息的具體上傳流程如圖10所示。

10? 測(cè)試結(jié)果

10.1? 視頻錄像存儲(chǔ)功能

在視頻監(jiān)視平臺(tái)上能正常調(diào)取選定的攝像機(jī)視頻錄像信號(hào)，并可隨意選定任何時(shí)段的錄像信息。在存儲(chǔ)容量固定的情況下，通過循環(huán)覆蓋的方式來存儲(chǔ)新的錄像內(nèi)容，被順序覆蓋的錄像將不存在。

10.2? 存儲(chǔ)主機(jī)監(jiān)視功能

（1）存儲(chǔ)主機(jī)的所有告警，均能在其自身的管理頁面上查詢到。由于存儲(chǔ)的絕大多數(shù)告警均是要在真實(shí)故障狀態(tài)下才能觸發(fā)的，在實(shí)驗(yàn)室及前期篩選的告警信息中，僅能對(duì)2個(gè)告警進(jìn)行真實(shí)測(cè)試——硬盤被拔出告警，引擎處于單控運(yùn)行、對(duì)應(yīng)硬盤被拔出恢復(fù)告警，引擎恢復(fù)雙控運(yùn)行;

（2）在存儲(chǔ)主機(jī)上拔掉硬盤框內(nèi)某一塊硬盤，在視頻監(jiān)視平臺(tái)最近報(bào)警信息中顯示“硬盤域中硬盤被拔出故障告警”。2分鐘后插上已拔硬盤，在視頻監(jiān)視平臺(tái)最近報(bào)警信息中顯示“硬盤域中硬盤被拔出恢復(fù)告警”;

（3）在存儲(chǔ)主機(jī)上拔掉其中一個(gè)控制器，在視頻監(jiān)視平臺(tái)最近報(bào)警信息中顯示“引擎處于單控運(yùn)行狀態(tài)事件告警”。2分鐘后插上已拔的控制器，在視頻監(jiān)視平臺(tái)最近報(bào)警信息中顯示“引擎恢復(fù)雙控運(yùn)行”。

11? 結(jié)? 論

綜上所述，系統(tǒng)為滿足基于IP-SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)構(gòu)架需支持RAID 0、1、5、6、10的盤陣組合及實(shí)現(xiàn)全局熱備盤，并具備對(duì)磁盤進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)視的功能要求，為后續(xù)項(xiàng)目實(shí)施提供了強(qiáng)有力的保證。

在目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，大型網(wǎng)絡(luò)化階段的視頻監(jiān)控系統(tǒng)也隨之到來。基于IP-SAN存儲(chǔ)構(gòu)架，其存儲(chǔ)技術(shù)高度發(fā)達(dá)也是不言而喻的。本文所介紹的IP-SAN存儲(chǔ)構(gòu)架解決方案，集存儲(chǔ)、信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)功能于一身，與視頻監(jiān)控平臺(tái)的兼容擴(kuò)展性得到驗(yàn)證，相信將成為目前行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，其集成高效、可靠的系統(tǒng)監(jiān)控性能，勢(shì)必將引領(lǐng)著視頻監(jiān)控行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 勞志浩.面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的云存儲(chǔ)運(yùn)維系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].無線互聯(lián)科技，2017（4）：6-7.

[2] 董朝陽，趙俊華，文福拴，等.從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)：基本概念與研究框架 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（15）：1-11.

[3] 楊烈君，吳玉芹，許先斌.ISCSI協(xié)議遠(yuǎn)程存儲(chǔ)輕量級(jí)安全移動(dòng)設(shè)備研究 [J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，34（4）：420-423.

作者簡(jiǎn)介：郭旭東（1987.01—），男，漢族，四川成都人，工程師，本科，研究方向：現(xiàn)代信息科技;文尚平（1970.12—），男，漢族，四川德昌人，工程師，本科，研究方向：傳輸與接入。