后端设备选型

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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页视频监控后端应用探索一、 监控发展历史视频监控行业经历了短短二十几年的风风雨雨，伴随着社会的进步，视频监控越来越被广泛地应用于各个领域，从最早模拟监控到前些年火热数字监控再到现在方兴未艾网络视频监控，发生了翻天覆的变化。目前以网络摄像机、视频服务器为代表的第三代网络视频监控系统取得了长足的发展，在IP技术逐步完善、统一的全球性今天，网络视频监控在全球市场占有份额迅速增加，在各地项目中也逐步获得广泛应用，全国的平安城市、全球眼项目更是掀起了网络视频应用的高潮，网络视频厂商如雨后春笋般在全国范围内迅速增加，市场上出现了

2、大量的网络视频监控产品品牌，其它IT厂商或传统行业也加入了网络视频行业的竞争，纷纷推出了自己的网络视频产品及解决方案。面对市场上众多的网络视频监控产品，工程商和最终用户如何选择产品和解决方案，一直是一个比较头疼的问题，希望通过对监控系统后端的关键要素分析，可以给工程商和最终用户一些建议，选择适合自己的产品和解决方案。 从技术角度分析，视频监控系统发展划分为第一代模拟视频监控系统(CCTV)，到第二代是基于“PC多媒体卡”数字视频监控系统(DVR) ，到第三代完全基于IP网络视频监控系统(IPVS)。首先我们针对视频监控系统发展阶段作一个简单回顾，以便系统集成商、工程商根据工程项目需求和项目预算

3、实际情况，推荐给客户最合适的产品和系统解决方案。第一代视频监控：传统模拟闭路视监控系统(CCTV)：依赖摄像机、缆、录像机和监视器等专用设备。例如，摄像机通过专用同轴缆输出视频信号，缆连接到专用模拟视频设备，如视频画面分割器、矩阵、切换器、卡带式录像机(VCR)及视频监视器等。模拟CCTV存在大量局限性：有限监控能力：只支持本地监控，受到模拟视频线缆传输长度和线缆放大器限制。有限扩展性：系统通常受到视频画面分割器、矩阵和切换器输入容量限制。录像负载重：用户必须从录像机中取出或更换新录像带保存，且录像带易于丢失、被盗或无意中被擦除。录像质量不高：录像是主要限制因素。录像质量随拷贝数量增加而降低。

4、第二代视频监控：当前“模拟-数字”监控系统(DVR)：“模拟-数字” 监控系统是以数字硬盘录像DVR为核心半模拟半数字方案，从摄像机到DVR仍采用同轴线缆输出视频信号，通过DVR同时支持录像和回放，并可支持有限IP网络访问，由于DVR产品五花八门，没有标准，所以这一代系统是非标准封闭系统，DVR系统仍存在大量局限：复杂布线：“模拟-数字”方案仍需要在每个摄像机上安装单独视频缆，导致布线复杂性。有限扩展性：DVR典型限制是一次最多只能扩展16个摄像机。有限管理性：您需要外部服务器和管理软件来控制多个DVR或监控点。有限远程监视/控制能力：您不能从任意客户机访问任意摄像机。您只能通过DVR间接地访

5、问摄像机。磁盘发生故障风险：与RAID冗余和磁带相比，“模拟-数字”方案录像没有保护，易于丢失。第三代视频监控：未来完全IP视频监控系统IPVS：全IP视频监控系统与前面两种方案相比存在显著区别，该系统优势主要是摄像机内置Web服务器，并直接提供以太网端口。这些摄像机生成JPEG或MPEG4或H.264数据文件，可供任何经授权客户机从网络中任何位置访问、监视、记录并打印，而不是生成连续模拟视频信号形式图像。全IP视频监控系统它巨大优势是：简便性：所有摄像机都通过经济高效有线或者无线以太网简单连接到网络，使您能够利用现有局域网基础设施，您可使用5类网络缆或无线网络方式传输摄像机输出图像以及水平、

6、垂直、变倍(PTZ)控制命令或者直接通过以太网供。强大中心控制：台工业标准服务器和一套控制管理应用软件就可运行整个监控系统。易于升级与全面可扩展性：轻松添加更多摄像机，中心服务器将来能够方便升级到更快速处理器、更大容量磁盘驱动器以及更大带宽等。全面远程监视：任何经授权客户机都可直接访问任意摄像机，您也可通过中央服务器访问监视图像。坚固冗余存储器：可同时利用SCSI、RAID以及磁带备份存储技术永久保护监视图像不受硬盘驱动器故障影响。二、 后端存储技术发展存储一直以来都是监控系统的后防，也是监控系统稳定性的关键随着数字化监控的应用越来越广、规模越来越大，采用何种方式对数字视频信息进行保存开始成为

7、厂商以及用户都非常关心的问题。视频监控存储的发展关于录像存储的应用主要经历了以下几个阶段：录像带存储在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。在这种监控系统中，视频存储主要是应用录像带实现。如下图所示：前端摄像机将采集到的模拟视频信号，通过模拟信号传输线路传送至模拟视频矩阵;通过模拟视频矩阵将视频信号在大屏系统上显示，同时将需要进行录像的线路通过视频分配器分成两路，一路在大屏上显示，另一路通过磁带录像机进行录像;视频信号的控制通过模拟键盘实现。采用这种方式进行录像在成本上比较低廉，而且系统连接也比较简单，同时由于全部都是模拟信号，所以图像而录像带虽然在成

8、本以及实现方式上具备得天独厚的优势，但也有着如下的致命缺点：1、 难以检索2、 录像时长短3、 维护复杂硬盘存储直接采用硬盘存储作为数字化之后的第一代存储介质，在监控存储的历程中具有承上启下的重要作用。其实现方式非常简单，即采用服务器或者DVR中的硬盘对数字视频信号进行存储。但随着视频数据的重要性日益加强，人们也越来越多地考虑到数据的安全性和写入的高效性，这时，硬盘本身损毁数据难以恢复以及计算机内部总线带宽瓶颈等问题就都暴露出来。所以在大型项目中，往往都采用磁盘阵列设备将存储系统作为独立的系统进行构建。磁盘阵列存储采用磁盘阵列存储一般有以下几种方式：1. DAS(直接附加存储)将外置存储设备通

9、过连接电缆，直接连接到一台服务器上采用直接附加存储方案的服务器结构如同PC机架构，外部数据存储设备采用SCSI技术或者FC(Fibre Channel)技术，直接挂接在内部总线上的方式，数据存储是整个服务器结构的一部分，在这种情况下往往是数据和操作系统都未分离。 DAS这种直连方式，能够解决单台服务器的存储空间扩展、高性能传输需求。但是直接附加存储设备依赖服务器主机操作系统进行数据的I/O读写和存储维护管理。但其DAS的扩展性是所有专业存储架构中最差的。DAS示意图2. NAS(网络附加存储)NAS是一种专业的网络文件存储及文件备份设备，或称为网络直联存储设备、网络磁盘阵列。NAS是一种专业的

10、网络文件存储及文件备份设备，它是基于LAN(局域网)环境，按照TCP/IP协议进行通信，以文件的I/O(输入/输出)方式进行数据传输。一个NAS单元包括核心处理器，文件服务管理工具，一个或者多个的硬盘驱动器用于数据的存储。 NAS 可以应用在任何的网络环境当中。主服务器和客户端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件，包括SMB格式(Windows)NFS格式(Unix，Linux)和CIFS格式等等。但由于其协议的影响，NAS对网络的利用率一般在40%以下，无法提供高性能的数据写入服务NAS示意图3. FC-SAN(光纤存储区域网络)通过光纤集线器、光纤路由器、光纤交换机等连接设备将磁盘阵

11、列、磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用子网。SAN提供一个专用的、高可靠性的基于光通道的存储网络，SAN允许独立地增加它们的存储容量，也使得管理及集中控制(特别是对于全部存储设备都集群在一起的时候)更加简化。缺点是其价格现在比较昂贵。SAN架构示意图4. IP-SAN(以太网存储区域网络)继承了FC-SAN的几乎全部特性，通过普通IP网络对外提供以往只有FC-SAN才能提供的存储性能，而且由于采用了IP网络作为传输线路，所以价格较FC-SAN便宜很多。也正是因为这样，在目前的监控存储中更多使用的是IP-SAN。各存储系统特性对比如下表所示： DASNASFC-SANIP-SAN集中化

12、存储（高共享性能）不具备具备具备具备存储设备集中管理具备具备具备具备设备高可用性具备具备具备具备高速读写性能具备不具备具备具备可扩展性不具备具备有限具备具备投入成本低低高低监控专用存储设备通用的存储设备都是为了满足高性能数据存储而设计，在面对监控系统这种7*24小时持续写入的系统应用时，就会暴露出磁盘碎片过多等问题。而监控系统本身也会因为系统过于庞大，而出现服务器过多、管理复杂等问题。所以在2008年之后，存储厂商陆续推出监控专用的存储设备，通过DVS直写、文件定长写入等多种方式，解决传统架构中产生的问题。监控专用存储系统架构图三、 后端存储选型应用（1） 存储方式选择存储方式的选择已决定了存

13、储设备的选型，从以上分析，我们知道存储有以下的三种选择：DVR存储，编码直连存储，集中存储，而我们针对这三种又如何选择呢？1、 DVR存储由于DVR本身就可以挂载多块硬盘，所以采用直接添加硬盘的方式进行存储也就成为理所当然的想法。但这样应用会造成系统负荷增加，故障率提高，同时，由于数据没有必要的保护措施，经常会由于硬盘损坏造成数据丢失。正是因为以上问题，所以有了DVR增加外挂存储的做法。采用外挂存储基本上是通过DAS(直接附加存储)方式实现，即通过USB、1394、SCSI线、SAS线、IP网线或者光纤线直接与DVR连接，并为其提供空间。这样不仅保证了系统的存储空间，更具备了RAID技术对磁盘

14、数据进行保护。但采用DAS方式并不能同时支持很多视频存储服务单元同时接入，而且其扩容能力严重依赖所选择的存储设备自身的扩容能力，所以在大型数字视频监控系统中，应用DAS存储方式将造成系统维护难度的极大提升。正是由于DVR存储的这些特点，所以这种存储方式一般应用于小型数字视频监控项目中。在这个领域的产品，技术门槛低，所以这个领域的存储市场还属于战国时代。2、 编码直连存储 采用编码直接存储，主要有两种方式：一是通过编码器上自带的USB接口连接USB硬盘，另一种则是在中心配置NAS(网络附加存储)，为前端的编码器提供文件级存储空间，并共享给中心平台以备调用。采用USB硬盘的方式，由于硬盘无法长期在

15、野外工作，所以很少被使用;而采用NAS附加的方式，可以同时支持多个主机端同时进行读写，具备非常优秀的共享性能和扩展能力;同时NAS可以应用在复杂的网络环境中，部署也非常灵活。但是由于NAS采用CIF/NFS协议进行数据的文件级传输，所以网络开销非常大，特别是在写入数据时带宽的利用率一般只有20%-40%之间，这就对传输网络造成极大的压力。所以目前NAS一般应用于小型的网络数字视频监控系统中或者只是用于部分数据的共享存储。在这个领域，主要都是国内的一些服务器架构的厂家在竞争，诸如H3C、邦诺、海康等。其中H3C凭借其早期介入以及强大的市场能力的优势，在这个领域占据了重要的地位，但其高昂的价格一直制约着其产品的推广;而海康则是凭借其在编码器市场老大的地位，后来居上，占据了大量的市场份额。3、 分布式和集中式存储的选择集中存储的优缺点是，物理介质集中布放；视频流上传到中心对机房环境要求高，要求机房空间大，承重、空调等都是需要考虑的问题。分布存储，集中管理的优缺点是，物理介质分布到不同的地理位置；视频流就近上传，对骨干网带宽没有什么要求；可采用多套低端的小容量的存储设备分布部署，设备价格和维护成本较低；小容量设备分布部署，对机房环境要求低。在大型项目中，一般