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安防存儲中的新RAID技術簡析

2014-11-14 09:49:27來源:類型:編輯:

  近年來,隨著信息技術的不斷發展以及安防產品與系統的普及應用,安防行業的數據安全問題不斷受到人們的重視。隨著高清監控的快速發展,平安城市、智慧城市等大型項目的大量鋪開,數據量不斷增大,隨之而帶來的大數據下的存儲問題及數據安全問題,逐漸成為視頻網路監控領域里新的課題。
  安放數據的存儲伴隨著安防技術和存儲技術共同發展。先后經歷里模擬前端+DVR存儲、模擬前端+DVS/DVR+網絡存儲、網絡前端+NVR、網絡前端+網絡存儲等階段?,F在隨著網絡帶寬的提高,使得高清應用越來越普遍,進而對安防存儲系統提出了更高的要求。
  一、安防數據存儲新需求
  當今安防發展特點可以概括為以下三點:
  1)高清化
  l 高線模擬:600/650/700線模擬攝像機+高分辨率DVR
  l 數字高清:SDI/HDSDI,HDCCTV
  l 高清網絡:130萬/200萬/500萬IPC+HDVR+NVR,4K應用
  2)智能化
  l 從事后追責,被動應用過渡到事先防控、主動防御,進一步解放人力、提高效率
  l 從技術層面的智能分析進入實戰應用用階段,如周界防范、人員追蹤等,已經在公安、交通、金融、司法等行業開始使用
  3)融合應用
  從單系統獨立使用進入多系統平臺融合使用階段,主要表現為
  l 大容量視頻信息匯集、共享
  l 安防系統內部整合,對接上層業務管理系統
  l 多系統融合,比如應急聯動、緊急布控、公安消防等
  l 安防與IT技術高度融合

  二、安防存儲新技術:從底層保護數據安全
  從以上分析可知,安防系統已經步入實戰階段,而智能分析、主動防御、融合應用的實戰操作必須建立在可靠的監控數據存儲系統上。這里介紹兩種RAID技術,該技術可以從底層保證數據的安全存儲。
  1、VRAID(VedioRAID)技術
  RAID技術已經很熟悉,屬于磁盤陣列的基礎技術,經過不斷發展,現在已經有了從RAID 0 到RAID7八種基本的RAID級別和類似RAID 10、RAID 50的二維RAID。不同的RAID級別可以為用戶提供相應的RAID性能和數據安全性。但任何一種RAID技術都有故障盤容忍限度,即壞盤數量達到一定數量后整個RAID組失效,其中的數據全部丟失。例如,傳統RAID5中,一塊硬盤損壞時,RAID通過冗余機制可以保證數據不丟失,但當硬盤損壞2塊以上,很不幸RAID5已經不能幫你恢復硬盤數據,一般來說只好和你的所有數據說bye bye了!
  這里介紹的VRAID技術是一種面向安防應用的新RAID技術(??低曖槍σ曨l應用推出的全新技術)。VRAID技術可以有效的解決傳統RAID中多(2或以上)塊硬盤損壞后,整個RAID組中數據完全丟失的問題。即VRAID中壞2塊盤以上(理想情況下只要有1塊可用盤即可),剩余好盤中的數據仍然可讀,同時新數據可持續寫入。
  技術原理:VRAID的實現是立足于存儲設備底層不同于傳統文件系統的流媒體數據管理結構和RAID優化技術來。當VRAID中多塊盤損壞時,在流媒體數據管理結構下,好盤上各個條帶中的視頻數據仍可獨立播放;播放到壞盤條帶時,直接自動跳過并且自然播放下一個可用條帶上的數據,保證錄像畫面播放流暢。同時新數據傳輸過來時,仍然可寫。
  2、網絡RAID技術
  傳統RAID受限于硬盤數量,在數據容量劇增的年代無法滿足企業對資源統一靈活調配的需求。存儲智能高效的發展趨勢要求底層的數據分布架構必須具有高度靈活性和擴展性,隨著硬盤容量的增大,以硬盤為單位對數據進行管理也顯得越來越力不從心。一般的磁盤陣列只能在同一個物理節點內部做RAID,且一個硬盤只能位于一個RAID組內,當發生控制器宕機或者磁盤損壞,這時所有數據就都都丟失了,這是傳統的磁盤陣列RAID可用性方面比較大的劣勢。
  網絡RAID是一種Scale out技術,通過網絡通訊可以在不同的物理節點之間建立RAID。并且組成RAID的基本單元不再是整個硬盤,而是每個硬盤Chunk塊,一個硬盤可以處于多個RAID組中。當某個物理節點宕機后,整個系統的數據可以通過其他物理節點恢復出來;單個硬盤故障時,可以由多個磁盤共同參與重構,重構過程可在分鐘級內完成。
  技術原理:
  1)把各個物理節點的所有硬盤劃分為Chunk塊
  2)基于不同物理節點的硬盤Chunk塊創建RAID
  整個RAID是基于Chunk來建立,Chunk來自不同的物理節點的磁盤。整個RAID組可以由所有物理節點(一塊或多塊硬盤)共同構建。
  3)單塊硬盤故障及處理
  一塊硬盤可以位于多組RAID中,因此當單塊硬盤損壞時,會有多組RAID共同進行重構計算,極限情況下所有硬盤同時參與重構計算,速度比普通RAID時大幅提高,可達分鐘甚至秒級。
  4)整個物理節點故障及處理
  假設第三臺設備故障。普通RAID時,整臺設備的數據丟失。
  在網絡RAID中,對各RAID的影響如下圖。每組RAID中只有部分Chunk數據丟失,通過該RAID中的剩余數據塊,是可以完全恢復的。
  網絡RAID雖然稱為RAID,實際是分布式存儲技術??梢越鉀Q普通RAID下重構時間長,多個存儲節點堆砌應用時的管理負擔大,無法滿足熱點需求,節點故障時數據丟失等問題,消除更大的系統可用性風險。
  在網絡RAID中,不再以整盤作為管理單位和校驗單位,磁盤分段(Chunk)管理,化整為零,提供精細化管理、高級別容錯和高性能數據恢復,為數據存儲提供高可靠性。
  在網絡RAID中,一般磁盤錯誤,可以在秒級重構完成;磁盤失效時,大量磁盤參與重構,加速重構過程數十倍;存儲資源跨節點分配,管理更簡單,更重要的是整個節點故障時,可保證數據不丟失。高度容錯設計,無論是壞盤還是節點更換和擴容,均能簡單應對和實施,從而提升整體存儲方案的持續可用性。

 
  三、安防數據存儲未來
  安防存儲的發展必定是底層技術、物理設備、系統架構的協同發展,單獨依賴任何一點都無法滿足需求。
  對于通常的大中小型監控系統,無需存儲服務器的視頻流直寫存儲架構+面向安防的VRAID技術可以既可以簡化系統部署,有充分保護用戶的數據安全。同時隨著GB/T28181標準的推行,采用標準流媒體協議的視頻流直寫存儲方案也將越來越受市場青睞。
  對于特大型監控系統(上萬路視頻前端),要求達到PB級的存儲容量,靠單設備堆疊和普通文件系統是無法提供安全、高效的應用保證的,必須有虛擬化、集群化和離散存儲的解決方案。針對安防應用的視頻云存儲技術采用云計算理念,底層配合網絡RAID技術可以為用戶提供虛擬化、集群化、一體化的便捷云存儲服務。
  安防云存儲系統特征:
  1) 虛擬化技術全面整合存儲容量,按需分配且能夠靈活調整大小。
  2) 前端通過視頻流協議直寫云存儲,節省用戶投資。
  3) 視頻流通過離散算法均衡切片,以集群響應方式提供數據并發服務。
  4) 底層采用網絡RAID技術,多層次保護用戶數據安全。
  5) 全系統集群工作模式,保證各設備間業務實時負載均衡,提高設備利用率。
  6) 全域一體化索引技術,全面提升查詢速率,達到秒級響應。
  安防云存儲解決了當前安防行業已經開始面臨海量數據存儲的管理和應用問題,2012年到2013年,??低曇呀浻卸鄠€平安城市項目實際應用成功,并且通過用戶實際使用取得了非常成功的視頻業務應用體驗。未來幾年,大中型安防項目建設中,安防云存儲會占據視頻監控存儲方案的主力位置,相信,安防云存儲必然很快發展成為視頻監控存儲市場的主流解決方案,也會是首選的最佳方案。

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