安防存储中的新RAID技术简析 安防技术, 带宽, 网络

Bazinga

近年来，随着信息技术的不断发展以及安防产品与系统的普及应用，安防行业的数据安全问题不断受到人们的重视。随着高清监控的快速发展，平安城市、智慧城市等大型项目的大量铺开，数据量不断增大，随之而带来的大数据下的存储问题及数据安全问题，逐渐成为视频网路监控领域里新的课题。

安放数据的存储伴随着安防技术和存储技术共同发展。先后经历里模拟前端+DVR存储、模拟前端+DVS/DVR+网络存储、网络前端+NVR、网络前端+网络存储等阶段。现在随着网络带宽的提高，使得高清应用越来越普遍，进而对安防存储系统提出了更高的要求。

一、安防数据存储新需求

当今安防发展特点可以概括为以下三点：

1）高清化

●高线模拟：600/650/700线模拟摄像机+高分辨率DVR

●数字高清：SDI/HDSDI，HDCCTV

●高清网络：130万/200万/500万IPC+HDVR+NVR，4K应用

2）智能化

●从事后追责，被动应用过渡到事先防控、主动防御，进一步解放人力、提高效率

●从技术层面的智能分析进入实战应用用阶段，如周界防范、人员追踪等，已经在公安、交通、金融、司法等行业开始使用

3）融合应用

从单系统独立使用进入多系统平台融合使用阶段，主要表现为

●大容量视频信息汇集、共享

●安防系统内部整合，对接上层业务管理系统

●多系统融合，比如应急联动、紧急布控、公安消防等

●安防与IT技术高度融合

根据当前安防系统新需求，对安防存储系统的要求可以总结如下图。


二、安防存储新技术：从底层保护数据安全
从以上分析可知，安防系统已经步入实战阶段，而智能分析、主动防御、融合应用的实战操作必须建立在可靠的监控数据存储系统上。这里介绍两种RAID技术，该技术可以从底层保证数据的安全存储。

1、VRAID（VedioRAID）技术

RAID技术已经很熟悉，属于磁盘阵列的基础技术，经过不断发展，现在已经有了从RAID 0到RAID7八种基本的RAID级别和类似RAID 10、RAID 50的二维RAID.不同的RAID级别可以为用户提供相应的RAID性能和数据安全性。但任何一种RAID技术都有故障盘容忍限度，即坏盘数量达到一定数量后整个RAID组失效，其中的数据全部丢失。例如，传统RAID5中，一块硬盘损坏时，RAID通过冗余机制可以保证数据不丢失，但当硬盘损坏2块以上，很不幸RAID5已经不能帮你恢复硬盘数据，一般来说只好和你的所有数据说bye bye了！

这里介绍的VRAID技术是一种面向安防应用的新RAID技术（海康威视针对视频应用推出的全新技术）。VRAID技术可以有效的解决传统RAID中多（2或以上）块硬盘损坏后，整个RAID组中数据完全丢失的问题。即VRAID中坏2块盘以上（理想情况下只要有1块可用盘即可），剩余好盘中的数据仍然可读，同时新数据可持续写入。



技术原理：VRAID的实现是立足于存储设备底层不同于传统文件系统的流媒体数据管理结构和RAID优化技术来。当VRAID中多块盘损坏时，在流媒体数据管理结构下，好盘上各个条带中的视频数据仍可独立播放；播放到坏盘条带时，直接自动跳过并且自然播放下一个可用条带上的数据，保证录像画面播放流畅。同时新数据传输过来时，仍然可写。

2、网络RAID技术

传统RAID受限于硬盘数量，在数据容量剧增的年代无法满足企业对资源统一灵活调配的需求。存储智能高效的发展趋势要求底层的数据分布架构必须具有高度灵活性和扩展性，随着硬盘容量的增大，以硬盘为单位对数据进行管理也显得越来越力不从心。一般的磁盘阵列只能在同一个物理节点内部做RAID，且一个硬盘只能位于一个RAID组内，当发生控制器宕机或者磁盘损坏，这时所有数据就都都丢失了，这是传统的磁盘阵列RAID可用性方面比较大的劣势。

网络RAID是一种Scale out技术，通过网络通讯可以在不同的物理节点之间建立RAID.并且组成RAID的基本单元不再是整个硬盘，而是每个硬盘Chunk块，一个硬盘可以处于多个RAID组中。当某个物理节点宕机后，整个系统的数据可以通过其他物理节点恢复出来；单个硬盘故障时，可以由多个磁盘共同参与重构，重构过程可在分钟级内完成。

技术原理：

1）把各个物理节点的所有硬盘划分为Chunk块



2）基于不同物理节点的硬盘Chunk块创建RAID

整个RAID是基于Chunk来建立，Chunk来自不同的物理节点的磁盘。整个RAID组可以由所有物理节点（一块或多块硬盘）共同构建。

第一组RAID：3+1——3个有效数据，1个校验数据




第二组RAID：3+2——3个有效数据，2个校验数据



3）单块硬盘故障及处理

一块硬盘可以位于多组RAID中，因此当单块硬盘损坏时，会有多组RAID共同进行重构计算，极限情况下所有硬盘同时参与重构计算，速度比普通RAID时大幅提高，可达分钟甚至秒级。

4）整个物理节点故障及处理

假设第三台设备故障。普通RAID时，整台设备的数据丢失。



在网络RAID中，对各RAID的影响如下图。每组RAID中只有部分Chunk数据丢失，通过该RAID中的剩余数据块，是可以完全恢复的。



3+1RAID 3+2RAID
网络RAID虽然称为RAID，实际是分布式存储技术。可以解决普通RAID下重构时间长，多个存储节点堆砌应用时的管理负担大，无法满足热点需求，节点故障时数据丢失等问题，消除更大的系统可用性风险。

在网络RAID中，不再以整盘作为管理单位和校验单位，磁盘分段（Chunk）管理，化整为零，提供精细化管理、高级别容错和高性能数据恢复，为数据存储提供高可靠性。

在网络RAID中，一般磁盘错误，可以在秒级重构完成；磁盘失效时，大量磁盘参与重构，加速重构过程数十倍；存储资源跨节点分配，管理更简单，更重要的是整个节点故障时，可保证数据不丢失。高度容错设计，无论是坏盘还是节点更换和扩容，均能简单应对和实施，从而提升整体存储方案的持续可用性。

三、安防数据存储未来

安防存储的发展必定是底层技术、物理设备、系统架构的协同发展，单独依赖任何一点都无法满足需求。

对于通常的大中小型监控系统，无需存储服务器的视频流直写存储架构+面向安防的VRAID技术可以既可以简化系统部署，有充分保护用户的数据安全。同时随着GB/T28181标准的推行，采用标准流媒体协议的视频流直写存储方案也将越来越受市场青睐。



对于特大型监控系统（上万路视频前端），要求达到PB级的存储容量，靠单设备堆叠和普通文件系统是无法提供安全、高效的应用保证的，必须有虚拟化、集群化和离散存储的解决方案。针对安防应用的视频云存储技术采用云计算理念，底层配合网络RAID技术可以为用户提供虚拟化、集群化、一体化的便捷云存储服务。



安防云存储系统特征：

1）虚拟化技术全面整合存储容量，按需分配且能够灵活调整大小。

2）前端通过视频流协议直写云存储，节省用户投资。

3）视频流通过离散算法均衡切片，以集群响应方式提供数据并发服务。

4）底层采用网络RAID技术，多层次保护用户数据安全。

5）全系统集群工作模式，保证各设备间业务实时负载均衡，提高设备利用率。

6）全域一体化索引技术，全面提升查询速率，达到秒级响应。

安防云存储解决了当前安防行业已经开始面临海量数据存储的管理和应用问题，2012年到2013年，海康威视已经有多个平安城市项目实际应用成功，并且通过用户实际使用取得了非常成功的视频业务应用体验。未来几年，大中型安防项目建设中，安防云存储会占据视频监控存储方案的主力位置，相信，安防云存储必然很快发展成为视频监控存储市场的主流解决方案，也会是首选的最佳方案。