1.1 需求概述
存儲分系統的設計需建立滿足承載應用系統要求的數據存儲能力，根據用戶的網絡和實際應用情況，對視頻監控存儲系統的建設要滿足如下需求：
高性能
由於有多路攝像頭數據併發持續寫入，考慮以後攝像頭的增加，並且同時有多路服務器可能讀取數據，所以需要高性能處理的存儲系統。
海量存儲空間
要對海量視頻數據進行存儲，這就要求存儲設備必須提供海量的存儲空間。
集中式管理與共享
實現數據和存儲空間的統一管理和共享，使數據的管理、備份非常方便。
可靠性
數據的安全性是第一位的，系統應保障在單點或多點故障的情況下，仍然能夠持續運行，並能在線的恢復正常。
可擴展性
隨着監控範圍的擴大，攝像頭數據量的增加和存儲天數延長，存儲系統的可擴展性尤爲重要，良好的擴展性可以保證業務的連續性。
易用性
系統的操作應具有靈活簡便，人機界面友好，易於掌握的特點，操作人員能夠方便物進行使用及維護，使整個系統的功能得以最大實現。
1.2 存儲架構設計
如何構建一個高效、經濟、安全的存儲架構對於平安城市的成功建設是至關重要的，我們採用分級存儲、屬地化管理、網絡化調用等存儲管理方式來構建平安城市視頻圖像信息存儲系統。
圖1. 海量存儲系統架構示意圖
1.2.1 實時視頻存儲
通常NVR無法滿足大路數視頻監控的統一存儲管理，在性能和接入路數上都不能無法滿足大項目的實際需求。
實時監控存儲應用中無論採用DAS直接存儲結構或是SAN的網絡化存儲結構，都需要配置大量的視頻存儲服務器。數據流通過視頻存儲服務器寫入存儲設備，點播回放的數據流也是需要通過存儲服務器讀出。
這樣造成的問題有：
1) 服務器往往會成爲存儲系統的瓶頸；
1) 服務器增加了整體系統的單點故障；
服務器也增加了成本開銷。
本項目擬採用海康CVR（直存技術），該方案有着不可比擬的技術優勢。
一、流媒體直存方案
把錄像軟件和播放軟件嵌入到存儲設備中是整體上解決服務器存儲模式不足的一種新方法；編碼器的視頻數據直接寫入存儲，平臺和客戶端可以直接從存儲中點播；降低了客戶使用成本，也提高了性能和可靠性。
流媒體直存存儲設備是集編碼設備管理、錄像管理、存儲和轉發功能爲一體的視頻專用存儲設備。即把錄像功能和播放功能嵌入到存儲設備中，實現編碼器數據流直接寫入存儲，或通過流媒體轉發寫入存儲。平臺和客戶端可以直接從存儲中點播、下載。流媒體直存技術可以提高系統性能和可靠性，同時降低客戶使用成本，並具備高性能、高可靠、高密度、大容量、易擴展的特點。
因此，本方案設計採用先進的流媒體直存技術和視頻監控專用存儲設備，在區縣級中心機房設立存儲中心，用於集中存儲管理本區縣所有前端監控鏡頭的實時監控錄像。
二、流媒體直存存儲方案優勢分析
採用流直存技術的存儲設備是一款集編碼設備管理、錄像管理、存儲和轉發功能爲一體的專用化存儲設備，具備低成本、高性能、高穩定、高可靠、架構開放等優勢特點，具體如下：
1) 低成本
省去視頻存儲服務器（PCNVR）
支持低價的監控級硬盤作單盤模式或組建RAID；
支持視頻抽幀存儲，可節省存儲空間。
2) 高性能
支持高達512路2M碼流併發寫入；
視頻流無需打包成文件，可即時回放查看、快速定位，檢索效率高；
採用專用數據管理結構，無文件系統，規避長期循環覆蓋寫產生的文件碎片而引起的系統性能下降的問題；
對外提供大容量錄像卷。
3) 高穩定
規避斷網斷電情況下，出現文件不可讀或丟失的問題；
由於省去了存儲服務器，簡化了系統架構，降低了系統單點故障。
4) 高可靠
設備級保護，支持N+1備機冗餘，當在線設備故障時，備機自動接管其業務；
斷網補錄（ANR），當前端設備與CVR設備之間的網絡中斷時，錄像可自動保存在前端，待網絡恢復後再回傳到CVR設備；
數據備份，可支持前端設備錄像備份，錄像數據本地備份和異地備份；
錄像丟失檢測報警，支持實時數據的丟幀報警（取流失敗持續15秒報警）和歷史數據丟失報警（每小時定時檢測）。
5) 架構開放
前端IPC/DVR/DVS/NVR等編碼設備以RTSP/SIP（GB/T28181）/ONVIF/PSIA等標準流媒體協議或SDK私有流媒體協議，直接通過網絡寫入存儲設備。
三、關鍵技術和重點功能
1) 流數據管理結構
視頻流直寫存儲採用流數據結構進行底層數據管理，實現基於裸空間的預分配策略，規避文件系統損壞引起的文件不可讀或丟失的問題，同時避免因文件碎片累積造成的覆蓋寫入性能衰減，保證性能穩定。
“合流“技術：無論多少個視頻流進入存儲後結合海康Smart Sequence in Cache技術完全匯聚成一個寫入磁盤的順序數據流，實現併發隨機轉化爲順序錄像，優化錄像性能。爲了實現合流技術，CVR內部維護了一個全局虛擬化的映射表完成隨機到順序的數據映射。
“流存”技術：裸空間直接存儲視頻流，循環寫入時視頻流不斷從頭到尾覆蓋整個存儲空間，消除文件系統損壞問題帶來的隱患，同時完全消除循環覆蓋帶來的文件碎片問題，徹底解決因文件碎片導致的寫入性能下降問題。
2) 豐富的部署方式和錄像方式
部署方式
支持從IPC/DVS/DVR/NVR直接取流錄像；
支持從流媒體服務器取流錄像和在存儲中進行流媒體轉發；
支持主子碼流錄像，並可自動或手動切換。
錄像方式
報警錄像、定時錄像、手動錄像、移動偵測錄像、信號量報警錄像、視頻丟失報警錄像等多種錄像方式。
3) 抽幀存儲
針對安防應用的特性，對過去一定時間的數據可進行抽幀存儲，減少存儲容量需求，抽幀後的錄像數據仍然可以播放，錄像質量不會降低。支持按1/2、1/4、1/8的剩餘容量比例和抽I幀的不同策略抽幀方式。
4) N+1模式
系統運行時間較長時，難免不出現設備級故障。N+1備機冗餘功能保證工作機故障時，錄像業務不中斷，數據不丟失，提供設備級保護，提升系統可靠性。其工作原理如下：指定一臺存儲設備作爲監控主機，對網域內其他存儲設備（工作主機）啓動監控功能，當發現被監控的工作主機出現異常成爲故障主機時，此臺監控主機主動接管故障主機的工作，可以實現取流，存儲，下載，回放等功能，同時繼續監控故障主機，當發現故障主機恢復正常成爲工作主機時，則停止所有的接管工作，並將接管期間的錄像數據回遷到工作主機中。
5) 數據完整性
智能補錄（ANR）
前端與數據中心網絡異常時，前端設備啓動錄像並保存在本地存儲設備上（SD卡，硬盤等）；網絡恢復後，錄像自動回傳到中心CVR存儲，保證數據的完整性。同時，CVR設備支持回傳策略設定，可選擇在業務空閒時（例如下班時間）進行回傳，解決業務繁忙時錄像數據與業務數據的帶寬競爭問題。
錄像丟失檢測報警
針對惡劣的網絡環境，經常出現網絡中斷導致視頻數據丟幀或整段錄像丟失的問題，爲提升系統的可靠性和安全性，方便客戶即時發現數據的不完整性，海康威視提出錄像丟失檢測及報警技術，該技術支持實時流檢測機制和歷史數據定時檢測兩種機制。實時流即時檢測，當錄像取流失敗持續15秒以上則觸發報警機制；歷史數據固定每小時檢測一次，當發現在策略調度時間段內或者手動錄像時間段內存在錄像丟失，則報警，同時恢復策略錄像。
6) 數據可靠性
數據備份
多種數據備份模式：與前端共同實現雙重備份、存儲本地備份以及存儲間的異地備份。
雙重備份：帶存儲功能的前端設備實現本地錄像存儲，可同時吐流存入存儲設備，實現數據前端和存儲雙重備份；
存儲本地備份：存儲設備從前端設備取流後，將流數據寫到錄像卷的同時，自動將流數據備份到存檔卷，不佔用外部數據帶寬，也無需平臺干預。由於存檔卷不會被循環覆蓋，這增加了重要通道數據的安全性。
存儲間異地備份：是指將存儲A機器上的錄像數據備份到B機器的存檔卷中，防止A機器因爲異常或錄像卷循環覆蓋而造成重要錄像數據的丟失，可實現跨局域網備份，無需平臺干預。
錄像鎖定
針對關鍵視頻，需要超過錄像週期時也不被循環覆蓋。海康威視CVR存儲設備可自動或按照策略對視頻進行鎖定。鎖定方式：根據鎖定策略,錄像的同時實現加鎖；手動執行鎖定錄像段。鎖定週期過後，自動解鎖，同時支持隨時手動解鎖。
VRAID（VideoRAID）技術
同一個RAID組內，無論多少塊硬盤故障，只要還剩餘一塊無故障硬盤，其上面的視頻仍可提供讀取服務，最大限度的保護用戶的數據資源，同時支持數據寫入。
1.2.2 重要數據備份存儲
重要數據備份存儲系統主要用來備份核心監控點位的視頻錄像，以及保存報警事件關聯視頻錄像、重要案（事）件視頻等重點關注的內容，要求保存的週期至少爲3個月以上（案事件數據至少保存1年以上），目的是對重要數據做到備份存儲，其主要存儲的是視頻、圖片等非結構化數據，這些具有數據容量不大、數據數量巨大、單位信息較小等特點，同時具有檢索、分析、比對等專業應用的需求。
基於上述備份視頻存儲的需求，本方案推薦採用與服務器結合緊密的iSCSI高速塊級存儲技術——IP SAN。在中心機房部署IP SAN存儲設備，實現備份數據的長時間保存。
1.3 存儲策略說明
圖像信息存儲採用分級存儲策略，支持多種存儲設備共存。具體存儲策略說明如下：
1）、前端設備在縣局中心機房匯聚和接入，並採用流媒體直存存儲設備進行圖像的高性能存儲，實時存儲視頻不少於30天
2）、中心機房應採用IPSAN存儲設備，對重點區域及重要圖像進行保存。
3）、中心機房只對重要圖像進行保存，採用IPSAN方式進行存儲。
4）、中心機房可遷移存儲關鍵監控點的視頻圖像。
5）、常態視頻圖像信息在保存30天后，如沒有繼續保存的需要，則被新的視頻圖像信息自動覆蓋；如屬於與案事件有關或其他重要的視頻圖像信息，可按行政管轄權限上傳到上級監控中心保存，同時轉移到本地監控中心專用的重要視頻圖像信息存儲空間進行長期保存。
1.4 存儲容量計算
1.4.1 視頻圖像存儲容量計算
系統支持200萬像素高清、130萬像素高清圖像的實時存儲和管理，新建視頻監控系統存儲容量按照1920*1080（1080P），4Mbps碼流；1280*720(720P)，2Mbps碼流。
其存儲空間計算公式：單路實時視頻的存儲容量(GB)＝【視頻碼流大小(Mb)×60秒×60分×24小時×存儲天數/8】/1024；
以一路視頻圖像在7天、15天、30天所需要的佔用空間爲例：
