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基于云存储的铁路综合视频监控系统方案研究

发表时间：2021/6/11 来源：《基层建设》2021年第6期作者：代朋林

[导读] 摘要：铁路是国家重要的交通基础设施，是关系国家发展和经济命脉的重大基础建设，兼具便民、安全、经济、高效等特点，加快铁路发展已经成为社会各方面的共识。随着铁路路网规模的不断扩大，铁路的建设逐渐演变成为一个集成化的综合工程，铁路运输指挥、生产管理、设备监控等都离不开视频监控系统。

        中国铁路设计集团有限公司电化电信工程设计研究院 300300
        摘要：铁路是国家重要的交通基础设施，是关系国家发展和经济命脉的重大基础建设，兼具便民、安全、经济、高效等特点，加快铁路发展已经成为社会各方面的共识。随着铁路路网规模的不断扩大，铁路的建设逐渐演变成为一个集成化的综合工程，铁路运输指挥、生产管理、设备监控等都离不开视频监控系统。随着各业务部门的视频需求不断增加，视频监控系统向数字化、高清化的不断发展，使得视频存储硬件设备和存储数据量激增；同时，铁路视频监控数据的重要程度越来越高，视频数据的丢失所带来的损失与影响巨大，因此如何有效地管理视频监控系统的数据及设备成为铁路建设的重点和难点。
        关键词：云存储；铁路；视频监控
        1引言
        云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统，通过并行计算、分布式、虚拟化等网络技术的融合，实现海量数据与资源的集中供给、多维数据融合，具有弹性扩展，负载均衡及高级别可靠性等显著优势，能够有效满足存储容量扩展、便捷共享以及统一管理等需求，可有效解决传统存储方式无法解决的一些问题，作为一种新型存储技术，云存储在铁路综合视频监控系统的建设有着可观的应用前景。
        2视频存储技术发展及应用
        视频监控系统的数据及设备管理是铁路建设的重点和难点，随着视频监控系统朝着数字化、网络化、智能化方向的发展，视频监控存储技术也在不断的发生改变。
        2.1传统视频存储技术
        早期的监控系统采用的是盒式磁带录像机（Video Cassette Recorder，VCR）存储，实现最基本的影像功能和记录功能；第二代存储是DVR(Digital Video Recorder，硬盘录像机），DVR通过计算机及网络技术，采用数字化视频图像处理方式将视频存储在硬盘上，实现了存储的数字化以及远程网络管理功能。
        第三代存储是网络存储，分为网络硬盘录像机(Network Video Recorder，NVR)和SAN存储。网络存储由存储器件和内嵌的系统软件组成，允许用户在网络上进行数据的存取，通常占有局域网（Local Area Network，LAN）上的节点，网络存储大大降低了应用或企业服务器的负载，集中管理和处理网络上的所有数据，可有效降低用户成本。
        2.2服务器+SAN存储
        服务器+SAN存储架构基于以太网技术，通过TCP/IP协议标准进行数据传输，一般适用于集中数据信息存储。由于服务器+SAN架构的存储系统建设成本低、技术配置简单、可靠稳定，并且拥有良好的兼容性、可扩展性、硬件平台通用、数据共享等优点。因此，服务器+SAN存储的架构在大规模、网络化、数字化的视频存储被广泛应用，在铁路视频监控系统的应用中处于主流存储地位。
        2.3云存储技术及应用
        随着视频监控系统在公共安全领域的价值不断的凸显，用户需要监控的范围及对录像存储的时间变得越来越大，因此视频监控系统产生的录像文件也变得越来越多。同时基于传统操作系统的文件式存储受限于系统索引个数的限制，以及单文件系统对硬盘的读写IO较慢，因此不再适应未来的发展要求。
        云存储是具有数据存储和管理功能的云计算系统，不仅是具有超高性能的新技术、新设备存储模型，也是一种创新型服务模式。云存储采用集群、分布式计算、虚拟化等技术，将多个存储设备通过网络连接在一起，集合所有存储设备构成共享的统一存储资源池，共同对外提供高性能、高可靠性的数据存储、访问、处理等服务，云存储统一的资源池便于集中管理，灾备冗余、灵活扩展、有效利用。
        云存储系统的物理架构如图1所示，主要由存储层、基础管理层、应用接口层、访问层构成。
        存储层主要由相关硬件设施组成，包括中心节点、元数据节点、存储节点。存储层设备往往分布于不同地区且数量庞大，通过广域网、光纤通道或互联网进行数据传输。元数据节点主要负责云存储系统的数据管理、索引、访问及处理，实现并发访问、集中管理、灾备冗余等功能；基础管理层是云存储系统最为核心的部分，主要通过集群、分布式文件、虚拟化、高性能网络计算等技术，实现存储层设备间的协同工作，构成统一的存储资源池，共同对外提供海量数据管理、访问、分析等服务；应用接口层是在存储层和基础管理层之上构建的服务接口，各运营单位可根据自身需求提供不同的应用接口和服务，是云存储系统中最为灵活多变的部分；访问层可按照使用者的不同需求提供相应的访问服务接口。
        相较于传统的视频存储技术，云存储的优势十分显著。云存储可将视频数据分散存储至多个节点，通过负载均衡技术将各节点的存储数据按需分布于各个节点上，有效避免了存储资源冗余及浪费，可有效预防元数据处理能力出现瓶颈。在数据安全和恢复方面，云存储可提供多种保护机制，通过数据自愈、灾备冗余等手段，可有效实现多节点保护功能，即使单一节点的存储设备发生损坏，云存储系统也不会发生传统存储手段发生的数据全部损坏，对于未损坏部分的数据仍然可读、可用。

        图1云存储系统架构模型
        3云存储方案设计原则
        云存储方案的设计应当能够满足铁路综合视频监控业务使用需求，同时还应具备一定的先进性、兼容性和稳定性，使系统具有容量扩容及升级换代的可能。结合云存储的技术特点，在方案设计时建议符合以下3个方面的原则。
        3.1先进性
        1）系统的可扩展性，支持500PB级单卷数据存储，并在项目设计方案中考虑冗余，以满足后续升级的需求。2）采用标准化的部件，利于灵活替换和容量扩展，在扩展系统容量时，应当确保系统的性能得到线性提升。3）系统的设计需符合存储技术以及IT行业的发展趋势，确保系统技术水平和处理能力达到业内领先。
        3.2兼容性
        1）需支持国际通用的网络标准协议、国际标准应用开放协议，支持多种业务应用接入。2）采用业界主流的硬件平台、操作系统、数据库，确保各节点服务器间的相互兼容。3）接口层可以与第三方应用集成，根据客户需求提供定制化服务。4）系统应具备弹性扩展能力，满足今后扩容需求。
        3.3稳定性
        铁路综合视频监控系统的数据具有用户数量大、范围广、实时性强的特点，为确保系统运行可靠，数据不丢失，应增强系统安全防护能力。建议符合以下原则：
        1）系统采用分布式存储架构，具有较强伸缩性；2）系统支持存储系统集群，满足高可靠性；3）系统具备充分的灾备冗余、数据容错能力，防止数据丢失、损坏；4）系统具有标准的技术保障体系，在硬盘、服务器等设备发生损坏时，读写业务不会中断，不会造成已有数据的丢失；5）系统具备数据自愈能力，在数据损坏时不会造成数据丢失。
        4结论
        视频云存储系统具有高性能、弹性扩展、易于管理、高可靠性等特点，可以满足高清视频海量数据信息的存储需求。本文针对视频云存储的设计原则及总体架构进行阐述，提出基于云存储的铁路综合视频监控系统建设方案与建议，为铁路综合视频监控系统下一步的发展提供了一定的参考方向。
        参考文献
        [1]杨传辉.大规模分布式存储系统:原理解析与架构实战[M].北京:机械工业出版社，2013.
        [2]叶安君.云存储技术在高速铁路高清视频监控系统中的应用[J].中国铁路，2018(5):90-94.