華為視頻監(jiān)控一體化平臺(tái)VCN3000

???????中國國際警用裝備網(wǎng)訊：高清監(jiān)控的浪潮正向人類社會(huì)席卷而來。高清晰度圖像對(duì)傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的沖擊，采集、傳輸、存儲(chǔ)與計(jì)算的數(shù)據(jù)量都出現(xiàn)了爆炸似的增長。其中，存儲(chǔ)作為視頻監(jiān)控必不可少的組成部分，在平安城市建設(shè)如火如荼的當(dāng)今受到了前所未有的重視。

　　縱觀全球安防企業(yè)，在前端攝像機(jī)、編解碼技術(shù)、大屏顯示技術(shù)等方面都有很多特色和技術(shù)突破，但是這些廠商無一例外的幾乎都不擁有視頻存儲(chǔ)設(shè)備的研發(fā)和定制能力。而擁有存儲(chǔ)設(shè)備研發(fā)與定制能力的大型IT企業(yè)卻鮮有進(jìn)入安防行業(yè)，僅是以提供標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品設(shè)備的方式參與其中。所以，在行業(yè)內(nèi)一直沒有出現(xiàn)針對(duì)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)特性來設(shè)計(jì)的專業(yè)存儲(chǔ)產(chǎn)品。

　　針對(duì)不同的行業(yè)，在通用產(chǎn)品的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出有行業(yè)特性的產(chǎn)品，是行業(yè)需求的必然導(dǎo)向，也是所有企業(yè)能夠維持持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。隨著IT存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，在不同的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中添加行業(yè)屬性，是大勢所趨。

　　從2006年開始，華為技術(shù)一直在對(duì)安防行業(yè)進(jìn)行研究。一邊積累專業(yè)的行業(yè)人才資源，一邊積累行業(yè)專用的技術(shù)能力。在2013年中國國際安防博覽會(huì)上，以SafeVideo與云節(jié)點(diǎn)技術(shù)為代表的新一代視頻監(jiān)控一體化設(shè)備VCN3000一炮打響，吸引了大量的客戶、媒體以及友商。

　　華為視頻監(jiān)控一體化云平臺(tái)VCN3000專門針對(duì)安防行業(yè)的用戶業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，全面保障用戶業(yè)務(wù)連續(xù)性、數(shù)據(jù)可靠性、并行計(jì)算高性能，并最大限度為用戶節(jié)省投入。

　　業(yè)務(wù)連續(xù)性

　　視頻監(jiān)控云節(jié)點(diǎn)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)最大的區(qū)別就是業(yè)務(wù)連續(xù)性。我們通過兩個(gè)簡單的例子來體現(xiàn)它們之間的區(qū)別。

　　應(yīng)用場景一：銀行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

　　如果數(shù)據(jù)發(fā)生了故障，儲(chǔ)戶的業(yè)務(wù)是必須中止的。直到數(shù)據(jù)完全正確無誤的被恢復(fù)后，儲(chǔ)戶才能操作賬戶進(jìn)行存取操作。日常生活中，我們經(jīng)常見到左圖中的“暫停辦理業(yè)務(wù)”的告示牌。其中一種情況就是系統(tǒng)數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)了錯(cuò)誤。當(dāng)然，銀行是一個(gè)比較極端的應(yīng)用，其數(shù)據(jù)通常會(huì)保存幾份。因?yàn)閿?shù)據(jù)的可靠性和完整性的重要級(jí)別是第一的，用戶的業(yè)務(wù)是可以中斷的。這就是在存儲(chǔ)領(lǐng)域中的“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”。

　　應(yīng)用場景二：在家看電影

　　試想一下我們正在家里的家庭影院中觀看一部好萊塢大片，突然間電影畫面花了一下或者卡了一下，我們是把播放器關(guān)掉不看了還是繼續(xù)觀看呢？相信所有人都會(huì)做出同樣的決定，容忍那一段錯(cuò)誤，繼續(xù)觀看。

　　這是一個(gè)典型的不同于銀行場景中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的的應(yīng)用場景。華為以存儲(chǔ)廠商的視角對(duì)視頻監(jiān)控行業(yè)進(jìn)行了長達(dá)6年的研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方案中，因?yàn)閹讐K硬盤的故障損壞就使整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)停止工作，這是完全不符合客戶使用場景的。針對(duì)這類保持業(yè)務(wù)連續(xù)性為第一重要級(jí)別，數(shù)據(jù)可以容忍少量錯(cuò)誤的場景，華為推出了擁有視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)特性的“應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)”。當(dāng)然，保障業(yè)務(wù)連續(xù)性僅僅是華為視頻監(jiān)控應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)之一，后面將會(huì)詳細(xì)闡述幾大特點(diǎn)。

　　通過調(diào)研總結(jié)發(fā)現(xiàn)，在視頻監(jiān)控的應(yīng)用場景中，客戶可以容忍少許的圖像數(shù)據(jù)丟失，但是監(jiān)控的業(yè)務(wù)必須可以繼續(xù)進(jìn)行。希望未損壞的磁盤至少還可以讀取數(shù)據(jù)，在保障業(yè)務(wù)連續(xù)性的同時(shí)還盡可能保證數(shù)據(jù)的完整性。

　　于是華為針對(duì)這種現(xiàn)象對(duì)RAID算法進(jìn)行了一些定制和改造。其結(jié)果表現(xiàn)為同一個(gè)RAID組內(nèi)，無論多少塊硬盤故障，只要還剩余一塊無故障硬盤，那么其上面的視頻仍可提供讀取服務(wù)。用戶的體驗(yàn)是一段正在播放的視頻，突然卡一下，時(shí)間向后跳了一下（遇到故障硬盤）。

　　目前華為將這種技術(shù)稱為SafeVideo技術(shù)，在全線視頻監(jiān)控專用存儲(chǔ)中已經(jīng)應(yīng)用。視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)不但不會(huì)因?yàn)槎鄩K硬盤發(fā)生故障而導(dǎo)致系統(tǒng)暫停，還最大限度的的保護(hù)了用戶的數(shù)據(jù)資源。大量的使用者，特別是公安用戶反饋，此技術(shù)的誕生，說明了華為公司是真正第一家為安防行業(yè)定制標(biāo)準(zhǔn)IT設(shè)備的廠商。

　　SafeVideo技術(shù)并未就此停下腳步，當(dāng)維護(hù)人員將新的硬盤替換上線后，無需做任何配置，RAID組將會(huì)自動(dòng)重新組建并上線工作。

　　數(shù)據(jù)可靠性

　　雖然在研調(diào)需求的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)客戶的需求是“業(yè)務(wù)連續(xù)性為第一重要級(jí)別，數(shù)據(jù)可以容忍少量錯(cuò)誤”，但是華為并未將“可容忍少量錯(cuò)誤”作為滿足于現(xiàn)狀的理由，而是利用在ICT技術(shù)上多年的積累，盡最大可能保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)安全以及數(shù)據(jù)的完整性。前面講到的SafeVideo技術(shù)也是向著這個(gè)目標(biāo)出發(fā)，從而設(shè)計(jì)出了“RAID組內(nèi)多塊磁盤故障后，RAID組不失效，還能提供讀取服務(wù)”的特性，盡可能的減少了數(shù)據(jù)的損失。

　　從文章前面的內(nèi)容可以了解到，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(IPSAN或NAS)和視頻監(jiān)控行業(yè)應(yīng)用存儲(chǔ)的區(qū)別，是由于承載的業(yè)務(wù)應(yīng)用不同而產(chǎn)生的。在理論上，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)是將數(shù)據(jù)切片并且復(fù)制多份后按照一定均衡算法存儲(chǔ)在多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中。從左圖可以看到，一種色塊代表一個(gè)文件的切片，它們隨機(jī)的部署在不同硬件節(jié)點(diǎn)的不同硬盤上。

　　華為設(shè)計(jì)了 “就近存儲(chǔ)”的解決方案。一個(gè)派出所或者分局職能轄區(qū)內(nèi)所有的攝像機(jī)圖像均“就近”存儲(chǔ)在本地的云中。而單路攝像機(jī)的圖像則盡可能的“就近”存儲(chǔ)在一個(gè)云節(jié)點(diǎn)內(nèi)的一個(gè)RAID組里面。

　　并提出了“視頻監(jiān)控應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)”的理念，高可靠性是其核心特性。首先，將視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)中所有能抽象出來的特性都內(nèi)嵌到云節(jié)點(diǎn)中；然后，所有應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)設(shè)備完全對(duì)等部署，無差異。經(jīng)過虛擬化后，所有的應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)會(huì)虛擬化為一臺(tái)巨大的應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)設(shè)備。并且云節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)內(nèi)嵌了應(yīng)用，部署了一個(gè)小型的數(shù)據(jù)庫。每臺(tái)應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)都知道自己肚子里面裝的數(shù)據(jù)是什么。不管身邊的誰故障倒下了，自己的那片小天地不會(huì)倒下。

　　并行計(jì)算高性能

　　目前在平安城市的建設(shè)中，客戶遇到的最大的困擾就是：破案效率低下。這個(gè)痛點(diǎn)的其中一個(gè)重要原因就是搜索定位的效率低下。在前面的小節(jié)中已經(jīng)提到，傳統(tǒng)方案中會(huì)部署數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，即使是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也會(huì)要部署MDS元數(shù)據(jù)服務(wù)器。各大方案廠家都會(huì)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中保存視頻數(shù)據(jù)的索引，如基于圖像幀的索引或者基于時(shí)間的索引，無外乎是這兩種方式。

　　然而隨著數(shù)據(jù)量的增加，搜索查詢性能會(huì)越來越慢。數(shù)據(jù)庫就是這個(gè)瓶頸。

　　
　　我們用國內(nèi)某平安城市的實(shí)際案例舉例。26，000個(gè)25幀網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)存儲(chǔ)1個(gè)月時(shí)間，如果按照標(biāo)準(zhǔn)的幀索引來計(jì)算的話，記錄數(shù)量會(huì)達(dá)到1萬6848億條記錄。如果放在SQL SERVER這種大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫里面，執(zhí)行搜索命令定位到其中1條，實(shí)驗(yàn)室里面的數(shù)據(jù)是耗時(shí)1小時(shí)50分鐘。當(dāng)然，經(jīng)過大量的優(yōu)化后，定位時(shí)間還是保持在30分鐘以上。

　　這個(gè)性能數(shù)據(jù)帶來的影響是非?？膳碌摹Ｒ粋€(gè)真實(shí)的案例，在某大型城市里發(fā)生了一起汽車肇事的案件。幸運(yùn)的是，案件發(fā)生后馬上接到了報(bào)警。公安在城市治安卡口里面搜索汽車牌照號(hào)碼，半個(gè)小時(shí)過去了，結(jié)果還沒有反饋出來。這次事故在公安體系里面都知道。

　　當(dāng)華為公司了解到這個(gè)客戶的痛點(diǎn)以后，進(jìn)行了細(xì)致的分析，最后推出了基于視頻監(jiān)控應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)架構(gòu)的“分布式并行搜索”特性。

　　在數(shù)據(jù)寫入的時(shí)候，視頻監(jiān)控應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)保存了一份分布式索引，這是一個(gè)基于秒偏移技術(shù)的視頻索引專用散列算法。這個(gè)算法也是為安防行業(yè)中視頻監(jiān)控的應(yīng)用特別設(shè)計(jì)的。在一臺(tái)云節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)部，定位到某一幀在磁盤上的位置僅僅需要不到10個(gè)微秒。1000000微秒才等于1秒。右圖是互聯(lián)網(wǎng)可以經(jīng)?？吹降囊粡垐D片，子彈穿過蘋果的瞬間，照相機(jī)快門的曝光時(shí)間為3微秒?？梢?，應(yīng)用云節(jié)點(diǎn)內(nèi)的視頻幀地址定位速度在人體所能感受到的時(shí)間刻度上來說，是瞬間。
?

　　
　　對(duì)于一個(gè)大規(guī)模的平安城市來說，視頻云節(jié)點(diǎn)的搜索模型不會(huì)隨著平安城市的擴(kuò)容、存儲(chǔ)時(shí)間延長等導(dǎo)致數(shù)據(jù)量的增加而變慢。當(dāng)然，僅搜索速度快也不能完全解決破案效率的問題。還需要如智能分析、視頻摘要、案件歸檔、串并案分析等多種手段配合才能使客戶使用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效率得到提升。

　　低TCO（總體擁有成本）設(shè)計(jì)

　　
　　這是視頻云節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理念示意圖。我們可以看到左側(cè)有大量的各種各樣的應(yīng)用服務(wù)器和磁盤陣列。從現(xiàn)在開始，都不再需要了，單臺(tái)視頻云節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)部就可以提供完整的應(yīng)用服務(wù)。一眼看過去就能看到它節(jié)省了大量的服務(wù)器。對(duì)成本的描述一定要通過數(shù)字才夠直觀，這個(gè)帳很好算。我們不要這么復(fù)雜，舉一個(gè)簡單點(diǎn)的全集中存儲(chǔ)的例子。

　　
　　這里只是簡單計(jì)算了節(jié)省服務(wù)器所帶來的CAPEX建設(shè)成本，當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目建成時(shí)還有漫長的OPEX運(yùn)維成本需要計(jì)算。例如，節(jié)省了服務(wù)器的發(fā)熱，就節(jié)省了空調(diào)的制冷；節(jié)省了機(jī)柜空間，使空調(diào)制冷集中，效率更高等等。在大量的項(xiàng)目案例中，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，采用華為視頻監(jiān)控云節(jié)點(diǎn)方案將為客戶節(jié)省運(yùn)維成本30%以上。

　　本文從可靠性、性能與成本這三個(gè)方面闡述了視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展趨勢，同時(shí)，所有通用的標(biāo)準(zhǔn)IT技術(shù)必須為專業(yè)行業(yè)特性進(jìn)行定制，才能設(shè)計(jì)出更符合行業(yè)客戶需求的產(chǎn)品。后續(xù)在安防行業(yè)中，華為將會(huì)深耕細(xì)挖行業(yè)特性和需求，用最低的總體擁有成本帶給客戶最好的用戶體驗(yàn)。

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