华为智能视频监控系统白皮书
选对产品实现真正的“泛在”智能监控
【前言】
“高效预警”、“降低安全威胁”是智能监控系统理应为用户提供的特性。要实现这些特性，就需要建设完整的“泛在”智能监控系统。然而，尽管智能化一直是现代监控系统的大趋势，但在真正部署系统之际，仍然有许多调试工作占用大量时间。因而在系统建置之初就选对产品，对于成功部署、方便操作以及后续的维护都至关重要。
本文以华为的一体化智能视频监控平台VCN3000和IPC6000系列高清网络摄像机为例，详细说明部署一个完整智能监控系统所需的关键技术知识。
【内文】
视频监控正被广泛应用于平安城市、应急指挥、交通监控、园区安防等领域。VCN3000集实时监控、录像检索、录像回放、云镜控制、告警联动、语音对讲、电子地图等多种视频监控业务于一身。这也意味着系统功能趋于复杂。在一个先进的监控系统建设之初，用户会考虑几个重点：采购及建设成本、性能、稳定性、灵活性、易用性、兼容性，以及总体拥有成本。要能够同时满足这些需求，对用户和设备供应商都是全新的挑战。
高度集成的智能平台视频文件修复
为了满足不同行业的视频监控业务挑战，华为开发了结合其IVS智能视频监控平台和专业存储产品的一体化智能视频监控平台产品VCN3000。和传统监控产品最大差别在于VCN3000非常容易维护、管理和部署。
图1：VCN3000的系统逻辑架构。
VCN3000包含客户端、平台互联网关(Platform Connection Gateway, PCG)、业务控制单元(Service Control Unit, SCU)、设备互联网关(Device Connection Gateway, DCG)、媒体转发存储单元(Media Unit,
MU)、业务管理单元(Service Management Unit, SMU)、运营管理单元(Operation Management Unit, OMU)。兼容性和可扩展性良好，能够方便地接入各种不同的设备和系统。
客户端提供直观的业务操作和配置界面。平台互联网关负责与第三方视频监控平台对接，支持GA/T669平台接入协议以及GB/T28181平台接入协议，幷支持根据不同平台的接入协议进行定制。业务控制单元负责设备的配置管理和业务控制，包括设备管理、告警管理、录像管理、登录鉴权、告警处理、云镜控制和前端接入等功能。
设备互联网关则负责前端设备对接，包括编码器、摄像机、DVR以及安防告警设备等。可支持Onvif1.02、Onvif2.0以及Onvif Profile S协议前端设备；支持中国移动千里眼协议前端设备、GB/T28181协议前端设备、私有SDK前端设备；同时支持丛文告警系统、Honeywell告警主机、西门子门禁接入，后续可根据不同厂商设备的接口进行定制。
高度一体化的硬件可靠性设计
考虑到视频监控系统的复杂性，VCN3000在设备硬件层和系统层采用一系列的技术和手段，包括设备硬件层可靠性设计；系统业务多层次数据保护设计，以确保监控业务的连续性，以及业务数据的完整性。
一体化设计VCN3000采用集成一体化设计，在单设备中集成：前端接入、实时转发(防)、前端控制(控)
、设备管理、存储管理、策略管理(管)、录像存储、录像搜索、录像点播、录像下载(查) 功能。在新建及改造视频监控项目中，可以极大减少外置服务器的数量，故障节点数量因此减少，整个视频监控系统的可靠性得以提升。同时还可以有效降低项目的实施与运维成本。
冗余BIOS支持同BIOS配置主备模式，出现BIOS等底层硬件故障时，提供冗余切换，有效保证系统可靠性，并满足客户任意指定BIOS启动功能，让不同的用户使用不同的配置，进行合理的权限控制。
冗余部件支持CPU、网口、内存、冗余模式，当出现底层硬件故障时，提供冗余切换，有效保证系统可靠性；电源采用1+1冗余，支持负载均分。
硬盘优化数据盘、系统盘隔离，提高数据安全性；支持VDL，降低硬盘故障率，提高硬盘可靠性，硬盘IO错误处理优化，提供硬盘写错误后的智能修复；
智能化硬盘加电技术存储系统的硬盘数量一般都比较多，在上电时如果硬盘同时上电，会对供电产生极大的影响，甚至会引起电流过载，跳闸等严重的事故。VCN3000在设计时充分考虑到这一点，采用了智能化硬盘加电技术，即硬盘缓上电技术，控制启动电流，降低了系统整体功耗需求，节约运营成本。当设备上电启动时，所有硬盘进入缓启动模式，即系统采用循环扫描的专有算法控制每个硬盘的上电顺序，以减缓电源的压力。在系统正常运行过程中，单个硬盘的上电恢复为快速启动方式，以确保热插拔的硬盘的及时上电。
SafeVideo技术－保障超大系统数据完整性
随着视频监控系统的规模越来越大，高清化、网络化视频监控逐渐开始成为视频监控的潮流和趋势，视频监控系统需要应对海量数据的存储，视频片段丢失的风险变得越来越突出。对于很多视频监控的应用，往往需要满足严格的规范要求，以保证视频数据的完好无损。由于内容一旦丢失即难以复制，因此保护硬盘数据对于视频监控系统来说至关重要。如何对这些海量数据进行有效存储和数据保护成为了客户关注的焦点。同样的原因，由于视频信息量的大幅增加，也使得用户对视频监控系统的海量数据读写能力有了更高的要求。
通过对流媒体业务的深入研究，华为研发出SafeVideo技术，有效应用于视频监控等流媒体存储领域。SafeVideo 是一种基于磁盘块的流媒体优化的存储和
数据保护技术，能够最大限度的发挥视频监控系统的存储设备的作用。
块存储技术传统方案中，视频录像采用文件方式存储，视频流数据被切成一个个文件进行存储，历史图像回放都是通过调用播放存储下来的视频文件实现。在大规模监控系统中，采用文件存储方案，存在两个严重技术缺陷，一方面是大量百万数量级的录像文件，系统处理不堪重负；另一方面，随着时间的累积，文件系统固有的缺陷，大量的磁盘碎片，将导致系统性能极度恶化。而SafeVideo将基于磁盘数据块的存储方式引入监控中，从而有效的解决了大规模数字监控方案中的文件存储的固有问题，视频数据
采用顺序读写方式的，当存储时间到期后可对原有视频数据进行依次覆盖。利用这点，采用块存储方式可以很好的规避文件系统工作机制的问题。
坏道修复技术Safevideo提供的媒体存储方案，采用了磁盘虚拟化的技术，将磁盘的物理空间，划分为逻辑空间和保留区。保留空间约5‰，用于磁盘坏道替换修复。在传统RAID 系统中，当硬盘的坏道数超过一定阀值时，即认为硬盘故障，SafeVideo存储技术中，系统自动检测磁盘坏道并即时用保留区空间替换修复处理；另外，SafeVideo提供坏道修复功能，可以对磁盘逻辑坏道尝试恢复，提高磁盘可用性，降低故障率。
图2：单盘虚拟化，磁盘的物理空间划分。逻辑区用来存储用户数据；保留区用于逻辑区发生坏道时进行替换。
高效数据存取技术华为采用视频监控专用的SafeVideo存储技术，结合视频监控应用场景实现了数据直
写磁盘，避免了文件系统和RAID的层层缓冲和切割造成的性能损坏。并且可以直接对单个硬盘进行直接访问，从而避免了视频的IO 请求被分割成多个子IO，极大的增强了视频数据的读写性能。在设计存储软件模块时针对视频监控的特点优化了数据流的IO特性，提高了单次IO的吞吐量，提高系统性能，降低了IO频率。优化的算法提升了系统可靠性。同时降低磁盘占空比，带来额外的好处，延长磁盘服务周期。
图3：SafeVideo系统。
在传统视频监控存储设备中，RAID组成员盘损坏后，全域热备盘会加入RAID组进行重构，当损坏的成
员盘更换后，会进行数据的回拷，即从全域热备盘把数据拷贝到新成员盘上。这个动作往往会持续几个小时，不仅给磁盘带来压力，而且在回拷的过程中，如果又坏了一块磁盘，将会导致RAID组失效。回拷完成后，全域热备盘重新迁回热备状态。重构和回拷都会造成设备性能的下降。而SafeVideo对此做了改进优化，采用动态热备盘的技术方案，原来的热备盘将自动变为成员磁盘。，新的磁盘将变为新的热备盘，数据无需回拷，有效避免了传统RAID中回拷带来的风险和性能恶化，使得设备大部分时间保持高性能工作状态。提升了设备的工作效率。
媒体专用RAID 技术传统RAID的应用中，如RAID5数据和校验是均匀分布在所有磁盘中的，因此当两块(RAID5)或两块以上，RAID组的所有数据都将全部丢失，无法恢复，一旦发生带来的后果将是极其严重的。SafeVideo存储技术采用对大块视频数据连续写入磁盘的方式，在确保两块以下磁盘故障时，系统能够恢复的同时(类似于RAID5)，还保证了当两块(或两块以上)磁盘故障时，即使故障盘的数据丢失，但是其它磁盘的数据仍然可以读出，虽然故障盘的数据空洞会造成部分录像的丢失，但是却使其它磁盘的录像得以保留，并能够播放，虽然SafeVideo不能完全避免数据丢失(业界也做不到)，但它将损失降低到了最小，在典型11盘组RAID中，双盘失效后，数据损失了10%而不是传统RAID5的100%。
RAID组间负载均衡技术VCN3000采用36盘位高密度设计，单框硬盘可划分为多个RAID组。多个RAID组之间采用负荷分担的方式来保存流媒体数据。为保证

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