存儲設備在監控系統中位置設定的重要性!

發表時間:2020-03-02 00:00

從標題乍看之下,可能會讓很多安防工程同業產生迷惑:到底是要談存儲網絡環境還是要談存儲設備?事實上,為了此次分享,筆者也一度傷透腦筋。因為就網絡監控經驗而言,坦白說筆者單純就網絡大型存儲設備或網絡環境建構工作都稱不上是專業,只是對存儲設備在網絡監控上的設置與網絡環境條件上有些實務接觸。于此,謹藉由本期來談談錄像設備在網絡監控上的種種工程特性與應用。

    網絡存儲設備的種類與應用特性

    在步入主題之前,我們有必要厘清一下現階段的網絡監控存儲設備的種類及它們在網絡監控上的應用特性。目前,存儲設備根據組織方式及所在網絡節點不同而得出不同的解決方案,并大致可分為數字錄像機(DVR)、直接附加的存儲裝置(DAS)與網絡附加存儲裝置(NAS)三種。

    數字錄像機(DVR)

    單機式數字錄像機DVR是運作高質量數字元的視頻監控系統中最簡單、最經濟的方式。它不僅身型苗條,搭配也十分輕巧,只需加入攝影機即可正常運作。

    DVR最適合不需要也沒有資源來管理較復雜的網絡監控解決方案。由于DVR系統通常操作使用方便,現場的操作人員隨時隨刻都可以輕松檢視錄像存儲的視頻,以及進行例行維護和數據管理工作。另外,它也是在網絡安裝上節點限制內容最低的設備。

    直連式存儲裝置(DAS)

    如同名稱所示,DAS是把存儲裝置直接鏈接至DVR或NDVR。它既可以內部附接(磁盤驅動器裝載在DVR內部),也能透過多種RAID外接式數組存儲互連透過SCSI、USB或eSATA適配卡進行外部連接。雖然成本較高,加上RAID磁盤陣列時笨重又大,但是外接式DAS所能提供的存儲容量和擴充能力DVR只有仰視的份。同時,外接式DAS機殼還方便提供更高于DVR內建式硬盤槽的磁盤驅動器槽位數。如果需要更多磁盤驅動器,外接式DAS機殼可以用串鏈方式提高可用的存儲容量。需要說明的是,這種存儲方式的網絡設置節點也是可以讓使用者透過網絡TCP/IP架構進行視頻錄像存取。

    網絡連接存儲裝置(NAS)

    NAS外形酷似一臺迷你型的網絡服務器,其一般協助檔案透過TCP/IP在Ethernet網絡加以存儲,并運用常用的NFS或CIFS檔案層級通訊協議。NAS部署和維護采用常用的IP和Ethernet通訊協議,只需少數IT人員就可管理NAS。與外接式DAS的機箱一樣,NAS中包含多個磁盤驅動器槽,讓使用者選擇最能在效能、容量和故障容忍度之間維持平衡的RAID光驅組態。即便需要再多的容量,NAS也能通過新增外接式存儲裝置模塊實現??陀^來說,這種設備在網絡節點的布置尤顯零活。

    在溫習了解了以上目前三種主流的網絡存儲方式及架構后,在工程施作上可能還會冒出一些新的疑問:在網絡上除了DVR是很直觀的網絡節點設備外,其它如DAS、NAS甚至是SAN這些網絡存儲裝置應該擺在網絡的哪個位置上?在施工設備安裝過程中又是如何來安排這這些網絡存儲設備的?

    在了解錄像存儲設備放置節點前,再來熟悉一下放置存儲設備的網絡環境,也就是網絡架構拓撲該如何訂定。

決定存儲位置的網絡節點架構特性

    網絡拓撲又可以定義為網絡架構。拓撲定義包含兩部分:實體拓撲就是纜線(媒體)的實際布置情形;另外一個就是邏輯拓撲就是定義主機如何存取媒體。一般所用的實體拓撲是總線、環狀、星狀、延伸式星狀、階層式與網狀等。這些網絡架構存在于各類視頻監控網絡環境中,因此我們有必要在工程施作前,對這些決定網絡節點架構的諸多模式有個前置的了解及認識。接下來,就一一來認識及了解他們在錄像設備位置上的決定關系。這些常見架構如下。

    星狀架構

    這種網絡架構最單純簡易,可靠度也最高。網絡監控工作站(Client)與錄像設備(DVR、NVR、DAS…)集中連接于局域網絡集線器,其中任意一臺主機出了問題都可迅速隔離,不會影響網絡其它設備及整個網絡運作。由于架構簡單,易于維護與管理,“星狀”是目前業務及安防監控上使用最多的網絡架構。這一架構中的網絡集線器(HUB)會將網絡各個節點(設備)連結起來,以轉接網絡訊號。HUB的廠牌眾多,埠數則以4、8、12、16及24個居多。所謂埠(port)即為訊號進入或發出點,類似監控網絡協議層中所說的視頻及控制數據存取點(accesspoint)。目前,HUB的技術已發展到能提供150Mbps以上速度之交換式集線器(switchingHUB)。透過這種HUB可以順利完成一個星狀拓撲架構,而錄像存儲設備也能極為方便地在這種架構任何節點上放置。

    還有一種是延伸式星狀拓撲。所謂延伸式星狀拓撲其實就是將星狀拓撲的交換集線器/交換器一個個別小星狀拓撲連結在一起。這樣,工程人員便可根據項目實際需求延伸監控網絡的長度和大小,或擴充網絡錄像存儲設備的放置節點。延伸式星狀拓撲是重復的星狀拓撲,只不過每一個連結到中央節點的節點也都是另一個星狀結構的中心。實體觀點:延伸式星狀拓撲有核心星狀拓撲,每一個核心拓撲的末端節點都是本身星狀拓撲結構的中心。這種結構的優點是,縮短布線,并限制需與任何一個中央節點相連的設備數目。

    環狀架構

    環狀架構是把監控主機工作站(Client)及存儲裝置主機(DVR、NVR…)以不同的交換式集線器連接成環狀(Ring),透過所謂網絡標記(Token)或稱為圖形循環網絡,以決定哪個監控主機工作站擁有網絡管理權利。此種架構為IEEE所訂定的標準,即IEEE802.4的TokenBus標記圖形總線與IEEE802.5標記環(TokenRing)網絡。這種監控網絡環境通常存在一些較為注重網絡安全的監控架構中,而存儲錄像設備在這種架構中則以NAS較為常見于這種網絡節點上。

    而環形網絡架夠也有延伸的部分,那就是雙環狀拓撲。在監控網絡觀點上雙環狀拓撲是由兩個同心環組成,各環只連結到其相鄰的環鄰接點。兩個環并未連接在一起。實際看起來雙環狀拓撲與單環狀拓撲相同,只不過是有第二個重復的環,用來連接相同的設備。換句話說,為了提供監控與存儲網絡的可靠性與彈性,每一個網絡的設備也都是兩個獨立環狀拓撲的一部分。這也是一種備用網絡的觀點運用。

    總線架構

    總線架構也是一種BUS架構,但它是透過網絡同軸電纜線將分散各個位置監控或計算機主機串接成網絡系統。

其最主要缺點是網絡可靠度問題,因而在網絡監控上則較為少見??偩€拓撲是讓所有網絡監控設備直接連接的單一主干網絡區段上??偩€拓撲是將所有節點直接連接到一個鏈路上,節點之間沒有其他聯機。監控主機與存儲設備都連接到一條共通的線路上。在這種拓撲下,主要設備允許主機加入或搭上單一的共享媒體。這種拓撲結構的好處之一就是,所有主機彼此相連,因此能夠直接通訊聯系;不足之處則是,一旦網絡上其中一臺主機/工作站(Client)故障或是電纜線斷裂,或是網絡連接器與接頭損壞,都會造成整個網絡(Crash)癱瘓??偩€拓撲可以讓所有網絡監控設備都能看見錄像存儲設備的訊號,并將所有視頻信息傳送到所有監控主機設備上;但由此帶來的問題也不容忽視,因為經常會發生流量及網絡塞車。

    階層式拓撲是以類似于延伸式星狀拓撲的方法制成的,這種系統不是將集線器/交換器連結在一起,而是連結到控制拓撲數據流量的計算機上。數學觀點:樹狀拓撲與延伸式星狀拓撲類似,最主要的差別在于它不使用一個中央節點,而是使用干線節點,由此分枝連接到其他節點。樹狀拓撲有兩種:二進制樹狀結構(各節點分成兩個鏈結);及主干樹狀結構(主干網絡干線有分枝節點,鏈結掛在分枝上分布出去)。實體觀點:干線是一包含數層分枝的纜線。邏輯觀點:信息流是階層式的。

    網狀架構

    ·網狀拓撲適用于對網絡通訊穩定要求極其嚴格的行業項目,例如,道路監控的控制系統,您可以看到各監控主機各自與其他所有主機連接。這也反映出因特網的設計特質,因特網有多條路徑型到任何一個位置上。數學觀點:在完整網狀拓撲中,每一個節點都直接與其他節點連結,也就是說每一錄像設備都鏈接到每一個監控工作站。這種布線法優點不勝枚舉,缺點也十分明顯。優點是,由于每一個節點實際上都與其他各節點連接,造成重復連接,所以一旦有任何鏈結故障無法運作時,視頻信息還是可以透過其他任何鏈結送達目的地。而且這種拓撲結構可讓影像信息沿多條信道流動,貫穿整個網絡;缺點則是只要超過少數幾個攝影機或監控工作站及DVR節點后,鏈結的媒體量很容易就大到令網絡無法承受。

    不規則狀網絡拓撲架構

    ·這種不規則狀拓撲也較少見于監控系統的錄像設備節點架構,原因是在不規則狀網絡拓撲中,鏈結與節點之間沒有明顯的模式,也缺少統一的布線模式;有各種不同的布線模式由節點拉出。這種布線結構通常都是網絡仍在早期架構的階段,或是網絡架構規劃不善造成。

    蜂巢式網絡拓撲架構

    ·這種架構大部分用在無線點網絡架構,對于錄有存儲節點放置考慮因素較為復雜。蜂巢式拓撲網絡架構是由圓形或六角形區域組成,每一區域中心都有一個節點。蜂巢式拓撲是將地理區域劃分成地區(細胞),供無線科技使用,這項技術的重要性越來越大。蜂巢式拓撲中沒有實體網絡線鏈接,只有電磁波,所以節點上來說有時是接收節點,有時又變成是傳送節點。蜂巢式網絡拓撲保密性不高,容易被截取及干擾。因而在監控項目中,此類架構也較為少見。

    拓撲架構這個詞可以看成是“節點的研究”。實際上,拓撲網絡架構是由節點(點)及鏈路(線)所組成,這兩者之間經常有固定的模式。從監控的觀點說明錄像設備在網絡上運作可行的各種拓撲架構。

然后再從實體網絡是看如何布建錄像與監控設備的線路。最后,工程上我們要從實際運用邏輯拓撲來學習視頻或是控制信息流過網絡的方式,藉此來判斷可能發生網絡流量碰撞的區域。一個監控網絡很可能會套用一種實體拓撲,但實際上卻全不符合拓撲架構邏輯。

    節點交換設備也是錄像設備放置關鍵

    除了上述的存儲設備種類及網絡架構拓撲之外,在網絡監控上的錄像設備放置節點,還有一個決定因素就是網絡交換設備。一般以太網中的中繼存在如是潛規則:網絡上任何兩部工作站或計算機之間不能出現超過四部中繼器或中繼集線器。因為中繼器每增加一臺就會增加數據傳輸的延遲,導致監控畫面延緩及數據訊號強度的推進變慢。由此引發諸如視頻掉張或是監控控制服務器死機等“事故”。眾多監控廠商由于在建置網絡時對這一原則選擇習慣性忽略,或是在既有的網絡環境中建置監控系統時沒注意到關鍵影響,超出中繼器的四項規則因素可能導致違反最大延遲限制。超出這個延遲限制時,延遲碰撞的次數會急遽加。因此錄像設備在這樣的網絡環境中的放置節點選擇就變得更重要。

    結語

    錄像設備是網絡監控的靈魂,所有監控目的都是為了最終視頻記錄的結果及證據的保存。在網絡環境日益復雜的今天,如何在施工中對網絡中錄像設備安放的節點加以慎重考慮已成為工程商不可缺少的常識,更是監控系統成敗的關鍵。希望藉由淺陋的陳述與工程先進分享。


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