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存储设备在监控系统中位置设定的重要性

发布日期: 2012/7/6 8:59:58 浏览次数:2776 【返回】【打印本页】


    从标题乍看之下,可能会让很多安防工程同业产生迷惑:到底是要谈存储网络环境还是要谈存储设备?事实上,为了此次分享,笔者也一度伤透脑筋。因为就网络监控经验而言,坦白说笔者单纯就网络大型存储设备或网络环境建构工作都称不上是专业,只是对存储设备在网络监控上的设置与网络环境条件上有些实务接触。于此,谨藉由本期来谈谈录像设备在网络监控上的种种工程特性与应用。

    网络存储设备的种类与应用特性

    在步入主题之前,我们有必要厘清一下现阶段的网络监控存储设备的种类及它们在网络监控上的应用特性。目前,存储设备根据组织方式及所在网络节点不同而得出不同的解决方案,并大致可分为数字录像机(DVR)、直接附加的存储装置(DAS)与网络附加存储装置(NAS)三种。

    数字录像机(DVR)

    单机式数字录像机DVR是运作高质量数字元的视频监控系统中最简单、最经济的方式。它不仅身型苗条,搭配也十分轻巧,只需加入摄影机即可正常运作。

    DVR最适合不需要也没有资源来管理较复杂的网络监控解决方案。由于DVR系统通常操作使用方便,现场的操作人员随时随刻都可以轻松检视录像存储的视频,以及进行例行维护和数据管理工作。另外,它也是在网络安装上节点限制内容最低的设备。

    直连式存储装置(DAS)

    如同名称所示,DAS是把存储装置直接链接至DVR或NDVR。它既可以内部附接(磁盘驱动器装载在DVR内部),也能透过多种RAID外接式数组存储互连透过SCSI、USB或eSATA适配卡进行外部连接。虽然成本较高,加上RAID磁盘阵列时笨重又大,但是外接式DAS所能提供的存储容量和扩充能力DVR只有仰视的份。同时,外接式DAS机壳还方便提供更高于DVR内建式硬盘槽的磁盘驱动器槽位数。如果需要更多磁盘驱动器,外接式DAS机壳可以用串链方式提高可用的存储容量。需要说明的是,这种存储方式的网络设置节点也是可以让使用者透过网络TCP/IP架构进行视频录像存取。

    网络连接存储装置(NAS)

    NAS外形酷似一台迷你型的网络服务器,其一般协助档案透过TCP/IP在Ethernet网络加以存储,并运用常用的NFS或CIFS档案层级通讯协议。NAS部署和维护采用常用的IP和Ethernet通讯协议,只需少数IT人员就可管理NAS。与外接式DAS的机箱一样,NAS中包含多个磁盘驱动器槽,让使用者选择最能在效能、容量和故障容忍度之间维持平衡的RAID光驱组态。即便需要再多的容量,NAS也能通过新增外接式存储装置模块实现。客观来说,这种设备在网络节点的布置尤显零活。

    在温习了解了以上目前三种主流的网络存储方式及架构后,在工程施作上可能还会冒出一些新的疑问:在网络上除了DVR是很直观的网络节点设备外,其它如DAS、NAS甚至是SAN这些网络存储装置应该摆在网络的哪个位置上?在施工设备安装过程中又是如何来安排这这些网络存储设备的?

    在了解录像存储设备放置节点前,再来熟悉一下放置存储设备的网络环境,也就是网络架构拓扑该如何订定。
    决定存储位置的网络节点架构特性

    网络拓扑又可以定义为网络架构。拓扑定义包含两部分:实体拓扑就是缆线(媒体)的实际布置情形;另外一个就是逻辑拓扑就是定义主机如何存取媒体。一般所用的实体拓扑是总线、环状、星状、延伸式星状、阶层式与网状等。这些网络架构存在于各类视频监控网络环境中,因此我们有必要在工程施作前,对这些决定网络节点架构的诸多模式有个前置的了解及认识。接下来,就一一来认识及了解他们在录像设备位置上的决定关系。这些常见架构如下。

    星状架构

    这种网络架构最单纯简易,可靠度也最高。网络监控工作站(Client)与录像设备(DVR、NVR、DAS…)集中连接于局域网络集线器,其中任意一台主机出了问题都可迅速隔离,不会影响网络其它设备及整个网络运作。由于架构简单,易于维护与管理,“星状”是目前业务及安防监控上使用最多的网络架构。这一架构中的网络集线器(HUB)会将网络各个节点(设备)连结起来,以转接网络讯号。HUB的厂牌众多,埠数则以4、8、12、16及24个居多。所谓埠(port)即为讯号进入或发出点,类似监控网络协议层中所说的视频及控制数据存取点(accesspoint)。目前,HUB的技术已发展到能提供150Mbps以上速度之交换式集线器(switchingHUB)。透过这种HUB可以顺利完成一个星状拓扑架构,而录像存储设备也能极为方便地在这种架构任何节点上放置。

    还有一种是延伸式星状拓扑。所谓延伸式星状拓扑其实就是将星状拓扑的交换集线器/交换器一个个别小星状拓扑连结在一起。这样,工程人员便可根据项目实际需求延伸监控网络的长度和大小,或扩充网络录像存储设备的放置节点。延伸式星状拓扑是重复的星状拓扑,只不过每一个连结到中央节点的节点也都是另一个星状结构的中心。实体观点:延伸式星状拓扑有核心星状拓扑,每一个核心拓扑的末端节点都是本身星状拓扑结构的中心。这种结构的优点是,缩短布线,并限制需与任何一个中央节点相连的设备数目。

    环状架构

    环状架构是把监控主机工作站(Client)及存储装置主机(DVR、NVR…)以不同的交换式集线器连接成环状(Ring),透过所谓网络标记(Token)或称为图形循环网络,以决定哪个监控主机工作站拥有网络管理权利。此种架构为IEEE所订定的标准,即IEEE802.4的TokenBus标记图形总线与IEEE802.5标记环(TokenRing)网络。这种监控网络环境通常存在一些较为注重网络安全的监控架构中,而存储录像设备在这种架构中则以NAS较为常见于这种网络节点上。

    而环形网络架够也有延伸的部分,那就是双环状拓扑。在监控网络观点上双环状拓扑是由两个同心环组成,各环只连结到其相邻的环邻接点。两个环并未连接在一起。实际看起来双环状拓扑与单环状拓扑相同,只不过是有第二个重复的环,用来连接相同的设备。换句话说,为了提供监控与存储网络的可靠性与弹性,每一个网络的设备也都是两个独立环状拓扑的一部分。这也是一种备用网络的观点运用。

    总线架构

    总线架构也是一种BUS架构,但它是透过网络同轴电缆线将分散各个位置监控或计算机主机串接成网络系统。
    其最主要缺点是网络可靠度问题,因而在网络监控上则较为少见。总线拓扑是让所有网络监控设备直接连接的单一主干网络区段上。总线拓扑是将所有节点直接连接到一个链路上,节点之间没有其他联机。监控主机与存储设备都连接到一条共通的线路上。在这种拓扑下,主要设备允许主机加入或搭上单一的共享媒体。这种拓扑结构的好处之一就是,所有主机彼此相连,因此能够直接通讯联系;不足之处则是,一旦网络上其中一台主机/工作站(Client)故障或是电缆线断裂,或是网络连接器与接头损坏,都会造成整个网络(Crash)瘫痪。总线拓扑可以让所有网络监控设备都能看见录像存储设备的讯号,并将所有视频信息传送到所有监控主机设备上;但由此带来的问题也不容忽视,因为经常会发生流量及网络塞车。

    阶层式拓扑是以类似于延伸式星状拓扑的方法制成的,这种系统不是将集线器/交换器连结在一起,而是连结到控制拓扑数据流量的计算机上。数学观点:树状拓扑与延伸式星状拓扑类似,最主要的差别在于它不使用一个中央节点,而是使用干线节点,由此分枝连接到其他节点。树状拓扑有两种:二进制树状结构(各节点分成两个链结);及主干树状结构(主干网络干线有分枝节点,链结挂在分枝上分布出去)。实体观点:干线是一包含数层分枝的缆线。逻辑观点:信息流是阶层式的。

    网状架构

    ·网状拓扑适用于对网络通讯稳定要求极其严格的行业项目,例如,道路监控的控制系统,您可以看到各监控主机各自与其他所有主机连接。这也反映出因特网的设计特质,因特网有多条路径型到任何一个位置上。数学观点:在完整网状拓扑中,每一个节点都直接与其他节点连结,也就是说每一录像设备都链接到每一个监控工作站。这种布线法优点不胜枚举,缺点也十分明显。优点是,由于每一个节点实际上都与其他各节点连接,造成重复连接,所以一旦有任何链结故障无法运作时,视频信息还是可以透过其他任何链结送达目的地。而且这种拓扑结构可让影像信息沿多条信道流动,贯穿整个网络;缺点则是只要超过少数几个摄影机或监控工作站及DVR节点后,链结的媒体量很容易就大到令网络无法承受。

    不规则状网络拓扑架构

    ·这种不规则状拓扑也较少见于监控系统的录像设备节点架构,原因是在不规则状网络拓扑中,链结与节点之间没有明显的模式,也缺少统一的布线模式;有各种不同的布线模式由节点拉出。这种布线结构通常都是网络仍在早期架构的阶段,或是网络架构规划不善造成。

    蜂巢式网络拓扑架构

    ·这种架构大部分用在无线点网络架构,对于录有存储节点放置考虑因素较为复杂。蜂巢式拓扑网络架构是由圆形或六角形区域组成,每一区域中心都有一个节点。蜂巢式拓扑是将地理区域划分成地区(细胞),供无线科技使用,这项技术的重要性越来越大。蜂巢式拓扑中没有实体网络线链接,只有电磁波,所以节点上来说有时是接收节点,有时又变成是传送节点。蜂巢式网络拓扑保密性不高,容易被截取及干扰。因而在监控项目中,此类架构也较为少见。

    拓扑架构这个词可以看成是“节点的研究”。实际上,拓扑网络架构是由节点(点)及链路(线)所组成,这两者之间经常有固定的模式。从监控的观点说明录像设备在网络上运作可行的各种拓扑架构。
     然后再从实体网络是看如何布建录像与监控设备的线路。最后,工程上我们要从实际运用逻辑拓扑来学习视频或是控制信息流过网络的方式,藉此来判断可能发生网络流量碰撞的区域。一个监控网络很可能会套用一种实体拓扑,但实际上却全不符合拓扑架构逻辑。

    节点交换设备也是录像设备放置关键

    除了上述的存储设备种类及网络架构拓扑之外,在网络监控上的录像设备放置节点,还有一个决定因素就是网络交换设备。一般以太网中的中继存在如是潜规则:网络上任何两部工作站或计算机之间不能出现超过四部中继器或中继集线器。因为中继器每增加一台就会增加数据传输的延迟,导致监控画面延缓及数据讯号强度的推进变慢。由此引发诸如视频掉张或是监控控制服务器死机等“事故”。众多监控厂商由于在建置网络时对这一原则选择习惯性忽略,或是在既有的网络环境中建置监控系统时没注意到关键影响,超出中继器的四项规则因素可能导致违反最大延迟限制。超出这个延迟限制时,延迟碰撞的次数会急遽加。因此录像设备在这样的网络环境中的放置节点选择就变得更重要。

    结语

    录像设备是网络监控的灵魂,所有监控目的都是为了最终视频记录的结果及证据的保存。在网络环境日益复杂的今天,如何在施工中对网络中录像设备安放的节点加以慎重考虑已成为工程商不可缺少的常识,更是监控系统成败的关键。希望藉由浅陋的陈述与工程先进分享。
 
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