邊緣存儲技術(shù)在商業(yè)/工業(yè)視頻監(jiān)控中的應用及設(shè)計

?邊緣存儲技術(shù)是指錄制視頻并存儲在攝像頭或直連存儲設(shè)備中，而不是通過網(wǎng)絡存儲到集中式記錄設(shè)施中。這項技術(shù)迅速得到了認可，并在 IP 視頻監(jiān)控應用中得到了廣泛的采用。

通過在 IP 攝像頭中使用邊緣存儲，視頻監(jiān)控解決方案開發(fā)人員能夠更加靈活地進行系統(tǒng)設(shè)計，并獲得更多成本優(yōu)勢。而系統(tǒng)集成商利用基于本地 microSD 卡的存儲，可以針對 IP 網(wǎng)絡負載/可用容量、記錄冗余和移動訪問來優(yōu)化設(shè)計。

商業(yè)/工業(yè)視頻監(jiān)控是一種獨特的全天候錄制應用，如果使用消費級/零售 microSD 卡很有可能不夠可靠;因此，選擇為行業(yè)領(lǐng)先的攝像頭制造商設(shè)計并優(yōu)化了固件的高品質(zhì) microSD 卡，對于實現(xiàn)可靠、穩(wěn)健且對維護要求不高的系統(tǒng)設(shè)計來說至關(guān)重要。

本簡介將指導視頻監(jiān)控專業(yè)人員選擇適用于其設(shè)計方案的邊緣存儲解決方案，幫助其實現(xiàn)邊緣存儲的優(yōu)勢。

邊緣存儲的工作原理

如今，大多數(shù) IP 視頻監(jiān)控攝像頭都有內(nèi)置的 microSD 卡插槽以支持邊緣存儲。機載存儲可實現(xiàn)直接視頻錄制，并提供遠程應用（例如網(wǎng)絡視頻錄像機 ［NVR］、帶視頻管理軟件 ［VMS］ 的中央監(jiān)控系統(tǒng)、移動設(shè)備等），即可以通過網(wǎng)絡檢索存儲卡中存儲的視頻。

以下是使用了邊緣存儲解決方案（microSD 卡）的企業(yè)級部署的典型系統(tǒng)拓撲。

圖 1：邊緣存儲解決方案的典型企業(yè)級部署

適用于 IP 視頻監(jiān)控的邊緣存儲用例

早期部署的新興應用涵蓋 IP 視頻監(jiān)控的三個主要用例：記錄冗余、網(wǎng)絡負載優(yōu)化和錄制系統(tǒng)更換。

記錄冗余

需具備高可信度的企業(yè)級應用（例如銀行、政府和城市監(jiān)控系統(tǒng)）利用邊緣存儲來降低數(shù)據(jù)丟失的風險。如果主網(wǎng)絡中的存儲發(fā)生問題（包括網(wǎng)絡可靠性問題），邊緣存儲可以保留已錄制視頻的備用副本。microSD 卡中錄制的視頻可以同步到后端系統(tǒng) （NVR/VMS），從而提高整個系統(tǒng)的可靠性。

網(wǎng)絡負載優(yōu)化

在某些情況下，由于帶寬有限或不一致（例如有些位置采用無線連接、有些位置使用共享的基礎(chǔ)設(shè)施、有些位置覆蓋大型空間），視頻流的傳輸質(zhì)量會受到不利影響。針對這些情況，可以利用邊緣存儲來緩存視頻，直到網(wǎng)絡狀況改善到適合回傳信息。此外，還可以利用邊緣存儲來優(yōu)化帶寬和視頻質(zhì)量，也即在邊緣本地錄制高質(zhì)量的視頻，而在遠程查看標準質(zhì)量的視頻。甚至可以在網(wǎng)絡帶寬不受限制時，將錄制的高質(zhì)量視頻同步到后端系統(tǒng) （NVR/VMS）。

邊緣存儲可以幫助優(yōu)化網(wǎng)絡負載，從拓撲/設(shè)計角度提供更多的靈活性并降低總體擁有成本。

例如，大多數(shù)企業(yè)級部署目前都會在既有的企業(yè)局域網(wǎng) （LAN） 上覆蓋一個監(jiān)控網(wǎng)絡。LAN 上辦公高峰時段的 IT 流量可能會與監(jiān)控攝像頭所需的帶寬發(fā)生沖突。但通過使用邊緣存儲，系統(tǒng)設(shè)計人員可以在不影響監(jiān)控系統(tǒng)成效的情況下，減少辦公高峰時段 LAN 上的監(jiān)控流量負載。這使網(wǎng)絡設(shè)計具備更大的靈活性，也能夠節(jié)約成本。

圖 2：IP 視頻監(jiān)控中的企業(yè)備份存儲

圖 3：IP 視頻監(jiān)控中的網(wǎng)絡負載優(yōu)化

圖 4：IP 視頻監(jiān)控中的錄制系統(tǒng)更換

過去，網(wǎng)絡負載優(yōu)化是通過基于低密度 SLC 閃存技術(shù)的 microSD 卡（4GB 和 8GB）來實現(xiàn)，因為 SLC 更加耐用;然而，新一代基于 MLC 的 IP 視頻監(jiān)控專用 microSD 卡（32GB 和 64GB）在降低成本和增加緩存方面更加有利。

中小企業(yè)的錄制系統(tǒng)更換

大多數(shù) IP 視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍然依靠后端錄制解決方案（NVR/云）進行數(shù)據(jù)存儲。但在一些中小企業(yè) （SMB） IP 攝像頭部署中，可以去掉中央 NVR 而只使用邊緣存儲，只需利用合適的監(jiān)控專用 microSD 卡并采用很多IP 攝像頭都具備的先進視頻壓縮技術(shù)即可。用戶仍可以通過智能手機、PC 或平板電腦，觀看視頻直播或視頻存檔，以此監(jiān)控其資產(chǎn)。

在這種用例中，邊緣存儲可優(yōu)化現(xiàn)場部署的設(shè)備規(guī)模（NVR 系統(tǒng)）、降低存儲成本（不需要額外的云存儲訂閱費用，也不需要帶硬盤的 NVR），并降低隱私問題的不確定性（在本地 microSD 卡中記錄私人數(shù)據(jù)）。

IP 視頻監(jiān)控中邊緣存儲面臨的挑戰(zhàn)

目前市場上的絕大多數(shù) microSD 卡都是消費級產(chǎn)品，它們用于數(shù)碼相機 （DSC）、汽車行車記錄儀或家用攝像機中，而不是為 IP 視頻監(jiān)控攝像頭中的商業(yè)和工業(yè)邊緣存儲設(shè)計的。因此，許多系統(tǒng)集成商和安裝者認為邊緣存儲“不可靠”。大多數(shù)用戶都不了解，邊緣錄制中使用的 microSD 卡的壽命和質(zhì)量可能千差萬別，具體取決于所選卡的質(zhì)量。選擇質(zhì)量不佳的 microSD 卡可能會導致在部署完成后的幾個月內(nèi)就發(fā)生代價不菲的現(xiàn)場故障。

市場上的存儲卡主要有以下幾點區(qū)別：

卡中使用的 NAND 閃存技術(shù)

針對全天候視頻錄制進行的固件優(yōu)化完善到了什么程度

存儲卡中的 NAND 經(jīng)過了怎樣的測試和篩選，意在提高產(chǎn)品的整體可靠性

從耐用性的角度看，IP 攝像頭中的邊緣錄制是最重的存儲工作負載之一，會快速耗盡消費級的消費級 microSD 卡（結(jié)束其使用壽命）。之后除非換卡，否則就不能再存儲內(nèi)容。

目前一個常見的錯誤是在視頻監(jiān)控部署中使用消費級 microSD 卡。圖 5 是一個示例，顯示了在一個典型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，一張 64GB 的消費級存儲卡在比特率持續(xù)達到 8 Mb/s 的情況下如何快速耗盡了使用壽命。

如果使用消費級 microSD 卡在一天中持續(xù)錄制 12 個小時甚至更長時間，那么消費級存儲卡很有可能在部署后幾個月內(nèi)發(fā)生故障。

圖 5：典型的消費級 microSD 卡的使用壽命取決于每天的錄制時間

邊緣存儲設(shè)備的錄制性能

提供穩(wěn)定的錄制性能是對邊緣存儲設(shè)備的另一個要求。對于需要全天候持續(xù)錄制的應用，必須調(diào)整固件以支持最低限度的穩(wěn)態(tài)性能，確保記錄下所有幀。

和前文所提相同，目前一個常見的錯誤是使用消費級 microSD 卡，但這種卡的固件并未針對全天候錄制需求進行優(yōu)化，因此會丟幀。圖 6 顯示了典型的消費級 microSD 卡的幀捕捉性能，其配置和使用情況是：8 Mb/s（恒定比特率），30 FPS，連續(xù)錄制一分鐘視頻剪輯。

幀捕捉率低于每分鐘1800 幀意味著丟幀。在許多情況下，幀捕捉率下降了 20-30% 后，會導致大量數(shù)據(jù)丟失。

圖 6：典型消費級 microSD 卡的幀捕捉率（每分鐘）

適用于邊緣存儲應用的美光工業(yè)卡

憑借閃存技術(shù)方面的專業(yè)知識和監(jiān)控應用知識，美光科技開發(fā)了一種監(jiān)控專用的工業(yè)級存儲卡，用于IP 視頻監(jiān)控應用中的邊緣存儲。這種卡具備以下優(yōu)勢：

高耐用性

專為視頻錄制而設(shè)計，能夠支持 3 年或者更長時間的高品質(zhì)全天候持續(xù)視頻錄制。

64GB：3 年，8 Mb/s 全天候持續(xù)錄制

32GB：3 年，4 Mb/s 全天候持續(xù)錄制

圖 7：IP 視頻監(jiān)控應用中美光工業(yè)卡和典型消費級 microSD 卡的表現(xiàn)對比

如圖 7 所示，與典型的消費級卡相比，美光工業(yè)卡（64GB，8 Mb/s 流速）在現(xiàn)場全天候持續(xù)錄制方面有著顯著的使用壽命優(yōu)勢。

卓越的錄制性能

美光工業(yè)卡包含經(jīng)過優(yōu)化的固件，可提供穩(wěn)定性能，實現(xiàn)全天候高質(zhì)量視頻錄制，同時最大程度減少丟幀。

圖 8：IP 視頻監(jiān)控應用中美光工業(yè)卡的幀捕捉率

視頻錄制配置：8 Mb/s（恒定比特率），30 FPS，連續(xù)錄制一分鐘視頻剪輯

工業(yè)級質(zhì)量

美光工業(yè)卡為視頻監(jiān)控提供可靠、優(yōu)質(zhì)的 microSD 卡，平均無故障時間 （MTTF） 為 200 萬小時，即年度故障率 （AFR） 為 0.44%;這意味著其可靠性是當今 NVR 中所用的監(jiān)控硬盤的兩倍3。

之所以能夠提供這種級別的可靠性和品質(zhì)，是因為美光科技會根據(jù)視頻監(jiān)控應用的要求來設(shè)計、制造和篩選，并對卡中的固件進行調(diào)整。

可監(jiān)控運行狀況的智能工具

美光工業(yè)卡為 IP 攝像頭集成提供運行狀況監(jiān)控功能，可以報告卡的使用情況和剩余使用壽命。系統(tǒng)可以將此功能集成到軟件中，以便在需要更換時提醒最終用戶。從總體擁有成本的角度衡量，此功能降低了系統(tǒng)停機時間和維護成本。

總結(jié)

邊緣存儲是一項令人激動的新技術(shù)。大多數(shù) IP 監(jiān)控攝像頭支持 microSD 卡插槽，因此無需更改系統(tǒng)或設(shè)計，即可集成邊緣存儲。

系統(tǒng)集成商獲得成功的關(guān)鍵是要選擇專為 IP 監(jiān)控攝像頭應用構(gòu)建的存儲卡，而不是因為便宜或易得而隨意選擇 microSD 卡。通過在很多部署用例中提供記錄冗余、優(yōu)化網(wǎng)絡負載和降低總體擁有成本，專為 IP 視頻監(jiān)控攝像頭設(shè)計的 microSD 卡可帶來更多價值并提升系統(tǒng)性能。

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