IP网络存储技术研究论文
想必大家在写论文的时候都会遇到烦恼，小编特意整理了一些《IP网络存储技术研究论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。[摘要]网络数据信息爆炸性的增长，使网络存储技术变得越来越重要，已成为Internet及其相关行业进一步发展的关键。本文详细介绍了常见的三种网络存储技术的优缺点及应用范围，并介绍了几种新的网络存储技术，使读者对网络存储技术有一个全面的了解。
IP网络存储技术研究论文 篇1：
存储虚拟化技术研究
摘要：处理、传输和存储是当今数字信息技术的三大基石，计算设施、网络设施以及存储设施已经成为以互联网社会的基础设施。在信息化迅猛推进现代信息业不断增长的同时，存储在信息系统架构变得更加重要，也受到学术界和产业界的越来越多关注。该文回顾了存储虚拟化的历程，介绍了NAS存储网络，SAN存储网络、OBS存储网络以及实现存储虚拟化的方式。
关键词：存储；RAID；存储虚拟化
多年来，RAID设备从物理磁盘驱动器中提取LUN，卷管理器从LUN 提取存储卷。传统意义上讲，RAID能够用一个逻辑实体代表复杂的物理驱动器，屏蔽了单个驱动器的复杂性以及存储系统后端的几何特性，增强了存储性能和数据的可恢复性，因此，RAID可以看成存储虚拟化的一种形式。随着将相同的提取概念应用到存储局域网，各种存储技术也都这围绕虚拟化展开。通过SAN 连接磁盘的存储虚拟化，可以利用众多独立物理设备的多种LUN 建立大型独立磁盘容量池。
在最基础层面上，存储虚拟化可定义为在物理存储设备或低级逻辑存储设备之上，能够提供简化的逻辑存储资源视图的提取层。这种提取可以发生在主机或存储阵列中，也可以发生在SAN 内部。从系统层面上看，存储虚拟化将通过多个存储阵列对提取层进行扩展，不但能够隐藏单个物理驱动器的复杂性，还能够隐藏整个物理存储子系统的复杂性。智能虚拟化代理提供了简化存储系统管理的功能，进一步放大了逻辑提取的好处，并为更高一级的智能奠定了基础。
1 存储虚拟化的发展历程
上世纪五十年代商用计算机出现,当时采用直接连接存储 (DAS)，这种连接方法将磁盘存储直接通过电缆或总线附加到计算机中央处理器 (CPU) 以及RAM存储器。以后的几十年，出现了如小型计算机系统接口 (SCSI)标准协议，这种连接方法延伸了设备传统磁存储器的范围，如 CD-ROM、磁带驱动器及自动装载机和JBOD（简单磁盘捆绑）。虽然不同类型的存储大量涌现，容错设计提高了存储可靠性，但它们的连接方式仍然局限于单一服务器或工作站，限制了介质的利用率。
存储虚拟化技术首先出现在缓存控制器阵列（RAID Redundant Array of Independent Disk）该技术诞生于1987年，由美国加州大学伯克利分校提出。RAID是将多块硬盘通过硬件或软件方式结合成虚拟的单块大容量的磁盘来使用。首先，RAID通过多个磁盘上同时存储和读取数据来大幅提高存储系统的数据吞吐量，使用RAID可以达到单个磁盘的几十倍甚至上百倍的存储速度。大量磁盘以容错的方式池化到一起，利用一个公共缓存内存池，应用程序不使用实际数据块，而是使用数据块的逻辑图像。这样，可以通过消除机械磁盘寻道和旋转延迟改善性能。同时，有助于主机使用低成本磁盘。其次，RAID通过数据校验来提供容错性。单个普通磁盘无法提供容错功能，RAID容错建立在每个磁盘硬件容错功能之上，很多RAID模式都有较为完备的相互校验、恢复措施，甚至是直接相互镜像备份，大大提高了RAID系统的容错度，提高了系统的稳定性和冗余性。
20世纪80年代初期，一些厂商提出服务器共享存储的思想，出现了网络附加存储 (NAS) ，它使服务器集中存储数据且不受地点限制，提供了前所未有的灵活性。多个用户可以同时读写存储，统一访问相同数据集，提高用户间的协作能力，简化部署提高可扩展性。
上世纪九十年代中后期，随着网络技术的发展与处理能力的大幅提高，传统的单机数据处理方式不能满足信息系统发展的要求，被以数据为中心的网络存储所取代，存储系统与网络系统结合起来，产生了网络存储系统。存储区域网络 (SAN) 的出现进一步推动了存储虚拟化的发展。与此同时，提出了存储资源整合的概念，SAN通过有效共享存储资源提高容量利用率。这样，有助于企业整合存储资产，便于利用通用软件工具简化管理，并可以远距离复制关键信息，显著提高避免数据损坏和灾难事件的保护能力。
21 世纪初，存储厂商开始将先进的虚拟化功能引入到自己的产品中。这些功能不仅提高了利用率，而且支持异构存储外部连接，实现不停机数据迁移和移动，提高业务连续性，可进行逻辑磁盘分区、多层存储以及精简预配置。利用精简预配置，可在应用程序写入数据时，分配磁盘或文件系统的物理容量，而不是在配置时进行预分配。
2 典型的存储结构
基本的存储系统结构包括直接连接存储(DAS Direct Access Storage)、网络附加存储(NAS Network Attached Storage)、存储区域网(SAN Storage Area Network)，以及最近流行的面向对象存储（OBS Object-Based Storage)。
2.1 直接连接存储
直接连接存储是指将存储设备通过SCSI、线缆或光纤通道直接连接到服务器上，存储设备可以是阵列，也可以是磁盘。它的存储模式是以文件服务器为核心的。主机与存储设备之间通常是以块为单位数据传输。存储职能由主机和存储设备共同分担，存储作为整个服务器系统的一部分。DAS本身是硬件的堆叠，不带任何存储管理系统。
2.2 网络附加存储
网络附加存储是一种文件共享服务，NAS拥有自己的文件系统，通过NFS或CIFS协议对外提供文件访问服务，能实现不同操作系统的文件共享。NAS将分散的存储设备整合为数据存储中心进行集中管理。NAS中，主机只用于处理数据，NAS设备独立承担数据存储。从消除了存储设备对主机的依赖，提高了系统性能。但NAS的缺点也十分明显，由于NAS与LAN处于同一物理网络中，NAS需要很大的网络带宽,和很高的CPU处理能力。容易造成网络拥堵，性能降低。NAS在网络备份和数据恢复方面性能不足。
2.3 存储局域网(SAN)
SAN是一种以网络为中心的存储结构，按照SNIA定义，SAN是一种利用Fiber Channel等互联协议连接起来的可以在服务器和存储系统之间直接传送数据的存储网络系统。SAN是一种体系结构，它是采用独特的技术(如 FC)构建的、与原有LAN网络不同的专用存储网络，存储设备和SAN中的应用服务器之间采用block I/O的方式进行数据交换。根据所使用交换机和数据访问协议的不同，SAN网络又可分为IP存储局域网络（IP-SAN）和光纤存储局域网络（FC-SAN）
2.4 面向对象存储
面向对象存储的基本存储单元是对象而不是块。每个对象是数据和数据属性集的综合体，他包含了文件数据以及相关属性信息，对象可以根据应用需求自我管理数据属性。从而简化了存储系统的管理任务，增加了灵活性。对象存储综合了NAS和SAN的优点，同时具有SAN的高速直接访问和NAS的数据共享优势，提供了高性能、高可靠性、跨平台以及安全的数据共享存储体系结构存储。固定内容寻址存储（CAS Content Addressing storage）是面向对象存储的一种形式，固定内容是指一旦生成就不再发生改变的信息，比如数字媒体(图像、音视频等)、法律和参考文档、医疗影像、电子邮件、银行票据等。SAN、NAS存储文件是按照地址存放文件，用户找文件的时候一定要知道它放在哪个磁盘分区的哪个目录里，否则就要搜索。而CAS没有分区、没有目录，用户不需要记住文件路径，只需要把数据交给CAS，CAS给用户一个数字指纹，靠一串数字和字母组合的数字指纹来识别用户存储的数据。当用户需要找这个数据的时候，要提交数字指纹来获取数据。一方面减少了维护系统的人工成本开销，另一方面，免维护性也增加了数据的安全性和可靠性。
3 存储虚拟化的层次
存储虚拟化可以在三个不同层面上实现：
3.1 基于专用卷管理软件在服务器上实现
通过与服务器直接连接的传统存储硬件设备，实际磁盘提供给服务器及其操作系统，磁盘排列成由许多大小固定的区块组成的扇区，操作系统将这些区块排列成一个“文件系统”。为了解决文件系统越来越多，将会用光物理 LUN 的存储空间的问题系统供应商提出逻辑卷管理器 (LVM) 的概念。LVM可以在不停机的情况下自由地对文件系统调整大小，并方便地实现文件系统跨越不同磁盘和分区。由于内置在系统软件中，基于服务器的存储虚拟化具有极高的可配置性和灵活性。由于大多数操作系统都将这一功能包含到自己的系统软件中，因此非常便宜。存储基础架构不需要配置其它硬件，并且可与操作系统识别的任何设备配合使用。基于服务器的虚拟化也有许多缺陷：虽然它有助于最大程度地提高存储资源的效率和恢复水平，但却只能以服务器为基础进行优化。镜像、分割和计算奇偶校验任务需要另行处理，占用应用程序的宝贵 CPU 资源和内存资源。
3.2 利用虚拟化引擎在存储网络上实现
基于网络的存储虚拟化在网络层嵌入存储资源智能管理，抽象化服务器与存储阵列之间的实际存储资源。
3.2.1 带内方式存储虚拟化构架
带内方式存储虚拟化是在主机和阵列之间的网络数据通道中插入虚拟化设备。这些设备通常行使存储管理器的作用，提供空间管理和其它配套功能，如数据迁移和拷贝服务。控制信息和用户数据都会通过它，而它会将逻辑卷分配给主机，如同一个标准子系统。存储虚拟设备本身可以是一个专用的运行虚拟化软件的服务器；也可以是一个专门运行嵌入编码的应用程序，，甚至是一个带有能连接附加阵列框架后端的阵列管理器“前端”。这种设备的最大好处是集中管理多种连接设备。 带内方式最主要的缺点是在网络路径上增加了一个额外的“跳”，这样就增加了主机和物理存储设备之间的延时。它还要求具有强大的错误和故障处理逻辑以确保经过缓存和确认的I/O 被安全地存储到后端。
3.2.2 带外方式存储虚拟化构架
带外方式的设计是在带外结构中，独立一个元数据服务器的硬件，它存有虚拟化存储的逻辑-物理关系信息，向每一个服务器传送信息，分配I/O指令。这种数据传送通过一个独立的网络完成，它与数据交流使用的光纤通道分开。元数据服务器和主机之间的传输通常是通过装在主机上的接口程序来实现的，这台主机与修改后的、对指令重新分配的I/O驱动器共同工作。 由于主机直接将虚拟化存储指令分配到目的设备上，I/O运行不再受到增加等待时间或带宽的制约。这样，通道外方式理论上更适合于高性能应用。它还避免了通道内自有的数据完整性问题。任何“状态”或版本的数据都不会滞留在网络中。数据正确地存储入阵列之后，主机的任务才算完成。然而，这种通道外方式又引出了一些主机系统方式的易操作性问题，也就是说，需要加载、维护和修改主机系统软件。
3.3 基于存储控制器存储虚拟化
近年来各种虚拟化技术已经应用到存储控制器之中，一些存储阵列供应商开始将这些功能扩展到设备之外的存储资源。于是基于控制器的存储虚拟化应运而生，这种新一代存储阵列允许其它异构供应商存储阵列直接与自己的控制器连接。于是，出现了外部存储资源可按与内部磁盘的相同方式进行管理。这种方法不需要重新映射 LUN 或范围，减少了一层管理，大大降低了网络复杂性。以这种方式虚拟化，安装在存储控制器上的微码软件成为外部存储资源，如同在阵列内部一样，主机并不知道它们的实际连接位置。这种基于块的虚拟化技术，可将虚拟化存储控制器的所有功能，有效地扩展至外部存储。利用非常成熟的企业级功能，数据可在不停机的情况下，从一个池迁移到另一个池，并可在不相似或相似存储之间复制。还可通过分区，将端口、缓存和磁盘池等资源分配给特定的负载，以保持服务质量和安全性，而精简配置可缩减分配给其他资产的存储。
4 小结
存储虚拟化技术是近年来新兴的技术，存储虚拟化技术已经得到广泛的发展，并且成为IT界内增长最快的领域，存储虚拟化系统在方便管理，优化系统系统性能，提高资源的利用率方面有无法比拟的优势。存储虚拟化技术给计算机系统结构带来了革命性的变化。
参考文献：
[1] 何世晓.Linux系统案例精解存储、Oracle数据库、集群、性能优化、系统管理、网络配置[M].北京:清华大学出版社,2010.
[2] 王纪奎.成就存储专家之路—存储从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2009.
[3] 杨宗博,郭玉东.提高存储资源利用率的存储虚拟化技术研究[J].计算机工程与设计,2008(6).
[4] 冯丹.网络存储关键技术的研究与发展[J].移动通讯,2009(6).
[5] Farley M.SAN存储局域网络[M].孙功星,蒋文保,范勇,译.北京:机械工业出版社出版,2001.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
作者：贺少领
IP网络存储技术研究论文 篇2：
网络存储技术浅析
[摘 要] 网络数据信息爆炸性的增长，使网络存储技术变得越来越重要，已成为Internet及其相关行业进一步发展的关键。本文详细介绍了常见的三种网络存储技术的优缺点及应用范围，并介绍了几种新的网络存储技术，使读者对网络存储技术有一个全面的了解。
[关键词] 网络存储 直接连接存储 网络附加存储 存储区域网络
一、引言
信息是一个企业可持续发展的核心动力之一，信息的可靠存储是一个企业得以正常运作和发展壮大的根本所在。随着越来越多的关键信息转化为数字形式并存储在可管理的介质中，用户对存储和管理信息的能力产生了新的需求。为更有效地使用和管理信息，用户对信息系统的搭建、数据中心的建设、数据的管理模式、数据的有效使用、信息存储介质的选择以及信息的安全存储等方面，提出多样化的要求，以达到数据的最佳利用。
网络存储设备提供网络信息系统的信息存取和共享服务，其主要特征体现在：超大存储容量、大数据传输率以及高可用性。要实现存储设备的性能特征，采用RAID作为存储实体是必然选择。传统的网络存储设备都是将RAID硬盘阵列直接连接到网络系统的服务器上，这种形式的网络存储结构称为（DAS Direct Attached Storage），目前，按照信息存储系统的构成，SAN（Storage Area Net- work）和NAS（Network Attached Storage）是最常见的两种选择。本文将详细介绍这三种存储技术的优缺点和应用范围，并将介绍几种新的网络存储技术。
二、传统网络存储技术
1.DAS存储
直接连接存储（DAS——Direct Attached Storage）是指将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到服务器上的方式。这种连接方式主要应用于单机或两台主机的集群环境中，主要优点是存储容量扩展的实施简单，投入成本少、见效快。
DAS适用于以下几种情况：(1)服务器在地理分布上很分散，通过SAN或NAS在它们之间进行互连非常困难时；(2)存储系统必须被直接连接到应用服务器，如某些数据库使用的“原始分区”上时；(3)包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用，它们需要直接连接到存储器上。
当服务器在地理上比较分散很难通过远程连接进行互连时，或传输速率并不很高的网络系统，直接连接存储是比较好的解决方案，甚至可能是唯一的解决方案，但是由于DAS存储没有网络结构，存在许多缺点：一方面该技术不具备共享性，每种客户机类型都需要一个服务器，从而增加了存储管理和维护的难度；另一方面，当存储容量增加时，扩容变得十分困难，而且当服务器发生故障时，数据也难以获取。因此，难以满足现今的存储要求。
2.NAS存储
网络附加存储（NAS——Network Attached Storage）即将存储设备通过标准的网络拓扑结构例如（以太网），连接到一群计算机上，提供数据和文件服务。NAS服务器一般由存储硬件、操作系统以及其上的文件系统等几个部分组成。简单的说，NAS是通过与网络直接连接的磁盘阵列，它具备了磁盘阵列的所有主要特征：高容量、高效能、高可靠。
NAS由于其较好的可扩展性、可访问性、低价位、安装简单、易于管理等优点，广泛应用于电子出版、CAD、图像、教育、银行、政府、法律环境等那些对数据量有较大需求的应用中。多媒体、Internet下载以及在线数据的增长，特别是那些要求存储器能随着公司文件大小规模而增长的企业、小型公司、大型组织的部门网络，更需要这样一个简单的可扩展的方案。
但在实际应用中，NAS也存在着以下不足：(1)在文件访问的速度方面。NAS采用的是File I/O方式，这带来巨大的网络协议开销。正是因为这个原因，NAS不适合在对访问速度要求高的应用场合，如数据库应用、在线事务处理。(2)在数据备份方面。需要占用LAN的带宽，浪费宝贵的网络资源，严重时甚至影响客户应用的顺利进行。(3)在资源的整合和NAS的管理方面。NAS只能对单个存储(单个NAS内部)设备之中的磁盘进行资源的整合，目前还无法跨越不同的NAS设备，难以将多个NAS设备整合成一个统一的存储池，因而难以对多个NAS设备进行统一的集中管理，只能进行单独管理。
3.SAN存储
存储区域网络（SAN--Storage Area Network）是指存储设备相互连接且与一台服务器或一个服务器群相连的网络。其中的服务器用SAN的接入点。SAN是一种特殊的高速网络，连接网络服务器和诸如大磁盘阵列或备份磁带库的存储设备，SAN置于LAN之下，而不涉及LAN。利用SAN，不仅可以提供大容量的存储数据，而且地域上可以分散，并缓解了大量数据传输对于局域网的影响。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，不管数据置放在哪里，服务器都可直接存取所需的数据。
SAN的应用主要可以归纳为下面集中应用：构造群集环境，利用存储局域网可以很方便地通过光纤通道把各种服务器、存储设备连接在一起构成一个具有高性能、较好的数据可用性、可扩展的群集环境。(1)数据保护，存储局域网可以做到无服务器的数据备份，数据也可以后台的方式在存储局域网上传递，大大减少了主要网络和服务器上的负载，所以存储局域网可以很方便地实现诸如磁盘冗余、关键数据备份、远程群集、远程镜像等许多防止数据丢失的数据保护技术；(2)数据迁移，可以方便地进行两个存储设备之间的数据移动；(3)灾难恢复，特别是远程的灾难恢复；(4)数据仓库，用来构建一个网络系统的存储仓库，使得整个存储系统可以很好地共享。
在实际应用中，SAN也存在着一些不足：(1)设备的互操作性较差。目前采用最早和最多的SAN互连技术还是FibreChannel，对于不同的制造商，光纤通道协议的具体实现是不同的，这在客观上造成不同厂商的产品之间难以互相操作。(2)构建和维护SAN需要有丰富经验的、并接受过专门训练的专业人员，这大大增加了构建和维护费用。(3)在异构环境下的文件共享方面，SAN中存储资源的共享一般指的是不同平台下的存储空间的共享，而非数据文件的共享。(4)连接距离限制在10km左右等。更为重要的是，目前的存储区域网采用的光纤通道的网络互连设备都非常昂贵。这些都阻碍了SAN技术的普及应用和推广。
三、新的网络存储技术
1.NAS网关技术
NAS网关与NAS专用设备不同，它不是直接与安装在专用设备中的存储相连接，而是经由外置的交换设备，连接到存储阵列上——无论是交换设备还是磁盘阵列，通常都是采用光纤通道接口——正因为如此，NAS网关可以访问SAN上连接的多个存储阵列中的存储资源。它使得IP连接的客户机可以以文件的方式访问SAN上的块级存储，并通过标准的文件共享协议（如NFS和CIFS）处理来自客户机的请求。当网关收到客户机请求后，便将该请求转换为向存储阵列发出的块数据请求。存储阵列处理这个请求，并将处理结果发回给网关。然后网关将这个块信息转换为文件数据，再将它发给客户机。对于终端用户而言，整个过程是无缝和透明的。NAS网关技术使得管理人员能够将分散的NAS filers整合在一起，增强了系统的灵活性与可伸缩性，为企业升级文件系统、管理后端的存储阵列提供了方便。
2.IP-SAN技术
网络存储的发展产生了一种新技术IP-SAN。IP-SAN是以IP为基础的SAN存储方案，是一种可共同使用SAN与NAS，并遵循各项标准的纯软件解决方案。IP-SAN可让用户同时使用Gigabit Ethernet SCSI与Fibre Channel，建立以IP为基础的网络存储基本架构，由于IP在局域网和广域网上的应用以及良好的技术支持，在IP网络中也可实现远距离的块级存储，以IP协议替代光纤通道协议，IP协议用于网络中实现用户和服务器连接，随着用于执行IP协议的计算机的速度的提高及G比特的以太网的出现，基于IP协议的存储网络实现方案成为SAN的更佳选择。IP-SAN不仅成本低，而且可以解决FC的传播距离有限、互操作性较差等问题。
四、结束语
数据的重要性越来越得到人们的广泛认同。未来网络的核心将是数据，网络化存储正是数据存储的一个发展方向。这里我们简要的介绍了几种当前比较流行的网络存储技术，当前网络存储技术还在不断的快速发展，SAN和NAS的融合、统一虚拟存储技术是未来发展的两个趋势。
参考文献:
[1]江小云:浅谈存储技术的发展历程[J].中国科技信息,2005,(15)
[2]周 可 黄永峰 张江陵:网络存储技术研究[J].电子计算机与外部设备，2005，24(2)
[3]范 涛:网络存储技术的研究与应用[J].福建电脑,2008，（6）
作者：雷 音 彭友霖
IP网络存储技术研究论文 篇3：
基于IP 网络的舞台视频监督与调度系统研究
摘 要：针对目前国内舞台数字视频监控系统数据存储调用不灵活、可靠性差以及难以与其他系统兼容等问题，提出了以网络摄像机、流媒体服务器和IP存储区域网络（IP SAN）为基础的网络化的舞台视频监督与调度系统，并对系统进行了结构设计。分析了系统的主要功能以及各主要单元的性能，结果表明，基于IP网络的舞台视频监督与调度系统能够满足现代舞台演出效果呈现与监控的要求，可显著提高整个舞台监督调度的效率。
关键词：IP 网络；舞台；视频监督；调度系统
目前，我国各类演出场馆视频监督调度系统大部分采用的是基于PC（personal computer）的简单数字视频监控系统，其视频信号处理较为复杂且可靠性不高，难以与其他系统集成，而且整个系统的成本较高。网络摄像机内部具有的视频编码器，使得视频信号采集变得极为便捷。而作为系统核心服务器的流媒体服务器，在视频监督系统中充当了良好的介质，不仅使系统各部分更好地结合，还让整个系统更易于与其他系统（有线内部通讯、无线内部通讯、灯光提示、呼叫等系统）高度集成，采用的IP SAN存储系统使数据存储和调用更加灵活。采用基于IP网络的多媒体调度系统以及WiFi网络部署调度平台，通过多媒体调度系统实现舞台总监、舞美、导演、音响师、灯光师、演员以及相关业务岗位等之间的点对点、一点对多点以及多点对多点的实时音频和视频通讯，通过先进的数字化及计算机网络技术、视频技术、多媒体技术，建立起网络化的视频监督与调度系统，为舞台视频监督监控、安全保障、预案实施提供更加简便、专业、智能和人性化的集成方案。
1 系统的组成
系统由网络摄像机、流媒体服务器和存储系统三大部分组成，可以实现视频高清晰度、高分辨率显示，能方便快捷地存储和调用视频数据，三大系统通过局域网连接，为舞台调度提供良好的技术保障。
1.1 前端摄像机
前端摄像机处于系统的最前端，是系统的初始成像设备（包括云台和摄像机）。在本系统中采用的是网络摄像机[1]（IP camera），网络摄像机是基于网络传输的数字化设备，作为摄像机家族中的新成员，除了具有视频信号输出接口外，它还具有网络输出接口，摄像机可通过此接口直接接入本地局域网。其最主要功能就是模拟视频信号的转换：IP摄像机内部存在的芯片（如DSP芯片）可将模拟视频数字化处理，然后再把数字化的视频信号转换为符合网络传输协议（如TCP/IP协议）的数据流，传输到网上，访问者即可通过浏览器进行实时地查看影像。从结构上，网络摄像机主要由CCD/CMOS摄像头、图像获取编码模块、网络处理模块和控制监控终端四个模块构成（见图1）。内部自带数字处理芯片能够对视频数据进行压缩编码，高清视频压缩编码采用H.264[2]或者MPEG-4。
1. 2 流媒体服务器
流媒体服务器[3-4]有三个组件：播放器（Player）—播放流媒体的软件；服务器（Server）—向用户发送流媒体的软件；编码器（Encoder）—将原始的音频、视频转化为流媒体格式的软件。这些组件在流媒体系统的各个不同层面上互相通信。
在系统中，流媒体服务器是提供视频流分发和协议网关的模块。作为系统中的核心服务器，在实际应用中提供流数据的存储和转发功能：以流式协议（RTP/RTSP[5]、MMS、RTMP等）将视频文件传输到客户端，供用户在线观看；也可从视频采集、压缩软件接收实时视频流，再以流式协议直播给客户端。从前端节点设备获取视频流，然后分发给不同的用户，这样无论多少用户同时访问该节点视频源，都只占用前端设备一路视频流的带宽，同时还提供不同协议的节点设备（云台等）的控制协议解析转换功能。流媒体服务器的核心作用如图2所示。
1.3 存储服务器
存储服务器是系统中用于记录视频数据的设备，采用的存储服务器（IP SAN）具有标准的网络接口，可以直接接入网络从而存储到硬盘中。
作为连接存储外围设备和服务器的网络—SAN（Storage Area Network，存储区域网络），它通常由服务器、 外部存储设备、 服务器适配器、 集线器以及网络存储管理工具等组成。 根据传输介质的不同， 可把SAN分为FC SAN（采用光纤传输）、IP SAN（采用以太网传输）。
由于光纤网络昂贵的价格加上人员培训技术较高等因素，本系统选择采用架构于IP网络上的存储网络IP SAN，它采用iSCSI[6]（internet Small Computer Systems Interface）协议，利用IP协议封装SCSI命令，从而实现在IP网络上传输SCSI命令和数据（见图3）。作为一种独立的存储系统，采用集中存储技术，有效的提升了系统资源的使用效率，并且合理平衡工作量。IP SAN不仅综合了网络的灵活性、可管理性及可扩展性，同时提高了网络的带宽和存储I/O的可靠性。另外，作为基于吉比特以太网络构成的区域存储网络，能够实现快速的数据分享，再加上低速SATA硬盘和普通控制器，使得整个存储系统成本较低[7]。
2 系统的功能
视频监督与调度系统由剧场演出实时监控和存储系统组成。实时监控用于舞台调度技术人员指挥控制演出，而存储系统用来后期视频制作和其他后期辅助工作。
2.1 剧场演出监控
实时监控流程：IP网络摄像机通过交换机接入到以太网，为了保证通信过程中视频质量，尽量采用有线连接，如果摄像机距离交换机太远，可以布置无线路由器使其接入舞台局域网。这样，可以使所有视频信号接入到舞台局域网。舞台监督调度的指挥人员就可以通过计算机访问监督系统，如果不方便使用计算机也可以使用智能手机登陆监督系统查看演出现场视频。
指挥人员登录系统根据需要，通过流媒体服务器传达命令。将不同指定摄像机视频图像信号分配到舞台调度台大屏幕上，这样现场总负责人可以根据现场情况控制演出场面。而其他视频点的视频信号，需通过显示设备配备的视频解码器，然后把视频流解码后输送化妆间、候场区等位置。每个解码器可以解码多个视频服务器的图像，可以设置成单路或者四路模拟轮询切换显示。同时某些位置也需要布置监视器，供看不到指挥的演员演出时查看使用。另外，整个系统可以连接到互联网，舞台指挥人员就可以在异地登陆舞台监督系统，随时随地的发起实时监视请求，实现对舞台现场进行远程监控。现场监控的拓展如图4所示。
2.2 存储系统
存储系统包括视频存储流程和视频查询播放流程。
1） 视频的存储。管理员将自己的存储计划输入到视频数据管理服务器，数据库管理系统会定制相应终端存储计划，视频数据管理服务器然后再将计划传达给IP存储设备和视频管理服务器，视频管理服务器再向每一个视频终端压缩编码器发送iSCSI存储指令，编码器得知这一指令后直接将压缩视频流通过IP封装的iSCSI数据存储到IP存储上而不经过其他的任何设备，同时生成相应新索引。
2） 视频查询播放流程。当需要检索视频或查看历史视频片段时，PC客户端用户在操作界面上发出检索请求，视频管理服务器将这个操作指令发给数据库管理系统，数据库管理系统在IP存储设备上进行检索并找到相应的视频检索内容后，IP存储就会直接将检索到的视频检索数据发送给PC客户端，然后解码播放。存储系统的运行原理如图5所示。
3 系统技术性能分析
基于IP网络的舞台视频监督与调度系统充分整合了IP网络、视频、存储、信令等领域的先进技术，采用开放的架构，将信令控制与媒体流交换分离的先进理念引入视频监控系统。系统管理服务器只处理信令流，视频流通过流媒体服务器的处理交换以分布式的形式分发出去，避免了由于视频流处理的性能压力而造成的核心管理服务器瓶颈问题，从而使视频监控规模扩展成为可能。
根据网络监控中对实时流和存储流的需求差异，系统采用了实时流和存储流分别输出的双流设计，其中实时流支持单播和组播，存储流支持IP存储网络标准的TCP单播流。IP存储网络标准技术的支持，既满足实时流低延时、大收敛比的访问需求，又满足了存储流高可靠性、海量和分布式存储的需求，避免了传统方案流媒体服务器转发存储流的瓶颈问题，优化了系统的整体并发处理性能。另外，系统采用最新的专业图像技术，可提供完全高清晰图像分辨率，支持MPEG2、MPEG4、H.264编码格式，编码带宽最高可达4M（H.264）。在舞台演出过程中，完全可以为客户端提供高清图像质量。同时专网方案下通过组播优化等网络技术，使得系统具备低于300 ms的实时性能，满足舞台监督与调度要求。系统支持网络存储模式，网络存储模式下采用了IP封装存储流的模式作为监控数据存储设备，可以在分布式部署的同时实现集中管理、跨域共享、平滑扩容、兼容互通等，同时支持远程IP网络备份。系统采用的是H.264标准，其监控控制信号符合国际标准，H.264具备较强的支持能力，已经成为运营商推荐的控制信令标准，可以方便地和其它多媒体系统互通。图像编码也符合国际标准，包括H.264 Baseline profile和 H.264 Main profile，这些标准完全符合设备的兼容性[8-10]。
4 结束语
网络摄像机具有图像获取清晰，处理控制流畅的特点，流媒体服务器能保证视频流数据大量存储和转发，IP SAN具有网络的灵活性和扩展性；它们有机地结合能满足现代舞台调度和集成的要求，显著提高整个舞台监督调度的效率。
随着互联网和网络视频监控行业的发展，网络化视频监控必将获得广泛的应用，网络化舞台视频监督系统具有工作稳定可靠、调用灵活等特点，在各类舞台调度系统中有着广阔的应用前景。
参考文献：
[1] 梁笃国，张艳霞，郑泽民，等. 网络视频监控技术及应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2009：83-84.
[2] 宋洪涛. H.264多路高清实时编转码帧间预测关键算法设计与实现[D].上海：上海交通大学，2013：28-29.
[3] 谢文. 基于流媒体的校园视频监控系统的设计与实现[D].长沙：中南大学，2010：8-14.
[4] 宋宇. 视频监控流媒体服务器的设计与实现[D].广州：华南理工大学，2010：23-36.
[5] 李世银. 流媒体技术在电视监控系统中的应用[J] . 电视技术， 2002，26（ 11） ：86-88.
[6] 王爱英. 计算机的组成与结构[M].北京：清华大学出版社，2007：368-369.
[7] 张杰. 光网络新业务与支撑技术[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2010：139-157.
[8] 徐小云. 基于IP网络化视频监控技术研究[D]. 郑州：郑州大学，2009：36-37.
[9] 国家大剧院舞台技术部音响组. 国家大剧院舞台监督系统[J]. 艺术科技，2008（1）：45-49.
[10] 刘涛，吴谨. 基于IP的数字化网络视频监控系统设计与实现[J]. 网络安全技术与应用，2010，10 （3）：53-55.
（责任编辑：何学华 范君）
作者：李毅华 张晓栋 栾振辉