边缘存储技术在商业工业视频监控中的应用及设计

 边缘存储技术是指录制视频并存储在摄像头或直连存储设备中，而不是通过网络存储到集中式记录设施中。这项技术迅速得到了认可，并在 IP 视频监控应用中得到了广泛的采用。

通过在 IP 摄像头中使用边缘存储，视频监控解决方案开发人员能够更加灵活地进行系统设计，并获得更多成本优势。而系统集成商利用基于本地 microSD 卡的存储，可以针对 IP 网络负载/可用容量、记录冗余和移动访问来优化设计。

商业/工业视频监控是一种独特的全天候录制应用，如果使用消费级/零售 microSD 卡很有可能不够可靠;因此，选择为行业领先的摄像头制造商设计并优化了固件的高品质 microSD 卡，对于实现可靠、稳健且对维护要求不高的系统设计来说至关重要。

本简介将指导视频监控专业人员选择适用于其设计方案的边缘存储解决方案，帮助其实现边缘存储的优势。

边缘存储的工作原理

如今，大多数 IP 视频监控摄像头都有内置的 microSD 卡插槽以支持边缘存储。机载存储可实现直接视频录制，并提供远程应用（例如网络视频录像机 ［NVR］、带视频管理软件 ［VMS］ 的中央监控系统、移动设备等），即可以通过网络检索存储卡中存储的视频。

以下是使用了边缘存储解决方案（microSD 卡）的企业级部署的典型系统拓扑。

图 1：边缘存储解决方案的典型企业级部署

适用于 IP 视频监控的边缘存储用例

早期部署的新兴应用涵盖 IP 视频监控的三个主要用例：记录冗余、网络负载优化和录制系统更换。

记录冗余

需具备高可信度的企业级应用（例如银行、政府和城市监控系统）利用边缘存储来降低数据丢失的风险。如果主网络中的存储发生问题（包括网络可靠性问题），边缘存储可以保留已录制视频的备用副本。microSD 卡中录制的视频可以同步到后端系统 （NVR/VMS），从而提高整个系统的可靠性。

网络负载优化

在某些情况下，由于带宽有限或不一致（例如有些位置采用无线连接、有些位置使用共享的基础设施、有些位置覆盖大型空间），视频流的传输质量会受到不利影响。针对这些情况，可以利用边缘存储来缓存视频，直到网络状况改善到适合回传信息。此外，还可以利用边缘存储来优化带宽和视频质量，也即在边缘本地录制高质量的视频，而在远程查看标准质量的视频。甚至可以在网络带宽不受限制时，将录制的高质量视频同步到后端系统 （NVR/VMS）。

边缘存储可以帮助优化网络负载，从拓扑/设计角度提供更多的灵活性并降低总体拥有成本。

例如，大多数企业级部署目前都会在既有的企业局域网 （LAN） 上覆盖一个监控网络。LAN 上办公高峰时段的 IT 流量可能会与监控摄像头所需的带宽发生冲突。但通过使用边缘存储，系统设计人员可以在不影响监控系统成效的情况下，减少办公高峰时段 LAN 上的监控流量负载。这使网络设计具备更大的灵活性，也能够节约成本。

图 2：IP 视频监控中的企业备份存储

图 3：IP 视频监控中的网络负载优化

图 4：IP 视频监控中的录制系统更换

过去，网络负载优化是通过基于低密度 SLC 闪存技术的 microSD 卡（4GB 和 8GB）来实现，因为 SLC 更加耐用;然而，新一代基于 MLC 的 IP 视频监控专用 microSD 卡（32GB 和 64GB）在降低成本和增加缓存方面更加有利。

中小企业的录制系统更换

大多数 IP 视频监控系统仍然依靠后端录制解决方案（NVR/云）进行数据存储。但在一些中小企业 （SMB） IP 摄像头部署中，可以去掉中央 NVR 而只使用边缘存储，只需利用合适的监控专用 microSD 卡并采用很多IP 摄像头都具备的先进视频压缩技术即可。用户仍可以通过智能手机、PC 或平板电脑，观看视频直播或视频存档，以此监控其资产。

在这种用例中，边缘存储可优化现场部署的设备规模（NVR 系统）、降低存储成本（不需要额外的云存储订阅费用，也不需要带硬盘的 NVR），并降低隐私问题的不确定性（在本地 microSD 卡中记录私人数据）。

IP 视频监控中边缘存储面临的挑战

目前市场上的绝大多数 microSD 卡都是消费级产品，它们用于数码相机 （DSC）、汽车行车记录仪或家用摄像机中，而不是为 IP 视频监控摄像头中的商业和工业边缘存储设计的。因此，许多系统集成商和安装者认为边缘存储“不可靠”。大多数用户都不了解，边缘录制中使用的 microSD 卡的寿命和质量可能千差万别，具体取决于所选卡的质量。选择质量不佳的 microSD 卡可能会导致在部署完成后的几个月内就发生代价不菲的现场故障。

市场上的存储卡主要有以下几点区别：

卡中使用的 NAND 闪存技术

针对全天候视频录制进行的固件优化完善到了什么程度

存储卡中的 NAND 经过了怎样的测试和筛选，意在提高产品的整体可靠性

从耐用性的角度看，IP 摄像头中的边缘录制是最重的存储工作负载之一，会快速耗尽消费级的消费级 microSD 卡（结束其使用寿命）。之后除非换卡，否则就不能再存储内容。

目前一个常见的错误是在视频监控部署中使用消费级 microSD 卡。图 5 是一个示例，显示了在一个典型的视频监控系统中，一张 64GB 的消费级存储卡在比特率持续达到 8 Mb/s 的情况下如何快速耗尽了使用寿命。

如果使用消费级 microSD 卡在一天中持续录制 12 个小时甚至更长时间，那么消费级存储卡很有可能在部署后几个月内发生故障。

图 5：典型的消费级 microSD 卡的使用寿命取决于每天的录制时间

边缘存储设备的录制性能

提供稳定的录制性能是对边缘存储设备的另一个要求。对于需要全天候持续录制的应用，必须调整固件以支持最低限度的稳态性能，确保记录下所有帧。

和前文所提相同，目前一个常见的错误是使用消费级 microSD 卡，但这种卡的固件并未针对全天候录制需求进行优化，因此会丢帧。图 6 显示了典型的消费级 microSD 卡的帧捕捉性能，其配置和使用情况是：8 Mb/s（恒定比特率），30 FPS，连续录制一分钟视频剪辑。

帧捕捉率低于每分钟1800 帧意味着丢帧。在许多情况下，帧捕捉率下降了 20-30% 后，会导致大量数据丢失。

图 6：典型消费级 microSD 卡的帧捕捉率（每分钟）

适用于边缘存储应用的美光工业卡

凭借闪存技术方面的专业知识和监控应用知识，美光科技开发了一种监控专用的工业级存储卡，用于IP 视频监控应用中的边缘存储。这种卡具备以下优势：

高耐用性

专为视频录制而设计，能够支持 3 年或者更长时间的高品质全天候持续视频录制。

64GB：3 年，8 Mb/s 全天候持续录制

32GB：3 年，4 Mb/s 全天候持续录制

图 7：IP 视频监控应用中美光工业卡和典型消费级 microSD 卡的表现对比

如图 7 所示，与典型的消费级卡相比，美光工业卡（64GB，8 Mb/s 流速）在现场全天候持续录制方面有着显著的使用寿命优势。

卓越的录制性能

美光工业卡包含经过优化的固件，可提供稳定性能，实现全天候高质量视频录制，同时最大程度减少丢帧。

图 8：IP 视频监控应用中美光工业卡的帧捕捉率

视频录制配置：8 Mb/s（恒定比特率），30 FPS，连续录制一分钟视频剪辑

工业级质量

美光工业卡为视频监控提供可靠、优质的 microSD 卡，平均无故障时间 （MTTF） 为 200 万小时，即年度故障率 （AFR） 为 0.44%;这意味着其可靠性是当今 NVR 中所用的监控硬盘的两倍3。

之所以能够提供这种级别的可靠性和品质，是因为美光科技会根据视频监控应用的要求来设计、制造和筛选，并对卡中的固件进行调整。

可监控运行状况的智能工具

美光工业卡为 IP 摄像头集成提供运行状况监控功能，可以报告卡的使用情况和剩余使用寿命。系统可以将此功能集成到软件中，以便在需要更换时提醒最终用户。从总体拥有成本的角度衡量，此功能降低了系统停机时间和维护成本。

总结

边缘存储是一项令人激动的新技术。大多数 IP 监控摄像头支持 microSD 卡插槽，因此无需更改系统或设计，即可集成边缘存储。

系统集成商获得成功的关键是要选择专为 IP 监控摄像头应用构建的存储卡，而不是因为便宜或易得而随意选择 microSD 卡。通过在很多部署用例中提供记录冗余、优化网络负载和降低总体拥有成本，专为 IP 视频监控摄像头设计的 microSD 卡可带来更多价值并提升系统性能。

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