问答题
阅读以下关于某平安城市工程视频监控系统架构的叙述，根据要求回答问题。
[说明]
某城市为满足治安管理、城市管理、交通管理和应急指挥等需求，决定在城市的所有进出路口、客货运场所、主要道路路口、重要公共场所、商业密集区域，以及治安案件高发区等地进行视频监控，并通过网络建立完善的社会治安视频监控系统，即实施“平安城市工程”，实现视频监控信息资源的整合与共享。
平安城市工程的网络接入如图1所示。所有监控点的摄像机通过运营商提供的线路接入平安城市网络，公安局的监控体系有三级结构，分别为市局、分局和派出所监控中心。运营商传输网络负责所有视频监控信号的传输、存储和转发，由传输设备、网络设备和存储设备等构成。
平安城市工程规范中规定，实时调阅视频流从采集至播放的时间延迟不得大于1s。
图1
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[说明]
某城市为满足治安管理、城市管理、交通管理和应急指挥等需求，决定在城市的所有进出路口、客货运场所、主要道路路口、重要公共场所、商业密集区域，以及治安案件高发区等地进行视频监控，并通过网络建立完善的社会治安视频监控系统，即实施“平安城市工程”，实现视频监控信息资源的整合与共享。
平安城市工程的网络接入如图1所示。所有监控点的摄像机通过运营商提供的线路接入平安城市网络，公安局的监控体系有三级结构，分别为市局、分局和派出所监控中心。运营商传输网络负责所有视频监控信号的传输、存储和转发，由传输设备、网络设备和存储设备等构成。
平安城市工程规范中规定，实时调阅视频流从采集至播放的时间延迟不得大于1s。
图1
问答题
[问题1]
图2为某派出所与其管辖的一个监控点之间的设备连接图，表1为图中各设备产生的延迟情况。其中，核心交换机3号插槽上安装8端口GBIC千兆以太网模块WS-X6408A(8 port GIGABITETHERNET)，用于与各行政区汇聚交换机互连；核心交换机4号插槽上安装16端口GBIC千兆以太网模块WS-6516-GBIC(16 port GIGABIT ETHERNET)，负责连接平安城市工程中所有的流媒体服务器、存储服务器等设备，端口1和端口2连接两台流媒体服务器，端口3和端口4连接两台存储服务器。
请计算该派出所与其管辖的一个监控点的实时视频调阅延迟，并指出是否符合平安城市工程规范。若符合规范，请简要说明理由；若不符合规范，在不改变编解码器和流媒体服务器产品的情况下，请给出可能的优化方案。
图2
[*]
图2为某派出所与其管辖的一个监控点之间的设备连接图，表1为图中各设备产生的延迟情况。其中，核心交换机3号插槽上安装8端口GBIC千兆以太网模块WS-X6408A(8 port GIGABITETHERNET)，用于与各行政区汇聚交换机互连；核心交换机4号插槽上安装16端口GBIC千兆以太网模块WS-6516-GBIC(16 port GIGABIT ETHERNET)，负责连接平安城市工程中所有的流媒体服务器、存储服务器等设备，端口1和端口2连接两台流媒体服务器，端口3和端口4连接两台存储服务器。
请计算该派出所与其管辖的一个监控点的实时视频调阅延迟，并指出是否符合平安城市工程规范。若符合规范，请简要说明理由；若不符合规范，在不改变编解码器和流媒体服务器产品的情况下，请给出可能的优化方案。
图2
[*]
| 表1各设备延迟情况 | |||
| 序号 | 设备 | 延迟原因 | 延迟时间(ms) |
| 1 | 编码器 | 视频信号模数转换延时 | 350 |
| 2 | 接入交换机 | 数据帧转发延时 | 30 |
| 3 | 汇聚交换机 | 数据帧转发延时 | 30 |
| 4 | 核心交换机 | 数据帧模块间转发延时 | 10 |
| 5 | 核心交换机 | 数据帧模块内端口间转发延时 | 5 |
| 6 | 流媒体服务器 | 视频流处理及转发延时 | 80 |
| 7 | 存储服务器 | 视频存储延时 | 250 |
| 8 | 存储服务器 | 视频调阅转发延时 | 100 |
| 9 | 解码器 | 视频信号数模转换延时 | 350 |
| 10 | 各线路 | 信号传输延时 | 0(忽略不计) |
【正确答案】依题意，基于图2所示的视频监控设备连接图和表1所示的各种设备产生的延迟参数可以做出如下分析，当某派出所的控制计算机发出调阅其管辖的某个监控点实时视频的指令后，该调阅指令将被流媒体服务器接收并进行相关处理，流媒体服务器将向所指定监控点的摄像机发出采集视频流的操作命令；摄像机所采集的模拟视频流信号经编码器进行模/数(A/D)转换并封装成相应的以太数据帧送入视频监控网络的接入层交换机(约延迟350ms)，之后该视频流数据帧将经过接入层交换机和汇聚层交换机的转发(分别延迟了30ms和30ms)，将到达核心交换机3号插槽光纤接口模块；由于流媒体服务器是连接在核心交换机4号插槽的端口1和端口2，因此该视频流数据帧从3号插槽光纤接口模块转发到4号插槽千兆以太接口模块时，将有10ms延迟时间；该视频流数据帧经流媒体服务器进行相关处理后(约延迟80ms)，将由4号插槽的端口1(或端口2)转发给连接在端口3(或端口4)的存储服务器进行数据存储操作，这一过程存在有数据帧模块内端口间5ms转发延时和250ms视频存储延迟时间；当从存储服务器调阅相应的视频流数据时(约延迟100ms)，该视频流数据帧将从4号插槽的端口3(或端口4)转发到3号插槽光纤接口模块(约延迟10ms)，然后分别经汇聚层交换机和接入层交换机转发后(分别延迟了30ms和30ms)，送至解码器进行数据帧的拆封并通过数/模(D/A)转换形成监视器可接收的模拟视频流信号(约延迟350ms)。以上分析过程中，各设备延迟情况的示意图如图3所示。因此某派出所与其管辖的一个监控点的实时视频调阅延迟t=350+30+30+10+80+5+250+100+10+30+30+350=1275ms=1.275s。
图3
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图3
【答案解析】
问答题
[问题2]
该平安城市工程视频监控系统可以提供实时监控、存储和随时调看CIF格式(352×288)和D1格式(720×576)分辨率的图像，支持：MPEG-2、MPEG-4和H.264等编码格式。
(1)该城市某行政区内预计共有监控点600个，如果保存的是CIF格式的图像，码流为512kbps，请计算每小时保存该行政区内全部监控点视频流需要多大的存储空间(B或GB)。(请将计算结果保留小数点之后3位数)。
如果保存的是D1格式的图像，码流为2048kbps，请计算每小时保存该行政区内全部监控点视频流需要多大的存储空间(B或GB)。
(2)全部监控视频流信息保存在IP SAN设备S2600中，S2600控制框(双控，220V交流，4GB内存，8xGE iSCSI主机接口，磁盘数量12个/框，最大支持附加7个磁盘扩展框)。假设在本项目中采用SATA1.5TB 7.2KRPM硬盘，在IP SAN配置的RAID组级别为RAID10。
若该视频监控系统实施时，图像格式采用了CIF，码流为512 kbps，请计算保存该行政区内全部监控点30天视频流需要的存储空间(B、GB或TB)，并计算出保存30天视频流至少需要的硬盘数，以及至少需要配置的$2600控制框数量。
该平安城市工程视频监控系统可以提供实时监控、存储和随时调看CIF格式(352×288)和D1格式(720×576)分辨率的图像，支持：MPEG-2、MPEG-4和H.264等编码格式。
(1)该城市某行政区内预计共有监控点600个，如果保存的是CIF格式的图像，码流为512kbps，请计算每小时保存该行政区内全部监控点视频流需要多大的存储空间(B或GB)。(请将计算结果保留小数点之后3位数)。
如果保存的是D1格式的图像，码流为2048kbps，请计算每小时保存该行政区内全部监控点视频流需要多大的存储空间(B或GB)。
(2)全部监控视频流信息保存在IP SAN设备S2600中，S2600控制框(双控，220V交流，4GB内存，8xGE iSCSI主机接口，磁盘数量12个/框，最大支持附加7个磁盘扩展框)。假设在本项目中采用SATA1.5TB 7.2KRPM硬盘，在IP SAN配置的RAID组级别为RAID10。
若该视频监控系统实施时，图像格式采用了CIF，码流为512 kbps，请计算保存该行政区内全部监控点30天视频流需要的存储空间(B、GB或TB)，并计算出保存30天视频流至少需要的硬盘数，以及至少需要配置的$2600控制框数量。
【正确答案】(1)分辨率是数字监控产品中一项重要的技术指标，它在很大程度上决定了产品的性能(清晰度、存储量和带宽)和价格。目前监控行业中主要使用QCIF(176×144)、CIF(352×288)、HALF D1(704×288)和D1(704×576)等几种分辨率，CIF是主流的录像分辨率格式。
通常，监控图像硬盘存储容量的计算主要取决于“码流”这一参数，与图像格式的分辨率大小没有直接关系。CIF、QCIF、DCIF和D1等都有对应的码流范围，如果只是一味地将码流参数调高，图像质量也不会有明显的变化。依题意，若该行政区内视频监控系统保存的是CIF格式图像，码流为512 kbps，则每小时保存行政区内600个监控点视频流需要138.24×109B(128.746 GB)的存储空间。具体计算过程如下。
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若监控系统保存的是D1格式的图像，码流为2048kbps，该码流为CIF格式图像码流512kbps的4倍，则每小时保存行政区内600个监控点视频流需要552.960×109B(即138.24×109×4 B)或514.984GB(即128.746×4 GB)的存储空间。
(2)若该视频监控系统实施时，图像格式采用CIF格式，码流为512kbps，则保存行政区内600个监控点30天视频流需要99.5328×1012B(或92697.144 GB，或90.525 TB)的存储空间。具体计算过程如下。
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廉价磁盘冗余阵列(RAID)是利用一台磁盘阵列控制器来管理和控制一组磁盘驱动器，组成一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。RAID级别是指磁盘阵列中硬盘的组合方式，不同级别的RAID为用户提供的磁盘阵列在性能上和安全性的表现上也有不同。RAID0也称为Stripe(条带化)，它把连续的数据分散到多个磁盘上存取，代表了所有RAID级别中最高的存储性能。其磁盘利用率为100%，但它不提供数据冗余。RAID1具有磁盘镜像和磁盘双工功能，可利用并行读/写特性，将数据块同时写入主盘和镜像盘，故比传统的镜像盘速度快，但其磁盘利用率只有50%。
RAID10是建立在RAID0和RAID1基础上的高可靠性与高性能的组合，即利用了RAID0极高的读写效率和RAID1较高的数据保护和恢复能力。但RAID10的磁盘利用率只有50%。
依题意，该行政区内视频监控系统全部监控视频流信息保存在IP SAN设备$2600中，采用存储容量为1.5 TB的SATA硬盘，且采用RAID10配置(磁盘利用率只有50%)，因此保存30天视频流至少需要的硬盘数为121块。具体计算过程如下。
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通常，监控图像硬盘存储容量的计算主要取决于“码流”这一参数，与图像格式的分辨率大小没有直接关系。CIF、QCIF、DCIF和D1等都有对应的码流范围，如果只是一味地将码流参数调高，图像质量也不会有明显的变化。依题意，若该行政区内视频监控系统保存的是CIF格式图像，码流为512 kbps，则每小时保存行政区内600个监控点视频流需要138.24×109B(128.746 GB)的存储空间。具体计算过程如下。
若监控系统保存的是D1格式的图像，码流为2048kbps，该码流为CIF格式图像码流512kbps的4倍，则每小时保存行政区内600个监控点视频流需要552.960×109B(即138.24×109×4 B)或514.984GB(即128.746×4 GB)的存储空间。
(2)若该视频监控系统实施时，图像格式采用CIF格式，码流为512kbps，则保存行政区内600个监控点30天视频流需要99.5328×1012B(或92697.144 GB，或90.525 TB)的存储空间。具体计算过程如下。
廉价磁盘冗余阵列(RAID)是利用一台磁盘阵列控制器来管理和控制一组磁盘驱动器，组成一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。RAID级别是指磁盘阵列中硬盘的组合方式，不同级别的RAID为用户提供的磁盘阵列在性能上和安全性的表现上也有不同。RAID0也称为Stripe(条带化)，它把连续的数据分散到多个磁盘上存取，代表了所有RAID级别中最高的存储性能。其磁盘利用率为100%，但它不提供数据冗余。RAID1具有磁盘镜像和磁盘双工功能，可利用并行读/写特性，将数据块同时写入主盘和镜像盘，故比传统的镜像盘速度快，但其磁盘利用率只有50%。
RAID10是建立在RAID0和RAID1基础上的高可靠性与高性能的组合，即利用了RAID0极高的读写效率和RAID1较高的数据保护和恢复能力。但RAID10的磁盘利用率只有50%。
依题意，该行政区内视频监控系统全部监控视频流信息保存在IP SAN设备$2600中，采用存储容量为1.5 TB的SATA硬盘，且采用RAID10配置(磁盘利用率只有50%)，因此保存30天视频流至少需要的硬盘数为121块。具体计算过程如下。
【答案解析】
问答题
[问题3]
该平安城市工程视频监控系统的一些关键的应用系统，采用双机冗余热备的方式进行保护。
请用200字以内的文字，说明双机冗余热备方式主要解决的是系统运行中的哪些问题，以及在选择双机冗余热备产品时通常需要考虑哪些问题?
该平安城市工程视频监控系统的一些关键的应用系统，采用双机冗余热备的方式进行保护。
请用200字以内的文字，说明双机冗余热备方式主要解决的是系统运行中的哪些问题，以及在选择双机冗余热备产品时通常需要考虑哪些问题?
【正确答案】容错技术是指在一定程度上容忍故障的技术，也称为故障掩盖技术(Fault Masking)。容错主要依靠冗余设计来实现，以增加资源换取可靠性。由于资源的不同，冗余技术分为硬件冗余、软件冗余、时间冗余和信息冗余。也可以是元器件级、部件级和系统级的冗余设计。
采用双机冗余热备方式，当本地某个系统发生故障时，系统能够自动快速地切换到正常的系统，通过本地故障恢复确保系统持续提供服务。在这种方案中，需采用双机热备份软件，用于提高服务器的可靠性。可选用离线数据备份及灾难恢复软件，保证数据的可靠性。还需要用到磁带机、磁带库和磁盘阵列等硬件设备。
双机热备份方式的两台服务器都处于热机状态，如果一台服务器坏了，另一台服务器可以将所有的业务接管过来。它有两种工作方式：Online方式——两台服务器都在工作，分别担负不同的任务，均衡负载。缺点是成本大，管理难；Standby方式——备份机不工作，只是监测作业机的工作状况。缺点是服务器之间的切换时间较长。
目前有许多不同厂家提供双机冗余热备的产品。在选择双机冗余热备产品时，通常需要考虑的因素有：①双机热备产品适用的规模；②支持的操作系统；③支持的数据库系统；④对正常业务系统的性能影响；⑤提供的图形用户界面(GUI)管理工具功能易用性；⑥能够完全实现多应用多级切换(应用级切换)，适用于多种应用并存的系统，某一应用的切换可以不对其他应用产生影响；⑦集中管理配置能力；⑧远程监控和管理能力；⑨切换速度；⑩磁盘管理方面的功能等。
采用双机冗余热备方式，当本地某个系统发生故障时，系统能够自动快速地切换到正常的系统，通过本地故障恢复确保系统持续提供服务。在这种方案中，需采用双机热备份软件，用于提高服务器的可靠性。可选用离线数据备份及灾难恢复软件，保证数据的可靠性。还需要用到磁带机、磁带库和磁盘阵列等硬件设备。
双机热备份方式的两台服务器都处于热机状态，如果一台服务器坏了，另一台服务器可以将所有的业务接管过来。它有两种工作方式：Online方式——两台服务器都在工作，分别担负不同的任务，均衡负载。缺点是成本大，管理难；Standby方式——备份机不工作，只是监测作业机的工作状况。缺点是服务器之间的切换时间较长。
目前有许多不同厂家提供双机冗余热备的产品。在选择双机冗余热备产品时，通常需要考虑的因素有：①双机热备产品适用的规模；②支持的操作系统；③支持的数据库系统；④对正常业务系统的性能影响；⑤提供的图形用户界面(GUI)管理工具功能易用性；⑥能够完全实现多应用多级切换(应用级切换)，适用于多种应用并存的系统，某一应用的切换可以不对其他应用产生影响；⑦集中管理配置能力；⑧远程监控和管理能力；⑨切换速度；⑩磁盘管理方面的功能等。
【答案解析】