档案学研究, 2017, 31(3): 88-92
蓝光存储在电子档案长期存储中的应用研究
Research on the Application of Blu-ray Storage in Long-term Storage of Electronic Archives
庞海涛1, 王红林2, 周传辉2
1.航天档案馆 北京 100048
2.华录光存储研究院(大连)有限公司 辽宁大连 116023
PANG Haitao1, WANG Honglin2, ZHOU Chuanhui2
1. Space Archives,Beijing 100048
2. Hualu Optical Storage Research Institute(Dalian)Co.,Ltd,Dalian,Liaoning 116023
 引用本文:
庞海涛, 王红林, 周传辉. 蓝光存储在电子档案长期存储中的应用研究[J]. 档案学研究, 2017, 31(3): 88-92.
PANG Haitao, WANG Honglin, ZHOU Chuanhui. Research on the Application of Blu-ray Storage in Long-term Storage of Electronic Archives[J]. Archives Science Study, 2017, 31(3): 88-92.

摘要:

当前档案行业信息化快速发展,电子档案大量产生,随之而来的电子档案长期存储的方式亦多种多样,但各种方式都有自己的优点和缺点。根据我们的研究,从安全性、易用性、经济性等各方面综合评价,蓝光存储具有长期存储的特殊优势,在电子档案的长期保存和电子档案的异质异地备份方面具有良好的应用前景,是电子档案长期存储的首选方式。

关键词: 蓝光 ; 蓝光存储 ; 蓝光光盘库 ; 电子档案 ; 长期存储 ; 光磁融合

Abstract:

The rapid development of the current archival industry information technology directly leads to a significant amount of archival data. There are many ways to store these data for long-term preservation, but these methods have their respective advantages and disadvantages. According to our research, from the aspects of comprehensive assessment of the product security, ease of use and economic efficiency, the blu-ray storage media has particular advantage in long-term storage, especially in the areas of electronic archival data in long-term preservation and heterogeneous backup. The blu-ray storage is one of the best approaches to solve the problems of electronic archival data in long term storage.

Key words: blu-ray ; blu-ray storage ; optical disc library ; electronic archives ; long-term storage ; hybrid magneto-optical recording
0 引言

随着社会活动快速加强、网络信息化日益普遍,移动互联、社交网络、电子商务大大拓展了网络的疆界和应用领域,大数据时代已经到来。与此同时,档案行业信息化快速发展,海量数据的电子档案快速产生,档案行业面临着新的机遇和挑战,可以说档案大数据时代业已来临。[1]

为实现电子档案的长期保存,使电子档案具有真实性、完整性、可用性和安全性,确保电子档案的可读取、可识别、可理解和可检索,选择何种存储介质、何种存储方案是目前档案行业最为关注的重要课题之一。

目前在电子档案长期存储介质方面,档案行业主要采用硬盘、磁带、光盘进行电子档案的存储,这些存储方式各有利弊。

(1)硬盘存储。硬盘存储能够实现数据的快速记录和读取,满足档案在线快速访问的需求,是当前主流的存储方式。但从电子档案长期存储的要求来说,硬盘还存在很多不足。首先是介质寿命短,硬盘寿命一般在3-5年,因此在一个较长时间内保存数据就要不断迁移数据更换硬盘,这在设备以及电力消耗等方面的运维成本较高。同时,数据迁移过程中存在一定的风险,比如,人为误操作、软件病毒伺机发作、数据库兼容性等问题都需要通盘考虑。其次是环境要求高,硬盘工作过程中需要电力持续供给,同时需要冷却系统对环境进行降温,消耗大量电力能源。最后是记录可更改,档案记录需要保持其原始性,但硬盘记录是可以被更改的,会面临黑客攻击或人为修改的风险。

(2)磁带存储。磁带存储也是一种磁性存储方式。一般来说,磁带库主要部署在档案数据离线存储的终端。为了防止环境潮湿而使磁带沾粘,需要不定期进行倒带处理,每隔10年左右需要更新介质,重新进行数据迁移。磁带库在读取数据时,是采用线性寻址方式定位数据位置,寻址速度慢,即需要将磁带倒转到数据记录的目标位置,所需时间要用分钟来计量,不利于档案数据非连续性快速访问的需求。

以上硬盘和磁带存储,存在一共同薄弱点,就是一但爆发战争,极易受敌方实施的强磁爆(强电磁波、强磁场)方式进行的彻底破坏,并不可恢复。

(3)光盘存储。光盘备份是目前最有效的电子档案长期保存的方法。电子档案的脱机备份、异质备份和异地备份工作中,光盘以其存储适量、不可更改、寿命较长、移动性好、能耗低、保存成本低廉、数据可监测和寿命趋势可监测等突出特点已经在档案行业电子档案长期保存方面得到一定认同。[2]但是,传统的CD/DVD光盘存储解决方案虽然解决了碟片的集中管理,但在存储容量、传输速度、自动化、网络化、安全性等方面无法与磁盘阵列相抗衡,实际应用中没有被大规模地推广。

以硬盘和磁带为代表的磁存储技术,由于存储速度快、存储量大和使用方便,是当今主流的存储技术,但对于电子文件(档案)保存所要求的长期性、安全性来说,磁存储的优势不复存在。目前,最适于海量电子档案长期存储的介质是蓝光光盘,蓝光光盘不仅存储容量大,而且低功耗、抗干扰能力强,更重要的是对于归档级蓝光光盘来说,其保存时间可达50年以上,安全性极高。

1 蓝光存储技术

蓝光存储作为新一代的存储技术与CD/DVD技术相比有了突破性的技术进步,是完全迭代的新产品,它在存储介质和存储设备方面均实现了技术飞跃。在存储介质方面,它采用“无机材料相变”方式进行数据记录,[3]比CD/DVD的“有机色素”技术更加稳定,存储时间更加长久。在存储设备方面,蓝光光盘库是一种以蓝光光盘或光盘匣为存储载体的具有高可靠性的海量近线存储设备,其通过机械手自动精确定位、抓取光盘,从而方便实现数据的上传下载。

1.1 蓝光光盘技术

蓝光光盘利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据,并因此而得名。蓝光极大地提高了光盘的存储容量,对于光存储产品来说,蓝光提供了一个跳跃式发展的机会。图1为蓝光光盘结构。


图1

蓝光光盘结构

蓝光光盘在电子档案长期存储领域具有以下优势:

(1)采用无机材料记录膜。蓝光光盘采用“无机金属相变”技术进行数据记录,即通过激光照射金属记录层,实现金相改变而实现数据的记录。而CD/DVD采用的是“有机色素分解”方式进行记录。无机材料的物理稳定性远远高于有机材料的物理稳定性,从而为数据的长期记录提供了物质基础。如图2所示。


图2

无机相变记录与有机色素记录比较

一般而言,金属相变是非常稳定的,数据可长期保存而无须担忧数据丢失。有机色素的稳定性从50年的长期存储要求看还不够,需要适当的光、湿度、温度条件才可保证安全。

(2)一次追记型记录方式。记录时利用激光加热记录膜使其相变,相变不可逆,保证写入数据的安全性。与可擦除光盘BD-RE相比,一次追记型光盘BD-R对于数据归档来说具有更高的可靠性;一次追记型记录方式可以防止数据被篡改或病毒软件攻击。如图2所示。


图3

数据写入不可逆

(3)非接触记录方式。读写头与光盘不接触,无磨损,记录信息不会因反复读取而产生衰减,可靠性高;与磁带的接触式方式相比,非接触的光盘记录方式对于数据归档具有更高的可靠性。如图4所示。


图4

非接触记录方式

(4)采用非磁性记录方式。利用激光改变相变材料的状态进行数据记录或读取,且状态不可逆,可靠性高;与硬盘、磁带的磁性记录方式比,光盘的相变记录方式对数据归档来说具有高可靠性;完全不受电磁波、磁场、海水等自然环境因素的影响,具有高耐久性。如图5所示。


图5

相变记录与磁性记录方式比较

(5)长寿命存储介质。基于ISO/IEC 16963-2013进行艾林模型的加速老化实验,确定介质存储寿命;在30℃、70%RH的环境以及介质数据存活率95%的条件下,介质寿命超过50年;与硬盘、磁带存储介质相比,蓝光光盘对于数据长期归档具有更高的可靠性。如图6所示。


图6

艾林试验模型

电子档案长期存储应该有一个基本年限,电子档案的存储时效为10年、30年、永久。但永久保存并不是要介质永久而是数据永久。存储介质能够实现50年或100年的长期保存就已经相当满意了。我们认为50年的保存期是一个有意义的存储期限,它覆盖了10年和30年的存储期限,并保留了相当的时间余量,是被认可的一个保存期限。


图7

蓝光光盘库结构

1.2 蓝光光盘库技术

蓝光光盘库是一种以蓝光光盘或光盘匣为存储载体的具有高可靠性的海量近线存储设备,其通过机械手自动精确定位、抓取光盘,从而方便实现数据的上传下载。蓝光光盘库结构如图7所示。

蓝光光盘库在电子档案长期存储领域具有以下优势:

(1)数据存储大容量。目前蓝光光盘库一般采用100GB或300GB蓝光光盘,采用光盘匣技术将多张光盘放置在一起以保证单位体积内存储容量最大化。目前单台设备最大可达PB级。存储介质的近线保存以确保数据响应的及时性。

(2)数据传输高速度。为提高数据传输速度以及保证数据的安全可靠性,目前光盘库一般采用多蓝光光驱并行工作机制,如12光驱并行处理可使数据存储或下载速度提高12倍。

(3)数据库技术。 CD/DVD系统一个比较大的缺陷是没有数据库系统,因此在记录数据时需要人工编目,数据读取时需要人工检索。这种方式与磁盘阵列的基于数据库存储和查询方式相比十分落后。为了满足档案数据的长期存储和及时应用,蓝光光盘库开发了数据库技术,可以在蓝光数据存储和查询时像使用磁盘阵列一样方便和快捷。

(4)数据存储安全性。RAID技术在磁盘阵列得到普遍应用,实现数据备份功能,保证在硬盘出现故障的情况下,利用备份信息可以使损坏的数据得以恢复,从而保障了用户数据的安全性。蓝光存储成功借鉴磁盘阵列的RAID技术,为保证存储数据的安全性和可靠性,应避免将完整数据仅存入一张光盘,以避免单张光盘损坏数据无法恢复。应将完整数据分散存入多张光盘,同时各光盘之间采用冗余技术,如RAID0、RAID5、RAID6,这样一张或两张光盘损坏时,仍可保证数据的完好无损,同时多张光盘的并行存储也提高了存储速度。光盘RAID技术如图8所示。


图8

光盘RAID技术

2 基于蓝光存储的电子档案长期存储方式
2.1 电子档案光磁融合存储方式

根据电子档案的应用情况,一般可以分为热数据、温数据和冷数据。对于我们来说,热数据是读取非常频繁的数据,温数据次之,冷数据是很少使用但需长期归档保存的数据。各行业各单位可根据自己的实际情况确定热数据、温数据和冷数据。电子档案的热、温、冷数据并不是一成不变的,会根据不同应用需求而发生改变,而电子档案长期存储的策略也需要因此而发生调整。

在电子档案的生命周期内会以热、温、冷三种形态存在并会在这三种状态之间相互转化。目前的存储手段中磁盘阵列数据存取速度快、应用灵活但成本高、安全性差,蓝光存储安全性好、成本低。通过光磁融合技术可以将两者结合起来,使蓝光存储与磁盘阵列实现平滑对接。

蓝光存储系统与市场主流的磁盘阵列构建光磁融合存储模式,根据数据生命管理周期,对于访问频率较高的热数据和温数据采用磁盘阵列在线存储方式,满足用户的在线访问;对于珍贵的档案数据以及访问频率不高或几乎不访问但需长期保存的冷数据,采用蓝光光盘库近线、离线存储方式,为档案数据管理节省成本的同时,确保数据长期安全可靠保存。系统架构参见图9所示。


图9

光磁融合存储系统架构

2.2 电子档案3-2-1存储方式

出于数据安全的考虑,对于要长期存储的电子档案,在保存时可以采用基于“3-2-1”策略制定的存储方式,即至少要有3份拷贝,被存储在两种不同的物理介质上,其中1份必须是可移动的、离线的永久拷贝。因此,非磁介质的蓝光光盘由于其独特的物理特性将成为电子档案长期保存的最佳选择。图10为3-2-1存储模型。


图10

3-2-1存储模型

对于重要的、需要长期保存的电子档案,可以不采用分级存储的方式,直接采用3副本的存储方式,这样可以确保不会因发生一次单一的事件而毁掉所有重要数据的情况。同时3副本应该采用至少两种不同类型、不同存储原理的存储介质,如磁存储与光存储。因为每种存储介质都会有不同的故障模式,这样两种不同的存储介质结合使用保证了不会有同样的故障模式。另外,至少应将1份副本保存在异地以保证数据免于受到类似火灾、水灾以及地震等自然灾害和战争破坏的影响而导致数据损毁的情况发生,而这份副本就要求应采用一种可移动、离线的存储方式,而光存储介质完全符合这样的存储要求。

蓝光存储与目前的磁盘存储相结合,利用磁盘存储的高速性实现电子档案的日常应用,利用蓝光存储的安全性实现电子档案的备份与异地存档,这样的存储架构可以实现上述3-2-1存储方式,以保证电子档案的长期安全存储。图11为电子档案3-2-1存储系统架构。


图11

电子档案3-2-1存储系统架构

根据我们的研究,上述两种存储方式都需要光与磁相结合来应用。这样的存储结构是电子档案长期存储策略中优势非常突出的一种策略。它的优势具体体现在:

(1)数据的安全性高。蓝光光盘介质本身的高可靠性从物理上保障了数据的安全性,用蓝光光盘存储的数据可常温保存、无须空调等苛刻的保存条件,数据防磁、防水、防潮、防黑客攻击,因此是目前长期存储最安全的手段。同时,目前RAID技术在蓝光上的应用又进一步从逻辑上保证了数据的安全性,即使单张光盘损坏,数据也不会丢失,避免了单一故障导致数据无法恢复的情况。采用RAID6+镜像的存储方式可保证数据可靠性达到19N这样的指标。

(2)真正的静态长期存储。数据长期存储在蓝光光盘中无须像磁带那样不定期倒带处理和数据迁移,也不需要像磁盘阵列那样当硬盘寿命到期后更换硬盘。这是一种静态长期保存,跟纸质文件的保存状态是一样的。而磁带和磁盘阵列都是动态长期保存。动态就意味着人工和成本的投入。实际上,磁带和磁盘都是需要不断迁移来实现长期保存的,而蓝光存储是静态长期存储,是真正意义的长期存储。

(3)简便的管理和低成本。由于是长期静态存储,因此管理非常简便,人工投入和成本投入少,保存费用极低。如图12所示,以100TB数据、20年为期限,从数据迁移、电力消耗、IT费用、软件投入以及硬件投入等方面综合考虑,蓝光存储的成本与磁盘阵列和磁带库相比具有极大的优势。


图12

存储成本TCO比较

3 结论

综上所述,蓝光存储是目前电子档案长期存储最适合的存储方式,而无论光磁融合存储方式还是3-2-1存储方式都是将蓝光和磁盘二者优势结合在一起,既保证数据安全低成本又兼顾应用便利性,因此是电子档案长期存储的优选策略。

通过对电子档案长期存储中蓝光存储的应用研究,利用蓝光存储的长期性、安全性,可解决当前档案行业电子档案长期存储方式的缺点与不足,从整体上提高电子档案管理的安全性和便利性。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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高茂科.对档案大数据关键环节的认识[J]. 中国档案,2013(10).
URL
[本文引用: 1]
[2]
连秉然. 光盘备份:电子文件(档案)长期安全保存的有效方法[J]. 中国档案,2010(7).
URL
(档案)的脱机备份、异质备份和异地备份工作中,光盘以其存储适量、不可更改、寿命较长、价格低廉、便于查找、数据可监测和寿命可监测等突出特点已经在档案行业电子文件长期保存方面得到普遍认同。
[本文引用: 1]
[3]
周莹,袁筱先. 新一代无机相变光存储材料研究进展[J]. 信息记录材料,2005(6).
DOI:10.3969/j.issn.1009-5624.2005.03.008 URL
光存储技术正在向着大容量、高数据传输率的方向发展。新一代的光存储将从目前广泛使用的红光波段向蓝光波段发展。综述了可用于新一代高密度光存储无机相变材料的研究现状和最新进展,并对今后的发展前景进行了简要的展望。
[本文引用: 1]
[4]
比特网,光存储应对冷数据存储的挑战,2016.1.
[5]
焦卢玲,李克. 大容量光存储技术助力大数据时代金融业存储升级,金网在线,2015.7.
URL
大数据时代,数据量呈爆发增长态势、数据种类日益多样化,同时监管机构对数据安全和客户敏感信息保密的要求也越趋严格,这些都对传统金融企业存储架构提出 挑战。大容量光存储技术具有高安全、长寿命、低能耗、高速度、大容量、低成本等特性,能够很好地满足金融企业数据存储和管理需求。同时,为进一步推动国家 网络和信息化安全,2014年4月,21位院士联合提交《建议书》,建议国家紧急启动“大数据光存储研发与应用”国家专项计划。“中国大数据光存储产业联 盟”也应运而生。
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