温湿度对LTO5磁带存储数据可读性影响试验分析

史金

摘  要：本文以5种主流品牌LTO5磁带为研究对象，参照DA/T 83—2019 档案数据存储用LTO磁带应用规范，通过温湿度老化试验，较为系统地研究了温湿度对LTO5磁带数据可读性的影响。结果表明，在相同温度下升高相对湿度或在相同的相对湿度下升高温度，都将使LTO5磁带数据长期可读性降低，且当温度和相对湿度同时达到较高值，磁带数据可读性降低的速度明显加快。

关键词：LTO5磁带;温湿度;数据可读性

Abstract： In this paper， five mainstream LTO5 tapes were selected as samples of the research target. Referring to DA/T 83—2019 Application specification on LTO tapes for archival data storage， we studied the influence of temperature and humidity on the data readability of LTO5 tapes through temperature and humidity aging test. The conclusion shows that increasing the relative humidity at the same Celsius degree or increasing the temperature at the same relative humidity will reduce the long-term readability of LTO5 tape data， and it will significantly speed up the reduction of the readability of tape data when both the temperature and relative humidity reach relatively high level.

Keywords： LTO5 tapes; Temperature and humidity; Data readability

LTO（Linear Tape Open）技术，即线性磁带开放协议，具有线性多通道、双向磁带格式的特点，是磁带技术发展的主要方向。LTO磁带具有单盘存储容量大、成本低、性能稳定等优点，常用于存储视频、音频等大文件，广泛应用于数字化影像的保存、通信行业的信息存储、大数据备份、档案数据存储等各个行业领域。[1]LTO磁带作为近线或离线备份重要存储载体，在保存过程中出现了带基粘连、磁道损坏、磁化强度降低、数据丢失等情况，威胁到数据的长期安全保存。因此，了解保存环境对LTO磁带存储数据长期可读性的影响，研究LTO磁带性能老化的内在规律，是档案部门及相关数据存储单位需要重点关注的问题。

在存储载体保存环境方面，温度和湿度是最基础也是最重要的因素，磁带的带基和磁记录层容易受到温湿度的影响，为此，笔者以档案数据存储用LTO磁带应用规范为依据开展了温湿度对LTO磁带存储数据可读性影响的试验研究。通过调研发现，LTO5磁带作为Ultrium磁带格式的第五代线性开放磁带规格，其LTFS系统的开放性和兼容性，使其归档和检索的能力得到大幅提升，在档案部门应用广泛。[2]基于此，试验以LTO5磁带为研究对象，通过了解温湿度老化后LTO5磁带重要参数的变化，研究温湿度对LTO5磁带存储数据可读性的影响规律，并提出建议，旨在为档案部门使用和保存LTO磁带提供依据。

1 試验部分

1.1 试验对象。本试验选择5种主流品牌的LTO5磁带，分别为A品牌、B品牌、C品牌、D品牌、E品牌。

1.2 试验设备

1.2.1 磁带数据写入设备。Quantum Scalar i40企业磁带库，尺寸：13.2×44.6×79.2（4U），可靠性：MCBF>500000，连接方式：SAS、FC，容量：25槽位。

1.2.2 磁带数据检测设备。LTO磁带离线检测仪，具有读出磁带芯片数据信息的能力，并且能识别和解析芯片中的数据信息，可检测磁带类型包括：LTO4、LTO5、LTO6、LTO7。

1.2.3 老化试验设备。高低温交变湿热试验箱，温度范围：-40℃～150℃，温度偏差：≤±1℃，相对湿度范围：10%～98%，湿度偏差：≤±2%。

1.3 试验方法

1.3.1 磁带数据写入。用Quantum Scalar i40磁带库写入数据。数据写入对象：5种品牌LTO5磁带;数据写入环境：温度为25℃±5℃，相对湿度为50%±15%;写入数据量：磁带总容量的95%左右，约1.48TB;数据写入速度：140MB/s;写入方式：一次写入。

1.3.2 磁带检测。将LTO5磁带放入离线磁带检测仪，进行磁带检测，检测环境：温度23℃～25℃，相对湿度40%～50%，达标测试时间：7～9分钟。具体检测参数和样品要求如表1所示，选择符合要求的磁带进行老化试验。[3]

1.3.3 老化试验。将磁带样品放入高低温交变湿热试验箱内，各试验样品之间应有一定间隔，设定相应的温度和湿度，进行老化试验，试验结束后，待箱内温度降至室温后取出样品，避光保存24小时后待测，具体试验条件如表2所示。

1.4 试验步骤

（1）按照1.3.1的方法写入数据，选择符合要求的LTO5磁带进行试验（见表1）。（2）使用LTO磁带离线检测仪，按照1.3.2的方法检测LTO5磁带的主要参数。（3）按照1.3.3方法进行温湿度老化试验。（4）使用LTO磁带离线检测仪，按照1.3.2的方法检测温湿度老化试验后LTO5磁带的主要参数。（5）比较分析温湿度老化试验前后LTO5磁带主要参数的变化。

2 结果和分析

LTO5磁带存储数据的各种误码随时间推移逐渐增大，超过纠错系统能力后，数据便不能再正确读取。这种误码率的增加体现在读取重试参数、伺服错误参数等数据上，LTO5磁带任何一个参数的增加都反映其数据可读性的降低。

试验发现，只有读取重试参数随老化试验的进行而发生变化，其他参数都没有发生变化，因此，笔者以试验前后读取重试参数的变化量为观测变量，温湿度为控制变量，用SPSS软件进行单因素方差分析（显著性水平α为0.05）和多重比较，分析相同温度下不同相对湿度和相同相对湿度下不同温度对LTO5磁带存储数据可读性的影响。

LTO5磁带按照品牌类型分为5组样品，每组样品取10盘磁带进行温湿度老化试验，经不同温湿度老化后，各品牌磁带读取重试参数变化量的平均值如表3所示。其中，在温度70℃、在相对湿度90%条件下，经过336小时试验后，5种品牌的磁带都已无检测结果;在温度70℃、相对湿度70%条件下，经过336小时试验后，B和D品牌的磁带无检测结果，说明这两组温湿度老化试验对磁带数据可读性的影响明显。

根据方差齐性检验结果，各品牌磁带的Levene统计量概率P值分别为2.36E-6、1.80E-4、1.37E-4、1.59E-4、1.26E-10，均小于0.05，表明各品牌LTO5磁带老化后读取重试参数变化量的总体方差不齐，不符合方差分析的前提条件，因此，不能采用方差分析的方法比较LTO5磁带老化后读取重试参数变化量的差异。在此情况下，我们采用Games-Howell多重比较，具体结果如表4所示。

本文将Games-Howell多重比较的关键参数显著性P值列出，在进行两两比较时，当P值大于0.05时，判定为两种温湿度老化试验后，磁带读取重试参数变化量不存在差异，当P值小于0.05时，判定为两种温湿度老化试验后，磁带读取重试参数变化量存在差异，再通过均值的大小来判定磁带温湿度老化影响程度的升高或降低，同时，无检测结果的情况视为对磁带数据可读性有影响。基于以上条件，分析相同温度下不同相对湿度和相同相对湿度下不同温度对LTO5磁带存储数据可读性的影响。

（1）A品牌磁带读取重试参数变化量在不同温湿度条件下的变化情况如下：

在30℃、336h老化条件下，相对湿度由50%升高至70%，A品牌磁带读取重试参数的变化量没有显著增加;在50℃、336h老化条件下，相对湿度由70%升高至90%，A品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加;在70℃，336h老化条件下，相对湿度由30%升高至50%，A品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加，再由70%升高至90%，A品牌磁带无检测结果;在相对湿度30%、336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，A品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加;在相对湿度50%、336h老化条件下，溫度由30℃升高至70℃，A品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加;在相对湿度70%，336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，A品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加;在相对湿度90%，336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，A品牌磁带无检测结果。

（2）B品牌磁带读取重试参数变化量在不同温湿度条件下的变化情况如下：

在30℃、336h老化条件下，相对湿度由50%升高至70%，B品牌磁带读取重试参数的变化量没有显著增加;在50℃、336h老化条件下，相对湿度由30%上升到50%，B品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加，再由50%上升到90%，B品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加。

在70℃、336h老化条件下，相对湿度由50%升高至90%，B品牌磁带无检测结果。

在相对湿度30%、336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，B品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加。

在相对湿度50%、336h老化条件下，温度由30℃升高至50℃，B品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加，再由50℃升高至70℃，B品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加。

在相对湿度70%、336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，B品牌磁带无检测结果。

在相对湿度90%，336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，B品牌磁带无检测结果。

（3）C品牌磁带读取重试参数变化量在不同温湿度条件下的变化情况如下：

在30℃、336h老化条件下，相对湿度由50%上升到70%，C品牌磁带读取重试参数的变化量影响不显著。在50℃、336h老化条件下，相对湿度由30%上升到90%，C品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加。

在70℃、336h老化条件下，相对湿度由70%升高至90%，C品牌磁带无检测结果。在相对湿度30%、336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，C品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加。

在相对湿度50%、336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，C品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加。

在相对湿度70%、336h老化条件下，温度由30℃升高至50℃，C品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加。

在相对湿度90%，336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，C品牌磁带无检测结果。

（4）D品牌磁带读取重试参数变化量在不同温湿度条件下的变化情况如下：

在30℃、336h老化条件下，相对湿度由50%上升到70%，D品牌磁带读取重试参数的变化量的影响不显著。在50℃、336h老化条件下，相对湿度由50%上升到90%，D品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加。

在70℃、336h老化条件下，相对湿度由50%升高至90%，D品牌磁带无检测结果。

在相对湿度30%、336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，D品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加。

在相对湿度50%、336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，D品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加。

在相对湿度70%、336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，D品牌磁带无检测结果。

在相对湿度90%，336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，D品牌磁带无检测结果。

（5）E品牌磁带读取重试参数变化量在不同温湿度条件下的变化情况如下：

在30℃、336h老化条件下，相对湿度由50%上升到70%，E品牌磁带读取重试参数的变化量的影響不显著。在50℃、336h老化条件下，相对湿度由30%上升到90%，E品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加。

在70℃、336h老化条件下，相对湿度由30%升高至50%，E品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加，再由70%升高至90%，E品牌磁带无检测结果。

在相对湿度30%、336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，E品牌磁带读取重试参数的变化量明显增加。在相对湿度50%、336h老化条件下，温度由30℃升高至70℃，E品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加。

在相对湿度70%、336h老化条件下，温度由30℃升高至50℃，E品牌磁带读取重试参数的变化量没有明显增加。在相对湿度90%，336h老化条件下，温度由50℃升高至70℃，E品牌磁带无检测结果。

对于在试验周期内不同温湿度对LTO5磁带读取重试参数的变化量影响不显著的结果，笔者认为不能简单地以此作为结论，从统计学和LTO5磁带性能参数随时间变化的角度来分析：

一是确实没有差异，即使延长试验时间也是如此;二是存在差异，但差异还不明显，增加样品量或延长试验时间，差异可能逐渐变得显著。

因此，对于在本次试验周期内不同温湿度对磁带读取重试参数变化量的影响不显著的情况，还不能简单依据分析结果判定其长期影响趋势。

综合以上分析结果（参照图1），得出如下结论：

（1）不同温湿度老化对五种品牌的LTO5磁带数据可读性影响的差异不完全相同，但在已确定的差异之间呈现出共同趋势：在相同的温度下，相对湿度升高导致数据长期可读性降低;在相同的相对湿度下，温度升高导致数据长期可读性降低。因此，适当降低保存环境的温湿度，有利于提高LTO5磁带数据长期可读性。

（2）在温度70℃、相对湿度70%和温度70℃、相对湿度90%条件下，进行老化试验后，均出现了磁带无检测结果的现象。说明当温度和相对湿度同时达到较高值，LTO5磁带数据可读性降低的速度明显加快。

（3）E品牌LTO5磁带的数据可读性受温湿度老化试验影响的程度相对较低。

3 建议

3.1 谨慎选择和使用存储档案数字资源的LTO磁带。LTO磁带的品牌、型号种类较多，质量良莠不齐，建议参照档案数据存储用LTO磁带应用规范选择和使用LTO磁带，控制好磁带所处环境的温湿度，不要出现温度过高或湿度过高的情况，以免影响磁带存储数据的长期可读性。

另外，LTO磁带技术发展迅速，大约每隔两年就有新一代LTO磁带出现，其存储量随之大幅度提升，LTO8的存储数据量已经达到12TB，LTO12将达到144TB，[4]单盘磁带一旦发生损坏，大量的档案数据就会面临丢失的风险，这使得每一盘磁带的使用和保护工作变得非常重要，档案部门要重视并加强磁带的管理和维护工作。

3.2 深入开展LTO磁带存储数据可靠性试验研究工作。为了更安全可靠地使用LTO磁带存储档案数据，建议开展磁带检测方面的研究。

目前，磁带的检测参数是通过解析磁带CM芯片获得的关于磁带健康状况的宏观参数，而磁道、磁化强度等描述磁带介质状态的参数无法检测。档案部门可以联合磁带生产企业，研究并获取更多关于LTO磁带状况的检测参数，进而更好地了解磁带数据的存储状态;另外，建议加大开展磁带存储技术可靠性研究的力度。

本文只是对LTO5磁带数据可读性受环境影响状况的初步研究，后期可研究其他环境因素对磁带数据可读性的影响，以及LTO6、LTO7和LTO8等磁带存储数据的长期可读性，从而为档案部门使用、保管LTO磁带提供技术支持。

参考文献：

[1]王善柏.档案数字资源长期存储介质[J].中国档案.2021，（09）：72-73.

[2]陶学恺.基于LTO磁带的电影及其他影像素材存档现状探究[J].现代电影技术.2015，（03）：41-43.

[3]DA/T 83—2019 档案数据存储用LTO磁带应用规范[S].

[4]Delivering Scalability and Growth for Generations[EB/OL].https：//www.lto.org/roadmap/.