 В настоящее время многие пользователи хотят, чтобы видеоизображение СОВН записывалось и архивировалось непрерывно со всех камер на протяжении 90 дней или более. В крупных системах это подразумевает использование хранилищ данных значительного объема. Задача усложняется требованиями пользователей, желающих хранить видео с максимально высоким качеством и максимальной частотой кадров, в частности, в приложениях для органов национальной безопасности и правоохранительных органов, когда отснятый видеоматериал СОВН требуется для доказательных целей. В связи с этим хранилище данных крупной IP-системы охранного видеонаблюдения может представлять собой основную составляющую общей стоимости системы как в отношении первоначальных, так и текущих затрат, поскольку жесткие диски часто нуждаются в замене в течение срока реализации проекта. При наличии потенциально больших объемов данных, которые необходимо хранить, технология сжатия и архитектура решения по хранению данных имеет решающее значение для увеличения временных интервалов записи данных. Кроме того, важным является вопрос безопасности хранимых данных, чтобы отказ в работе отдельного диска и оборудования не привел к потере информации.
Масштаб проблемы
Факторы, влияющие на требования к объему дискового пространства, включают разрешение видео, частоту кадров, количество камер и качество применяемой технологии сжатия. Таким образом, при сравнении систем основной переменной является технология сжатия, поскольку все остальные факторы постоянны. Способ сжатия видео может в значительной степени обуславливать требования к хранению данных. Следующий учебный пример демонстрирует характеристики хранения данных в типовой системе для сравнения оборудования со стандартными показателями сжатия и с самыми передовыми на данное время технологиями.
Количество цифровых данных, полученных одной камерой:
Оптимальное сжатие: 20 гигабайт в сутки
Среднее сжатие: 40 гигабайт в сутки
На первый взгляд разница не кажется существенной, поскольку жесткий диск стоит недорого, а диски на 750 гигабайт можно легко найти в продаже. Однако предположим систему, состоящую из 100 камер, и тогда объем хранения будет равен:
Оптимальное сжатие: 2 терабайта в сутки
Среднее сжатие: 4 терабайта в сутки
Архивирование записей в течение 90 дней:
Оптимальное сжатие: 180 терабайт
Среднее сжатие: 360 терабайт
Разница между средним и оптимальным сжатием составляет 180 терабайт дополнительной памяти, и это только для относительно небольшой системы, состоящей из 100 камер.
Работа сетевого видеорегистратора
В вопросе хранения данных системы охранного видеонаблюдения сильно отличаются от ИТ-систем. Объем данных, поступающих с камер на сетевые видеорегистраторы, велик и непрерывен. Объем данных, исходящих от сетевых видеорегистраторов к пользователям, очень мал и периодичен. Рабочая нагрузка постоянна, т. е. скорость записи данных на диск постоянно высока, а не растет периодически, как в случае типичных ИТ-задач.
Поэтому затраты на обработку записи и чтения потоков видео с диска являются важным фактором при работе сетевых видеорегистраторов в целом. Объем таких накладных расходов в зависимости от производителей программного обеспечения для сетевых видеорегистраторов может значительно меняться. Лучшее серверное программное обеспечение сетевых видеорегистраторов на рынке имеет такую низкую загрузку ЦП, что потоки 200 камер могут записываться даже на самых маломощных серверах.
Таким образом, в большой системе с требованием 90-дневной записи данных, ограничением на сервере является объем хранимых им данных, а не возможности обработки.
Отступление: виртуальные серверы
Виртуализация является проверенной технологией создания программного обеспечения, которая быстро меняет ИТ-среду.
Современное мощное аппаратное обеспечение ПК первоначально было предназначено для работы только с одной операционной системой, которая в один момент времени могла выполнять лишь одну задачу. Виртуализация ломает эти преграды, позволяя запускать несколько операционных систем и несколько приложений на одном компьютере в одно и то же время, увеличивая гибкость и эффективность использования оборудования.
По сути, виртуализация трансформирует аппаратное обеспечение в программное. Программное обеспечение, такое как VMware, преобразует или «виртуализует» аппаратные ресурсы ПК, включая процессор, оперативную память, жесткий диск и сетевой контроллер, для создания полнофункциональной виртуальной машины, которая может запускать собственную операционную систему и приложения так же, как «настоящий» компьютер.
Множественные виртуальные машины используют одни и те же аппаратные ресурсы, не мешая работе друг друга, так что несколько операционных систем и приложений могут безопасно функционировать одновременно на одном компьютере.
Специальные автономные сетевые видеорегистраторы могут обеспечить более высокий уровень надежности и резервирования по сравнению с серверными сетевыми видеорегистраторами.
Архитектура систем хранения данных
Архитектуру хранения для систем охранного видеонаблюдения обычно подразделяют на централизованную либо распределенную.
Централизованная архитектура хранения данных
Типичным примером такой системы является казино, где в одном здании расположено большое количество камер. Сетевые видеорегистраторы находятся в одной центральной серверной с центральным коммутатором сети. В этой ситуации все видеопотоки можно записывать на одном сервере, однако почти наверняка ограничением в данном случае будет объем хранимых им данных, а не его мощность. Используя вышеупомянутый пример работы системы, включающей более 100 камер, одним из вариантов будет использование 10 серверов-видеорегистраторов, каждый из которых будет снабжен дисковым массивом на 18 терабайт, при условии что система имеет оптимальную технологию сжатия. По-прежнему требуется большое количество аппаратных средств, но из-за того, что загрузка ЦП низкая, можно развернуть виртуальные серверы. Ведущие поставщики видеорегистраторов могут обеспечить работу своего программного обеспечения в таких приложениях, как VMware, позволяя настроить работу 10 виртуальных серверов на одном физическом сервере, что значительно уменьшает затраты на оборудование. На самом деле, обычное казино использует от 500 до 1000 камер, поэтому такой подход играет важную роль в снижении расходов.
Распределенная архитектура хранения данных
Типичным примером такой системы является железнодорожная сеть, которая может включать 200 камер, расположенных на 25 станциях, в среднем – по 8 камер на станцию, с несколькими станциями, на которых установлено лишь по четыре камеры. В этой ситуации необходима небольшая и гибкая архитектура хранения данных, которая может использовать нужный объем хранения для нужного количества камер.
Для этого примера предположим, что для хранения записи за 90 дней на 1 камеру необходимо 500 гигабайт. На каждой станции можно использовать сетевые видеорегистраторы объемом хранения 2 Тб, один сетевой видеорегистратор – на каждые четыре камеры. На меньших станциях можно использовать один сетевой видеорегистратор для большего количества камер – 5, в общей сложности 50 сетевых видеорегистраторов на все 200 камер. Это позволит значительно снизить требования к пропускной способности сети. Гибкость виртуальной матрицы, созданной IP-видеосистемой, означает, что любой пользователь с правами доступа может просматривать и анализировать записанное видео с любого видеорегистратора независимо от его расположения в сети. Если бы в вышеописанном примере использовались серверы на базе ПК, то потребовалось бы 50 отдельных серверов, каждый со своим жестким диском для хранения данных, что вылилось бы в значительные затраты. В качестве альтернативы можно использовать специальные автономные сетевые видеорегистраторы, которые оснащены аппаратными средствами обработки и хранения данных в одном компактном устройстве. Это значительно дешевле ПК-сервера или аналогичных носителей.
Для того чтобы соответствовать требованиям различных областей применения, поставщик должен иметь возможность обеспечить гибкие и масштабируемые решения для видеозаписи, которые при необходимости могут использовать как конфигурации ПК серверов, так и специализированные автономные сетевые видеорегистраторы.
Обеспечение безопасности хранения данных
С таким большим объемом записываемых ценных данных важно рассмотреть вопросы безопасности и надежности сетевых видеорегистраторов. Большинство серверов сетевых видеорегистраторов на базе ПК используют массивы дисков RAID. Избыточный массив независимых дисков (RAID) – общее обозначение компьютерных схем хранения данных, которые разделяют и/или дублируют данные на нескольких жестких дисках. Существуют различные уровни RAID, обеспечивающие различные уровни защиты. В конфигурации RAID 5, например, данные распределяются на 3 отдельных дисках. При выходе из строя одного из дисков данные не теряются, а компьютер может продолжать работу без остановки.
Для безопасности сетевых видеорегистраторов можно использовать уровень дополнительного специализированного аппаратного обеспечения сетевого видеорегистратора. Эти автономные надежные аппаратные блоки могут иметь резервные источники питания и сетевые соединения, RAID-конфигурации и диски с возможностью горячей замены.
IP-видеосистемы, применяющие автономные сетевые видеорегистраторы, также должны иметь гибкую стратегию резервного копирования своих данных.
Например, если системное программное обеспечение обнаруживает сбой в работе видеорегистратора, то запись может автоматически переключаться на резервный видеорегистратор или распределяться по другим сетевым видеорегистраторам системы. Подобно RAID-конфигурациям персональных компьютеров сетевые видеорегистраторы могут дублироваться, когда одно и то же видео записывается на два сетевых видеорегистратора одновременно, обеспечивая высочайший уровень безопасности.
IP-видеосистемы на основе H.264 позволяют уменьшить необходимый для хранения данных объем на 25–50% по сравнению с системами на основе MPEG-4.
DVR или NVR?
До сих пор мы обсуждали вопросы хранения данных в IP-видеосистемах и сетевых видеорегистраторах. А как быть с традиционными аналоговыми системами охранного видеонаблюдения, которые используют цифровые видеорегистраторы (DVR)?
Во-первых, важно определить различия цифровых и сетевых видеорегистраторов, так как и те и другие часто называются «цифровыми». DVR сжимает в цифровом формате аналоговый видеосигнал и хранит данные на жестком диске, термин «цифровой» относится к технологии сжатия и хранения, но не к передаваемому видеоизображению.
Поэтому DVR размещаются вблизи источника аналогового видеосигнала и в реальности используются только в централизованных архитектурах. В отличие от этого сетевые видеорегистраторы (NVR) сохраняют цифровые изображения непосредственно из IP-сети и данные регистраторы могут находиться в любой точке сети.
Поэтому типичным для DVR будет расположение в центре, недалеко от аналоговой матрицы и оборудования аппаратной. По мере увеличения размеров системы и количества дней записи не остается ничего иного, кроме как продолжать добавлять новые DVR. Это само по себе не проблема, кроме величины накладных расходов, связанных с добавлением новых устройств. Высококачественные DVR, как правило, имеют возможность записи с 16 камер на один диск объемом 2 терабайта. Рассматривая наш пример с казино и предполагая наличие самой лучшей технологии сжатия, это решение даст лишь немногим более 6 дней записи для всех 16 камер или 90 дней работы всего одной камеры. Очевидно, что технология DVR слишком затратна для областей с большим объемом цифровой записи.
Уменьшение объема видео
Существует ряд стандартов сжатия, применяемых в настоящее время в IP-видеосистемах. H.264 является новейшим официальным стандартом сжатия видео, который базируется на весьма успешных видеостандартах MPEG-2 и MPEG-4 и обеспечивает улучшение как качества, так и сжатия видео. Его наиболее значительные преимущества для IP-видеосистем заключаются в возможности обеспечивать получение цифрового видео такого же высокого качества, с малыми задержками при передаче при снижении на 25–50% требований к пропускной способности и, следовательно, к объему хранения данных. При выборе системы на основе H.264 можно получить бóльшую экономию на массивах хранения данных. Хотя H.264 и более эффективен по сравнению с MPEG-4, поставщики все еще по-разному реализуют этот стандарт и, следовательно, разнятся требования к необходимому объему хранилищ.
Нет смысла записывать видео с камеры с максимальной частотой кадров, если в кадре ничего не происходит. С помощью приложений для изменения частоты кадров при обнаружении активности (ACF) объем видео и, следовательно, хранилищ можно значительно снизить. Если в кадре ничего не меняется, видео передается в потоковом режиме при минимальной частоте кадров. При мгновенном обнаружении движения видео сразу передается с максимальной частотой кадров. Аналогично аналитические механизмы, такие как виртуальное ограждение, могут обнаружить объект, который пересекает линию, и выдать сигнал тревоги. По этому сигналу можно начать запись или увеличить частоту кадров данной конкретной камеры.
Выводы
Требования к записи изображений в течение 90+ дней будет оказывать существенное влияние на требования к объемам хранения данных проекта и, следовательно, на стоимость. В случае крупных систем решения с использованием аналоговых сигналов/DVR демонстрируют отсутствие эксплуатационной гибкости и требуют значительных затрат, а это означает, что IP-видео является единственным прогрессивным решением. Поэтому важно, чтобы конечный пользователь выбирал те IP-решения, которые используют самые передовые технологии сжатия, а также гибкие и распределенные архитектуры на базе NVR, чтобы минимизировать дополнительные расходы, связанные с затратами на хранение данных.
Ниже представлен обзор представленных на российском рынке сетевых видеорегистраторов для крупных распределенных объектов.
|
