Раздел: СТОП-КАДР Тема: IP камеры видеонаблюдения Автор: Руслан ШАРИФУЛЛИН, менеджер по продажам компании NUUO Inc. по России и СНГ
Отказоустойчивые системы видеонаблюдения
Программное обеспечение сложно, не обладает отказоустойчивостью, может содержать ошибки и вызвать конфликты и прерывания работы. Корпорация Microsoft не гарантирует корректную работу Программного обеспечения на конкретном компьютере. *Из дополнительного лицензионного соглашения с конечным пользователем Microsoft Windows. Введение: Мы окружены большим количеством ЭВМ, которые прямым образом влияют на нашу повседневную жизнь. При этом для разной сферы применения нам нужны различные показатели надежности. Например, надёжность у вашего домашнего ноутбука и ЭВМ, отвечающей за автопилотирование самолета, очевидно должна быть разной. Это относится как к «железу» самого компьютера, так и к программному обеспечению. Причем в первом приближении сложно сказать, что важнее: программное или аппаратное обеспечение. Фактически всё – от международной валютной системы и крупных электростанций до миксеров и микроволновых печей – работает под управлением ЭВМ. В офисных зданиях лифты, освещение, водоснабжение, кондиционеры управляются компьютерами, а в большинстве городов – светофоры. Практически любая корреспонденция, которая чуть сложнее, чем почтовая открытка, зависит от компьютеров; каждый телефонный разговор и доставка каждой посылки. С точки зрения систем безопасности система видеонаблюдения является одной из самых информативных, позволяющих оперативно принимать решения и полностью контролировать обстановку на объекте, находящемся под охраной. В связи с этим показатели надёжности становятся одними из приоритетных. Самый простой вариант повышения надёжности – использование систем с полным дублированием, но это фактически аналогично установке двух параллельно работающих систем. Это совершенно неприемлемо с экономической точки зрения, поэтому возникает желание добиться повышения отказоустойчивости другими способами. Самым экономным решением в случае, если вам нужна повышенная надежность, является применение системы видеонаблюдения с отказоустойчивой архитектурой. Предлагаю разобраться в том, что же такое отказоустойчивость? Отказоустойчивость – свойство технической системы сохранять свою работоспособность после отказа одного или нескольких составных компонентов. Отказоустойчивость определяется количеством любых последовательных единичных отказов компонентов, после которых сохраняется работоспособность системы в целом. Базовый уровень отказоустойчивости подразумевает защиту от отказа одного любого элемента — исключение единой точки отказа. Основной способ повышения отказоустойчивости – избыточность. Наиболее эффективный метод избыточности – аппаратная избыточность, которая достигается путем резервирования. В ряде приложений отказоустойчивость путем резервирования является обязательным требованием, предъявляемым к техническим системам государственными надзорными органами. Избыточность – самый простой способ повысить надёжность системы. Однако любая избыточность связана с удорожанием системы. Поэтому при проектировании отказоустойчивой архитектуры необходимо изучить три критерия уместности повышения отказоустойчивости: Критерии отказоустойчивости: 1. Насколько важный компонент планируется зарезервировать? 2. Какова вероятность отказа этого компонента? 3. Какова стоимость обеспечения отказоустойчивости компонента? Любая система видеонаблюдения состоит из следующих основных элементов: 1. Сетевые видеокамеры. 2. Сеть передачи данных. 3. Линии передачи данных или СКС. 4. Подсистема отображения. 5. Электропитание. 6. Подсистема обработки и хранения данных. Оценим основные элементы стандартной системы видеонаблюдения с точки зрения критериев отказоустойчивости: Видеокамера: с точки зрения сетевых систем видеонаблюдения базовым элементом является IP-видеокамера. От неё зависит качество картинки и наличие изображения, как такового. Производители на сегодня предлагают оборудование с различными характеристиками и довольно длительными сроками наработки на отказ и, как следствие, длительной гарантии. Например, у некоторых производителей гарантия достигает 5 лет. Более того, на наиболее ответственных участках мы можем установить видеокамеры таким образом, чтобы они перекрывали зону видимости друг друга, или просто задублировать их, что позволит продолжить эксплуатацию объекта без существенного снижения уровня безопасности даже при нескольких вышедших из строя видеокамерах. При этом стоимость обеспечения отказоустойчивости IP-видеокамер, находящихся на самых критически важных участках, как правило, относительно невысока. Сеть передачи данных: на современном уровне развития сетевых технологий довольно просто осуществить повышение отказоустойчивости сети передачи данных. В частности большое число производителей предлагает сетевые коммутаторы, имеющие двойное дублирование внутренней фабрики (шины передачи данных), что позволяет даже при выгорании какого-либо сетевого порта продолжать эксплуатацию сети в стандартном режиме. Стоимость таких коммутаторов по сравнению с обычными моделями относительно невелика. Как правило, сетевые коммутаторы уровня ядра имеют дублирующую внутреннюю фабрику по умолчанию. Линии передачи данных: как правило, при построении структурированной кабельной системы дублирование магистральных линий уже предусматривается, также и коммутирующее оборудование может работать с двумя линиями передачи данных в режиме балансировки нагрузки или с использованием дополнительной линии в качестве резервной, которая задействуется при выходе из строя основной. Стоимость повышения отказоустойчивости минимальна. Например, 4-жильный и 8-жильный оптический кабель отличается по цене всего на 10-20%. Подсистема отображения: в подавляющем большинстве случаев подсистема отображения данных является наиболее заметной частью системы видеонаблюдения, так как именно с ней работает оператор. Однако выход её из строя не является критичным, так как современные мультимониторные системы отображения не выходят из строя полностью. С другой стороны, современные системы видеонаблюдения позволяют оперативно развернуть временное отображение с использованием любого компьютера, например по WEB-интерфейсу или даже временно контролировать происходящее с помощью мобильного приложения, которое есть у всех уважающих себя производителей. И даже при полном выходе подсистемы отображения из строя система видеонаблюдения продолжает протоколировать все события на объекте, вести запись и реагировать согласно преднастроенным алгоритмам. Поэтому подсистема отображения в большинстве случаев в дублировании не нуждается или введение избыточности незначительно влияет на общую стоимость.
Рисунок 1- Внешний вид панорамного изображения на клиенте NUUO Crystal Электропитание: согласно ГОСТ Р 51558-2000 система видеонаблюдения должна иметь резервное электропитание при пропадании питания основного источника питания. Сдвоенные блоки питания основного оборудования позволяют осуществить бесперебойный переход на резервные источники электропитания без остановки работы системы видеонаблюдения. Поэтому «резервирование по питанию» можно считать простой и к тому же относительно дешевой задачей. Подсистема обработки и хранения данных – главный элемент системы, «мозг» и «память» всей структуры видеонаблюдения. Стоимость данной подсистемы составляет самую значительную часть в системах видеонаблюдения и является наиболее критичной, так как выход ее из строя гарантированно оставляет весь объект без наблюдения, а замена, например, сервера, занимает значительное время, так как требует квалифицированного персонала. К тому же оперативное устранение неисправности зачастую проблематично. С другой стороны дублирование этой системы – крайне дорогостоящее занятие в силу высокой стоимости самой системы хранения и трудоёмкости настройки (добавление всех IP-видеокамер, конфигурирование записи и настройка детекторов движения и т.д.). Этим объясняется желание заказчиков иметь отказоустойчивую подсистему обработки и хранения данных, которая могла бы самостоятельно противостоять единичным отказам и позволяла бы продолжать штатную работу даже при выходе из строя отдельных элементов. Функцию отказоустойчивости системы видеонаблюдения недорого можно реализовать только в случае, если ваша система видеонаблюдения строится изначально на продукте с отказоустойчивой архитектурой.
Рисунок 2 - Пример промышленного сервера со сдвоенным блоком питания. Резервирование подсистемы обработки и хранения данных – довольно нетривиальная задача. В обычном случае можно зарезервировать отдельные элементы: блоки питания сервера, сетевые карты, использовать сетевое хранилище для записи архива, конечно с RAID (для повышения отказоустойчивости жестких дисков), но такие элементы, как процессор или материнскую карту, зарезервировать невозможно. В частности потому, что применение универсальных систем резервирования заметно усложняет и удорожает проект. С другой стороны, для многих объектов – это обязательное требование. Например, заводов с опасными производственными циклами или объектов, на которых собирается большое количество людей (стадион или аэропорт). Существует два варианта систем видеонаблюдения с точки зрения отказоустойчивости: 1. Построенные на базе обычной (не отказоустойчивой) архитектуры. 2. Построенные на базе специальной отказоустойчивой архитектуры. Какие варианты повышения надёжности существуют для двух типов систем? В случае если ваша система не поддерживает встроенную избыточность, то есть не обладает отказоустойчивой архитектурой, возможно два варианта повышения надежности. При этом вариант с ручной заменой сервера и переконфигурации системы мы не рассматриваем, так как прогнозировать время восстановления работоспособности в высокой точностью невозможно в силу слишком большого количествава факторов влияния. 1. Дублирование подсистемы обработки данных. 2. Применение сторонних систем отказоустойчивости.
Рисунок 3 – Схема резервирование методом полного дублирования. Полное резервирование (дублирование) Дублирование системы обработки и хранения видео – не самый эффективный вариант отказоустойчивости, и в то же время самый простой. Он имеет преимущество, связанное с тем, что при полном отказе основной системы у вас есть полностью работоспособная запасная, условно можно сказать, это аналог RAID 1 или зеркалирование. Однако такой вид резервирования имеет ряд существенных недостатков, перечислим некоторые из них: 1. Не все сетевые камеры дают необходимое количество видеопотоков требуемого качества; 2. Необходима двойная пропускная способность сети передачи данных; 3. Требуется двойной набор серверов и хранилищ, а также двойной пакет лицензий VMS; 4. Как следствие - двойное потребление электроэнергии; 5. Фактическое удорожание проекта более чем в 2 раза, т.к. необходим двойной набор серверов, хранилищ, лицензий и т.д. В силу эти причин полное дублирование в большинстве случаев не оправдано, так как это самый неэффективный метод, однако иногда он всё же применяется там, где есть опасность полного уничтожения одного из центров обработки и хранения данных, например, террористами в аэропорту. При наличии такой угрозы дублирующий центр размещается отдельно от основного. Применение сторонних систем отказоустойчивости. Такое решение для резервирования системы видеонаблюдения является одним из наиболее сложных и малоэффективных вариантов повышения надежности, так как вы пытаетесь повысить отказоустойчивость системы изначально такой характеристикой не обладающей, что, в свою очередь, требует экспертной квалификации персонала и длительной настройки с полной остановкой объекта. Применение сторонних систем резервирования в разы удорожает проект, так как такое универсальное программное обеспечение и оборудование стоит очень дорого, как при внедрении, так и при эксплуатации. Поэтому экономически такой вариант не оправдан, так как проще и главное дешевле полностью заменить ПО (VMS), использующееся в центре обработки и хранения данных. Использование систем видеонаблюдения со встроенной отказоустойчивостью Можно пойти двумя путями – через виртуализацию или встроенную функцию отказоустойчивости, т.е. средствами самой системы видеонаблюдения. Рассмотрим оба варианта. Отказоустойчивость на уровне приложения: в этом случае программно-аппаратный комплекс, используемый для видеонаблюдения, должен иметь возможность заменять вышедший из строя север «своими силами», то есть функция отказоустойчивости должна быть заложена и реализована разработчиками продукта. При выборе системы, обладающей механизмом отказоустойчивости, нужно обратить внимание на характеристики: - надежность, характеризуется архитектурой реализации отказоустойчивости; - время готовности, характеризуется скоростью запуска запасного сервера; - стоимость, характеризуется совокупностью факторов.
Рисунок 4 – Реализация отказоустойчивости средствами Crystal. Пример работы серверов отказоустойчивости, состоящей из 32 серверов записи - Recording Server и 4 серверов отказоустойчивости – Failover Server. В первом случае используется структура отказоустойчивости N+1, когда встроенная функция Failover Server позволяет вводить 1 запасной сервер в серверную группу из ограниченного количества серверов, как правило, не более восьми, что характерно для VMS на базе Windows. При этом в случае выхода из строя сервера в группе запасной сервер может взять на себя запись камер с вышедшего из строя сервера. Проблема этой архитектуры в том, что в структуре N+1 при выходе из строя второго сервера из этой же группы, видеокамеры «повиснут в воздухе» т.е. запись вестись не будет и произойдет потеря видеоархива, как иллюстрирует левая схема на рисунке 4. Во втором случае структура N+M (правая схема на рисунке 4) позволяет не разделять основные и резервные сервера на группы, что обеспечивает более высокую отказоустойчивость, так как при выходе из строя основного сервера нагрузку берет первый сервер отказоустойчивости, при выходе еще одного основного сервера второй запасной север уже готов к работе. Несложно посчитать, что надежность решения с архитектурой N+M на несколько порядков выше, чем с архитектурой N+1. Наиболее интересным выглядит решение, когда можно сочетать и комбинировать эти отказоустойчивые серверы как на базе кластеризации (виртуальных машин), так и на базе встроенной функции отказоустойчивости, когда полностью поддерживаются оба варианта реализации повышения надежности и отказоустойчивости, что позволяет не идти на компромиссы при проектировании отказоустойчивых систем IP-видеонаблюдения. Отказоустойчивость в виртуальной среде: одним из плюсов виртуализации является возможность кластеризации – объединения нескольких однородных элементов, например, физических серверов, которые могут рассматриваться как самостоятельная единица – виртуальный сервер, обладающий определенными свойствами, а именно избыточностью ресурсов. Некоторые программные приложения для видеонаблюдения специально спроектированы для работы в виртуальной среде и позволяют переносить виртуальную машину с одного физического сервера на другой не прерывая работу, т.е. позволяет осуществлять процесс миграции. Использование виртуализации открывает практически безграничные перспективы в области повышения надежности и масштабирования системы видеонаблюдения. При этом значительно снижается стоимость обслуживания такой системы.
Рисунок 5 – Отказоустойчивая структура на базе кластера. Виртуализация – шаг в «облака» Одним из вариантов использования адаптированной под виртуальную среду систем видеонаблюдения является их применение для построения облачных систем видеонаблюдения. Облако – это частный случай виртуализации, примененный с новой парадигмой монетизации, а именно предоставление части инфраструктуры в аренду (вычислительных ресурсов и ресурсов передачи и хранения данных) для нужд сторонней кампании или частного лица. При этом, конечно, возникает много вопросов с точки зрения биллинга и управления учетными записями с привязкой к абонентской плате. Однако в любом случае потребуется адаптация платформы видеонаблюдения под конкретного провайдера и заказчика, в рамках которой и решаются все мелкие технические вопросы. Вывод Видеонаблюдение все сильнее проникает во все сферы нашей жизни, все больше строится различных систем видеонаблюдения, при этом наблюдается конвергенция между традиционной безопасностью и IT-рынком. С увеличением числа систем видеонаблюдения параллельно растут размеры вновь вводимых систем видеонаблюдения, что неизбежно ставит вопросы по удобному масштабированию и повышению отказоустойчивости. В данной статье описаны некоторые подходы к проектированию отказоустойчивых систем видеонаблюдения, перечислены некоторые критерии выбора элементов для резервирования и обзор вариантов реализации отказоустойчивости. Для системного интегратора наиболее оптимальным является использование универсальной платформы, которая предоставляет возможность построения отказоустойчивой структуры как на уровне NVR для малых и средних объектов, так и на уровне виртуальной машины для масштабных объектов. Важным показателем будет являться наличие сертификата, например от VMware, который показывает, что приложение адаптировано и сертифицировано для работы в виртуальной среде. Теоритически операционная система не важна, но на практике этот выбор очень существенный, как с точки зрения гибкости и стабильности работы, так и с точки зрения вирусной защищенности и стоимости. Поэтому главная рекомендация по выбору гипервизора для построения виртуальной среды, это WMware, как самая распространенная система виртуализации и Linux, как наиболее стабильная и эффективная операционная система. При этом выбор профессиональных платформ для видеонаблюдения ограничен. Обратите внимание на топ-10 в рейтинге мировых разработчиков ПО, - правильный выбор позволит получить максимально эффективную платформу для сетевого видеонаблюдения за разумные деньги.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них. Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!

Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 5  (голосов: 8)
Ваша оценка: