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Considérations relatives au stockage et à la bande passante
Les exigences relatives au stockage et à la bande passante doivent impérativement être prises en considération lors de la conception d’un système de vidéosurveillance. Ces facteurs importants tiennent compte du nombre de caméras, la résolution d’image utilisée, le type et le rapport de compression, les fréquences d’images et la complexité des scènes. Ce chapitre fournit quelques recommandations concernant la conception d’un système, ainsi que des informations sur les solutions de stockage et diverses configurations système.
Calcul de stockage et de bande passante
Les produits de vidéo sur IP utilisent la bande passante réseau et l’espace de stockage en fonction de leur configuration. Comme mentionné plus haut, cela dépend des critères suivants :
- Nombre de caméras
- Si l’enregistrement sera continu ou basé sur des événements
- Nombre d’heures d’enregistrement quotidien par la caméra
- Images par seconde
- Résolution d’image
- Type de compression vidéo : Motion JPEG, MPEG-4, H.264
- Scène : complexité de l’image (par exemple mur gris, forêt, etc.), conditions d’éclairage et quantité de mouvement (environnement de bureau ou gares ferroviaires bondées)
- Durée de conservation souhaitée des données
Besoins en bande passante
Dans un petit système de surveillance comptant entre 8 et 10 caméras, un switch réseau de 100 mégabits (Mbits) peut être utilisé sans avoir à prendre en compte les limitations de bande passante. La plupart des sociétés peuvent implémenter un système de surveillance de cette taille à l’aide de leur réseau existant.
Lors de l’installation d’au moins 10 caméras, la charge réseau peut être évaluée à l’aide de quelques règles simples:
- Une caméra configurée de façon à fournir des images de haute qualité à des fréquences d’images élevées utilisera environ 2 à 3 Mbits/s de la bande passante réseau disponible
- Avec 12 à 15 caméras ou plus, envisagez l’utilisation d’un switch réseau avec infrastructure gigabit. Dans ce cas, une carte réseau gigabit doit également être installée sur le serveur qui exécute le logiciel de gestion vidéo.
Parmi les technologies susceptibles de faciliter la gestion de la consommation de bande passante, citons l’utilisation de VLAN sur un réseau commuté, la Qualité de Service et les enregistrements basés sur événements.
Calcul des besoins en matière de stockage
Comme mentionné précédemment, le type de compression vidéo utilisé est l’un des facteurs affectant les besoins en matière de stockage. Le format de compression H.264 est de loin la technique de compression vidéo la plus efficace disponible aujourd’hui. Un encodeur H.264 peut réduire la taille d’un fichier vidéo numérique de plus de 80 % par rapport à la norme Motion JPEG et de 50 % par rapport à la norme MPEG-4 (Part 2), sans que la qualité d’image ne soit compromise. Résultat : un fichier vidéo H.264 nécessite nettement moins d’espace de stockage et de bande passante réseau. Des exemples de calculs de stockage pour les trois formats de compression sont fournis dans les tableaux ci-dessous. Étant donné le nombre de variables qui affectent les débits moyens, les calculs ne sont pas si simples pour H.264 et MPEG-4. Avec Motion JPEG il existe une formule simple, puisque les séquences sont composées d’un fichier individuel par image. Les besoins en stockage pour les enregistrements Motion JPEG varient en fonction du débit, de la résolution et du niveau de compression.
Calcul H.264 :
Débit approx. / 8 (bits dans un octet) x 3600s = Ko par heure / 1000 = Mo par heure
Mo par heure x nombre d’heures de fonctionnement par jour / 1000 = Go par jour
Go par jour x durée de conservation = besoin de stockage
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Calcul MPEG-4 :
Débit approx. / 8 (bits dans un octet) x 3600s = Ko par heure / 1000 = Mo par heure
Mo par heure x nombre d’heures de fonctionnement par jour / 1000 = Go par jour
Go par jour x durée de conservation = besoin de stockage
Remarque : la formule ne prend pas en compte la quantité de mouvement, qui est un facteur
susceptible d’influencer l’espace de stockage requis.
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Calcul Motion JPEG :
Taille de l’image x nombre d’images par seconde x 3600s = Ko par heure / 1000 = Mo par heure
Mo par heure x nombre d’heures de fonctionnement par jour / 1000 = Go par jour
Go par jour x durée de conservation = besoin de stockage
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AXIS Design Tool est un outil utile pour l’évaluation des besoins en bande passante et en stockage ; il est accessible à partir des sites Web suivants: www.axis.com/products/video/design_tool/
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Stockage basé sur serveur
Le nombre de caméras, la taille d’image et le nombre d’images par seconde que peut gérer un serveur PC dépendent de l’unité centrale (UC), de la carte réseau et de la mémoire RAM (Random Access Memory) interne dont dispose le serveur. La plupart des PC possèdent entre deux et quatre disques durs, chacun pouvant contenir (environ) jusqu’à 300 Go de données. Dans une installation de petite à moyenne envergure, le PC qui exécute le logiciel de gestion vidéo est également utilisé pour l’enregistrement vidéo. On appelle cela le stockage embarqué (DAS, Direct-Attached Storage).
Avec le logiciel de gestion vidéo AXIS Camera Station, par exemple, un disque dur est suffisant pour stocker les enregistrements de six à huit caméras. Avec 12 à 15 caméras ou plus, il est nécessaire d’utiliser au moins deux disques durs, afin de répartir la charge. Pour plus de 50 caméras, l’utilisation d’un deuxième serveur est recommandée.
NAS et SAN
Lorsque la quantité de données stockées et les exigences de gestion dépassent les limitations d’une solution de stockage embarqué, une solution de stockage réseau (NAS, Network-Attached Storage) ou de réseau de zone de stockage (SAN, Storage Area Network) permet d’accroître l’espace de stockage, la flexibilité et la faculté de récupération.
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Dans le cas d’un système NAS, un périphérique de stockage unique directement rattaché à un réseau local propose un stockage partagé parmi tous les clients du réseau. Un périphérique NAS est simple à installer et à administrer, et procure une solution de stockage peu onéreuse. Toutefois, le débit de données entrantes est limité car le périphérique de stockage ne possède qu’une seule connexion réseau, ce qui peut se révéler problématique dans les systèmes hautes-performances. Une solution SAN propose une plate-forme de stockage polyvalente à grande vitesse, connectée en général par fibres optiques à un ou plusieurs serveurs. Les utilisateurs peuvent accéder à tous les périphériques de stockage du SAN via les serveurs. La capacité de stockage est configurable jusqu’à plusieurs centaines de To (téraoctets). Le stockage centralisé réduit les contraintes administratives tout en offrant un système de stockage à la fois très performant et très souple au service des environnements multiserveurs. La technologie Fiber Channel est couramment employée pour fournir des transferts de données à une vitesse de quatre gigabits par seconde et pour autoriser le stockage de grandes quantités de données avec un niveau élevé de redondance.
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Stockage redondant
Les systèmes SAN intègrent la redondance au périphérique de stockage. La redondance dans un système de stockage permet d’enregistrer des données vidéo (ou autres) simultanément à plusieurs emplacements. On dispose ainsi d’une copie de sauvegarde permettant de récupérer les vidéos dans le cas où une partie du système de stockage subirait un dommage et deviendrait illisible. Plusieurs options pour bénéficier de cette couche de stockage supplémentaire sont disponibles dans un système d’IP-Surveillance, y compris les systèmes RAID (Redundant Array of Independent Disks), la réplication de données, la mise en cluster de serveurs et le dédoublement des destinataires vidéo.
RAID. RAID est une méthode permettant d’organiser différents disques physiques standard de telle manière que le système d’exploitation les considère comme une seule et même unité. Une configuration RAID répartit les données sur plusieurs disques durs, avec une redondance suffisante pour que les données puissent être récupérées en cas de défaillance d’un disque. Il existe différents niveaux RAID, allant d’une redondance presque nulle à une solution de mise en miroir complète dans laquelle l’utilisateur ne subit aucune perte de données ou perturbation en cas de défaillance d’un disque.
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Réplication de données. Il s’agit d’une fonctionnalité commune à de nombreux systèmes d’exploitation réseau. Les serveurs de fichiers sur le réseau sont configurés de façon que les données soient répliquées sur les différents serveurs, ce qui permet de disposer d’une copie de sauvegarde en cas de défaillance d’un serveur.
Mise en cluster de serveurs. Une méthode courante de mise en cluster de serveurs consiste à faire en sorte que deux serveurs fonctionnent avec le même périphérique de stockage, par exemple un système RAID. Lorsqu’un serveur subit une défaillance, l’autre serveur à la configuration identique prend le relais. Ces serveurs peuvent même partager la même adresse IP, ce qui rend le « basculement » complètement transparent aux yeux des utilisateurs.
Dédoublement des destinataires vidéo. Une méthode courante visant à garantir la récupération des données en cas d’incident et l’archivage hors site de la vidéo sur IP consiste à envoyer la vidéo simultanément vers deux serveurs différents, situés en des lieux différents. Ces serveurs peuvent disposer des techniques RAID, fonctionner en clusters ou répliquer leurs données sur d’autres serveurs encore plus éloignés. Cette approche est particulièrement utile lorsque les systèmes de surveillance se trouvent dans des zones dangereuses ou difficilement accessibles, par exemple dans des installations industrielles ou des zones de transport en commun.
Configurations système
Système de petite envergure (de 1 à 30 caméras)
Un petit système est généralement composé d’un serveur exécutant une application de surveillance
qui enregistre la vidéo sur un disque dur local. Les images vidéo sont affichées et gérées
par le même serveur. Bien que la plupart des tâches de visualisation et de gestion s’effectuent
sur le serveur, il est possible d’y connecter un client (local ou distant) pour effectuer les mêmes
opérations.
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Système de moyenne envergure (de 25 à 100 caméras)
Une installation de taille moyenne possède généralement un serveur, raccordé à des périphériques
de stockage supplémentaires. Le stockage est le plus souvent configuré avec le système
RAID, afin d’accroître les performances et la fiabilité. Les images vidéo sont normalement visualisées
et gérées depuis un client, plutôt que depuis le serveur d’enregistrement.
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Système centralisé de grande envergure (de 50 à 1000 caméras, voire plus)
Une installation de grande envergure requiert des performances et une fiabilité élevées afin de
pouvoir gérer une grande quantité de données et une bande passante élevée. Cela nécessite
l’utilisation de plusieurs serveurs avec des tâches dédiées. Un serveur principal contrôle le système
et détermine le type d’images vidéo stockées sur chacun des serveurs de stockage. Les
serveurs de stockage étant dédiés à des tâches spécifiques, il est possible d’équilibrer la charge.
Dans une telle configuration, il est également possible de faire évoluer le système en ajoutant
davantage de serveurs de stockage si besoin est, et d’effectuer des tâches de maintenance sans
arrêter l’ensemble du système
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Système distribué de grande envergure (de 25 à 1000 caméras, voire plus)
Lorsque plusieurs sites requièrent une surveillance avec une gestion centralisée, il est possible
d’utiliser des systèmes d’enregistrement distribués. Chaque site enregistre et stocke les images
vidéo fournies par les caméras locales. Le contrôleur principal peut afficher et gérer les enregistrements
sur chaque site.
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Voir aussi: AXIS Design Tool
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