Kriterien für die Bandbreite und den Speicher

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AXIS Design Tool

Ein nützliches Werkzeug zum Einschätzen des Bandbreiten- und Speicherbedarfs ist das  AXIS Design-Tool.

Es verfügt über ausgefeilte Projektmanagementfunktionen, mit denen sich Bandbreite und Speicher für große und komplexe Systeme berechnen lassen.

Beim Entwurf eines Videoüberwachungssystems sind die Netzwerkbandbreiten- und Speicheranforderungen wichtige Faktoren. Zu den zu berücksichtigenden Faktoren gehören die Anzahl der Kameras, die verwendete Bildauflösung, der Komprimierungstyp, das Komprimierungsverhältnis, die Bildrate und die Komplexität der Szene. In diesem Kapitel werden einige Richtlinien zum Entwurf eines Systems gegeben sowie Speicherlösungen und verschiedene Systemkonfigurationen beschrieben.

MPEG-4-Berechnung

Ungefähre Bitrate / 8 (Bit pro Byte) x 3600 s = KByte pro Stunde / 1000 = MByte pro Stunde
MByte pro Stunde x Betriebsstunden pro Tag / 1000 = GByte täglich
GByte täglich x erforderliche Aufbewahrungsfrist in Tagen = Speicherbedarf
Hinweis: Bei dieser Formel wird das Ausmaß der Bewegung nicht berücksichtigt, bei der es sich um einen wichtigen Faktor handelt, der sich auf den erforderlichen Speicherplatz auswirken kann.

Motion JPEG-Berechnung

Bildgröße x Bilder pro Sekunde (fps) x 3600 s = Kilobyte (KByte) pro Stunde/1000 = Megabyte (MByte) pro Stunde
MByte pro Stunde x Betriebsstunden pro Tag / 1000 = Gigabyte (GByte) pro Tag
GByte täglich x erforderliche Aufbewahrungsfrist in Tagen = Speicherbedarf

NAS und SAN

Wenn die Menge der gespeicherten Daten und die Verwaltungsanforderungen die Möglichkeiten eines direkt angeschlossenen Speichermediums übersteigen, kann Network Attached Storage (NAS) oder ein Speichernetzwerk (SAN) für mehr Speicherplatz, Flexibilität und Wiederherstellbarkeit sorgen.

NAS besteht aus einem einzelnen Speichergerät, das direkt mit dem LAN verbunden ist und allen Clients im Netzwerk gemeinsam genutzten Speicher bietet. Ein NAS-Gerät ist eine kostengünstige Speicherlösung, die sich einfach installieren und verwalten lässt. Es bietet jedoch nur einen beschränkten Datendurchsatz für eingehende Daten, weil es nur eine Netzwerkverbindung hat, was in Hochleistungssystemen problematisch sein kann.

Redundante Speicherung

SAN-Systeme sorgen für Redundanz im Speichergerät. Durch Redundanz in einem Speichersystem können Videos oder andere Daten gleichzeitig an mehreren Orten gespeichert werden. So lassen sich Videoaufzeichnungen aus einer Sicherung wiederherstellen, wenn ein Teil des Speichersystems nicht mehr gelesen werden kann.

Diese zusätzliche Speicherschicht kann in einem IP-Überwachungssystem auf verschiedene Weise bereitgestellt werden, zum Beispiel als redundante Anordnung unabhängiger Festplatten (engl. RAID, Redundant Array of Independent Disks), durch Datenduplizierung, Servercluster und mehrere Video-Empfänger.

RAID

Ein RAID ist eine Anordnung von Standard-Festplatten zu einem Gesamtsystem, das vom Betriebssystem als eine einzige große Festplatte betrachtet wird. Ein RAID-Setup verteilt die Daten mit ausreichender Redundanz auf mehreren Festplattenlaufwerken, damit die Daten wiederhergestellt werden können, falls eine Festplatte ausfällt. Es gibt verschiedene RAID-Stufen, von einer praktisch redundanzfreien Lösung bis hin zu einer Lösung mit vollständiger Datenspiegelung, bei der es bei einem Festplattenausfall zu keinen Unterbrechungen oder Datenverlusten kommt.

Mehrere Video-Empfänger

Eine gängige Methode zur Notfallwiederherstellung und externen Speicherung von Netzwerk-Video ist die gleichzeitige Übertragung des Videos an zwei verschiedene Server an verschiedenen Standorten. Diese Server können mit RAID ausgestattet sein, als Cluster konfiguriert werden oder ihre Daten mit noch weiter entfernten Servern duplizieren. Dies ist ein besonders nützlicher Ansatz, wenn sich die Überwachungssysteme in gefährlichen oder schwer zugänglichen Bereichen befinden, wie beispielsweise in Massentransportmitteln oder in Industrieanlagen.

Datenduplizierung

Die Datenduplizierung ist ein Merkmal vieler Netzwerk-Betriebssysteme. Die Dateiserver in einem Netzwerk sind so konfiguriert, dass sie die Daten untereinander duplizieren, damit ein Backup verfügbar ist, wenn ein Server ausfällt.

 

Server-Clustering

Eine typische Server-Clustering-Methode besteht darin, zwei Server mit demselben Speichergerät arbeiten zu lassen, beispielsweise mit einem RAID-System. Wenn ein Server ausfällt, übernimmt der andere, identisch konfigurierte Server. Diese Server können sogar dieselbe IP-Adresse haben, damit das so genannte “Failover” für die Benutzer vollständig transparent wird.

SANs sind spezielle Hochgeschwindigkeitsnetzwerke, die als Massenspeicher dienen und in der Regel über Glasfaser an einen oder mehrere Server angeschlossen werden. Die Benutzer können über die Server auf alle Speichergeräte des SAN zugreifen, wobei der Speicher auf mehrere Hundert Terabyte erweitert werden kann. Der zentrale Speicher senkt den Verwaltungsaufwand und stellt ein flexibles Hochleistungs-Speichersystem für Multiserver-Umgebungen zur Verfügung. Die Fibre-Channel-Technologie wird häufig eingesetzt, um Datenübertragungsraten von 4 GBit/s zu erreichen und große Datenmengen mit einem hohen Maß an Redundanz zu speichern.

Serverbasierter Speicher

Je nach CPU, Netzwerkkarte und internem RAM (Random Access Memory) eines PC-Servers kann dieser eine bestimmte Anzahl an Kameras, Bilder pro Sekunde und Bildgrößen verarbeiten. Die meisten PCs bieten Platz für 2 bis 4 Festplatten mit jeweils bis zu 300 GByte. In einer kleinen bis mittleren Installation wird der PC, auf dem die Videoverwaltungssoftware ausgeführt wird, auch für die Videoaufzeichnung verwendet. Dies wird als direkt angeschlossener Speicher bezeichnet.

Bei Verwendung der Videoverwaltungssoftware AXIS Camera Station können beispielsweise Aufzeichnungen von 6 bis 8 Kameras auf einer Festplatte gespeichert werden. Bei mehr als 12 bis 15 Kameras sollten mindestens 2 Festplatten eingesetzt werden, um die Last aufzuteilen. Ab 50 Kameras wird empfohlen, einen zweiten Server zu verwenden.

Systemkonfigurationen

Kleines System (1 bis 30 Kameras)

Ein kleines System besteht in der Regel aus einem Server, auf dem eine Überwachungsanwendung ausgeführt wird, die das Video auf einer lokalen Festplatte aufzeichnet. Das Video wird über denselben Server angezeigt und verwaltet. Obwohl die meisten Anzeige- und Verwaltungsaufgaben auf dem Server ausgeführt werden, kann zum selben Zweck ein Client (lokal oder remote) angeschlossen werden.

Mittleres System (25 bis 100 Kameras)

Für eine typische Installation mittlerer Größe wird ein Server mit zusätzlichem Speicher verwendet. Der Speicher wird üblicherweise mit RAID konfiguriert, um die Leistung und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Das Video wird normalerweise nicht auf dem Aufzeichnungsserver, sondern über einen Client angezeigt und verwaltet.

Großes zentrales System (50 bis über 1000 Kameras)

Für eine große Installation ist hohe Leistung und Zuverlässigkeit erforderlich, um die große Datenmenge und Bandbreite zu verwalten. Hierfür werden mehrere Server benötigt, denen bestimmte Aufgaben zugewiesen sind. Ein Master-Server steuert das System und entscheidet, welche Videos auf welchem Speicherserver gespeichert werden. Mithilfe dedizierter Speicherserver ist ein Lastausgleich möglich. In einem solchen Setup lässt sich das System auch vergrößern, indem bei Bedarf weitere Speicherserver hinzugefügt und Wartungen durchgeführt werden, ohne das gesamte System abschalten zu müssen.

Großes verteiltes System (25 bis über 1000 Kameras)

Für die Überwachung mehrerer Standorte, die zentral verwaltet werden sollen, können verteilte Aufzeichnungssysteme verwendet werden. An jedem Standort werden Videoaufnahmen über lokale Kameras aufgezeichnet und gespeichert. Der Master-Controller kann die Aufzeichnungen an allen Standorten anzeigen und verwalten.

Kamera Auflösung Ungefähre Bitrate (KBit/s) Bilder/ Sekunde MByte/ Stunde Betriebs- stunden GByte/ Tag
Nr. 1 CIF 110 5 49.5 8 0.4
Nr. 2 CIF 250 15 112.5 8 0.9
Nr. 3 4CIF 600 15 270 12 3.2
Gesamter Speicherbedarf für die drei Kameras bei 30 Tagen Aufbewahrungsdauer = 135 GByte

 

Diese Werte basieren auf Umgebungen mit viel Bewegung. In einer Umgebung mit weniger Änderungen sind die Werte etwa 20 % niedriger. Das Ausmaß der Bewegung in einer Umgebung kann sich wesentlich auf den erforderlichen Speicherplatz auswirken.

Kamera

Auflösung

Ungefähre Bitrate (KBit/s)

Bilder/ Sekunde

MByte/ Stunde

Betriebs- stunden

GByte/ Tag

Nr. 1

CIF

170

5

76.5

8

0.6

Nr. 2

CIF

400

15

180

8

1.4

Nr. 3

4CIF

880

15

396

12

5

Gesamter Speicherbedarf für die drei Kameras bei 30 Tagen Aufbewahrungsdauer = 210 GByte

 

Kamera Auflösung Ungefähre Bitrate (KBit/s) Bilder/ Sekunde MByte/ Stunde Betriebs- stunden GByte/ Tag
Nr. 1 CIF 13 5 234 8 1.9
Nr. 2 CIF 13 15 702 8 5.6
Nr. 3 4CIF 40 15 2160 12 26
Gesamter Speicherbedarf für die drei Kameras bei 30 Tagen Aufbewahrungsdauer = 1005 GByte

 

Berechnung von Bandbreite und Speicherbedarf

Netzwerk-Videoprodukte belegen Bandbreite und Speicherplatz je nach ihrer Konfiguration. Wie bereits erwähnt, spielen folgende Faktoren eine Rolle:

  • Anzahl der Kameras
  • Kontinuierliche oder ereignisgesteuerte Aufzeichnung
  • Tägliche Aufzeichnungsdauer der Kamera in Stunden
  • Bilder pro Sekunde
  • Bildauflösung
  • Art der Videokomprimierung: Motion JPEG, MPEG-4, H.264
  • Szene: Bildkomplexität (z. B. eine graue Wand oder ein Wald), Lichtverhältnisse und Ausmaß der Bewegung (Büroumgebung oder belebter Bahnhof)
  • Wie lange die Daten gespeichert werden müssen

Bandbreitenbedarf

In einem kleinen Überwachungssystem mit 8 bis 10 Kameras kann ein 100 MBit/s-Basis-Netzwerk-Switch verwendet werden, ohne dass Einschränkungen der Bandbreite berücksichtigt werden müssen. Die meisten Unternehmen können ein Überwachungssystem dieser Größe im Rahmen ihrer vorhandenen Netzinfrastruktur implementieren.

Bei mehr als 10 Kameras lässt sich die Netzwerklast anhand folgender Faustregel schätzen:

  • Eine Kamera, die für hohe Bildqualität bei hoher Bildrate konfiguriert ist, benötigt etwa 2 bis 3 Mbit/s der verfügbaren Netzwerkbandbreite.
  • Bei mehr als 12 bis 15 Kameras sollten Sie einen Switch mit einem Gigabit-Backbone in Erwägung ziehen. Beim Einsatz eines Gigabit-Switches sollte auf dem Server, auf dem die Videoverwaltungssoftware ausgeführt wird, ein Gigabit-Netzwerkadapter installiert sein.

Die Bandbreitenauslastung lässt sich mit technischen Lösungen wie VLANs in einem Vermittlungsnetz, Quality of Service und ereignisgesteuerter Aufzeichnung verwalten.