Considérations relatives au stockage et à la bande passante

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AXIS Design Tool

Un outil permettant d'estimer les exigences de bande passante et de stockage :  AXIS Design Tool.

AXIS Design Tool inclut des fonctions de gestion de projet avancées qui permettent de calculer la bande passante et le stockage d'un grand système complexe.

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 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.

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

Stockage NAS et SAN

Lorsque la quantité de données stockées et les exigences de gestion dépassent les limites d'un système de disques en attachement direct, une unité de stockage réseau NAS (Network-Attached Storage) ou un système SAN (Storage Area Network) permet d'augmenter l'espace de stockage, la souplesse et la capacité de récupération.

Un système NAS utilise un seul périphérique de stockage directement relié à un LAN et qui offre un stockage partagé pour tous les clients du réseau. Un périphérique NAS est simple à installer et à administrer et offre une solution de stockage peu onéreuse. Toutefois, le débit des données entrantes est limité car le périphérique de stockage ne possède qu'une seule connexion réseau ce qui peut se révéler problématique pour les systèmes à hautes performances.

Stockage redondant

Avec les systèmes SAN, la redondance est intégrée au périphérique de stockage. La redondance dans un système de stockage permet d'enregistrer des données vidéo (ou autres) simultanément à plusieurs emplacements. Elle fournit une sauvegarde pour la récupération de la vidéo si une partie du système de stockage devient illisible.

Il existe plusieurs options pour cette couche de stockage supplémentaire dans un système de surveillance IP, notamment l'utilisation d'un système RAID, la réplication de données, la mise en cluster des serveurs et la vidéo transmise à plusieurs destinataires.

RAID

RAID (Redundant Array of Independent Disks) 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.

Plusieurs destinations pour les vidéos

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 dans des lieux différents. Ces serveurs peuvent être équipés de systèmes 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 de transport en commun.

Réplication des données

Il s'agit d'une technique commune à de nombreux systèmes d'exploitation réseau. Les serveurs de fichiers du réseau sont configurés de façon à ce 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, de configuration identique, prend le relais. Ces serveurs peuvent même partager la même adresse IP, ce qui rend le “basculement” complètement transparent pour les utilisateurs.

Une solution SAN propose une plate-forme de stockage polyvalente à grande vitesse, connectée en général par fibre optique 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 pour les environnements multiserveurs. La technologie Fiber Channel est couramment employée pour fournir des transferts de données à une vitesse de quatre gigabits par seconde et autoriser le stockage de grandes quantités de données avec un niveau de redondance élevé.

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.

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.

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 un système RAID, afin d'accroître les performances et la fiabilité. Les images vidéo sont normalement visualisées et gérées depuis un client et non depuis le serveur d'enregistrement.

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. Cette configuration 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. Dans la mesure où des serveurs de stockage dédiés sont utilisés, 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 nécessaire. Cette configuration permet également d'effectuer les tâches de maintenance sans arrêter l'ensemble du système.

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.

Caméra Résolution Débit approx. (kbits/s) Images par seconde Mo/heure Heures de fonction-nement Go / jour
No. 1 CIF 110 5 49.5 8 0.4
No. 2 CIF 250 15 112.5 8 0.9
No. 3 4CIF 600 15 270 12 3.2
Total pour les 3 caméras sur 30 jours de stockage = 135 Go

 

Les chiffres ci-dessus sont basés sur une quantité de mouvement importante dans une scène. Avec moins de mouvement, ils peuvent être inférieurs de 20 %. La quantité de mouvement dans une scène peut avoir un fort impact sur l’espace de stockage requis.

Caméra

Résolution

Débit approx. (kbits/s)

Images par seconde

Mo/heure

Heures de fonction-nement

Go / jour

No. 1

CIF

170

5

76.5

8

0.6

No. 2

CIF

400

15

180

8

1.4

No. 3

4CIF

880

15

396

12

5

Total pour les 3 caméras sur 30 jours de stockage = 204 Go

 

Caméra Résolution Débit approx. (kbits/s) Images par seconde Mo/heure Heures de fonction-nement Go / jour
No. 1 CIF 13 5 234 8 1.9
No. 2 CIF 13 15 702 8 5.6
No. 3 4CIF 40 15 2160 12 26
Total pour les 3 caméras sur 30 jours de stockage = 1002 Go

 

Calculs de bande passante et de stockage

Les produits de vidéo sur IP utilisent la bande passante du réseau et de l'espace de stockage en fonction de leur configuration. Comme mentionné précédemment, cette utilisation dépend de ce qui suit :

  • Nombre de caméras
  • Si l'enregistrement est continu ou basé sur des événements
  • Nombre d'heures d'enregistrement par jour de la caméra
  • Images par seconde
  • Résolution de l'image
  • Type de compression vidéo : Motion JPEG, MPEG-4, H.264
  • Paysage : 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 exigée pour la conservation des données

Besoins en bande passante

Dans un petit système de surveillance comptant entre 8 et 10 caméras, un commutateur réseau de 100 mégabits (Mbits) peut être utilisé sans avoir à prendre en compte les limitations de bande passante. La plupart des entreprises peuvent mettre en œuvre un système de surveillance de cette taille en utilisant leur réseau existant.

Pour une mise en œuvre de 10 caméras ou plus, la charge du réseau peut être estimée en utilisant quelques règles de base :

  • Une caméra configurée pour fournir des images de haute qualité à des fréquences d'images élevées utilisera env. 2 à 3 Mbit/s de la bande passante disponible du réseau.
  • Avec plus de 12 à 15 caméras, il faut envisager l'utilisation d'un commutateur avec un réseau fédérateur capable de gérer plusieurs gigabits. Si un commutateur capable de gérer plusieurs gigabits est utilisé, le serveur qui exécute le logiciel de gestion vidéo doit disposer d'un adaptateur réseau également capable de gérer les gigabits.

Les technologies permettant la gestion de la bande passante incluent les réseaux locaux virtuels sur un réseau commuté, la qualité de service et les enregistrements déclenchés par événements.