대역폭 및 스토리지 고려 사항

AXIS Design tool

AXIS Design Tool은 대역폭과 스토리지 요구 사항 추정에 유용한 도구로.

AXIS Design Tool에는 규모가 크고 복잡한 시스템에 대해 대역폭과 스토리지를 계산할 수 있는 고급 프로젝트 관리 기능이 포함되어 있습니다.

네트워크 대역폭과 스토리지 요구 사항은 영상 감시 시스템을 설계할 때 고 려해야 할 중요한 사항입니다. 이를 결정하는 요소로는 카메라 수량, 이미지 해상도, 압축 형식 및 비율, 프레임 레이트, 장면 복잡도 등이 있습니다. 이 장에서는 시스템 설계 시의 몇 가지 지침과 함께 스토리지 솔루션 및 다양 한 시스템 구성에 대한 정보를 제공합니다. 

H.264 계산

대략적인 비트 레이트/8(바이트당 비트) x 3600s = 시간 당 KB/1000 = 시간 당 MB
시간 당 MB x 일일 작동 시간/1000 = 일일 GB
일일 GB x 요청 저장 기간 = 필요 저장공간

Motion JPEG 계산

이미지 크기 x 초 당 프레임 수 x 3600s = 시간 당 킬로바이트(KB)/1000 = 시간 당 메가바이트(MB)
시간 당 MB x 일일 작동 시간/1000 = 일일 기가바이트(GB)
일일 GB x 요청 저장 기간 = 필요 저장공간

NAS와 SAN

저장된 데이터의 양과 관리 요건이 직접 연결 스토리지(DAS)의 한계를 초과하는 경 우, NAS(network-attached storage)나 SAN(storage area network)을 사용하면 저장 공간, 유연성, 복구성이 향상됩니다. 

NAS는 LAN에 직접 연결되는 단일 스토리지를 제공하며 네트워크의 모든 클라이언 트에 공유 스토리지를 제공합니다. NAS 장치는 설치가 간단하고 운영이 편리해 저비 용 스토리지 솔루션을 제공합니다. 하지만 네트워크 연결이 하나뿐이라서 수신 데이 터 처리량이 제한되어 있고 이는 고성능 시스템에서 문제가 될 수 있습니다.

리던던트 스토리지

SAN 시스템은 스토리지 장치에 리던던시를 구축합니다. 스토리지 시스템에서의 리 던던시는 영상 또는 다른 모든 데이터를 하나 이상의 위치에 동시 저장할 수 있도록 해줍니다. 이를 통해 스토리지 시스템의 한 부분이 판독 불가능해질 경우 영상 복구 용 백업 자료를 마련할 수 있습니다. RAID(Redundant Array of Independent Disk), 데이터 복제, 서버 클러스터링, 다수 영상 수신자를 포함하여 IP 감시 시스템에서 이 러한 추가 스토리지 레이어를 제공하는 옵션은 여러 가지가 있습니다.

RAID

RAID는 정렬 표준 방식의 바로 사용 가능한 하드 드라이브로, 운영 체제는 이 를 하나의 큰 하드디스크로 간주합니다. RAID 설정은 여러 개의 하드디스크 드라이 브로 데이터를 확장시켜 하나의 디스 가 장애를 일으키더라도 데이터를 복구할 수 있습니다. RAID에는 여러 수준이 있는데, 실질적으로 리던던시가 전혀 없는 것에서 하드디스크 장애 발생 시, 데이터가 파괴 및 손실되지 않는 풀 미러드 솔루(fullmirrored solution)에 이르기까지 다양합니다.

다수 영상 수신자

재난 복구 및 네트워크 비디오에서의 오프사이트 저장을 보장하 는 일반적인 방식은 분리된 위치에 있는 2개의 다른 서버로 비디오를 동시에 전송하 는 것입니다. 이러한 서버에는 RAID를 장착할 수 있으며, 클러스터로 작동하거나 데 이터를 훨씬 더 멀리 떨어진 서버에 복제할 수도 있습니다. 이는 대량 수송 장치, 산 업 시설 등의 감시 시스템이 위험 지역에 있거나 출입이 어려운 구역에 있는 경우에 특히 유용한 방식입니다.

데이터 복제

이는 여러 네트워크 운영 체제의 공통적인 기능입니다. 네트워크의 파 일 서버는 상호 데이터 복제가 가능하도록 구성되어 있으므로 서버 한 대가 장애를 일으키면 백업이 제공됩니다.

 

서버 클러스터링

일반적인 서버 클러스터링 방식은 서버 2개를 RAID 시스템 같은 동 일한 스토리지 장치와 함께 작동시키는 것입니다. 서버 한 대가 장애를 일으켜도 똑 같이 구성된 다른 서버가 역할을 맡습니다. 이러한 서버는 동일한 IP 주소도 공유할 수 있는데, 소위 “페일오버(fail-over)”를 사용자에게 완전히 투명하게 만들어 줍니다.

SAN은 일반적으로 광섬유를 통해 하나 이상의 서버에 연결되어 있는 저장용 고속 특수 목적 네트워크입니다. 사용자는 서버를 통해 SAN 상의 모든 스토리지 장치 에 액세스할 수 있으며, 스토리지는 수백 테라바이트까지 확장될 수 있습니다. 중앙 집중식 스토리지를 사용하면 운영 부담을 줄일 수 있으며 다중 서버 환경에서 유연 한 고성능 스토리지 시스템을 제공합니다. 초 당 16기가바이트로 데이터를 전송하 고 대량의 데이터를 높은 수준의 리던던시로 저장할 수 있도록 광섬유 채널 기술이 일반적으로 사용됩니다. 

서버 기반 저장

서버 기반 저장에는 영상 관리 및 녹화를 위해 네트워크 비디오 제품에 로컬로 연 결된 PC 서버가 필요합니다. 서버는 영상을 로컬 하드 디스크(직접 연결 저장 장치, DAS로 불림)나 NAS에 녹화하는 영상 관리 소프트웨어 애플리케이션을 실행합니다.

PC 서버의 CPU, 네트워크 카드 및 내부 RAM(Random Access Memory)에 따라 서버 는 특정 수의 카메라, 초 당 프레임, 이미지 크기를 처리할 수 있습니다. 대부분의 PC 에는 몇 개의 하드디스크를 장착할 수 있으며 각 디스크는 최대 용량이 몇 테라바이 트에 달합니다. 예를 들어, AXIS Camera Station 영상 관리 소프트웨어를 사용할 경 우 Motion JPEG은 카메라 8 ~ 10대, H.264는 최대 15대의 카메라에서 촬영한 녹 물을 저장하는 데에는 하나의 하드 디스크만으로도 충분합니다.

시스템 구성

소규모 시스템 (1~30대의 카메라)

소규모 시스템은 일반적으로 비디오를 로컬 하드 디스크에 기록하는 감시 애플리케이션이 실행되는 한 대의 서버로 구성되어 있습니다. 비디오는 동일한 서버가 보며 관리합니다. 대부분의 보기 및 관리는 서버에서 실시되지만 클라이언트(로컬 또는 원격)를 동일한 목적으로 연결할 수 있습니다.

중규모 시스템 (25~100대의 카메라)

일반적인 중규모 시스템에는 추가 스토리지가 부착된 서버가 있습니다. 일반적으로 스토리지는 성능 및 신뢰성을 향상시키기 위해 RAID로 구성되어 있습니다. 비디오는 일반적으로 녹화 서버 자체가 아니라 클라이언트가 보며 관리합니다.

대규모 중앙집중식 시스템 (50~1000대의 카메라)

대규모 시스템은 대량의 데이터 및 대역폭을 관리하기 위해 높은 성능과 신뢰성이 필요합니다. 이는 다중의 전용 서버가 필요하다는 것을 의미합니다. 마스터 서버는 시스템을 제어하고, 어느 종류의 비디오가 어느 스토리지 서버에 저장되어야 하는지를 결정합니다. 전용 스토리지 서버가 있기 때문에 부하 분산을 실시할 수 있습니다. 이와 같은 설정에서는 필요한 경우 스토리지 서버를 추가하여 시스템을 확장할 수도 있으며, 전체 시스템을 끄지 않고도 유지관리를 실시할 수 있습니다.

대규모 분산형 시스템 (25~1000대의 카메라)

다중 사이트에 중앙집중식 관리가 적용된 감시가 필요한 경우, 분산형 녹화 시스템이 사용됩니다. 각 사이트는 로컬 카메라에서 비디오를 녹화하고 저장합니다. 마스터 컨트롤러는 각 사이트의 녹화물을 보고 관리할 수 있습니다.

카메라 해상도 비트 레이트 근사치 (Kbit/s) 초당 프레임 수 MB/시간 작동 시간 GB/일
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
30일 동안 카메라 3대의 총 저장량 = 135 GB

 

위의 수치는 동작이 많은 장면을 바탕으로 한 것입니다. 장면에 변화가 적은 경우, 수치가 20% 낮을 수 있습니다. 장면의 움직임 양은 필요한 저장 공간에 큰 영향을 줄 수 있습니다.

카메라해상도비트 레이트 근사치 (Kbit/s)초당 프레임 수MB/시간작동 시간GB/일No. 1CIF 1705 76.5 8 0.6 No. 2CIF 40015 180 8 1.4 No. 34CIF 88015 396 12 5 30일 동안 카메라 3대의 총 저장량 = 204 GB

 

Camera Resolution Bit Rate (Kbit/s) Frames per second MB/hour Hours of operation GB/day
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 for the 3 cameras and 30 days of storage = 1002 GB

 

대역폭 및 스토리지 계산

네트워크 비디오 제품은 구성에 기반하여 네트워크 대역폭과 저장 공간을 사용합니
다. 앞서 언급한 바와 같이, 이는 다음과 같은 요소에 따라 좌우됩니다:

  • 카메라 수량
  • 연속 녹화인지 이벤트 기반 녹화인지 여부
  • 카메라/비디오 엔코더에서의 로컬 녹화, 서버 기반 녹화 또 그 둘이 결합된
  • 형태인지 여부
  • 하루 중 카메라가 작동하는 시간
  • 초 당 프레임 수
  • 이미지 해상도
  • 비디오 압축 유형: H.264, MPEG-4, Motion JPEG
  • 장면: 이미지 복잡도(예: 회색 벽 또는 숲), 조명 조건, 모션 정도(사무실 환경또는 복잡한 기차역)
  • 데이터를 저장해야 하는 기간

대역폭 필요 사항

10대 이하의 카메라를 사용하는 소규모 감시 시스템에서는 대역폭 제한을 고려할 필요 없이 기본 100메가비트(Mbit) 네트워크 스위치를 사용할 수 있습니다. 이 정도 규모의 감시 시스템은 대부분의 회사에서 기존 네트워크를 활용하여 구축할 수 있 습니다. 

카메라를 10대 이상 구동하는 경우, 어림잡아 다음과 같이 네트워크 부하를 추정할 수 있습니다.

  • 높은 프레임 레이트로 고품질 영상을 제공하도록 구성된 카메라는 가용 네트워 크 대역폭의 2 ~ 3Mbit/s 정도를 사용합니다.
  • 12 ~ 15여 대의 카메라를 사용할 경우에는 기가비트 백본 스위치의 사용을 고려 합니다. 기가비트 지원 스위치를 사용할 경우 영상 관리 소프트웨어를 실행하는 서버에 기가비트 네트워크 어댑터를 설치해야 합니다.

대역폭 소모를 관리할 수 있는 기술에는 네트워크에 VLAN을 사용하거나 QoS(Quality of Service)를 활용하거나 이벤트에 의해 트리거되는 녹화를 활용하는 방법이 있습니 다. 이와 관련된 자세한 내용은 9장과 11장을 참조하십시오.