Considerações sobre largura de banda e espaço de armazenamento

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AXIS Design Tool

Uma ferramenta útil para estimar os requisitos de largura de banda e armazenamento é a AXIS Design Tool.

A AXIS Design Tool inclui a funcionalidade de gerenciamento avançado de projetos, que permite calcular a largura de banda e o armazenamento para um sistema de grande porte e complexo.

A largura de banda de rede e o espaço de armazenamento necessários são fatores importantes no projeto de um sistema de vigilância por vídeo. Entre os fatores estão o número de câmeras, a resolução de imagem usada, o tipo e a proporção de compactação, as taxas de quadro e a complexidade da cena. Este capítulo apresenta algumas diretrizes de projeto de um sistema, além de informações sobre soluções de armazenamento e várias configurações de sistema.

Cálculo para o formato MPEG-4

Velocidade aproximada / 8 (bits em um byte) x 3600s = KB por hora / 1000 = MB por hora
MB por hora x horas de operação diária / 1000 = GB por dia
GB por dia x período de armazenamento previsto = espaço de armazenamento necessário
Observação: a fórmula não leva em conta a quantidade de movimento, que é um fator importante que pode influenciar o espaço de armazenamento necessário.

Cálculo para o formato Motion JPEG

Tamanho da imagem x quadros por segundo x 3600s = Kilobyte (KB) por hora /1000 = Megabyte (MB) por hora
MB por hora x horas de operação diária / 1000 = Gigabyte (GB) por dia
GB por dia x período de armazenamento previsto = espaço de armazenamento necessário

NAS e SAN

Quando o volume de dados armazenados e requisitos de gerenciamento excedem os limites de um armazenamento de conexão direta, um NAS (Network-Attached Storage, Armazenamento de Conexão com a Rede) ou SAN (Storage Area Network, Rede de Área de Armazenamento) proporciona maior espaço de armazenamento, flexibilidade e capacidade de recuperação.

O NAS fornece um único dispositivo de armazenamento, que está diretamente conectado a uma LAN, e oferece armazenamento compartilhado para todos os clientes na rede. Um dispositivo de NAS é simples de instalar e fácil de administrar, constituindo uma solução econômica de armazenamento. Entretanto, ele oferece velocidade limitada para o recebimento de dados, pois tem apenas uma conexão de rede, e isso pode se tornar um problema em sistemas de alta velocidade.

Armazenamento redundante

Os sistemas de SAN incorporam redundância ao dispositivo de armazenamento. A redundância em um sistema de armazenamento permite que vídeos ou qualquer outro tipo de dados sejam gravados simultaneamente em mais de um local. Isso fornece um backup para a recuperação de vídeos, caso uma parte do sistema de armazenamento torne-se ilegível.

Há uma série de opções para fornecer essa camada de armazenamento adicionado em um sistema de Vigilância IP, incluindo RAID, replicação de dados, cluster de servidores e vários destinatários de vídeos.

RAID

RAID (Redundant Array of Independent Disks, Matriz Redundante de Discos Independentes) é um método de disposição de discos rígidos padrão, disponíveis no mercado, de forma que o sistema operacional os consulte como um único disco rígido de grande capacidade. Uma configuração de RAID espalha os dados por várias unidades de disco rígido com redundância suficiente para que os dados possam ser recuperados em caso de falha de um disco. Existem níveis diferentes de RAID, desde praticamente nenhuma redundância até uma solução integralmente espelhada na qual não exista interrupção nem perda de dados em caso de falha de um disco rígido.

Vários destinatários de vídeos

Um método comum para garantir a recuperação de desastres e o armazenamento remoto de vídeo em rede é enviar simultaneamente o vídeo para dois servidores diferentes em locais separados. Esses servidores podem ser equipados com RAID, operar em clusters ou replicar seus dados com servidores ainda mais afastados. Essa é uma abordagem especialmente útil quando os sistemas de vigilância estão em áreas perigosas ou de difícil acesso, como em instalações de trânsito de massa ou instalações industriais.

Replicação de dados

Esse é um recurso comum de muitos sistemas operacionais de rede. Os servidores de arquivos em uma rede são configurados para replicar os dados entre si, criando um backup se um servidor falhar.

 

Cluster de servidores

Um método comum de cluster de servidores é fazer com que dois servidores funcionem com o mesmo dispositivo de armazenamento, como um sistema RAID. Quando um servidor falha, o outro servidor configurado de maneira idêntica assume sua função. Esses servidores podem até ter o mesmo endereço IP, cada um realizando o “failover&rdquo em total transparência para os usuários.

SANs são redes dedicadas de alta velocidade para armazenamento, normalmente conectadas a um ou mais servidores através de fibra. Os usuários podem ter acesso a qualquer um dos dispositivos de armazenamento na SAN através dos servidores, e o espaço de armazenamento pode chegar a centenas de terabytes. O armazenamento centralizado reduz a necessidade de administração e proporciona um sistema de armazenamento flexível e de alto desempenho para uso em ambientes com vários servidores. A tecnologia Fiber Channel é normalmente usada para transferir dados a 4 gigabits por segundo e permitir o armazenamento de grandes quantidades de dados com alto nível de redundância.

Armazenamento em servidor

Dependendo da unidade central de processamento (CPU), da placa de rede e da RAM interna (Memória de Acesso Aleatório) de um PC servidor, ele pode dar conta de um determinado número de câmeras, quadros por segundo e tamanho de imagens. A maioria dos PCs pode conter entre duas e quatro unidades de disco rígido, e cada disco pode conter até aproximadamente 300 gigabytes (GB). Em uma instalação de pequeno ou médio porte, o PC em que o software de gerenciamento de vídeo está instalado também é usado para gravação de vídeo. Esse método de armazenamento é chamado “conexão direta”.

Com o software de gerenciamento de vídeo AXIS Camera Station, por exemplo, um único disco rígido basta para armazenar gravações de seis a oito câmeras. Com mais de 12 ou 15 câmeras, devem ser usados ao menos dois discos rígidos para dividir a carga. Para 50 câmeras ou mais, recomenda-se usar um segundo servidor.

Configurações de sistema

Sistema de pequeno porte (1 a 30 câmeras)

Um sistema de pequeno porte normalmente consiste em um servidor com um aplicativo de vigilância instalado para gravar as imagens de vídeo em um disco rígido local. O vídeo é visto e gerenciado no mesmo servidor. Embora a maior parte da visualização e do gerenciamento ocorra no servidor, um cliente (local ou remoto) pode ser conectado para a mesma finalidade.

Sistema de médio porte (25 a 100 câmeras)

Uma instalação de médio porte típica tem um servidor com armazenamento adicional conectado a ela. Normalmente, o armazenamento é configurado com RAID para melhorar o desempenho e a confiabilidade. O vídeo é exibido e gerenciado através de um cliente, e não do próprio servidor de gravação.

Sistema centralizado de grande porte (50 a mais de 1.000 câmeras)

Uma instalação de grande porte exige alto desempenho e confiabilidade para gerenciar os grandes volumes de dados e largura de banda. Isso exige vários servidores com tarefas dedicadas. Um servidor mestre controla o sistema e decide que tipo de vídeo será armazenado em qual servidor de armazenamento. Como há servidores dedicados de armazenamento, é possível realizar o equilíbrio da carga. Nessa configuração, também é possível ampliar o sistema com a inclusão de mais servidores de armazenamento quando for necessário e realizar trabalhos de manutenção sem desativar todo o sistema.

Sistema distribuído de grande porte (25 a mais de 1.000 câmeras)

Quando vários locais precisam de vigilância com gerenciamento centralizado, é possível usar sistemas distribuídos de gravação. Cada local grava e armazena o vídeo das câmeras locais. O controlador mestre pode visualizar e gerenciar as gravações de cada local.

Câmera Resolução Velocidade aproximada (Kbit/s) Quadros por segundo MB/hora Horas de operação GB/dia
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 para as 3 câmeras e 30 dias de armazenamento = 135 GB

 

Os números acima são baseados em muita movimentação em uma cena. Se houver menos mudanças em uma cena, os números podem ser 20% menores. A quantidade de movimento em uma cena pode afetar muito o espaço de armazenamento necessário.

Câmera

Resolução

Velocidade aproximada (Kbit/s)

Quadros por segundo

MB/hora

Horas de operação

GB/dia

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 para as 3 câmeras e 30 dias de armazenamento = 204 GB

 

Câmera Resolução Velocidade aproximada (Kbit/s) Quadros por segundo MB/hora Horas de operação GB/dia
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 para as 3 câmeras e 30 dias de armazenamento = 1002 GB

 

Cálculos de largura de banda e armazenamento

Os produtos de vídeo em rede utilizam a largura de banda e o espaço de armazenamento com base em suas configurações. Como mencionado anteriormente, isso dependerá do seguinte:

  • Quantidade de câmeras.
  • Se a gravação será contínua ou voltada para um evento.
  • Número de horas por dia em que a câmera estará gravando.
  • Quadros por segundo
  • Resolução da imagem
  • Tipo de compressão de vídeo: JPEG em movimento, MPEG-4, H.264
  • Cenário: complexidade da imagem (por exemplo, parede cinza ou uma floresta), condições de iluminação e quantidade de movimento (ambiente de escritório ou estações de trem lotadas)
  • Por quanto tempo os dados devem ser armazenados

Necessidades de largura de banda

Em um sistema de vigilância de pequeno porte, com 8 a 10 câmeras, é possível usar um switch de rede básico de 100 megabits (Mbit) sem a necessidade de pensar em limitações de largura de banda. A maioria das empresas pode implementar um sistema de vigilância desse porte usando a rede existente.

Ao implementar 10 ou mais câmeras, a carga da rede pode ser estimada utilizando algumas regras básicas:

  • uma câmera que está configurada para fornecer imagens de alta qualidade em altas taxas de quadros utilizará aproximadamente 2 a 3 Mbit/s de largura de banda da rede disponível.
  • Com mais de 12 a 15 câmeras, considere o uso de um switch com backbone em gigabit. Se um switch de suporte em gigabit for usado, o servidor que executa o software de gerenciamento de vídeo deverá ter um adaptador de rede para gigabit instalado.

As tecnologias que permitem o gerenciamento do consumo de largura de banda incluem o uso de VLANs em uma rede comutada, Qualidade de Serviço e gravações com base em eventos.