Полоса пропускания и объем памяти

Следующий раздел: Локальная запись данных

AXIS Design tool

 AXIS Design Tool - это полезный инструмент для оценки потребностей в пропускной способности и устройствах хранения данных.

AXIS Design Tool имеет мощные функции проектирования, позволяющие рассчитывать требования к пропускной способности и устройствам хранения данных для больших и сложных систем.

Требования к полосе пропускания сети и объему памяти являются важными факторами при разработке системы охранного видеонаблюдения. Они включаются в себя количество камер, используемое разрешение изображения, тип и уровень сжатия, частоту кадров и сложность объекта. В данной главе приводится руководство по проектированию системы, а также информация по решениям для хранения информации и различным конфигурациям системы.

Расчет для MPEG-4

Примерная скорость передачи / 8 (битов в байте) х 3 600 с = Кб в час / 1 000 = Мб в час
Mб в час х количество часов работы в день / 1 000 = Гб в сутки
Гб в сутки х требуемый период хранения = требуемый объем памяти
Примечание. Данная формула не принимает во внимание количество движений, являющееся важным фактором, влияющим на требования к объему памяти.

Расчет для Motion JPEG

Размер изображения х количество кадров в секунду х 3 600 с = Kб в час / 1 000 = Mб в час
Mб в час х количество часов работы в день / 1 000 = Гб в сутки
Гб в сутки х требуемый период хранения = требуемый объем памяти

NAS и SAN

Если количество сохраняемых данных и потребности в управлении превышают возможности устройства хранения данных с непосредственным подключением, повысить емкость хранения данных и гибкость и улучшить возможности восстановления можно за счет применения сетевых накопителей (NAS) или сети хранения данных (SAN).

Сетевое устройство хранения данных (NAS) - это одиночное устройство, непосредственно подключаемое к сети и совместно используемое для хранения записей всеми клиентами сети. NAS-устройства просты в установке и администрировании и предоставляют недорогое решение для хранения данных. Однако их пропускная способность для входных данных ограничена, поскольку они имеют только одно соединение с сетью, что может представлять проблему в системах с высокими требованиями к производительности.

Резервированные системы хранения данных

SAN-системы обладают встроенным резервированием. Резервирование - это хранение видео и любых других данных одновременно в нескольких местах. Это позволяет восстановить видео из резервной копии, если часть системы хранения данных выйдет из строя.

Существует множество вариантов добавления такого уровня хранения данных к системе видеонаблюдения на базе IP-сети - в том числе дисковые RAID-конфигурации, репликация данных, кластеризация серверов, передача видео нескольким получателям.

RAID

RAID - это метод объединения нескольких стандартных серийных жестких дисков в конфигурацию, которая с точки зрения операционной системы выглядит как один большой жесткий диск. В RAID-конфигурации данные распределяются по нескольким дискам с избыточностью, достаточной для восстановления в случае отказа одного из дисков. Существует несколько уровней RAID, от практически не имеющих избыточности до полностью зеркалированных решений, в которых в случае отказа одного из жестких дисков не происходит сбоя доступа и потери данных.

Передача видео нескольким получателям

Распространенный способ обеспечения катастрофоустойчивости и внешнего хранения сетевого видео - одновременная передача видео на два разных сервера, установленных в разных местах. Эти серверы могут быть оборудованы RAID-массивами, могут работать в кластерах или реплицировать данные дальше. Такой подход особенно полезен для систем видеонаблюдения, развернутых в опасных или труднодоступных зонах, например, на транспорте или на промышленных предприятиях.

Репликация данных

Это распространенная функция многих сетевых операционных систем. Файловые серверы в сети настраивают таким образом, чтобы они реплицировали данные друг друга. В результате в случае отказа одного из серверов его данные сохраняются в резервной копии.

 

Кластеризация серверов

Типичный вариант кластеризации серверов - работа двух серверов с общим устройством хранения данных, например, RAID-массивом. В случае отказа одного из серверов нагрузку принимает на себя второй сервер, имеющий идентичную конфигурацию. Эти серверы могут даже иметь один и тот же IP-адрес, в результате чего аварийное переключение на резерв будет полностью прозрачным для пользователей.

Сеть хранения данных (SAN) - это высокоскоростная специализированная сеть для хранения данных, обычно связанная с одним или несколькими серверами оптоволоконными каналами. Пользователи могут обращаться ко всем устройствам хранения в сети SAN через серверы, а емкость системы можно масштабировать до сотен терабайт. Централизованное хранение данных снижает административную нагрузку и позволяет организовать высокопроизводительную гибкую систему хранения данных для сред с несколькими серверами. В таких системах, как правило, применяется технология Fiber Channel, обеспечивающая передачу данных со скоростью 4 Гбит/с и позволяющая сохранять большие объемы данных при высоком уровне резервирования.

Хранение данных на базе сервера

В зависимости от процессора серверного ПК, сетевой карты и внутреннего ОЗУ сервер может поддерживать определенное количество камер, а также определенную частоту кадров в секунду и размер изображения. Большинство ПК содержат от 2 до 4 жестких дисков, объем каждого из которых может достигать 300 Гб. В маленьких и средних системах ПК, на котором установлено ПО для управления видео, используется также для видеозаписи. Это называется хранилище, подключенное напрямую.

С ПО для управления видео AXIS Camera Station на одном жестком диске можно хранить записи с 6-8 камер. Если у вас 12-15 камер, для распределения нагрузки вам потребуется по крайней мере два жестких диска. Для 50 и более камер рекомендуется использовать второй сервер.

Конфигурация системы

Небольшая система (от 1 до 30 камер)

Небольшая система обычно состоит из одного сервера, на котором работает ПО видеонаблюдения, записывающее видео на локальный жесткий диск. Просмотр и управление видео осуществляются на том же сервере. Хотя в большинстве случаев просмотр и управление выполняются на сервере, возможно подключение для этих же целей клиентского компьютера (локального или удаленного).

Средняя система (от 25 до 100 камер)

В типичной системе среднего размера имеется сервер с подключенным дополнительным устройством хранения данных. Устройство хранения данных обычно имеет конфигурацию RAID для повышения производительности и надежности. Просмотр и управление видео, как правило, осуществляются в основном с клиентского компьютера, а не с самого сервера видеозаписи.

Большая централизованная система (от 50 до 1000 и более камер)

В системах большого размера для управления большими объемами данных и высокой пропускной способности необходимо использовать оборудование с высокой производительностью и надежностью. Это подразумевает применение нескольких выделенных серверов для разных задач. Главный сервер управляет системой и решает, какие видеозаписи на каком сервере хранения данных будут храниться. Наличие нескольких серверов хранения данных позволяет применять выравнивание нагрузки. В такой конфигурации можно масштабировать систему, добавляя по мере необходимости новые серверы хранения данных, и выполнять техническое обслуживание системы без ее полной остановки.

Большая распределенная система (от 25 до 1000 и более камер)

Если требуется видеонаблюдение за несколькими площадками с централизованным управлением, можно использовать распределенные системы записи. На каждой площадке записывается и сохраняется видео с местных камер. Главный контроллер системы может просматривать видео со всех площадок и управлять им.

Камера Разрешение Примерная скорость передачи данных
(в кбит/с)
Частота кадров в секунду Мб/ час Часы работы Гб/ день
No. 1 Формат CIF 110 5 49.5 8 0.4
No. 2 Формат CIF 250 15 112.5 8 0.9
No. 3 Формат 4CIF 600 15 270 12 3.2
Общий объем для 3 камер и 30 дней хранения = 135 Гб

 

Приведенные выше цифры основаны на количестве движений в зоне наблюдения. С меньшим количеством изменений в зоне наблюдения цифры могут снизиться на 20 %. Количество движений может иметь большое значение для требований к объему памяти.

Камера

Разрешение

Примерная скорость передачи данных
(в кбит/с)

Частота кадров в секунду

Мб/ час

Часы работы

Гб/ день

No. 1

Формат CIF

170

5

76.5

8

0.6

No. 2

Формат CIF

400

15

180

8

1.4

No. 3

Формат 4CIF

880

15

396

12

5

Общий объем для 3 камер и 30 дней хранения = 204 Гб

 

Камера Разрешение Примерная скорость передачи данных
(в кбит/с)
Частота кадров в секунду Мб/ час Часы работы Гб/ день
No. 1 Формат CIF 13 5 234 8 1.9
No. 2 Формат CIF 13 15 702 8 5.6
No. 3 Формат 4CIF 40 15 2160 12 26
Общий объем для 3 камер и 30 дней хранения = 1002 Гб

 

Расчет требований к пропускной способности и устройствам хранения данных

Требования сетевой системы видеонаблюдения к пропускной способности сети и устройствам хранения данных зависят от ее конфигурации. Как уже говорилось, сюда относятся:

  • Количество камер
  • Режим записи - непрерывный или по событиям
  • Количество часов в день, в течение которых ведется запись
  • Частота кадров
  • Разрешение изображения
  • Тип сжатия видео: Motion JPEG, MPEG-4, H.264
  • Характер наблюдаемых объектов: Сложность изображения (например, серая стена или лес), условия освещения, интенсивность движения (офисное помещение или людный вокзал)
  • Необходимый срок хранения данных

Требования к пропускной способности

В небольшой системе видеонаблюдения, насчитывающей от 8 до 10 камер, можно использовать простой 100-мегабитный сетевой коммутатор, не заботясь об ограничениях пропускной способности. В большинстве компаний такую систему видеонаблюдения можно реализовать на базе существующей сети.

При построении системы с 10 и более камерами нагрузку на сеть можно оценить с помощью нескольких простых правил:

  • Камера, настроенная на выдачу высококачественного изображения при высокой частоте кадров, потребляет примерно 2 - 3 Мбит/с доступной пропускной способности сети.
  • Если в системе больше 12 - 15 камер, стоит подумать о применении коммутатора с гигабитной магистралью. Если используется гигабитный коммутатор, сервер, на котором работает программное обеспечение для управления видео, должен иметь гигабитный сетевой адаптер.

Для управления потреблением пропускной способности можно применять такие технологии, как виртуальные частные сети в коммутируемой сети, Quality of Service и запись по событиям.