Consideraciones sobre ancho de banda y almacenamiento

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Herramienta de diseño de Axis

Uno de los recursos más útiles para realizar una estimación de las necesidades de ancho de banda y almacenamiento es la  Herramienta de diseño de Axis.

La Herramienta de diseño de Axis incluye una funcionalidad avanzada de gestión de proyectos que permite calcular los requisitos de ancho de banda y almacenamiento de un sistema grande y complejo.

Los requisitos de ancho de banda y almacenamiento de red son aspectos importantes en el diseño de sistemas de videovigilancia. Entre los factores se incluyen el número de cámaras, la resolución de imagen utilizada, el tipo y relación de compresión, frecuencias de imagen y complejidad de escenas. Este capítulo ofrece algunas pautas en el diseño de un sistema, junto con información sobre soluciones de almacenamiento y varias configuraciones de sistema.

Cálculo en MPEG-4

Velocidad binaria aprox./8 (bits en un byte) x 3.600s = KB por hora/1.000 = MB por hora
MB por hora x horas de funcionamiento diarias/1.000 = GB por día
GB por día x periodo de almacenamiento solicitado = Necesidades de almacenamiento
Nota: La fórmula no tiene en cuenta la cantidad de movimiento, factor importante que puede influir en el tamaño del almacenamiento requerido.

Cálculo en Motion JPEG

Tamaño de imagen x imágenes por segundo x 3.600s = kilobyte (KB) por hora/1.000 = megabyte (MB)
MB por hora x horas de funcionamiento diarias/1.000 = gigabyte (GB) por día
GB por día x periodo de almacenamiento solicitado = Necesidades de almacenamiento

NAS y SAN

Cuando los requisitos de almacenamiento y gestión de datos superan los límites de un almacenamiento de conexión directa, un almacenamiento en red tipo NAS o una red de área de almacenamiento (SAN) ofrecen la flexibilidad, las opciones de recuperación y el espacio necesarios.

Un NAS es un único dispositivo de almacenamiento que se conecta directamente a una LAN y ofrece almacenamiento compartido a todos los clientes de la red. Un dispositivo NAS es fácil de instalar y de administrar, y se trata de una solución de almacenamiento de bajo coste. Sin embargo, su capacidad para la recepción de datos es limitada, ya que solo cuenta con una conexión de red, lo que puede suponer un problema en sistemas de alto rendimiento.

Almacenamiento redundante

Los sistemas SAN aportan redundancia al dispositivo de almacenamiento. En un sistema de almacenamiento, la redundancia permite guardar el vídeo, o cualquier otro dato, simultáneamente en más de un sitio. Esto abre la puerta a recuperar el vídeo si una parte del sistema de almacenamiento deja de ser legible por algún motivo.

Existen diferentes opciones para disponer de un nivel de almacenamiento extra en un sistema de vigilancia IP, como un sistema RAID (matriz redundante de discos independientes), la replicación de datos, los clústeres de servidores y el uso de distintos destinatarios del vídeo.

RAID

RAID es un método de organización de discos duros estándar que convierte estos diferentes discos en uno solo a ojos del sistema operativo. Una configuración RAID distribuye los datos por diferentes discos duros con un nivel de redundancia suficiente para poder recuperar los datos si un disco falla. Existen diferentes niveles de RAID, desde la ausencia prácticamente total de redundancia hasta una solución con una duplicación absoluta, en que no existe riesgo de interrupción del servicio ni de pérdida de datos en caso de fallo de un disco duro.

Varios destinatarios del vídeo

Una solución usada habitualmente para proteger los datos en caso de desastre y almacenar el vídeo en red fuera de las instalaciones consiste en el envío del vídeo a dos servidores diferentes situados en lugares distintos. Y estos servidores, a su vez, pueden incorporar el método RAID, funcionar en clústeres o replicar los datos con servidores para añadir un nivel extra de protección. Este enfoque es especialmente útil cuando los sistemas de vigilancia se encuentran en lugares peligrosos o de difícil acceso, como instalaciones en transportes públicos o plantas industriales.

Replicación de datos

Se trata de una función habitual en muchos sistemas operativos en red. Los servidores de archivos de una red están configurados para replicar los datos de los demás servidores, para disponer de una copia de seguridad si alguno falla.

 

Clúster de servidores

Uno de los sistemas de clústeres de servidores más habitual es que dos servidores trabajen con el mismo dispositivo de almacenamiento, como un sistema RAID. Cuando un servidor falla, toma el relevo el otro (con una configuración idéntica). Estos servidores pueden compartir incluso la misma dirección IP, por lo que la conmutación automática es completamente transparente para los usuarios.

Las SAN son redes de alta velocidad destinadas específicamente a fines de almacenamiento, que suelen conectarse a uno o varios servidores a través de una conexión de fibra. Los usuarios pueden acceder a cualquiera de los dispositivos de almacenamiento de la SAN a través de los servidores, y la capacidad de almacenamiento puede llegar hasta varios cientos de terabytes. El almacenamiento centralizado reduce la parte de administración y ofrece un sistema flexible y de alto rendimiento ideal para entornos con varios servidores. La tecnología de canal de fibra se utiliza normalmente para conseguir transferencias de datos a cuatro gigabits por segundo y para almacenar grandes cantidades de datos con un alto nivel de redundancia.

Almacenamiento basado en el servido

En función de la CPU del servidor de PC, la tarjeta de red y la RAM interna, un servidor puede gestionar un determinado número de cámaras, imágenes por segundo y tamaño de imágenes. La mayoría de los PC admiten entre dos y cuatro discos duros con una capacidad cada uno que puede llegar a aproximadamente 300 gigabytes (GB). En una instalación entre pequeña y media, el PC que ejecuta el software de gestión de vídeo también se utiliza para la grabación de vídeo. Esto se denomina almacenamiento directamente conectado.

Por ejemplo, un disco duro con el software de gestión de vídeo AXIS Camera Station está preparado para almacenar grabaciones procedentes de seis hasta ocho cámaras. De 12 hasta 15 cámaras, se deben utilizar al menos dos discos duros para dividir la carga. Para 50 cámaras o más, se recomienda utilizar un segundo servidor.

Configuraciones de sistema

Sistema pequeño (de 1 a 30 cámaras)

Un sistema pequeño está formado normalmente por un servidor en el que se ejecuta la aplicación de vigilancia, que graba el vídeo en un disco duro local. La visualización y la gestión del vídeo se realizan en el mismo servidor. Aunque gran parte de la visualización y la gestión se realizan desde el propio servidor, es posible conectar un cliente (local o remoto) para hacer lo mismo.

Sistema mediano (de 25 a 100 cámaras)

Una instalación mediana típica tiene un servidor conectado a un dispositivo de almacenamiento adicional. El almacenamiento suele estar configurado con RAID para mejorar su rendimiento y fiabilidad. El vídeo se visualiza y se gestiona normalmente desde un cliente y no desde el propio servidor de grabación.

Sistema grande centralizado (de 50 a +1.000 cámaras)

Una instalación de gran tamaño exige unos altos niveles de rendimiento y fiabilidad para poder gestionar una enorme cantidad de datos y ancho de banda. Y ello requiere el uso de diferentes servidores con tareas específicas. Un servidor maestro controla el sistema y decide qué tipo de vídeo se guarda en cada servidor de almacenamiento. Como hay distintos servidores de almacenamiento dedicados, es posible equilibrar la carga. En una configuración de este tipo, es posible ampliar el sistema añadiendo más servidores de almacenamiento cuando sea necesario y también realizar tareas de mantenimiento sin necesidad de parar todo el sistema.

Sistema grande distribuido (de 25 a +1.000 cámaras)

Cuando es necesario vigilar varios centros con un sistema de gestión centralizado, lo más práctico es usar sistemas de grabación distribuidos. Cada centro graba y almacena el vídeo de las cámaras locales. Y el controlador maestro puede visualizar y gestionar las grabaciones de cada centro.

Cámara Resolución Velocidad binaria aprox. (kbps) Imágenes por segundo MB/hora Horas de funciona-miento GB/día
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
Capacidad total para las 3 cámaras y 30 días de almacenamiento = 135 GB

 

Las cifras anteriores están basadas en muchos movimientos en una escena. Con algunos cambios en una escena, las cifras pueden ser un 20% inferiores. La cantidad de movimiento de una escena puede tener un gran impacto en el almacenamiento requerido.

Cámara

Resolución

Velocidad binaria aprox. (kbps)

Imágenes por segundo

MB/hora

Horas de funciona-miento

GB/día

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

Capacidad total para las 3 cámaras y 30 días de almacenamiento = 204 GB

 

Cámara Resolución Velocidad binaria aprox. (kbps) Imágenes por segundo MB/hora Horas de funciona-miento GB/día
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
Capacidad total para las 3 cámaras y 30 días de almacenamiento = 1.002 GB

 

Cálculos de ancho de banda y almacenamiento

La cantidad de ancho de banda de red y espacio de almacenamiento utilizada por los productos de vídeo en red depende de su configuración. Como ya hemos apuntado antes, los factores determinantes son:

  • Número de cámaras
  • Tipo de grabación elegida: continua o basada en eventos
  • Número de horas al día durante las que graba la cámara
  • Fotogramas por segundo
  • Resolución de la imagen
  • Tipo de compresión de vídeo: Motion JPEG, MPEG-4, H.264
  • Entorno: complejidad de la imagen (por ejemplo, una pared gris o un bosque), condiciones de iluminación y cantidad de movimiento (una oficina o una estación de tren muy transitada)
  • Tiempo que se guardan las imágenes

Necesidades de ancho de banda

En un sistema de vigilancia pequeño con entre 8 y 10 cámaras, se puede usar un switch de red básico de 100 megabits (Mbit) sin necesidad de tener en cuenta las limitaciones en cuanto a ancho de banda. La mayoría de las empresas pueden instalar un sistema de vigilancia de estas dimensiones usando su red existente.

Al instalar 10 cámaras o más, es posible realizar una estimación de la carga de la red con estos principios básicos:

  • Una cámara configurada para transmitir imágenes de alta calidad a velocidades de fotogramas altas usará aproximadamente 2 o 3 Mbit/s del ancho de banda de red disponible.
  • Con más de 12 o 15 cámaras, hay que pensar en usar un switch con una red gigabit detrás. Cuando se utiliza un switch compatible con una red gigabit, el servidor en el que se ejecuta el software de gestión de vídeo deber tener instalado un adaptador de red gigabit.

Entre las tecnologías que permiten gestionar el consumo de ancho de banda, encontramos el uso de VLAN en una red con switches, Calidad de Servicio y grabación basada en eventos.