СХД для видеонаблюдения

Системы видеонаблюдения (CCTV) пережили быстрый переход с аналоговых камер на цифровые. Современные IP-камеры дают качество изображения, которого не было.

Особенности

В состав цифровых CCTV входят:

• IP-камеры;
• сетевой видеорекордер (NVR);
• сетевая инфраструктура;
• хранилище видеоинформации.

Медиасервер получает от камер кадры, преобразует их в операции ввода-вывода и записывает данные в СХД.

Для простых систем возможно совмещение функций видеорекордера и хранилища в одном устройстве. Для большого количества камер это невозможно.

Работа CCTV с СХД предполагает последовательность операций:

1. Каждая IP-камера генерирует последовательный поток данных, которые записываются в видеоархив. Это многопоточная нагрузка при записи.
2. Видео воспроизводится из архива. Происходит последовательная операция чтения, которая производится одним или несколькими потоками. Это многопоточная нагрузка при чтении.

Наилучшим образом CCTV работает, когда алгоритм не предусматривает постоянного просмотра видеозаписей из архива на нескольких рабочих местах. Мониторинг в реальном времени не требует постоянного чтения данных, а просмотр по одному архивному ролику время от времени не создаёт большой нагрузки. В этом режиме 90% действий являются операциями записи.

При постоянном просмотре видео из архива несколькими потоками нагрузка на хранилище, при том же количестве камер, значительно возрастает. В этом случае  необходимо повысить производительность устройства хранения или уменьшить число камер.

Иногда СХД непреднамеренно теряют кадры. Это вызвано тем, что:

1. Хранилище не справляется со скоростью передачи видео из-за количества камер, параметров сжатия, разрешения и частоты кадров.
2. NVR не успевает обрабатывать все кадры.

По мере увеличения количества камер с высоким разрешением всё больше кадров отбрасывается.

Отбрасывание кадров допускается некоторыми видео приложениями. На экране это выглядит как притормаживание движения. Однако, для систем безопасности потеря кадров недопустима. Это нужно учитывать при проектировании.

Потеря кадров — это мера качества видео в видеонаблюдении. Качество видео можно считать функцией от масштабируемости.

В CCTV используется всё больше камер, а к качеству изображения предъявляются всё новые требования: от распознавания и слежения до аналитики. Переход на цифровые камеры обеспечил не только повышения разрешения видеозаписей, но и приемлемый размер файлов. Что, вкупе с удешивившимися накопителями, предоставило возможность долго хранить видеоинформацию. Речь идёт о месяцах и даже годах. Поэтому важной характеристикой систем видеонаблюдения является масштабируемость.

Ключевые функции хранилища:

• высокая производительность;
• низкие задержки;
• блокировка доступа к одним и тем же данным;
• масштабируемость.

Производительность СХД зависит от количества дисков и скорости работы каждого накопителя в отдельности.

Производительность камер определяется как число каналов, разрешение видео, количество кадров в секунду и используемого метода сжатия.

В ИТ-сетях под производительностью понимают пропускную способность, скорость переключения коммутаторов или маршрутизаторов, время задержки в передаче пакетов.

Даже частичная потеря данных при сохранении видеоинформации может привести к потере всего видеопотока. Это недопустимо ни в момент записи, ни при хранении, ни во время чтения.

NAS vs DAS

DAS

Этот внутренний тип хранилища данных традиционно используется для систем видеонаблюдения «всё в одном». Это устройство, к которому непосредственный доступ имеет видеорекордер. NVR напрямую использует его диски для хранения видеозаписей.

Система видеонаблюдения с использованием DAS.

Масштабирование DAS ограничено. При добавлении некоторого количества камер, возрастает объём видеоданных. В связи с этим:

• NVR может перестать успевать обрабатывать поступающую информацию — необходимо будет докупать ещё одно устройство;
• ёмкостей накопителей может не хватить — нужно устанавливать дополнительные диски;
• количество дисков в DAS ограничено — потребуется добавлять ещё одно хранилище;
• программное обеспечение, способное работать с NVR и DAS, может не поддерживать большее количество устройств, в первую очередь камер, — встанет вопрос о замене ПО.

По мере увеличения числа камер до нескольких десятков или сотен, DAS не сможет выполнять свои функции.

Это заставляет переориентироваться на внешние устройства. К ним относятся:

• СХД с доступом по Fibre Channel (SAN) и записью данных блоками;
• СХД с доступом по IP-сетям (NAS) и записью данных в файлы.

У этих типов разные скорости передачи и методы хранения. NAS использует файловую систему, что оборачивается дополнительным уровнем управления и протоколами.

Рис. 3 Сравнение архитектуры SAN и NAS.

NAS

В архитектуре системы видеонаблюдения с использованием NAS есть сервер, обеспечивающий доступ к хранилищу на уровне файлов. Он находится между NVR и NAS. Ему требуются собственные протоколы связи CIFS/NFS.

NAS хорошо работает в ситуациях, когда не требуется интенсивной многопотоковой записи данных и одновременного многопотокового чтения. Т.е. при высоких нагрузках СХД может не справляться.

Доступ на уровне файлов существенно замедляет работу.

Многие приложения видеонаблюдения, рассчитанные на большое количество камер, не работают напрямую с NAS. 

В связи с вышеуказанным, наиболее частое применение таких хранилищ — размещение долгосрочных архивов видеозаписей. Запись в реальном времени лучше вести на SAN.

Использование каждого из вариантов основано на конкретных характеристиках системы видеонаблюдения. Общие требования к СХД CCTV:

• высокая производительность;
• низкая задержка записи;
• минимальная или нулевая потеря кадров.

Использование видеорегистраторами внутреннего фиксированного незаполненного хранилища вместо более экономически эффективного, масштабируемого и надёжного внешнего IP-хранилища — вот суть противопоставления DAS и NAS.

Рекомендации

Желательно разделить СХД на места для онлайн записи и места, где будут лежать долгосрочные архивы. Видео должно храниться в надёжно защищённых и хорошо доступных местах. Создайте надёжные правила управления жизненным циклом видеозаписей для обеспечения их целостности и доступности.

Система должна быть гибкой и легко масштабируемой. Сотрудники, подбирающие оборудования для хранения данных, обязаны иметь в виду перспективы развития чтобы не оказалось, что при увеличении количества камер нужно будет менять основные устройства. С этой точки зрения опора на стоимость владения, являющаяся сейчас одним из основных критериев выбора оборудования, может оказаться ошибочной.

Для обеспечения гарантированной доступности данных желательно использовать дублирование каналов. То есть устанавливать по два сетевых адаптера в сервер и хранилище. Если используется свич или роутер, то лучше сделать их количество избыточным.

Такой подход обеспечит простоту использования, прозрачность, требуемую пропускную способность, безопасность и отказоустойчивость.

В NVR должны быть достаточны:

• CPU;
• память;
• скорость сетевого порта.

На сетевой карте видеорегистратора можно включить опцию Jumbo Frame. Это улучшит производительность и снизит нагрузку на процессор.

Лучше выбирать сетевые карты с набором функций по разгрузке TCP. Это также снизит загруженность CPU NVR. 

При наличии надёжной защиты по электропитанию для ускорения работы можно использовать запись видео в кэш.

Во время создания разделов на дисках СХД рекомендуется выбирать не MBR, а GPT. Это улучшит поддержку накопителей с объёмом больше 2 Тб.

Заключение

При количестве камер, измеряемых сотнями и тысячами, самым предпочтительным вариантом будет SAN. В более простых конфигурациях подойдёт NAS. DAS стоит рассматривать для небольших систем видеонаблюдения.

Если возникли вопросы по проектированию, выбору типа хранилища, подбору оборудования, установке и настройке, обратитесь в ВИСТЛАН. Специалисты, имеющие большой опыт работы помогут обязательно помогут Вам.