Применение технологий сетевого хранения данных для цифровых систем видеонаблюдения

CАНКТ-ПЕТЕРБУРГ 8 (812) 994-11-85
e-mail: info@timcompany.ru

Применение технологий сетевого хранения данных для цифровых систем видеонаблюдения

Технический прогресс не стоит на месте. Не обошел этот процесс и цифровые системы видеонаблюдения. Непрерывно улучшается качество изображения, получаемое с IP видеокамер (на сегодняшний день до мегапиксельного разрешения). Мощности процессоров растут, позволяя увеличивать объемы обрабатываемой информации. Несмотря на новые более сложные алгоритмы сжатия, объемы хранимой видеоинформации также увеличиваются, вынуждая пользователя к наращиванию объемов дискового пространства.

Увеличивается количество масштабных объектов, которые необходимо охватить единой распределенной цифровой системой видеонаблюдения. В большинстве случаев на таких объектах уже существует сетевая инфраструктура (полностью или частично). Иногда также необходимо расположить центр видеонаблюдения или центры обработки и хранения данных удаленно от объекта наблюдения, или таких объектов несколько, а центр наблюдения должен быть один. В таких ситуациях (а такие потребности возникают все чаще) актуальным становятся системы сетевого хранения данных и IP решения в области охранного видеонаблюдения.

Преимущества применения технологий сетевого хранения данных для цифрового охранного видеонаблюдения неоспоримы:

  • простота интеграции устройств в уже существующую IP сеть;
  • возможность включения в единую сеть устройств, находящихся на большом расстоянии друг от друга, используя технологии передачи данных по протоколу TCP/IP;
  • снижение стоимости построения распределенного комплекса (отказ от выделенной дорогостоящей сети FC SAN для хранения данных и отказ от коаксиальных кабельных трасс для подключения аналоговых камер, если система полностью построена на базе IP устройств).

К сожалению, у таких решений есть и недостатки. Самый главный из них – малая пропускная способность каналов Ethernet, что ограничивает объем и масштабируемость распределенной системы. Поэтому при построении крупных распределенных систем с большими объемами передаваемых данных и большим трафиком придется использовать технологию FC SAN для хранения данных и аналоговые камеры для видеонаблюдения. Таким образом, рационально применять гибридные системы, добиваясь оптимального сочетания функциональности, качества, надежности и стоимость. При создании таких систем главное – грамотное построение проекта и правильный подбор оборудования.

Со временем при повсеместном внедрении стандарта Ethernet 10Gb/s от гибридных систем можно будет отказаться полностью. Уже сегодня на небольших объектах и объектах среднего масштаба при наличии сетевой инфраструктуры со скоростью передачи данных 1Gb/s можно строить распределенные системы видеонаблюдения на базе IP устройств и используя сетевые хранилища данных без использования аналоговых устройств и без сетей хранения данных FC.

Ознакомимся с технологиями хранения данных, использующими в качестве канала передачи данных сети IP. Можно выделить две такие технологии – NAS и iSCSI.

Технология NAS

NAS (Network Attached Storage) – это сетевое устройство хранения, то есть хранилище данных, подключаемое непосредственно в сеть. При подключении NAS в сеть IP пользователям для хранения информации становятся доступны дисковые ресурсы, представленные как сетевые папки. Передача данных осуществляется по файловым протоколам обмена. СХД (системы хранения данных) NAS позволяют осуществлять доступ к каталогам пользователям различных операционных систем и имеют очень гибкую настройку по правам доступа и дисковым квотам. Системы NAS просты в установке и не требуют клиентских лицензий ПО на доступ к хранилищу. Последнее особенно важно при большом числе подключений.

Рассмотрим пример применения решений хранения данных NAS в системах цифрового видеонаблюдения.

На Рисунке 1 представлена схема включения в существующую сеть IP сервера хранения данных NAS. Видеокамеры IP сохраняют изображение в виде файлов на дисках NAS. Дисковая система может быть легко расширена подключением по SAS/SCSI необходимого числа дисковых полок. Функцию записи на сетевой диск поддерживают практически все современные ЦСВН, например, – программно-аппаратный комплекс «Интеллект» через дополнительный модуль «оперативный архив». Это позволяет создать единую систему хранения видеоданных с аналоговых и цифровых камер. Контроль объекта осуществляется с УРМ (удаленных рабочих мест) операторов.

Технология iSCSI

iSCSI (Internet SCSI) – протокол, позволяющий интегрировать в пакеты IP команды SCSI для управления хранилищем и передачи данных. Сетевой ресурс iSCSI представляется операционной системе клиента как обычный локальный диск. В отличие от систем NAS, системы iSCSI работают не с файлами, а с блоками данных. На базе iSCSI можно построить полноценную сеть хранения SAN.

На Рисунке 2 представлена схема подключения в существующую сеть сервера хранения данных iSCSI. Для видеосервера эта система хранения представляется как локальный диск. Таким образом, любая система ЦСВН может работать с хранилищем iSCSI без дополнительных модулей. Доступ видеосервера к ресурсу iSCSI может обеспечить сетевой адаптер с программным iSCSI инициатором (тогда нагрузка на обработку пакетов iSCSI ложится на процессоры сервера) или аппаратный iSCSI контроллер (тогда обработка пакетов iSCSI производится контроллером, что не нагружает процессоры сервера). Так как передача данных происходит по сети IP, можно хранилище iSCSI и видеосервер разместить далеко друг от друга.

IP видеокамеры в цифровых распределенных системах видеонаблюдения

Как уже говорилось выше, будущее ЦСВН мы видим за IP технологиями. Использование IP видеокамер упрощает инсталляцию ЦСВН на объекте, позволяет сэкономить на прокладке кабельных трасс для аналоговых камер, обеспечивает ряд функций, недоступных аналоговым камерам и, в последнее время, обеспечивает лучшее качество изображения, чем аналоговые камеры. В будущем при глобальном переходе на цифровые технологии устройства IP позволят отказаться от самых уязвимых узлов ЦСВН – видеосерверов. Камеры смогут сами обрабатывать и записывать видеоинформацию на сетевые хранилища, а при выходе из строя камеры пользователь потеряет видеоизображение только с этой камеры, а не с группы камер (как в ситуации с выходом из строя видеосервера). Уже сегодня мы можем говорить о доступности на рынке IP камер с качеством передаваемого изображения выше, чем у аналоговых видеокамер.

Рассмотрим более подробно возможности использования ресурсов NAS и ISCSI при построении цифровых систем видеонаблюдения на базе IP устройств.

Предположим, есть необходимость модернизировать имеющуюся ЦСВН на базе аналоговых камер, чтобы система решала следующие задачи:

  1. Установка дополнительных хранилищ данных для существенного увеличения объема дискового пространства под видеоархивы от аналоговых и IP камер.
  2. Необходимость репликации краткосрочных видеоархивов с аналоговых камер на удаленные хранилища большой емкости для защиты данных от катастроф.
  3. Установка необходимого количества удаленных IP видеокамер, которые будут передавать оцифрованные видеоданные на NAS ресурс.
  4. Сохранение видеоданных, полученных IP камерами, на отдельный NAS источник и их репликация для защиты от катастроф.
  5. Обеспечение сохранности данных при выходе из строя жестких дисков в системах хранения данных.

Представленная на рисунке 3 структура системы обеспечивает выполнение всех поставленных задач, имея неограниченные возможности масштабирования. В локальную сеть с имеющимся видеосервером, к которому подключены аналоговые камеры, включается система iSCSI с необходимым объемом предоставляемого дискового пространства. Видеосервер видит это пространство как локальные диски и записывает видеоинформацию на них. На удаленной площадке устанавливается сетевой коммутатор, который объединяет требуемые IP-камеры и систему NAS с необходимым объемом предоставляемого дискового пространства. IP-камеры записывают видеоинформацию на ресурсы, предоставляемые системой NAS. Для обеспечения защиты информации от катастроф настраивается двухсторонняя репликация между двумя системами хранения данных. Защита от потери данных при выходе из строя жестких дисков обеспечивается на всех СХД алгоритмами RAID.

Системы хранения данных ProStor™

Системы ProStor™ производства Группы компаний ТИМ предназначены для широкого круга задач. Объединенные в четыре серии модели ProStor™ имеют оптимальные параметры производительности, надежности и стоимости. Подробнее ряд моделей систем хранения данных ProStor™ и их позиционирование можно изучить на сайте http://www.prostorsystems.ru.

Сервер хранения ProStor™ серии N – система отечественного производства на базе аппаратной платформы Intel и программного обеспечения Open-E. Системы хранения данных ProStor™ N предназначены для работы в сетях IP и обеспечивают функциональность как NAS, так и iSCSI. Это законченное программно-аппаратное решение, конфигурируемое индивидуально под конкретные задачи и отвечающее всем требованиям заказчика. Такое решение не имеет ограничений по масштабируемости и прекрасно подходит для создания сетевых хранилищ данных для цифровых систем видеонаблюдения. Преимущества: простота настройки и администрирования, минимизация совокупной стоимости владения (TCO) решения в целом.

Программные продукты Open-E

Программное обеспечение компании Open-E предназначено для построения систем хранения данных NAS и iSCSI. Продукт Open-E NAS-R3 позволяет создавать системы NAS, Open-E iSCSI-R3 служит для создания систем, работающих в сетях хранения данных SAN iSCSI, а продукт Open-E DSS (Data Storage Server) позволяет совместить в одной системе хранения возможности файлового (NAS) и блочного (iSCSI) доступа к данным. По производительности, функциональности, гибкости в настройке, безопасности и совместимости с аппаратным обеспечением продукты Open-E являются лидерами рынка.

Программное обеспечение Open-E поставляется предустановленным на загружаемом малогабаритном флэш-носителе (DOM), который подключается к внутреннему USB разъему на системной плате аппаратной платформы. Загрузка с USB DOM происходит на 30% быстрее, чем с традиционного IDE DOM. Разъем внешнего питания не требуется, т.к. питание на USB DOM подается через разъем USB системной платы.

После загрузки системы с DOM, ее конфигурирование, управление и мониторинг осуществляется по сети IP с помощью защищенного и удобного web-интерфейса. Процедура начальной настройки проста, интуитивно понятна и занимает несколько минут.

В Open-E реализован механизм репликации данных между двумя и более серверами хранения по расписанию. Минимально возможный период синхронизации составляет 1 минуту. Таким образом, резервная копия данных может быть старше основной всего на 60 секунд. Еще большую гибкость при построении системы NAS и снижение затрат на нее обеспечивает встроенная поддержка уровней RAID 0, 1, 5 и даже 6.

Стоимость лицензий на продукты Open-E зависит от объема хранимых данных. Базовая лицензия на систему хранения (встроена в DOM) включает 16 ТБ хранимых данных. При этом количество клиентов, пользующихся ресурсами NAS, не ограничено. Дополнительные лицензии на увеличение объема хранения на 4, 8, 16, 32 или 64 ТБ, а также модернизация версий NAS-R3 или iSCSI-R3 до DSS активируются вводом соответствующего лицензионного ключа.

IP камеры Mobotix

Немецкая компания Mobotix выпускает уникальные IP камеры, ориентированные на применение в сфере промышленности, охранных систем, систем домашнего и офисного видеонаблюдения, банковской сфере. Камеры Mobotix легко подключаются к компьютерной сети, достаточно назначить камере собственный IP адрес. Таким образом можно подключать большое количество камер в единую сеть.

Компьютеры в сети смогут получить авторизованный доступ к любой камере. Для каждого конкретного пользователя и для каждой камеры могут быть настроены возможности получения доступа к видеоинформации и управления ее режимами. На клиентских рабочих станциях не требуется установка специализированного программного обеспечения, так как для работы с камерой достаточно иметь web-browser (Internet Explorer, Netscape и др.). Имеется возможность просматривать видеоинформацию от нескольких камер в одном окне web-навигатора – на экране монитора можно одновременно видеть изображения с 25 камер.

Камера имеет CMOS матрицу 1.3 мегапикселя (цветной CMOS-сенсор с разрешением 1280*960 точек) с расширенной цветопередачей, что позволяет избавиться от «засвечивания» кадра при высокой плотности освещенности на снимаемом объекте. Камера может адаптироваться к плотности освещенности и поддерживать необходимую детализацию снимаемой картинки. Реализованы функции программной коррекции баланса белого цвета, контрастности, резкости. Время адаптации камеры колеблется от 0,5 до 1 с. Изображение обрабатывается внутренней программой без использования внешних ресурсов. Максимальная скорость передачи видеоинформации – 30 кадров/сек.

Программное обеспечение камеры способно обрабатывать видеокадры с разрешением от 320*240 до 1280*960 и динамически преобразовывать в формат JPEG. Такое преобразование дает возможность сжать кадр объемом 900 кБ до 50 кБ без заметной потери качества. Технология MxPEG для видеопотока 12fps обеспечивает передачу видеоизображения с разрешением 640*480, используя всего 2% ресурсов сети 100 Mb.

Существует возможность обновления программного обеспечения камеры для улучшения имеющихся и включения новых алгоритмов обработки видео и аудио информации. Существует возможность работы с камерой через КПК (PDA), а также по каналам GSM (GPRS).

Камеру легко монтировать на любой поверхности благодаря малому весу камеры (даже с защитным кожухом). Допустимый диапазон рабочих температур камеры от –30°C до +60°C, что дает возможность использовать устройство за пределами помещений.

Заключение

Технологии IP используются в ЦСВН все чаще. Это относится как к решениям хранения видеоархивов на удаленных хранилищах, так и к оборудованию видеонаблюдения (IP камеры). Нас ожидает последовательный переход на IP решения, это только вопрос времени. Простота интеграции, возможность включения в единую сеть устройств, находящихся на большом расстоянии друг от друга, отказоустойчивость системы в целом, бюджетность проектов – вот те факторы, которые позволят со временем вытеснить аналоговые камеры и традиционные решения построения ЦСВН c IT-рынка. Гарантия надежности, функционала и масштабируемости системы – это грамотное проектирование с прицелом на будущее, корректная инсталляция опытными специалистами и правильный выбор оборудования. Уже сегодня необходимо учитывать те технологии, что будут применяться в будущем, и создавать системы, которые будут ориентированы на дальнейшее масштабирование и рост с использованием новых технологий.

Группа компаний ТИМ оказывает услуги по проектированию, инсталляции, обслуживанию, обучению пользователей и расширению систем ЦСВН и хранения данных. Наши специалисты имеют многолетний опыт реализации подобных проектов. Для консультаций по вопросам построения ЦСВН обращайтесь в офисы ГК ТИМ.

Статья была опубликована в журнале «Алгоритм безопасности» №6, 2007.

© При перепечатке указание авторства (И. Ашихмин, 2007) и ссылка на источник (www.timcompany.ru) обязательны!

Эту статью можно обсудить на нашем форуме >>

Другие материалы на эту тему >>


















На каком уровне RAID, по Вашему, следует разместить основную базу данных предприятия?
RAID 0:
4%
RAID 1:
15%
RAID 10/1E:
27%
RAID 5:
34%
RAID 50/5EE:
11%
RAID 6:
8%
Другой/Никакой:
1%
© 2011 Группа компаний ТИМ, Почта: info@timcompany.ru, Ссылки