13 августа 2013
Основы сетевого видеонаблюдения
Краткий курс
Часть 7
Устройства записи и хранения
В шестой части мы остановились на двух основных проблемах связанных с работой жёстких дисков: сравнительно низкая скорость записи/чтения диска и способы повышения отказоустойчивости. С этими “болезнями” как раз и борются RAID-массивы. Что же это?
RAID-массивы
RAID (redundant array of independent disks — избыточный массив независимых дисков) — массив из нескольких дисков (запоминающих устройств), управляемых контроллером, связанных между собой скоростными каналами передачи данных и воспринимаемых внешней системой как единое целое. В зависимости от типа используемого массива может обеспечивать различные степени отказоустойчивости и быстродействия. Служит для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи. Раньше вместо independent употребляли inexpensive (недорогой), но со временем это определение потеряло актуальность: “недорогими” стали почти все дисковые накопители.
За счет параллельного выполнения операций ввода-вывода обеспечивается высокое быстродействие системы, а повышенная надежность хранения информации достигается дублированием данных или вычислением контрольных сумм. Чтобы не снижать быстродействие системы, рекомендуется использовать аппаратные RAID-контроллеры, а не программные.
Существует несколько уровней RAID-массивов с разной степенью избыточности. Сейчас наиболее распространены следующие уровни:
RAID-0 (striping — «чередование») — дисковый массив из двух или более жёстких дисков без резервирования (т.е., по сути RAID-массивом не является). Информация разбивается на блоки данных фиксированной длины и записывается на оба/несколько дисков одновременно. См. Рис.1.
Рис. 1
Преимущества:
- повышается производительность (от количества дисков зависит кратность увеличения производительности);
- простота реализации;
- низкая стоимость;
- максимальная эффективность использования дискового пространства — 100%.
Недостатки:
- не является настоящим RAID-массивом поскольку не поддерживает отказоустойчивость;
- надёжность RAID-0 заведомо ниже надёжности любого из дисков в отдельности и падает с увеличением количества входящих в RAID-0 дисков, т. к. отказ любого из дисков приводит к неработоспособности всего массива.
RAID-1 (mirroring — «зеркалирование») — массив из двух дисков, являющихся полными копиями друг друга. Информация, которая записывается на один HDD, дублируется ещё на одном или нескольких жестких дисках. Рис.2.
Рис. 2
Преимущества:
- Имеет высокую надёжность — работает до тех пор, пока функционирует хотя бы один диск в массиве. Вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна произведению вероятностей отказа каждого диска, т.е. значительно ниже вероятности выхода из строя отдельного диска. На практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры — вновь восстанавливать избыточность.
Недостатки:
- По цене двух жестких дисков пользователь фактически получает лишь один.
На практике широкое применение получили RAID-5 c чередованием и контролем четности. Данные и контрольные суммы распределяются по трем и более жестким дискам, объем массива будет равен сумме емкости всех HDD минус емкость одного. И RAID-6, аналогичен RAID-5, но с двумя контрольными суммами. Требуется минимум четыре HDD, но при этом можем выдержать выход из строя сразу двух жестких дисков, объем массива будет равен сумме емкости всех HDD минус емкость двух жестких дисков. При реализации RAID-массива необходимо учесть, что диски должны быть одного объема, так как в противном случае часть объема большего носителя останется неиспользованной.
Другие способы хранения данных
Сетевые устройства хранения NAS
NAS (Network Attached Storage) – это сетевое устройство хранения, то есть хранилище данных, подключаемое непосредственно в сеть. При подключении NAS в IP-сеть пользователям для хранения информации становятся доступны дисковые ресурсы, представленные как сетевые папки. Передача данных осуществляется по файловым протоколам обмена. Технология NAS позволяет осуществлять доступ к каталогам пользователям различных операционных систем и имеет очень гибкую настройку по правам доступа. Системы NAS просты в установке и не требуют клиентских лицензий ПО на доступ к хранилищу. Последнее особенно важно при большом числе подключений.
Сети хранения данных SAN
SAN (StorageAreaNetwork) – высокоскоростная специализированная сеть, объединяющая устройства хранения. Пользователи могут обращаться к любому из этих устройств хранения через серверы, общий объем SAN может достигать нескольких сотен Терабайт. Концепция централизованного хранения упрощает администрирование и предоставляет гибкое и высокоскоростное решение для мультисерверных систем. Основное отличие SAN от NAS заключается в следующем: в NAS-устройствах файл целиком сохраняется на жестком диске, а в сетях SAN файл разбивается на блоки и записывается на нескольких HDD.
Что такое iSCSI ?
iSCSI ( InternetSmallComputerSystemInterface) — протокол, который базируется на TCP/IP и разработан для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами.
Сетевой интерфейс сервера
Видеопоток от сетевых телекамер по IP-сети поступает на сервер посредством сетевого интерфейса/ сетевой карты, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер — периферийное устройство, позволяющее серверу/ ПК взаимодействовать с другими устройствами сети. Основной параметр пропускная способность, наиболее применяемые: 100BASE-T – 100 Mбит/с, 1000BASE-T – 1000 Мбит/с.
Сетевой видеорегистратор
В отличии цифровых видеорегистраторов (DVR), которые работают с сигналами от аналоговых сигналов, сетевые видеорегистраторы NVR (Network Video Recorder) имеют дело с цифровым, сжатым видеопотоком от IP-телекамер. При этом NVR обладают тем же функционалом: мониторинг, запись, хранение данных и трансляция по сети изображения реального времени и видеоданных из архива. Сегодня производители предлагают большой спектр сетевых регистраторов как в области применения: в стационарных условиях, на транспорте, так и с различным набором опций, соответственно и по разным ценам - от эконом-варианта до “навороченных”. Поэтому потребитель легко может подобрать NVR с нужными характеристиками и по приемлемой стоимости.
Для примера приведем технические характеристики сетевого в/регистратора HD/Full HD Sony серии NSR-500. (Рис.3):
Рис. 3
Технические характеристики на видеорегистратор HD/Full HD Sony серии NSR-500 |
Параметры |
Значения |
Количество каналов: |
16 (с возможностью расширения до 24) |
Алгоритмы компрессии: |
H.264/MPEG-4/M-JPEG |
Максимальное количество жестких дисков: |
6х2 Тб (модификация NSR-500:12) |
Максимальная емкость жестких дисков: |
12 Тб, HDD SATA |
Поддержка RAID: |
RAID 0, 1 (1+0), 5, 5 + горячая замена |
Модификация без HDD: |
Есть (NSR-500:00) |
Интерфейс для подключения внешних сетевых хранилищ: |
iSCSI (макс. 16 Тб) |
Разрешение записи: |
HD/Full HD (720p/1080p) |
Максимальная скорость записи на один канал: |
30 изобр./с |
Суммарная скорость записи: |
480 изобр./с |
Подключение к IP-сети: |
1000Base-T/100Base-TX/10Base-T x 2, RJ-45 |
Видеовыход (для монитора): |
Аналоговый RGB (D-sub 15-pin); разрешение до 1920х1200 |
Аудиовыход: |
RCA L/R x 1 стерео пара |
USB 2.0: |
2 на передней панели, 2 на задней панели |
Разъем для UPS: |
RS-232C (D-sub 9-pin) |
Входы/выходы тревоги: |
8/ 8 |
Программное обеспечение для управления: |
Sony RealShot Manager Advanced |
Электропитание видеорегистратора: |
100-240 В перем. тока, 50/60 Гц |
Энергопотребление: |
Макс. 250 Вт |
Вопросы, которые должны возникать при подборе сервера/ NVR:
- Имеет ли Заказчик предпочтение в выборе программной/ аппаратной платформы?
- Требуется система видеонаблюдения с централизованной или децентрализованной структуры?
- Какой уровень надежности системы требуется? Какой уровень избыточности RAID-массива?
- Какой требуется объем архива/ глубина архива? Рассчитывайте самостоятельно глубину архива, см. http://daily.sec.ru/publication.cfm?pid=38858.
- Сколько будет сетевых телекамер? Какого разрешения в/камеры? Будет наращивание? Применяйте расчет пропускной способности сети. Типовой расчет приводил: http://daily.sec.ru/publication.cfm?pid=38706.
- Требуется ли отдельный сервер мониторинга? На практике, если количество сетевых телекамер более 30, используют раздельные сервер записи и сервер мониторинга.
Олег Зайцев
Email: zaytsev@tinko-sb.ru
Продолжение следует
В 8-й части курса будет рассмотрено программное обеспечение сетевых систем ВН.
Видеорегистраторы MicroDigital
