Lo Storage dei dati

I requisiti relativi alla larghezza di banda e allo spazio di memorizzazione di rete sono aspetti importanti da prendere in considerazione quando si progetta un sistema di videosorveglianza. Fattori rilevanti sono il numero di telecamere, la risoluzione delle immagini utilizzata, il tipo e il rapporto di compressione, la velocità di trasmissione e la complessità della scena. In questo capitolo vengono fornite alcune linee guida sulla progettazione di un sistema, insieme ad informazioni su soluzioni di memorizzazione e varie configurazioni di sistema.

Calcolo della larghezza di banda e dello spazio di memorizzazione

I prodotti con tecnologia video di rete utilizzano larghezza di banda e spazio di memorizzazione di rete in base alla configurazione. La configurazione dipende da:
Numero di telecamere

Tipo di registrazione, in continuo o basata su eventi

Numero di ore di registrazione al giorno per telecamera

Fotogrammi al secondo

Risoluzione dell’immagine
Tipo di compressione video: Motion JPEG, MPEG-4, H.264

Scenario: complessità dell’immagine (ad esempio, parete grigia o bosco), condizioni di illuminazione e quantità di movimenti (ambiente d’ufficio o stazione ferroviaria affollata)

Periodo di memorizzazione dei dati

Esigenze di larghezza di banda

In un sistema di videosorveglianza di piccole dimensioni che prevede l’uso di otto – dieci telecamere, è possibile utilizzare uno switch di rete base a 100 megabit (Mbit) senza dover considerare le limitazioni di larghezza di banda. La maggior parte delle società può implementare un sistema di sorveglianza di questa dimensione utilizzando la rete esistente.
Quando si utilizzano più di dieci telecamere, il carico di rete può essere stimato utilizzando alcune regole generali:

Una telecamera configurata per fornire immagini di alta qualità a velocità di trasmissione elevate utilizzerà circa 2-3 Mbit/s della larghezza di banda di rete disponibile.

Con più di dodici – quindici telecamere, si prende in considerazione l’uso di uno switch con una dorsale Gigabit. Se si utilizza uno switch che supporta Gigabit, sul server sul quale risiede il software per la gestione video deve essere installato un adattatore di rete Gigabit.

Le tecnologie che consentono la gestione del consumo di larghezza di banda includono l’uso di VLAN su una rete commutata.

Calcolo delle esigenze di spazio di memorizzazione

Come precedentemente menzionato, il tipo di compressione video utilizzato è uno dei fattori che determinano i requisiti di memorizzazione. Il formato di compressione H.264 è la tecnica di compressione video più efficace disponibile al momento. Un codificatore video che utilizza lo standard H.264 è infatti in grado di ridurre le dimensioni dei file video digitali di oltre l’80% rispetto al formato Motion JPEG e fino al 50% in più rispetto allo standard MPEG-4 Parte 2, senza compromessi in termini di qualità delle immagini. Ciò significa che per la gestione di un file video H.264 è necessaria una quantità inferiore di spazio di memorizzazione e larghezza di banda.
Nelle tabelle seguenti vengono forniti alcuni esempi di calcoli relativi allo spazio di compressione necessario per tutti e tre i formati di compressione. A causa di diverse variabili che influenzano i livelli di velocità in bit medi, i calcoli non sono così chiari per i formati H.264 e MPEG-4. Con il formato Motion JPEG, esiste una formula precisa perchè tale formato prevede un singolo file per ciascuna immagine. I requisiti di memorizzazione per le registrazioni Motion JPEG variano in base alla velocità di trasmissione, alla risoluzione e al livello di compressione.

Calcolo H.264:

Velocità di trasmissione in bit / 8(bit in un byte) x 3600 s = KB all’ora / 1000 = MB all’ora, MB all’ora x ore d’uso al giorno / 1000 = GB al giorno, GB al giorno x periodo di memorizzazione richiesto = Spazio di memorizzazione richiesto.


Calcolo MPEG-4:

Velocità di trasmissione in bit / 8(bit in un byte) x 3600 s = KB all’ora / 1000 = MB all’ora,
MB all’ora x ore d’uso al giorno / 1000 = GB al giorno,
GB al giorno x periodo di memorizzazione richiesto = Spazio di memorizzazione richiesto
Nota: la formula non prende in considerazione la quantità di movimenti, che è un fattore importante e può influenzare la quantità di spazio di memorizzazione richiesto.


Calcolo Motion JPEG:

Dimensione immagine x fotogrammi al secondo x 3600 s = KB all’ora / 1000 = MB all’ora,
MB all’ora x ore d’uso al giorno / 1000 = GB al giorno,
GB al giorno x periodo di memorizzazione richiesto = Spazio di memorizzazione richiesto.


Memorizzazione basata su server.

In base alla CPU (Central Processing Unit) di un server PC, alla scheda di rete e alla RAM (Random Access Memory) interna, un server può gestire un determinato numero di telecamere, fotogrammi al secondo e dimensione di immagini. La maggior parte dei PC può disporre di più dischi (da 2 a 4) e ciascun disco può contenere fino a circa 300 gigabyte (GB). In un’installazione di medie o piccole dimensioni, il PC su cui è installato il software per la gestione video viene utilizzato anche per la registrazione video. In questo caso si parla di unità di memorizzazione collegata al server.
Con il software per la gestione video AXIS Camera Station, ad esempio, è possibile memorizzare le registrazioni di 6-8 telecamere su una singola unità disco rigido. Con più di 12-15 telecamere, si consiglia di utilizzare almeno due unità disco rigido per suddividere il carico. Per 50 o più telecamere, è consigliato l’uso di un secondo server.

NAS e SAN

Quando la quantità di dati memorizzati e i requisiti di gestione superano i limiti di un’unità di memorizzazione collegata al server, un sistema NAS (Network-Attached Storage) o un sistema SAN (Storage Area Network) consente di aumentare lo spazio di memorizzazione, la flessibilità e le capacità di ripristino.


Un sistema NAS è costituito da una singola unità di memorizzazione direttamente collegata a una LAN e offre spazio di memorizzazione condiviso a tutti i client in rete. Questo tipo di sistema è semplice da installare, facile da configurare e offre una soluzione di memorizzazione economicamente vantaggiosa. Tuttavia, la velocità di ricezione dei dati è piuttosto limitata perché esiste una sola connessione di rete, che può diventare un problema in sistemi ad alte prestazioni. I sistemi SAN sono reti ad alta velocità e dedicate per la memorizzazione, generalmente collegati a uno o più server tramite cavi in fibra ottica. Gli utenti possono accedere alle unità di memorizzazione del sistema SAN tramite i server e lo spazio di memorizzazione è scalabile fino a centinaia di Terabyte. La centralizzazione della memorizzazione dei dati semplifica l’amministrazione e offre una soluzione di memorizzazione ad alte prestazioni e flessibile utilizzabile in ambienti con più server. La tecnologia dei canali a fibra ottica viene solitamente utilizzata per consentire il trasferimento di dati a 4 Gigabit al secondo e la memorizzazione di grandi quantità di dati con un elevato livello di ridondanza.


Memorizzazione ridondante

I sistemi SAN creano ridondanza nell’unità di memorizzazione. La ridondanza in un sistema di memorizzazione consente di salvare video o qualsiasi altro tipo di dati contemporaneamente in più posizioni. In questo modo, si ottiene un backup per il ripristino di video se una parte del sistema di memorizzazione diventa illeggibile. Esistono diverse opzioni per fornire questo livello di memorizzazione aggiuntivo in un sistema di sorveglianza IP, incluso un array ridondante di dischi indipendenti (RAID, Array Redundant Array of Independent Disks), la replica di dati, il cluster di server e l’invio di video a più destinatari.

RAID.

RAID è un metodo che consente di gestire unità disco standard in modo che il sistema operativo le rilevi come un unico disco rigido di grandi dimensioni. Una configurazione RAID distribuisce i dati su più unità disco rigido con sufficiente ridondanza in modo che i dati possano essere ripristinati in caso di problemi su un disco. Esistono diversi livelli di RAID, a partire da una totale assenza di ridondanza sino ad arrivare a una soluzione completamente speculare in cui non esiste l’eventualità di interruzione e perdita di dati in caso di guasto di un’unità disco rigido.

Replica di dati. Questa è una funzione generalmente disponibile in molti sistemi operativi per reti, che consente di configurare file server in una rete per replicare i dati degli uni sugli altri, fornendo un backup in caso di problemi su un server.

Cluster di server. Un metodo comune per eseguire il cluster di server consiste nel configurare due server in modo che utilizzino la stessa unità di memorizzazione, ad esempio un sistema RAID. Quando si verifica un problema su un server, l’altro server con la stessa identica configurazione assume il controllo. Questi server possono anche condividere lo stesso indirizzo IP, che rende il “failover” completamente trasparente per gli utenti.

Invio del video a più destinatari. Un altro metodo comunemente usato per il disaster recovery e la memorizzazione in remoto quando si utilizza la tecnologia video di rete consiste nell’inviare contemporaneamente il video a due server diversi in ubicazioni diverse. Questi server possono, a loro volta, essere dotati di sistemi RAID, lavorare in cluster o replicare i dati su altri server situati in ubicazioni diverse. Questo è un approccio particolarmente utile quando i sistemi di sorveglianza sono in aree pericolose o facilmente accessibili, ad esempio trasporti pubblici o stabilimenti di produzione.

Configurazioni di sistema

Sistema di dimensioni ridotte (da 1 a 30 telecamere)

Un sistema di dimensioni ridotte è costituito solitamente da un server su cui è installata un’applicazione di sorveglianza che registra il video su un’unità disco rigido locale. Il video viene visualizzato e gestito dallo stesso server. Sebbene la maggior parte delle operazioni di visualizzazione e gestione venga effettuata a livello server, è possibile collegare un client (locale o remoto) per lo stesso scopo.


Sistema di dimensioni medie (da 25 a 100 telecamere).

Un tipico sistema di dimensioni medie è costituito da un server con diverse unità di memorizzazione collegate. Il dispositivo di memorizzazione viene solitamente configurato con un sistema RAID per aumentare le prestazioni e l’affidabilità. Il video viene solitamente visualizzato e gestito da un client anziché dal server di registrazione stesso.


Sistema centralizzato di dimensioni elevate (da 50 a +1000 telecamere).

Un sistema di dimensioni elevate richiede alte prestazioni e affidabilità per gestire la grande quantità di dati e la larghezza di banda. Richiede, quindi, più server con attività dedicate. Un server principale controlla il sistema e decide il tipo di video memorizzato e il server di memorizzazione utilizzato. Poiché esistono server di memorizzazione dedicati, è possibile bilanciare il carico di lavoro. In tale configurazione, è anche possibile espandere il sistema aggiungendo altri server di memorizzazione quando necessario ed eseguire la manutenzione senza rallentare l’intero sistema.


Sistema distribuito di dimensioni elevate (da 25 a +1000 telecamere).

Quando occorre sorvegliare più luoghi con una gestione centralizzata, è possibile utilizzare sistemi di registrazione distribuiti. Ogni luogo registra e memorizza il video da telecamere locali. L’unità di controllo principale può visualizzare e gestire le registrazioni di ciascun luogo.


Luca Comi
NRG30 Network

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