Журнал "Системы безопасности" №4/2009

А.А. Юнисов
Генеральный директор ООО "Юнимакс"

При проектировании и построении систем видеонаблюдения одной из основных задач является выбор станционного оборудования, определения его характеристик и состава. В IP-видеонаблюдении камеры могут иметь различный функционал, кодеки, степень компрессии, скорость записи, разрешение и т.п. Поэтому правильно выбрать состав и ресурсы сервера для IP-видеонаблюдения бывает непросто.

С внедрением IP-технологий в системы видеонаблюдения выбор оборудования для станционной части системы сводится в конечном итоге к выбору платформы и ПО для обработки. Никаких дополнительных элементов станционного оборудования в IP-видеонаблюдении не требуется.

Выбор ПО и выбор платформы - это зачастую взаимосвязанные задачи. Различное ПО имеет разные принципы и алгоритмы обработки информации и соответственно предъявляет разные требования к ресурсам платформы.

Выбор ПО

Поддерживаемые ОС

ОС семейства Microsoft Windows безусловно наиболее распространены, поддержаны широким спектром прикладного ПО и драйверами оборудования. В каждой компании всегда найдется специалист, который на должном уровне может осуществлять настройку, эксплуатацию и обслуживание сервера с ОС от Microsoft. Для семейства Microsoft Windows также имеется большой выбор прикладного ПО для IP-видео-наблюдения.

ОС семейства Linux считаются более надежными в работе и менее требовательными к ресурсам ПЭВМ. При этом они требуют специфичных знаний - далеко не каждый инженер сможет обеспечить качественную поддержку устройствам на базе данного типа ОС. Интеграция IP-камер

Если говорить о ПО производителя IP-камер, то, естествено, вы будете ограничены оборудованием только одного производителя. Кроме того, функционал ПО производителя IP-камер, как правило, невелик, и ни о какой интеграции с ОПС и СКУД говорить не приходится. Некоторые производители предоставляют ПО в комплекте с камерами бесплатно. В случае построения системы на IP-камерах различных производителей для реализации разного типа задач требуется продукт, который поддерживает все эти IP-камеры. Присутствие нужной модели IP-камеры в списке интегрированного в ПО оборудования не дает гарантию того, что ПО сможет обрабатывать, например, звук со встроенного или подключенного микрофона либо сигналы с дискретных входов/выходов и т.д. Необходимо убедиться в возможности работы ПО конкретно с теми моделями камер, которые будут подключены, а также поддержки именно тех функций камер, которые требуются. Тем не менее все производители ПО стремятся наиболее широко охватить рынок IP-устройств и в минимальные сроки интегрировать новейшие разработки.

Функционал ПО

• поддерживать все те типы IP-камер и весь функционал, который вы планируете использовать на объекте на данный момент и в будущем;
• позволять строить распределенные системы с использованием нескольких серверов либо иметь возможность апгрейда ПО для поддержки этой функции;
• иметь оптимальную структуру, не задействующую ресурсы ПЭВМ на лишние процедуры. Например, ПО не должно переконвертировать поток информации с видеокамер в свой формат хранения данных, так как лишнее преобразование существенным образом увеличивает требования к ресурсам ПЭВМ и может ухудшить качество изображения в видеоархиве;
• позволять создавать удаленные рабочие места мониторинга;
• поддерживать ту ОС, которая предполагается к установке на сервере;
• иметь достаточную для вас техническую поддержку.

Все остальные возможности выбираются исходя из ваших специфических требований и потенциала развития системы в будущем. Поддержка

При построении сложных и многофункциональных систем рекомендуется заручиться оперативной и качественной технической поддержкой. С точки зрения настройки IP-видеонаблю-дение значительно сложнее, чем аналоговое. Необходима настройка непосредственно IP-камер, ПО и активного сетевого оборудования. В случае если вы приобретаете IP-камеры и ПО у одной компании, предварительно оговорив свои требования, то некоторые вопросы, такие как совместимость с ПО, нужные версии "прошивки" камер, поддержка требуемого функционала, решать будет проще.

Выбор платформы

Ресурсы платформы

При рассмотрении ресурсов производительности платформы для IP-видеонаблюдения определяющими являются четыре основных параметра: производительность процессора, объем оперативной памяти, производительность видеокарты (для видеосерверов с локальным отображением) и скорость Ethernet-контроллера. Первые три параметра определяют возможность сервера обрабатывать поток видеоданных, поступающих с IP-устройств. Здесь и возникают самые большие трудности. Как оценить этот поток? IP-камеры могут иметь различную частоту кадров и степень сжатия, разное разрешение и могут использовать разные кодеки. Сервер может выводить информацию на свои мониторы, а может обрабатывать ее и передавать на удаленные рабочие места мониторинга. ПО видеонаблюдения может дополнительно нагружать платформу при использовании интеллектуальных детекторов и прочих возможностей обработки и анализа изображения. Зачастую наибольший опыт в этих вопросах имеют компании, которые активно занимаются производством готовых видеосерверов,

1. Рассчитывать ресурсы ПЭВМ надо всегда по максимальным параметрам. Даже если в ТЗ указано разрешение меньше, чем предусмотрено для IP-камеры, рекомендуется ориентироваться на максимально возможное, то же касается и количества кадров в секунду. Станционное оборудование в системах IP-видеонаблюдения занимает не самую существенную часть бюджета, а значит, сэкономив 1-2% стоимости сметы, можно лишиться возможности в будущем улучшить параметры системы и перенастроить ее на лучшее качество в процессе установки или эксплуатации.
2. Предварительно запросить требования к ПЭВМ у производителя камер с учетом, что будет использоваться ПО производителя. Это даст отправную точку.
3. Если у вас используются разные камеры различных производителей, то можно подобрать примерно аналогичные устройства из линейки одного производителя (основной момент - разрешение и скорость) и сделать аналогичный запрос.
4. Запрос на расчет конфигурации нужно сделать также производителю ПО. Приготовьтесь к тому, что конфигурация по параметрам окажется, скорее всего, завышенной на порядок по отношению к той, что дал производитель IP-оборудования с учетом использования собственного ПО. Это обычно связано с тем, что ПО производителя IP-камер проще - интеллектуальная обработка изображения производится посредством функционала самой камеры. Производители ПО также нередко перестраховываются и дают завышенные параметры.
5. Нагрузка на ПЭВМ с увеличением разрешения камер увеличивается нелинейно, то есть если камеры 1 Мпкс нагружают процессор на 30%, это не означает, что камеры 3 Мпкс будут нагружать его на 90%. Загрузка процессора в последнем случае составит порядка 60%.
6. Загрузка процессора сильно зависит от того, отображает ли сервер информацию с камер на своих мониторах или только принимает и обрабатывает ее. Разница в загрузке может отличаться в 3 раза и более.
7. Закладывайте запас производительности платформы не менее 20%. Он нужен не только для резервирования ресурсов на обработку проектируемой системы, но и для ее дальнейшего развития и наращивания, благо IP-видео-наблюдение к этому располагает, да и простота наращивания системы является одним из преимуществ IP-систем.

Требования к скорости Ethernet-контроллера и его пропускной способности рассчитываются путем сложения общего входящего потока с IP-камер и исходящего потока при передаче на удаленные рабочие места мониторинга и сетевые хранилища.

Посчитать общий входящий поток с видеокамер довольно легко, зная разрешение, компрессию, кодек, темп видеоввода и обратившись к спецификациям производителя. Но это справедливо, если вы заранее знаете, какие параметры будете устанавливать на камерах. Мы рекомендуем рассчитывать по максимально возможному потоку с каждой камеры, то есть когда установлено максимальное разрешение, приемлемая степень компрессии и максимальный темп видеоввода. С кодеком (типом сжатия) сложнее, а на загрузку ЛВС данный параметр влияет существенным образом. Многие видеокамеры имеют возможность передачи изображения с использованием различных кодеков, поэтому, какой кодек выбрать, нужно знать заранее, причем исходя из назначения, требуемого качества, пропускной способности ЛВС и т.д. Лучше всего предварительно протестировать камеру и увидеть все варианты самостоятельно.

Раcсчитать исходящий поток из сервера по спецификациям производителя IP-оборудования не всегда получается. Разные производители ПО закладывают различные алгоритмы передачи данных на удаленное рабочее место (УРМ). Одни передают все изображение как есть, и тем самым обеспечивают мгновенную реакцию УРМ на команды управления, переключения между раскладками камер и т.п. Другие передают только то, что показывается в данный момент на мониторе и в том разрешении, которое на данный момент отображается. Соответственно и потоки получаются разные. Ошибкой не будет, если рассчитывать пропускную способность, исходя из максимально возможного потока, передаваемого на УРМ - равного входящему с IP-камер, умноженному на количество УРМ. Если же расчетной пропускной способности недостаточно или необходимо сделать более точный расчет, то придется обращаться к производителю ПО за консультацией о том, как устроена передача данных на УРМ. Суммарные исходящий и входящий потоки не должны превышать 50% пропускной способности Ethernet-контроллера ПЭВМ. Повысить его пропускную способность можно несколькими способами:

1. разделив входящий и исходящий потоки на два Ethernet-контроллера ПЭВМ. Для этого необходимо иметь сервер с двумя сетевыми картами и заранее узнать, поддерживает ли данную возможность прикладное ПО;
2. установить Ethernet-контроллер, имеющий режим объединения двух и более физических входов в один виртуальный, с увеличением скорости кратно их числу;
3. использовать оптические каналы связи.

Видеоархив

Запись данных в видеоархив целесообразно организовывать по сработке детектора движения. Этот режим позволит существенным образом либо сэкономить на дисковом пространстве, либо увеличить глубину архива. В IP-видеонаблюдении возможно организовать такие гибкие алгоритмы работы и записи данных, как увеличение скорости потока в случае обнаружения движения в кадре, повышение качества и разрешения кадра при детекции движения, получение параллельных потоков с камеры в разных разрешениях и даже в разных кодеках для отображения и записи.

Часть этих функций обычно реализуется непосредственно в IP-камерах, часть позволяет реализовать прикладное ПО. Системы безопасности имеют первостепенное значение для особых категорий объектов и надежное хранение видеоархива здесь обязательно. Отказоустойчивость системы при выходе из строя одного и более жестких дисков обеспечивает RAID массив соответствующего уровня. Уровень RAID выбирается исходя из количества дисков, отказоустойчивости, требуемой производительности записи и полезного объема дискового пространства. Возможность создания RAID-массива и добавления HDD в сервер являются желательными при выборе платформы сервера и его форм фактора. Установку дисков для видеоархива рекомендуется производить в специальных корзинах с возможностью "горячей" замены HDD.

Надежность

Защитить от выхода из строя процессор, материнскую плату, оперативную память и другие элементы значительно сложнее. Одним из путей решения данной проблемы является выбор таких комплектующих, которые будут рассчитаны на длительную работу в требуемых условиях. Часто в качестве платформы для IP-видео-сервера выбирают продукцию всемирно известных брендов серверного оборудования, но они, как правило, рассчитаны на эксплуатацию в чистом и кондиционируемом помещении. Не всегда удается обеспечить указанные условия эксплуатации на реальном объекте, и здесь требуются специфические технологии. Обязательными требованиями к платформе, определяющими основные параметры надежности эксплуатации, являются следующие:

• все комплектующие должны быть рассчитаны на эксплуатацию в режиме 24/7. Использование комплектующих класса "для рабочей станции" недопустимо;
• MTBF (среднее время между отказами) комплектующих должно быть весьма большим. Не рекомендуется использование одной или нескольких комплектующих, у которых MTBF намного меньше, чем у остальных компонентов сервера, в этом случае общее суммарное MTBF будет равно минимальному по компонентам;
• вентиляторы должны иметь достаточную производительность и высокое значение наработки на отказ. Высокая производительность позволит обеспечить требуемое охлаждение в условиях существенного увеличения сопротивления воздушному потоку при засорении фильтров, применение которых желательно;
• необходимо иметь выделенный HDD для работы ОС. При активной записи видеоданных на жесткий диск его ресурс быстро расходуется, и выделенный HDD для работы ОС позволит этого избежать.

Требованиями к платформе, влияющими на надежность и быстрое восстановление после сбоя, являются следующие:

• построение массивов с уровнем RAID, позволяющим сохранить работоспособность массива при выходе из строя одного и более жестких дисков;
• "горячая" замена жестких дисков и восстановление массива данных в процессе работы;
• использование резервированных блоков питания;
• "горячая" замена основных вентиляторов охлаждения;
• использование видеокарты с охлаждением путем естественной конвекции - без использования вентилятора;
• использование воздушных фильтров и возможность их замены/чистки простым образом - без частичной или полной разборки;
• расширенный верхний предел температурного диапазона и увеличенная виброустойчивость;
• использование одноплатных промышленных компьютеров, например формата PICMG. При наличии соответствующего комплекта запасных частей это позволит произвести восстановление работоспособности сервера в срок до 1-2 минут при выходе из строя материнской платы, процессора, оперативной памяти;
• установка ОС на твердотельный накопитель CF, SSD и т.п. В связи с ограниченным ресурсом циклов чтения/записи твердотельных накопителей рекомендуется использование версий ОС, предназначенных и специальным образом настроенных на работу с такими накопителями.

Готовые видеосерверы

Многие компании, специализирующиеся на производстве видеосерверов для аналогового видеонаблюдения, активно продвигают готовые решения в области IP-видеонаблюдения. Готовое решение - это сервер с установленным и настроенным ПО для IP-видеонаблюдения. Производитель несет ответственность за достаточность ресурсов ПЭВМ для обработки заданного потока с IP-видеокамер при использовании конкретного ПО. В этом случае проектная организация и инсталлятор системы могут сосредоточиться на вопросах правильного построения ЛВС для передачи данных, вопросах выбора тактики охраны и повышения эффективности работы системы. Если вы приобретаете готовый видеосервер для IP-видеонаблюдения, убедитесь, что он соответствует описываемым в данной статье требованиям, и обязательно оговорите условия переустановки и модернизации ПО сервера непосредственно вами без необходимости его везти к производителю. Некоторые разработчики делают так называемые черные ящики, которые не допускают вмешательства извне. Это, с одной стороны, повышает надежность системы за счет ограничения несанкционированного вмешательства, но с другой - в случае сбоя у вас не будет возможности устранить его самостоятельно.