Сервер для ip камер: выбор ОС, расчет ресурса, сбор данных, готовые решения

Экспериментально доказано, что для того, чтобы организовать обслуживания двадцати камер наблюдения разрешением 2 МП понадобится сервер, имеющий пару четырехядерных процессоров.

На сегодняшний день это стандартная вычислительная мощность, которую можно купить в любом магазине. Производительность других компонентов вкупе задает лишь десятую часть серверного КПД.

Для категории желающих сэкономить путем построения бытового сервера будет разочарованием то, что настольные компьютеры по своей производительности в качестве хранилища данных видео архива не подойдут.

Лучше всего подойдет готовое решение, которое предлагается любым производителем. Серверные станции высокой мощности в архитектуре IP-видеонаблюдения используются редко по причине неприемлемой стоимости.

Ситуацию можно разрешить путем закупки более совершенного программного обеспечения и камер более низкого разрешения. Нагрузка на сервер зависит не столько от количества камер, сколько от размера пакетов данных, отправляемых в хранилище.

Еще одним направлением, за счет которого можно разгрузить сервер для IP камер, является использование мощности рабочих станций операторов видеонаблюдения.

Выбор операционной системы для работы сервера

Самой распространенной операционной системой, используемой в большинстве компаний, является MICROSOFT WINDOWS.

Это и богатый набор приложений и драйверов для работы оборудования. В числе софта также имеется и специализированные программы, которые управляют работой сервера, в том числе есть специализированные алгоритмы, контролирующие работу IP-камер.

Однако опытные специалисты в этом вопросе отдадут предпочтение операционной системе LINUX по причине более стабильной работы и сниженными требованиями к возможностям обслуживающего «железа».

Если при построении серверных систем наблюдения на серверном управлении еще можно выбирать операционную систему, то программное обеспечение производителя самих камер будет таким каким оно есть.

Это стоит учитывать при решении вопросов совместимости и расширения задач, которые будет выполнять сервер для IP видеонаблюдения. Если этого не сделать заранее, в лучшем случае придется ждать обновления ПО производителя.

Исходные данные для расчета ресурсов сервера

Выбор сервера для IP-видеонаблюдения по производительности учитывают четыре основных параметра:

• Частота процессора и его производительность (количество ядер, кэш-память);
• Частота оперативной памяти и ее общий объем;
• Возможности видеокарты;
• Полоса пропускания контроллера ETHERNET.

Подсчет ресурсов рабочего места рекомендуется производить по максимально возможным параметрам. Делается это не для того, чтобы наверняка обеспечить комфортную работу всей в целом, а для того, чтобы в будущем иметь возможности наращивания функционала.

Перед тем, как покупать сервер для хранения видеоматериала, лучше всего уточнить у поставщика все необходимые параметры для облегчения работы штатным программистам. Это будет касаться опять же тех самых камер, например, если превалирующее количество одной марки, то и сервер лучше будет заказать того же бренда.

Это связано с тем, что видео захват с камер компилируется в пакеты данных и поступает для обработки в рабочую станцию.

Объем вычислений резко возрастает в том случае, если серверным процессором параллельно с обработкой эфира идет трансляция на мониторы пользователей.

Что касается пропускной способности сети, то тут проблем не возникнет. Рекомендованная скорость при приближении к серверу должна быть возможно максимальной, при удалении ее можно снижать.

Это особенно активно используется при построении гибридных сетей на крупных объектах, таких как аэропорты, вокзалы или производственные объединения.

Сбор данных в массиве сервера

Как уже было сказано выше, организация видеонаблюдения на основе локальных сетей, характеризуется постоянным внесением изменений и улучшений, влияющих как на возможности системы в целом, так и оптимизацию задействованных ресурсов.

Так, в нерабочее время камеры оснащаются датчиками, реагирующими на движение. Круглосуточно работающий сервер примет информацию с датчика, запустит запись с того места, где произошло движение.

Тем самым исключается необходимость полной записи всего эфира со всех камер. Это просто нецелесообразно, так как придется снижать период хранения записанного материала.

Достаточно часто беспроводная ВЕБ-камера WI-FI используется для ведения контроля над лестничной площадкой или придворовой территорией частного дома.

Многие производители стали выпускать специальные жесткие диски, ориентированные именно на системы видеонаблюдения. Они используют технологию ATA Streaming Command Set. О том, как выбрать жесткий диск читайте тут.

Особое внимание уделяется серверу видеонаблюдения IP камеры в случае сбоев системы. Как правило, выполняется комплекс предупредительных мер по предотвращению возможных неисправностей и скорейшего восстановления записи трансляций в автономном режиме.

Это очень важно, так как видеонаблюдение является неотъемлемой частью системы охраны.

Надежная работы сервера в целом обеспечивается соблюдением следующих требований:

• Узлы и детали, планируемые к установке, должны быть рассчитаны на работу в режиме 24 часа 7 дней в неделю (круглосуточно). Комплектующие для обычных рабочих станций для этих целей не подойдут;
• Для работы операционной системы необходимо зарезервировать на просто область на диске, а отдельный жесткий диск. Делается это по причине того, что при каждой перезаписи происходит уменьшение его ресурса;
• Вентиляторы должны быть соответствующего класса, иметь высокую производительность и отказоустойчивость;

• Каждая составляющая деталь серверной станции имеет такой параметр, как среднее значение между сбоями. Закономерность тут следующая: общее время отказа будет равняться наименьшему значению хотя бы одного из компонентов.

Готовые решения для предприятий

Богатый ассортимент серверов для охранных систем видеонаблюдения связан с постоянно растущим спросом на данную категорию товаров.

Другое название хранилищ данных сетевые видеорегистраторы, работающие в сети ETHERNET.

Для тех, кто не желает расставаться с аналоговыми камерами слежения за объектами предлагаются решения в виде гибридных серверных станций. В их возможности входит обработка и запись сигнала как с IP-камер, так и с классических.

При установке сети «с нуля» лучше сего купить сервер, работающий только с современными устройствами наблюдения.

Самые дорогие и мощные станции позволяют работать одновременно со 128 камерами, имеющие хранилище данных размером 30 ТБ. Естественно, приобретение такого оборудования должно соответствовать уровню компании.

Как правило, видеорегистраторы уже «прошиты» и готовы к работе сразу после установки. Перед приобретением необходимо лишний раз убедится в том, что станция сможет работать с уже имеющимися IP-камерами и уточнить вопрос о возможности вмешательства в работу сервера для модернизации.

Современный комплект Wi-Fi-видеонаблюдения представляет собой целый комплекс отдельных устройств, взаимосвязанных между собой в процессе функционирования и работающих как единая система.

Подключить веб-камеру на ноутбуке не составляет никакого труда, потому что она уже встроена в конструкцию любого портативного компьютера, и существует соответствующая ей функция в программном обеспечении. О том как подключить веб-камеру к компьютеру читайте тут.

Некоторые производители при разработке охранных систем исключают возможность внесения таких изменений для всех, кроме своих представителей. Например, в случае сбоя, штатный программист компании ничего сделать не сможет и придется каждый раз вызывать технического специалиста для решения таких вопросов.

Наладить работу сервера можно на базе уже готовой корпоративной сети, создать заново или приобрести готовое решение у профильных производителей.

Сервер видеонаблюдения

Рынок

Рынок систем видеонаблюдения очень обширен и состоит из множества вертикальных отраслевых рынков, находящихся на разных стадиях развития. Отраслевые рынки, наиболее восприимчивые к новшествам технологий видеонаблюдения – это промышленное производство, энергетика, транспорт, образование, а также системы «Безопасного города». На этих рынках активно внедряются новейшие сетевые системы видеонаблюдения на базе IP-технологий.

Большие предприятия, сфера обслуживания и розничная торговля также активно развивают системы IP-видеонаблюдения, хотя и с некоторой задержкой по причине большой распределенности их предприятий и филиалов, а также вследствие довольно высоких расходов на передачу видеотрафика по сетям операторов связи. Также активно развивается интеллектуальная видеоаналитика, включая различные виды мобильного видеонаблюдения: носимые камеры, регистраторы, дроны.

По оценкам аналитиков и данным финансовых отчетов ведущих производителей программно-аппаратных решений для систем сетевого видеонаблюдения этот рынок будет расти со среднегодовыми темпами более 10 % до 2026 г. В 2017 году рынок оценивался в 35 млрд. долл. и прогнозируется его рост до 75 млрд. долл. до 2025 года.

Более половины этого рынка занимают серверы, сетевые устройства и ПО для интеллектуального видеонаблюдения, а камеры и системы хранения – все остальное. Причем рынок серверов для IP-систем видеонаблюдения имеет тенденцию опережающего роста.

Рост мирового рынка систем видеонаблюдения

Стандартизация

В ноябре 2008 г. компаниями был основан Международный форум ONVIF (Open Network Video Interface Forum) с целью обеспечения совместимости устройств и программ для видеонаблюдения. К концу 2019 г. число участников форума ONVIF составило около 500 компаний.

PSIA (Public Security Investigative Agency) – еще один стандарт, призванный решать проблемы совместимости оборудования. Стандарт PSIA является более общим и больше подходит для систем контроля доступа, а также для специализированных датчиков. Однако ассоциация PSIA гораздо менее популярна по сравнению с ONVIF; она насчитывает не более 50 членов.

Серверы для IP-видеонаблюдения

Аналоговое видеонаблюдение осталось в прошлом и хотя у многих пользователей еще работают аналоговые камеры, не будем его рассматривать. Сервер для IP-видеонаблюдения – устройство для записи и хранения и передачи контента с IP-камер. Кроме того, для организации удаленного видеонаблюдения видеосервер может передавать видеопоток через Интернет. Записанный контент можно просматривать через систему управления VMS (Video Management System), либо удаленно через обычный интернет браузер.

Типовая структура системы IP-видеонаблюдения

Необходимой функцией современного видеосервера является хотя бы элементарная аналитика видеоконтента и выдача предупреждений об определенных событиях, зафиксированных камерами. Необходимо, чтобы сервер видеонаблюдения был способен начинать запись по срабатыванию датчика движения и выдавал оповещения о некоторых событиях (например, вторжении в закрытую зону) по SMS или электронной почте. Более сложные функции видеоаналитики – это распознавание лиц и личности людей, определение номеров автотранспорта (в т. ч. при наличии загрязнений) и другие продвинутые функции.

Основные параметры сервера видеонаблюдения:

• количество подключаемых камер видеонаблюдения (число каналов);
• скорость записи, кадров в секунду (fps, frame per second);
• емкость накопителя (жесткого или твердотельного диска);
• возможные режимы записи: постоянный, старт по движению, старт по расписанию;
• тип процессора, число ядер и производительность.
• возможность работы множества отдельных серверов как единой системы (горизонтальное масштабирование).
• возможности видеоаналитики: распознавание лиц и номеров, распознавание вторжения или пересечения линии, детекция оставленных или забранных предметов, праздношатания и проч.

Последний параметр фактически разделяет серверы видеонаблюдения на два больших класса по потенциальным возможностям: с возможностями видеоаналитики, и без таковых.

Например, в ритейле сейчас растет спрос на видеоаналитику – маршруты движения покупателей в торговых залах, около каких товаров они проводят сколько времени, на какие полки смотрят. Это источник ценнейшей информации для маркетологов и в значительной степени вопрос конкурентоспособности торговой сети. Видеоаналитику можно делать локально на серверах непосредственно в торговых точках. Однако это ресурсоемкие задачи, как правило требующие применения графических процессоров GPU.

Хранимые объемы видеоданных часто бывают весьма значительными. Для их экономичного хранения используются внешние магнитные накопителей большой емкости – до 14 ТБ и более. Обеспечение сохранности данных и отказоустойчивости в таких обстоятельствах представляет собой специфическую задачу ввиду длительного времени, требующегося для перестроения массива в случае выхода накопителей из строя. В этих случаях используются RAID-6 (при количестве накопителей более 8), а также RAID-50, 60 и специальные программные средства при количестве подключенных накопителей более 12.

Популярны высокоплотные дисковые полки на 60 и даже 90 накопителей.

Например, дисковая полка HPE D6020: до 70 жестких дисков, SAS 12 Гбит/с, 7200 об/мин, LFF (3,5″):

Дисковая полка HPE D6020 на 70 накопителей 3.5”

Поскольку для видеонаблюдения может использоваться большое количество механических накопителей, имеющих ограниченную надежность, то большое значение для видеосервера имеет гарантийная поддержка поставщика. Важно, чтобы в течение эксплуатации накопители заменялись по гарантии или сервисному контракту, а их отказы не приводили к непрогнозируемым дополнительным расходам на приобретение ЗИП. Поставщики часто закладывают стоимость ЗИП в комплект поставки.

Примеры видеосерверов

Видеосервер небольшой мощности, пригодный для небольшого предприятия (магазина, турагенства, кафе, и пр.), может выглядеть так.

Видеосервер компании Synology DVA 3219

Видеосервер компании Synology DVA 3219 поддерживает до 32 видеопотоков с IP-камер и может выполнять одновременно четыре задачи аналитики видеоконтента в реальном времени. Он имеет четырехъядерный процессор 2,1 ГГц, память 4 ГБ (с возможностью расширения до 32 ГБ) и четыре порта GE с возможностью аварийного переключения и агрегирования каналов. Один модуль сервера, как видно на фото, имеет 4 накопителя системы хранения видеоданных.

Возможности аналитики этого сервера содержат элементарные функции:

• подсчет количества людей, входящих в зону и выходящих из нее;
• обнаружение вторжения при пересечении предупредительной линии, при котором автоматически создаются оповещения;
• отслеживание зоны для обнаружения объектов, которые не должны находиться в них (автомобиля не на стоянке, человека, находящегося перед входом дольше установленного периода времени, и пр.);
• обнаружение необычных движений при фильтрации обычных фоновых движений, например, дождя, снега, качающихся деревьев, мелких животных и пр.

Другой вариант конструктивного исполнения сервера для установки в стойки 19 дюймов. Например, такой на базе сервера HPE Proliant dl180 Gen10:

Стоечный вариант видеосервера компании HPE

Количество камер, подключаемых к видеосерверу, может быть до 128 и более. В этом случае используется более сложная конфигурация системы.

Существуют специализированные серверы с продвинутыми системами видеоаналитики на основе нейросетей с обучением, с элементами т. н. «искусственного интеллекта» (ИИ), которым будет посвящена отдельная статья.

Система хранения

Для серверов IP-видеонаблюдения используются жесткие диски, которые имеют высокую емкость и которые способны выдерживать постоянные нагрузки. Скорость жесткого диска должна соответствовать скорости передачи видеоданных. При этом номинальная скорость диска должна быть как минимум в два раза выше скорости видеопотока, поскольку нужно оставить запас на служебные операции: чтение информации, архивацию, передачу данных на удаленный доступ и выполнение функций аналитики. Диски видеосервера, как правило, объединяются в RAID-массивы (обычно, RAID 5 и RAID 6), что положительно влияет на быстродействие и производительность системы.

Для масштабирования систем хранения используются внешние диски. Например, система хранения видеосервера Synology DVA 3219 может масштабироваться до 14 дисков с помощью двух модулей расширения DX517.

Сетевые интерфейсы

При расчете максимального количества камер, подключаемых к серверу, необходимо учитывать эффективную пропускную способность сетевого интерфейса, которая составляет 70 % от его номинальной скорости (обычно 100 Мбит/с), поскольку 30 % необходимо «закладывать» на выполнение служебных операций по управлению камерами. Сеть для подключения видеокамер должна выдерживать постоянную нагрузку в 150 Мбит/с – примерно такую полосу трафика создают 50–60 камер, передающих видео в разрешении 1920×1080 (Full HD). При этом одна камера передает трафик около 2 Мбит/с. Надо учитывать, что 90 минут видео в сжатии MPEG4 в разрешении 1920×1080 требуют для хранения примерно 20 Гб дискового пространства.

Системы управления камерами

Системы управления камерами могут выглядеть примерно так:

Пример системы управления камерами

Обычно системы управления камерами обеспечивают возможность выбора камеры для онлайн-просмотра с подключенных камер, распознавания движений, поиска по архиву, воспроизведения записей, а также экспорта отдельных фрагментов видео для дальнейшего анализа и использования. Кроме того, как видно из рисунка, есть возможность управления направлением просмотра камеры (при помощи джойстика или другого элемента управления), масштабирования изображения и пр. Просматривать изображения с камер можно не только на специальных мониторах рабочего места службы безопасности, но и удаленно, на компьютерах c ОС Windows, Linux, iOS, а также на Android-устройствах: планшетах и смартфонах. Это очень удобно для эффективного использования функций наблюдения сотрудниками службы безопасности, которые дежурят на объектах.

Пример применения

Энергетика – одна из самых употребительных областей для видеонаблюдения. Вот как может выглядеть система видеонаблюдения с видеосервером для подстанции распределения электроэнергии (Substation).

Пример использования видеосерверов в системе видеонаблюдения для энергетики

К IP-видеосерверу (Digital Video Server) через локальную сеть подстанции (Substation Network), могут подключаться различные виды видеокамер: PTZ, CCTV, IP-камеры, инфракрасные камеры, а также различные датчики и считыватели (Card Reader) и устройства оповещения – звукоые (Speaker/Horn) и световые (Lights). Непосредственно на подстанции может быть расположена система управления камерами и мониторинга (Local Video Monitoring).

Для централизованного управления и мониторинга могут использоваться различные виды сетей связи: Интернет, мобильная сеть и сети передачи данных. С их помощью локальный видеосервер подстанции может подключаться к центральному видеосерверу (Central Video Server) на центральной станции управления (Central Control Station). Этот сервер, конечно, будет более мощным, чем локальный, и должен иметь систему дискового хранения большего объема (Storage), а также более продвинутую система аналитики. С центральной станции можно осуществлять профессиональное обслуживание (Managed Services) для администрирования оборудования подстанций и отслеживания выработки ресурса устройств подстанции с использованием технологий Интернета Вещей.

Через центральный видеосервер к камерам на различных подстанциях могут подключаться удаленные пользователи: инженеры, администраторы, обслуживающий персонал, сотрудники службы безопасности. Они могут автоматически получать извещения на свои рабочие станции и мобильные устройства (Remote Access & Email Notification).

Видеосерверы могут выполнять также функции SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор данных) для сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.

Преимущества серверов для IP-видеонаблюдения

1. Снижение потерь от воровства и вандализма.

По сравнению с аналоговыми, IP-камеры не только записывают и хранят видеозаписи, но также обеспечивают гораздо более высокое качество видео: более высокое разрешение, большие углы обзора и большие возможности управления. При этом можно более точно видеть, что происходит, идентифицировать людей и объекты. Это также экономит средства: при помощи меньшего числа видеокамер можно получать больше информации.

1. Легкость установки и простота эксплуатации.

Цифровые системы легче устанавливаются, поскольку используют стандартные компьютерные протоколы, технологии и процедуры; они не требуют высококвалифицированного персонала. Структура IP-сети также более простая, при этом используется стандартная локальная сеть предприятия, а не строится новая. Кроме того, возможность запитки камер через локальную компьютерную сеть (РоЕ) исключает необходимость расположения камер непременно возле электрических розеток или прокладки особых линий питания для них.

1. Более совершенная система хранения.

Большинство аналоговых систем использовали специальные видеомагнитофоны для хранения видеозаписей, объем которых был весьма ограничен. Цифровые системы используют цифровые системы записи DVR (digital video recorder), объем которых можно расширять по необходимости. Упрощается контроль доступа к записям, при этом повышается безопасность, а также появляется возможность удаленного мониторинга и управления камерами.

IP-видеонаблюдение более выгодно экономически, чем аналоговое. Оно не требует выделенной инфраструктуры для работы, а использует уже существующую компьютерную сеть предприятия. Поскольку IP-камеры дают более высокое качество изображения и большие углы обзора, можно использовать меньше камер. Цифровое изображение может быть сжато, при этом оно использует гораздо меньше места в системе хранения по сравнению с аналоговым.

Аналоговое видеонаблюдение позволяло только просматривать изображения с камер; контроль и анализ происходящего лежал целиком на человеке со всеми вытекающими последствиями (невнимательность, небрежность, усталость и пр.). IP-видеонаблюдение может производить интеллектуальный анализ происходящего на изображении и выдавать для человека предупреждения. Это положительным образом влияет на экономический эффект от видеонаблюдения, в т.ч. получение дополнительной прибыли или повышение эффективности за счет видеоаналитики (например, сокращение численности персонала в розничном магазине). На основе продвинутых систем видеоаналитики, можно, например, создавать магазины без касс, где видеоаналитика будет автоматически определять, кто что с какой полки взял (или наоборот, положил обратно). При прохождении покупателя через турникет на выходе система автоматически спишет стоимость покупок с банковской карты покупателя.

1. Возможности апгрейда и масштабирования.

Аналоговые системы, будучи однажды развернутыми, крайне сложно подвергаются модификации и расширению. Цифровые системы могут легко подвергаться периодическому апгрейду, вводу новых функций, а также более просто масштабируются. Наиболее продвинутые системы аналитики могут обучаться в зависимости от действий оператора, за счет чего повышается точность распознавания объектов и действий.

И это далеко не полный перечень преимуществ IP-систем видеонаблюдения.