Video-Bildspeicher

Als Digitale Videobildspeicher (DBSP) werden meist Windows-basierte Systeme eingesetzt, die pro Einheit (Videoserver) 8 bis 16 Videokanäle (Kameras) aufzeichnen und via LAN zu größeren Einheiten vernetzt werden können.

Kameraanschlüsse

Digitale Kameras mit TCP/IP-Anschluss und Netzwerkadresse werden über die gleichen LANs (TCP/IP-Netzwerke) mit den Servern verbunden. Für analoge Kameras braucht es ein Digitalisiergerät (CODEC) mit einer Netzwerkadresse, das die analogen Kamerasignale in digitale Signale umwandelt. Heutige DBSP sind meist nach dem Client-Server Prinzip aufgebaut, wobei die digitale Kamera als Kameraserver ausgebildet ist, der gleichzeitig von mehreren Speichern oder Bedienpersonen abgefragt werden kann (Multicasting). Der eigentliche Bildspeicher ist als Videoserver ausgebildet, der ab PC-Bildschirm oder via Clients über das Netzwerk bedient werden kann. Moderne IP-Kameras haben oft bereits einen lokalen Speicher (Ringspeicher), um im Alarmfall auch Bilder vor dem Alarm zum Videoserver zu übermitteln.

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Bedienungsmöglichkeiten

Beim Bildspeicher werden entweder alle Kameras lückenlos aufgezeichnet, oder bei ereignisgesteuerter Videoaufzeichnung, mittels lokalem Ringspeicher pro Kamera, mit Pre- und Post-Alarm aufgezeichnet. Bei professionellen Systemen werden zur Speicherung oft redundante Disc-Arrays (RAID), Cluster oder fehlertolerante Systeme eingesetzt und das Backup erfolgt über SAN (Storage Area Network). Moderne Server-Systeme erlauben es (für jeden Kanal und Benutzer) die Kameralivebilder zu betrachten, die Kamerasequenz aufzuzeichnen und gespeicherte Daten des gleichen Kanals abzurufen (Triplex).

Ebenfalls möglich ist das zeitversetzte Fernsehen, bei dem man eine Videosequenz aufzeichnet und gleichzeitig die gespeicherten Sequenzen betrachtet und sich auf der Zeitachse vor- und zurück bewegt; von der Live-Aufnahme bis zu langen Verzögerungszeiten. Über die Bedienung via Client ist es möglich, eine Kamera im Netzwerk auszuwählen, die Kamera zu bedienen, Sequenzen aufzuzeichnen, gespeicherte Sequenzen abzurufen, in gespeicherten Sequenzen zu suchen, usw.

Speichertechnik

Immer mehr Kameras, höhere Auflösungen und längere Vorhaltezeiten erhöhen den Bedarf an Speichersystemen. Bei der Definition des konkreten Bedarfs müssen die Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Kapazität, Kosten und Leistungsfähigkeit definiert werden.

RAID

Bei professionellen Videoüberwachungsanlagen setzt sich die RAID-Speichertechnik immer mehr durch. RAID ist die Abkürzung für Redundant Array of Independent Disks. Es steht für ein Verfahren der Datenspeicherung auf mehreren einzelnen Festplatten, die zu einer einzigen logischen Einheit zusammengefasst werden. Die verschiedenen RAID-Level, ihre Möglichkeiten, sowie ihre Vor-und Nachteile im Betrieb, bei Ausfall einer Platte und während eines Rebuild-Vorgangs sind unter dem Stichwort RAID dargestellt

In der Videosicherheit geht die Tendenz zu RAID Level 6, vor allem, weil Festplatten immer größer werden. Durch doppelte Parität bietet RAID 6 Sicherheit gegen den gleichzeitigen Ausfall von zwei Platten. Damit ist der RAID-Verband auch während eines Rebuilds, also während des Rekonstruktionsprozesses, noch gegen einen Festplattendefekt abgesichert. Gerade die intensiven Schreib- und Lesevorgänge während des Rebuilds stellen deutlich erhöhte Anforderungen an die Festplatten. Zudem wachsen Festplattengrößen unaufhörlich, womit der Wiederherstellungsprozess entsprechend länger dauert. Die Gefahr, dass während eines Rebuilds eine Platte ausfällt, steigt also mit der Festplattenkapazität. RAID 6 gewährleistet auch während des Rebuilds die Ausfallsicherheit des Systems – und das zum Preis nur einer zusätzlichen Platte!

Eine Alternative ist RAID 5 mit integrierter „Hot-Spare“-Platte: Eine Reserveplatte, die zwar im System eingebaut, aber solange außer Betrieb ist, bis eine aktive Platte ausfällt. Erst dann wird sie vom RAID-Controller automatisch eingeschaltet – der Rebuild-Prozess beginnt sofort. Der Vorteil: Die „Hot-Spare“-Platte altert kaum, solange sie außer Betrieb ist. Der Nachteil: Während des Rebuilds ist keine Ausfallsicherheit gegeben. Allerdings wird die Zeit bis zum Start des Rebuilds verkürzt. Das macht Sinn, wenn ein System nur schlecht durch den Systemadministrator erreichbar ist, und es daher lange dauert, bis eine defekte Platte ersetzt werden kann. Grundsätzlich lässt sich eine „Hot-Spare“-Platte auch in RAID 6-Systeme integrieren.

Tipps:

• Das Controller Messaging aktivieren!
• Den Administrator veranlassen, die Meldung ernst zu nehmen, und vor Ort Ersatzplatten vorrätig halten! So kann er zeitnah reagieren und das Risiko eines Datenverlustes minimieren.

Das Gesamtkonzept: Zentral oder lokal

Zunächst ist die Frage nach der Priorität zu klären: Wird maximale Speicherkapazität der Festplatten benötigt, oder optimaler Datendurchsatz, oder möglichst hohe Ausfallsicherheit? Nicht nur das RAID-Level innerhalb eines Systems, sondern auch der Aufbau des Speicherkonzepts und die Verbindung mit den datenerzeugenden Geräten haben Einfluss. Hauptsächlich unterscheidet man zwischen Netzwerk-angebundenen (zentralen) und direkt angebundenen (lokalen) Speicher. Hier die Unterschiede:

iSCSI Storage – zentral speichern über größere Distanz

iSCSI (Internet Small Computer System Interface) ist ein Standard für Speichernetzwerke auf IP-Basis und dient der zentralen Verwaltung von Speicherplatz innerhalb eines LANs. Es kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn mehrere Geräte Daten erzeugen, die auf einem gemeinsamen Speicher abgelegt werden. Ob aus Platzgründen, zur besseren Verwaltung oder um die (jeweils geringen) Speicheranforderungen mehrerer Einheiten in einem größeren Verbund zusammen zu fassen. Unter der Prämisse, dass RAID 6 als Standard gesetzt ist, gibt es folgende Varianten:

Alle Rekorder teilen sich eine Volume Group mit RAID 6. Der maximale Datendurchsatz wird auf die Geräte aufgeteilt. Die Zugriffsgeschwindigkeit für jeden einzelnen Rekorder ist eingeschränkt. (Grafik: Geutebrück GmbH)

Für maximale Speicherkapazität werden alle verfügbaren Festplatten (n) zu einem großen Speicher, einer „Volume Group“ zusammengefasst. Die Nettokapazität (bei RAID 6 = n-2 – siehe oben) wird nun in einzelne Partitionen (Virtual Disks) aufgeteilt. Jede Partition erhält einen Anteil an dem insgesamt zur Verfügung stehenden Speicherplatz. Die Daten erzeugenden Rechner (in unserer Anwendung DVR oder NVR, also Rekorder) nutzen nun „logische“, „virtuelle“ Speicherorte anstelle lokaler Speichermedien. Potenzieller Flaschenhals ist die zentrale Speicherverwaltung, die die Daten aller Rekorder empfängt und verteilt – mit begrenztem Datendurchsatz. Der Vorteil ist dagegen, dass die RAID 6 Ausfallsicherheit nur 2 Festplatten der Gesamtkapazität aller Rekorder „kostet“.

Die Verwaltung des RAID Systems ist vereinfacht. Die Performance der Einzeleinheiten steigt. Schreiben, Lesen und Zugriff sind beschleunigt. Bei einem Festplattenausfall innerhalb einer Volume Group ist nur ein Rekorder betroffen. (Grafik: Geutebrück GmbH)

Für noch höhere Datensicherheit werden innerhalb eines RAID-Systems mehrere Volume Groups mit jeweils eigenem RAID 6 konfiguriert. Jede Volume Group ist eine separate Partition (Virtual Disk). Jeder Rekorder nutzt eine eigene Volume Group für seine Daten. Jede Volume Group wird gesondert angesteuert. Vorteile sind die noch höhere Ausfallsicherheit sowie die effizientere Verwaltung durch den RAID-Controller mit einem entsprechend höheren Datendurchsatz pro Rekorder. Allerdings „kostet“ dieses Konzept deutlich mehr Festplatten, nämlich genau die zweifache Anzahl an Volume Groups, die nicht für Nutzdaten zur Verfügung stehen.

SAS Storage – die direkte Verbindung

Rekorder mit integriertem RAID-System (im Beispiel: G-Scope/8000) erweitert auf die benötigte Kapazität mit Hilfe von SAS-angebundenen JBODs (Just a Bunch of Discs) – in diesem Fall auf 256 TB Datenbankgröße als RAID 6 erweitert. (Grafik: Geutebrück GmbH)

SAS (Serial Attached SCSI) ist ein direkt an den Rechner angeschlossenes Speichersystem (auch: Direct Attached Storage -DAS- oder Server Attached Storage). Es besteht eine dedizierte, direkte Kabelverbindung über ein SCSI-Kabel zwischen Rechner und Speichereinheit. Die Entfernung zwischen beiden ist auf einige Meter begrenzt. Die Gesamtleistung des RAID Systems steht dem angebundenen Rekorder zu 100% zur Verfügung, aber auch nur diesem Rekorder. Jeder weitere Rekorder braucht sein eigenes Speichersystem. Vorteil ist der sehr hohe Datendurchsatz und damit optimale Festplattenzugriff. Dieses Konzept ist empfehlenswert, wenn die Anforderungen an die Speicherkapazität eines einzelnen Rekorders sehr hoch sind, z.B. weil viele hochauflösende Kameras mit hoher Bildrate für einen langen Zeitraum gespeichert werden müssen.

Kompatibilität

Zu beachten ist, dass die Übertragungsprotokolle der digitalen Kameras eines Herstellers meist nur zu einem Bildspeichersystem des gleichen Herstellers passen. Es gibt aber bereits Firmen, die verschiedene Kameratypen an ihrem Bildspeicher anschließen können und nebst der Bildspeicherung auch Video-Bildanalyse für jeden Kanal anbieten. Da auch die gespeicherten Bilder eines Herstellers meist nicht kompatibel mit andern Herstellern sind, können die Daten oft nicht ausgetauscht werden.

Ein Ausweg ist oft das Kopieren auf DVD, um Sequenzen an Dritte weiterzugeben. Beim Speichern, Aufbewahren und Weitergeben von Videosequenzen sind die nationalen Datenschutzbestimmungen und Gesetze zu beachten, die nicht alles zulassen, was technisch möglich wäre.

Siehe auch

• RAID
• Videoüberwachung (mit weiteren Verweisen)