צמצום העלויות ושיפור האמינות של מערכות אחסון למעקב וידאו

מאת: איגור פישמן, פלקו מקבוצת שניידר אלקטריק.

המעבר של מערכות הקלטת וידאו מקלטות וידאו אנלוגיות לכונני דיסקים קשיחים דיגיטליים הונע בעיקר על-ידי הרצון לצמצם עלויות ובמקביל להגדיל את זמני ההקלטה  שאת נתוניהם ניתן לשמור על כמות מוגבלת של נפח אחסון. התעשייה ניסתה דרכים שונות להתמודד עם העלות באמצעות צמצום ממדי הוידאו המוקלט.

מערכת אחסון מתוכננת היטב הבנויה עבור הדרישות הייחודיות של מעקב וידאו IP יכולה להציע פתרון אמין, מדרגי וחסכוני יותר ותת-מערכת אחסון יכולה לסייע ללקוחות לנצל את מלוא היתרונות של רזולוציה גבוהה יותר ושל וידאו בזמן אמת שמציעות מצלמות ה-IP המתקדמות הקיימות היום.

מצלמות ה-IP של ימינו יכולות להפיק תמונה טובה בהרבה מקודמותיהן האנלוגיות. עם הגעתן של מצלמות המגה-פיקסל החלו המשתמשים לבחון מחדש את נכונותם להתפשר על איכות ועל קצב הצגת התמונה. למרבה השמחה, תת-מערכת האחסון עם הארכיטקטורה הנכונה יכולה היום לאפשר למשתמשים לנצל את היכולות הללו מבלי לחרוג מהתקציב.

הטכנולוגיה היא רק אחד האלמנטים העומדים מאחורי הצורך בפרדיגמה חדשה. תקנות חדשות החלו להציב דרישות לרמה מתקבלת על הדעת של איכות, של מהירות התמונה ושל משכי זמן מינימליים לשמירת חומרים. אנו עדים גם לדרישה הרבה יותר גבוהה מצד משתמשי הקצה לקטעי וידאו באיכות גבוהה יותר, מה שמניע את הצורך במציאת פתרונות הקלטה חסכוניים עבור מצלמות ה-IP והמגה-פיקסל הקיימות היום. לצד הדרישות שמציבות התקנות שהזכרנו לעיל, גם נהלי ההקלטה והאחסון המסורתיים הולכים ונהיים מיושנים ובלתי רלוונטיים. כתוצאה מכך, היום יותר מתמיד, התעשייה מתמודדת עם הצורך למצוא ארכיטקטורת אחסון חסכונית, אמינה ומדרגית שתענה על כל הצרכים הללו.

אחסון וידאו דיגיטלי הוא ייחודי ושונה מנתונים מסורתיים בכמה וכמה אופנים:

גודל מסד הנתונים

כיוון שאחת הדרישות של מערכות מעקב וידאו היא היכולת לתמוך בצרכים של סוגים שונים וגדלים שונים של מצלמות, מערכות אחסון וידאו מתוכננות היטב חייבות להיות מסוגלות לשנות את היקפן ביעילות מגיגה-בייטים ספורים עד לפטה-בייטים. מערכות אחסון המתוכננות עבור וידאו חייבות להציע את אותה רמה של הגנת נתונים ואבטחה כמו מערכות אחסון IT ארגוניות, אך תמורת מחיר נמוך בהרבה.

פעולות עתירות כתיבה

מצלמות מעקב לעולם אינן מפסיקות להזרים וידאו, וכשהן עושות זאת, כמעט 95% מהפעולות המבוצעות על הכונן הקשיח הן פעולות כתיבה. כשבוחנים את התמונה הגדולה, אחזור של חומר מוקלט מייצג אחוז קטן ביותר מעומס העבודה של מערכת האחסון. הבעיה שיוצרת מערכת אחסון בלתי תואמת עבור יישום מעקב הוידאו היא עלות לא הכרחית. כדי להתמודד עם תפוקה לא מספקת של פעולות כתיבה, שרתי ההקלטה נדרשים לבנות באפר עבור זרמי וידאו נכנסים. אך לא זו בלבד ששרתים נוספים מגדילים את הוצאות ההון, הם גם צורכים יותר חשמל, קירור, כניסות רשת ושטח מסד, וכל אלה מנפחים, כמובן, את תקציב התפעול השוטף של המערכת.

רגישות לזמני תגובה של המערכת

מערכות מעקב וידאו מתוכננות לצמצם השהיות מקצה לקצה כמה שרק ניתן. למשל, הרכיבים, לרבות המצלמות, דוחסים ופורסים מתמודדים עם נפח באפר קטן ביותר עבור הצגת וידאו. לעומת זאת, סכמות העברת שידור עם באפר נמצאות בשימוש נרחב במערכות אחסון כדי שיהיו מסוגלות להתמודד עם בקשות אסינכרוניות משרתים שונים. לכן, בעוד שלמערכות אחסון ארגוניות יש נתוני תפוקה מרשימים ביותר, היכולת לטפל בבקשה נכנסת משרת נתון איננה פעילות דטרמיניסטית. האופן הא-סינכרוני שבו מערכות אחסון מטפלות בבקשות נכנסות יכול לחולל מהומה במערכת מעקב וידאו. השרת המפעיל את תוכנת ה-NVR יכול בדרך כלל לחצוץ חלק מתנועת וידאו זו, אך כאשר מצלמות שונות נכנסות לתמונה וכאשר משלבים טופולוגיות אחסון שונות, נוצר מצב שבו יש שימוש יתר משמעותי במשאבים של שרת ה-NVR כדי שיוכל להתמודד עם השונות בעומס. אפשרות אחרת היא מצב שבו יש הגבלה חמורה לגבי מספר וסוג המצלמות שבהן יכול כל שרת לתמוך. כיוון שאחד המרכיבים של פתרון אחסון מתוכנן היטב הוא צמצום עלויות, הדרישה של יותר שרתים שיותאמו למספר נתון של מצלמות נמצאת בסתירה למאמץ לצמצם עלות בעלות כוללת (TCO).

FIFO רציף של קטעים מצולמים עם הזרמת וידאו מתמדת

מרבית מערכות המעקב מגדירות מערכי אחסון על בסיס שורה של פרמטרים כמו קצב ביטים (bit-rate) מהמצלמה, לוח זמני הקלטה, מספר מצלמות להקלטה, ותקופת השמירה הנדרשת. ברגע שמפעילים את המערכת, מתחילה הקלטת וידאו והכוננים הקשיחים מתחילים להתמלא. אם חישובי האחסון הראשוניים בוצעו כהלכה הרי שהכוננים יתחילו “לדרוס” את החומר הקודם ולהחליף אותו בחומר חדש עם סיומה של תקופת השמירה.

רוב תוכנות ה-NVR מתוכננות כך שאם לא נותר נפח אחסון נוסף, ה-NVR יפסיק לכתוב קבצים חדשים בניסיון להגן על הנתונים שכבר מצויים על הכוננים. אחת הדרכים לעשות זאת היא למנף מערכת קבצים שתהיה פחות מועדת לפרגמנטציה ותוכל להתאושש מהר יותר. כיוון שמערכות וידאו דורסות נתונים כל הזמן, מערכת קבצים אמינה ויציבה היא קריטית בתכנון נכון של פתרון אחסון וידאו.

 

סביבות הפעלה תת-תקניות

כוננים קשיחים הם המרכיב החשוב והרגיש ביותר במערכת אחסון. בשעה שהעלייה המהירה בצפיפות, בשילוב עם הירידה בנקודות מחיר, היו מניע מרכזי למעבר להקלטת וידאו דיגיטלית, הסיכון הכרוך בכשל של דיסקים קשיחים גדל בהתמדה. כוננים קשיחים סובלים מכשל בגלל מספר סיבות אפשריות: חום, רעידות, איכות הכונן עצמו, הגדרת קצב השגיאות ברמת הביטים וכיוב’. עם כל כך הרבה תרחישי כשל אפשריים, לא מפתיע שכונני הדיסקים אכן כושלים. כיוון שמערכות מעקב וידאו תלויות בנתונים מאוחסנים לצורך חקירה והפקת ראיות, יש להישמר מאובדן נתונים בכל מחיר.

חומרה מתוכננת לאמינות

גם עם נהלי התכנון הטובים ביותר ועם הטכנולוגיות המתקדמות ביותר, בפועל, כל עוד אנו ממשיכים להשתמש במדיה מסתובבת לאחסון, אנו עתידים להיתקל בכשלים. זו הסיבה שבחברת פּלקוֹ החליטו לוותר על מערך ה-RAID5 המסורתי ולפרוס RAID6 כסטנדרט. ה-RAID6 משתמש בסכמת double-parity) DP – זוגיות כפולה), כך ששני כוננים יכולים לכשול לפני שהנתונים המוקלטים נחשפים. המציאות של פעילות מסביב לשעון משמעה בדרך כלל שלא תמיד קיימת אפשרות של החלפת כונן מיידית. על כן האפשרות של הגנת DP מעניקה לטכנאי המעקב זמן להחליף כונן שכשל. שיפור קריטי נוסף הוא שלא חייב להתבצע “פּספּוס” (striping) מלא של הכונן החדש אל תוך המערך לפני שניתן יהיה להקליט לתוכו נתונים. למעשה, תוך דקות ספורות מזמן ההחלפה הנתונים מתחילים להירשם אל הכונן. בעוד הנתונים מוקלטים מתבצע striping של החלק הזה של הכונן החדש אל תוך המערך. שיפור זה מונע את רגעי כסיסת הציפורניים שמתרחשים, כאשר מנהלי המערכת ממתינים עד שהכונן המוחלף ייבנה מחדש אל תוך המערך תוך שהם מקווים שהכונן השני לא ייתקל בכשל ולא יהרוס נתונים בינתיים. היכולת להחליף כונן שכשל בכונן חדש, ושהמערך יבנה מחדש באופן אוטומטי את הכונן החדש ברקע הופכת את התחזוקה של כוננים תקולים לשקופה. במערכות NSM5200 – הדור השני של מערכות אחסון וידיאו IP של פלקו, המשתמשים במערך ה-RAID6, ממשיכים לספק הגנה מפני כשל של כונן שני בזמן שהמערך נבנה מחדש על הכונן החדש. הכוננים אינם הדבר היחיד שיכול להיכשל. מאווררים וספקי כוח הן נקודות כשל שכיחות במארז. כמו כן, במערכת NSM5200 במקרה של כשל מאוורר נשלחות התרעות דיאגנוסטיות אל מנהל ממונה ואינדיקטורים בצורת נורות לד על הפנל הקדמי מתריעים על כשל חומרה בשעה שלדים על כל מאוורר מלמדים על מיקומו של הכשל הספציפי. מערכת המסד מאפשרת משיכה של השאסי החוצה עד חצי הדרך מהמסד כדי להחליף את המאוורר מבלי להצריך כיבוי של היחידה. באותו אופן ניתן להחליף גם את  מאוורר המפלט מצדו האחורי של השאסי ביחד עם המודולים היתירים של ספקי הכוח המאפשרים “החלפה חמה”.

תוכנה בנויה לאמינות

השיטה של מאגרי האחסון מספקת אסטרטגיה הרבה יותר אמינה לגיבוי במצב של כשל של המקליטים ובמקביל מקטינה באופן דרמטי את צריכת האנרגיה ואת עלות הבעלות הכוללת. עם זאת, הרעיון של אחסון מצטבר (מאגרי אחסון) חדש בתעשיית המעקב. כדי להישמר מפני כשלים הרי-אסון משתמשת התעשייה מזה זמן רב בגיבוי בזמינות גבוהה בשיטה של “hot standby”. שיטה זו מצריכה פריסה של העתק מדויק ממוזער של תת-מערכת האחסון – שרת המקליט, מערך האחסון, ובמקרים מסוימים המקודדים – בקצה הרשת. צומת נוסף זה יקבל הספק, יצרוך אנרגיה, יצריך קירור ויגזול שטח מסד וכניסות רשת, אך לא יבצע כל עבודה מועילה, אלא במקרה של כשל באחד המקליטים העיקריים. הרעיון מאחורי זה הוא שבמקרה של כשל במקליט, ישות חכמה כלשהי במערכת תנתב את המצלמות מהיחידה התקולה אל יחידת הגיבוי לצורך הקלטה. מעבר למציאות הקיימת היום שבה חיסכון באנרגיה הוא חלק חשוב באזרחות הארגונית ובאסטרטגיה הכלכלית של הארגון, הרעיון שמערכת גיבוי לכשל תהיה זמינה ונטולת שגיאות ומוכנה לפעולה בכל עת ללא ספק כרוך בסיכון.

סיכום

אחסון קטעי מעקב וידאו הוא משימה מורכבת. המאפיינים הייחודיים של הזרמת וידאו והמאפיינים של התקנות אבטחה מצריכים תכנון קפדני שיעזור להשיג את התוצאות הרצויות.

איגור פישמן הינו מנהל מוצר בתחום הביטחון בחטיבת מבנים בשניידר אלקטריק.