CC BY
31ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ IP-ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ООО «АВТОРИТЕТ»
Куликова Н.Н., Охрименко О.В., Стрижаков Д.И., Ищенко А.В.
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет», Краснодар, Россия
Аннотация
В статье исследуется рассматривается вопрос внедрения системы видеонаблюдения для технического центра «Авторитет». В настоящее время одной из самых больших тенденций в области видеонаблюдения является ускорение перехода с аналогового на IP. Немаловажным фактором такого перехода являются несомненные преимущества цифровых систем наблюдения, начиная от достаточного простой интеграции в уже существующую ИТ-инфраструктуру компании и заканчивая возможностями удаленного доступа владельцев к данным. Рассматриваемая система видеонаблюдения была спроектирована и внедрена на одном из технических центров по ремонту легковых автомобилей в г.Краснодаре. Здание технического центра состоит из двух зон - клиентской и ремонтной, а также небольшой прилегающей территории.
Ключевые слова: ИТ-инфраструктура, IP-камера, видеонаблюдение, технология PoE, network video recorder.
Видеонаблюдение - это самый популярный метод повышения безопасности вашего бизнеса. Установка системы видеонаблюдения вокруг коммерческих помещений - это одноразовые финансовые вложения, которые дают дивиденды в течение значительного периода времени. Из-за экономической эффективности видеонаблюдения в настоящее время принято считать, что эти системы обеспечивают безопасность общественных и частных зон, как внутри, так и снаружи.
Сегодняшнее цифровое наблюдение превосходит старую аналоговую систему по многим причинам [1]:
- на основе IP-наблюдения можно установить камеру в любом месте, где есть сетевое соединение;
- видеопотоки могут храниться в любом месте сети, как на локальном сервере предприятия, так и на арендуемых мощностях облачных хранилищ;
- к видеопотокам доступ осуществляется с любого устройства, подключенного к сети;
- видеоданные передаются в зашифрованном виде, что обеспечивает их безопасность;
- IP-камеры работают в автономном режиме;
- высокое разрешение цифрового видео позволяет более детально рассмотреть все, что происходит как в ремзоне, так и в офисной части;
- несомненным преимуществом также считается возможность использования технологии PoE.
Power over Ethernet (PoE) позволяет сетевым устройствам использовать существующую инфраструктуру Ethernet на основе витой пары для передачи данных [2].
Преимуществами использования технологии PoE являются:
- экономия затрат и простота так технология полностью интегрирована с инфраструктурой Ethernet, поэтому упрощается доступ к труднодоступным местам для развертывания питания;
- мобильность - устройства могут быть легко перемещены без необходимости дополнительной установки розеток переменного тока. Там, где есть Ethernet-соединение можно легко использовать РоЕ-устройства. Кроме того, PoE ускорит развертывание точек беспроводного доступа и сетевых камер;
- безопасность;
- возможность управления с использованием протокола SNMP обеспечивают управление и мониторинг устройства PoE.
IP-камеры, которые также называют сетевыми камерами - это стационарно устанавливаемые камеры, которые имеют встроенный IP-сервер,
сетевой интерфейс и подключающиеся непосредственно к LAN/ WAN/ Internet
[3].
NVR (Network Video Recorder, видеорегистратор, видеорекодер)- это устройство хранения видеоданных, которые отправляются с сетевых камер и кодеров. Выделяют аппаратное и программное обеспечение NVR. Программное обеспечение NVR представляет собой прикладную программную программу, которая устанавливается на персональный компьютер. Поскольку запись и сохранение производительности зависят от мощности используемого компьютера, то убедиться, что его технические характеристики соответствуют рекомендуемым требованиям [4].
В качестве самостоятельного устройства NVR позволяет обеспечить хранение, перераспределение сохраненных данных, а также доступ к подключенным к нему сетевым устройствам. Это позволяет снизить нагрузку на IP-камеры и обеспечить эффективность управления трафиком.
Для того чтобы определить, сколько устройств NVR потребуется для рассматриваемой системы IP-наблюдения, необходимо учесть ряд факторов: количество подключенных IP-камер, объемы данных, получаемых с камер и др.
Количество требуемых NVR можно рассчитать по количеству подключенных сетевых камер. Например, если есть необходимость записывать видео от 128 сетевых камер, то понадобится восемь 16-канальных сетевых видеорегистраторов или четыре 32-канальных сетевых видеорегистраторов.
Для хранения данных емкость хранилища должна быть больше, чем требования к емкости для запланированного периода хранения данных. Наилучшим способом оценки требуемого хранилища является измерение объема данных, хранящихся в течение определенного периода времени, с установленными параметрами в течение 2 или 3 дней и определить среднесуточное значение, а затем оценить общее требование к хранилищу [5].
Требуемая емкость для хранения видеоданных с сетевых камер эквивалентна общему количеству данных, отправляемых сетевыми камерами. Следовательно, чтобы оценить требуемую емкость памяти, сначала необходимо
вычислить общую пропускную способность сети всех подключенных сетевых камер.
Предположим, что входные данные в запоминающее устройство суммируются до 48 Мбит / с, тогда количество данных, полученных в секунду, будет 48 Мбит, которое становится 6 МБ в секунду (8 бит = 1 Бит), и это емкость, необходимая для сохранения данных в 1 секунду. Чтобы сохранить видеоролик продолжительностью 1 час, вам нужно 6 МБ х 3600 секунд = 21600 МБ, что составляет 21,6 ГБ. Соответственно, вам нужно 518,4 ГБ за 1 полный день, 3,6 ТБ в неделю и 15,6 ТБ в течение месяца.
Режим записи устройства хранения также влияет на требуемую емкость и длину возможного периода хранения данных, это следует учитывать при планировании хранилища. Если запись осуществляется не круглосуточно, а по расписанию только в определенные временные промежутки, то можно оценить требуемый объем памяти в соответствии с временем записи и общей пропускной способностью сети. Например, если общий пропускная способность сети составляет 48 Мбит/с и запись осуществляется только с 9 утра до 6 вечера, то требуемая емкость в течение одного часа = 6 МБ (48 Мбит)/с Х 3600 секунд = 21,6 ГБ, а требования к ежедневному хранению (от 9 утра до 6 вечера, 9 часов) = 21,6 ГБ X 9 часов = 194,4 ГБ, ежемесячное хранение (30 дней) = около 5.8 ТБ.
Для определения емкости хранилищ при максимальной скорости потока в сети 12,6 Мбит/сек, для обеспечения требуемой длительности записи в 10 дней, необходимо воспользоваться следующими вычислениями:
- объем передаваемой информации в сутки: 12,6*60*60*24=1088640 Мбит/сутки;
- переводим мегабиты в мегабайты или гигабайты: 1088640/8=136080Мб или 132,89Гб;
- требуемый объем диска равен 10дней*132,89Гб=1328,9Гб, что приблизительно равно 1Тб.
Однако, в рассматриваемой компании внедрены и активно используются облачные технологии, что позволяет использовать интеллектуальное и полностью масштабируемую систему видеонаблюдения и хранения данных.
Облачное хранилище простое в использовании и требует минимального оборудования. Нужен компьютер или другое устройство с подключением к Интернету, которое отправит видео файлы в службу облачного хранилища. Если необходимо просмотреть видео или загрузить файлы, пользователь заходит на свой веб-сайт, чтобы получить доступ к своим файлам.
Для систем видеонаблюдения существуют сетевые видеорегистраторы, специально разработанные для работы с облачным хранилищем. У них небольшой жесткий диск для локального хранения видео в течение короткого промежутка времени, который используется, прежде чем загружать их в облако.
При использовании облачного хранилища следует учитывать объем пропускной способности восходящего канала, доступный в сети. Если видеофайлы большого размера или есть большое количество видеороликов, процесс загрузки может замедлить работу сети при их загрузке.
В самом простом случае организации системы видеонаблюдения достаточно одной 1Р-камеры, которая непосредственно подключается к компьютеру или ноутбуку. Однако, возможности такой системы существенно ограничены. Система видеонаблюдения для автоцентра «Авторитет» должна обеспечивать возможность мониторинга ремонтной зоны, офисной части здания, а также прилегающей территории. При этом камеры должны обеспечивать охват всех точек охраняемого пространства. Фактически система видеонаблюдения должна обеспечивать задачи сбора, обработки, отображения и документирования информации, которая поступает с 1Р-камер видеорегистратор. На мониторах должна отображаться вся необходимая информации об объекте наблюдения и характере произошедшего на нем события (изображение, текущее время). При этом система должна поддерживать автоматическое оповещение пропадании видеосигнала от какой-
либо камеры, то есть обеспечивать контроль целостности кабельных коммуникаций, исправности видеокамер и сети электропитания.
Таким образом, для реализации системы видеонаблюдения на техническом центре «Авторитет» было выбрано и используется следующее оборудование:
- IP-видеокамера Dahua DH-IPC-HDW1020SP-0360B-S3 - 16 шт. Это купольная IP видеокамера, предназначенная для эксплуатации как в помещении, так и в уличных условиях. Благодаря классу защиты IP67, представленная модель способна стабильно работать в большом температурном диапазоне (от -30 до +60 ° С), а также при влажности атмосферного воздуха в диапазоне от 0 до 95%, таким образом, видеокамера рассчитана на практически универсальные погодные условия. Корпус камеры выполнен из пластика. Функционирует на CMOS-матрице 1/4" со светочувствительностью 0.1 люкс, а видеосигнал на разрешении 1 Мп передается со скоростью 25 к/с. Может быть интегрирована в систему IP-камер, работающих по стандарту ONVIF. Фокусное расстояние фиксированного объектива — 3,6 мм. Объектив оснащен механическим ИК фильтром, а также ИК подсветкой с радиусом действия до 30 метров. Изображение, получаемое с камеры, защищается от искажений при попадании прямых солнечных лучей, благодаря встроенной регулировке засветки фона BLC и HLC и функции DWDR. Питание может передаваться через сетевой кабель РоЕ;
- видеорегистратор Dahua DHI-HCVR4108HE-S3 - 2 шт. Это полностью готовое к использованию высокофункциональное решение, предназначенное для расширения существующих и /или построения новых комплексов систем видеонаблюдения на базе IP-видеокамер. Данная модель может быть использована для осуществления контроля как на небольших территориях, так и в помещениях. Регистратор рассчитан на подключение до 8-х видеокамер разрешение каждого канала до 5Мп, работает под управлением операционной системы Linux. Максимальный входящий поток 40 МБит/с. Для хранения записей может использоваться жесткий диск до 6 Тб. Архивация
происходит благодаря применению кодека Н.264. Функция интеллектуального поиска позволяет детально увидеть детекцию движения в выбранной области воспроизведения. Это очень удобно при возникновении аварийных ситуаций.;
- монитор - 2 шт;
- источник бесперебойного питания;
- кабельные коммуникации - витая пара типа ЦТР Са!5е с максимальной скоростью до 100 Мбит/с с двумя парами и до 1000 Мбит/с с четырьмя.
Прием и обработка видеосигналов от видеокамер осуществляется путем записи в реальном времени на жесткие диски 1Р видеорегистратора в автоматическом режиме. Просмотр поступающих видеоизображений может осуществляться в различных режимах:
- полноэкранное изображение;
- последовательный вывод изображений;
- мультиэкранное изображение.
Вывод изображений осуществляется на видеомониторы. Встроенный в 1Р видеокамеры и 1Р видеорегистратор детектор движения позволяет осуществлять запись по "тревоге". При этом при отсутствии движения в зоне наблюдения (кроме заранее определенных областей маскировки) видеоархив не ведется. В соответствии с техническим заданием запись производится круглосуточно в режиме реального времени
Easy4ip фа^а) представляет собой платформу удаленного доступа к устройствам для видеонаблюдения. Easy4ip - приложение, которое позволяет осуществлять мониторинг в режиме реального времени. Пользователь может добавлять и удалять устройства через свою учетную запись в облаке. После того, как создана запись, устройства можно добавлять по серийному номеру, в том числе по сканированию QR-кода. Приложение позволяет просматривать архив, конфигурировать устройства, обновлять прошивки из облака. Можно управлять местом хранения - HDD регистратора, SD картой камеры и устройством, с которого выходим и осуществляем просмотр. Поддерживаемые устройства - видеорегистраторы, видеокамеры. Поддержка видеокодеков -
Н.265/ Н.264/MJPEG-4/JPEG. Одновременно просматриваемые каналы - до 256. Также имеется возможность делать снимки, запись, быстрый просмотр архива, диалоговый режим, управление тревожными сигналами, создание списка избранных устройств, запоминание раскладки окон просмотра. Управление воспроизведением архива за последние 24 часа - покадровый просмотр, быстрее/медленнее, по отрезкам видео. Получение уведомлений по тревожным событиям - детекция движения, закрытие объектива, неполадками с хранилищем (нет диска, недостаточно места, ошибка диска), распознаванию лиц, видеоаналитике.
Рассмотрим особенности построения топологии системы видеонаблюдения на 16 1Р-видеокамер с размером кадра 1280x720:
- задается частота кадров и используемые кодеки для каждой камеры. Частота кадров - 24 к/с. Кодек - Н.264, способный сжимать файл до малых размеров без потери качества изображения. При этом для всех камер выбранные параметры одинаковы;
- скорость потока от одной камеры для заданных параметров равна 3,87 Мбит/с;
- общий поток от 16 видеокамер равен 16 * 3,87 = 61,92 Мбит/с. С учетом 25% запаса на непредвиденные изменения интенсивности движения перед видеокамерами общий поток равен 61,92 х 1,25 = 77,4 Мбит/с. Если считать, что допустимый поток равен 1000 Мбит/с х 0,8 =800 Мбит/с при 80% загрузки сети от максимального значения, то бщий поток от всех камер не превышает максимальную скорость в кабеле. Следовательно, система видеонаблюдения будет работать в одной физической сети без создания дополнительных подсетей;
- также можно посчитать, что порт коммутатора, к которому возможно подключение видеокамер, должен обеспечить скорость потока не меньше 77,4 Мбит/с / 16 = 4,84 Мбит/с.
Каждая 1Р-камера создаёт свой последовательный поток данных для записи в хранилище видеоархива. При просмотре видео из архива
осуществляются последовательные операции чтения, состоящие из одного или нескольких потоков.
С точки зрения нагрузки на хранилище оптимально, когда не предполагается постоянного просмотра видео из архива множеством операторов с нескольких рабочих мест. Мониторинг в реальном времени не требует чтения данных, а просмотр из архива происходит по одной видеозаписи — изредка или даже постоянно. В таком случае основная нагрузка — 90% и более — будет приходиться на запись.
Также, при рассмотрении использования облачного хранилища для размещения данных систем видеонаблюдения, необходимо учитывать стоимость. Многие компании облачного хранения взимают плату, будь то ежемесячно или ежегодно, за использование своих услуг. Эта плата может варьироваться в зависимости от того, сколько места хранения требуется системе. Но преимущества использования облачных хранилищ несомненны: видеофайлы могут быть легко доступны из любой точки страны. Для этого достаточно использовать компьютер, смартфон или планшет. Файлы не хранятся локально, поэтому даже если оборудование повреждено или украдено, то видеоданные по-прежнему хранятся безопасно. Многие компании предпочитают сохранять видео в течение длительных периодов времени, особенно в случае несчастных случаев на рабочем месте; облачное хранилище упрощает сохранение этих файлов, не занимая ограниченного пространства на жестком диске.
Библиографический список
1. Смирнов, В. А. Состав современных систем видеонаблюдения / В. А. Смирнов, А. Р. Андреева, Н. Н. Куликова // Проблемы эффективного использования научного потенциала общества: Сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции, Тюмень, 18 августа 2018 года. - Тюмень: Общество с ограниченной ответственностью "Агентство международных исследований", 2018. - С. 96-99.
2. Технология PoE // (Рус.). - https://www.maltima.ru/library/ articles/general/poe/ [23.12.2022].
3. Storage Networking Industry Association.Cloud Storage Reference Model // (Engl.). - URL: https://www.ogf.org/Resources/documents/CloudStorageForCloud Computing.pdf [20.05.2017].
4. Проектируем СХД для видеонаблюдения // (Рус.). -https://habr.com/ru/company/raidix/blog/332476/ [23.12.2022].
5. 4 варианта хранения видеозаписей с камер наблюдения // (Рус.). -https://faceter.cam/ru/blog/4-varianta-hraneniya-videozapisej-s-kamer-nablyudeniya/ [23.12.2022].
