X

Tech. Erkenntnisse Große Speicherkapazität verbessert Überwachungstechnik

Große Speicherkapazität verbessert Überwachungstechnik

Sieht so die Zukunft der Videoüberwachung aus?

Agent Doug Carlin: „Können wir zurück?“
Agent Paul Pryzwarra: „Nein, das sind viel zu viele Daten für ein Speichersystem.“

Falls Sie schon einmal den Film Déjà Vu – Wettlauf gegen die Zeit gesehen haben, dann erinnern Sie sich vielleicht an diese Szene. Darin bittet Agent Doug Carlin (Denzel Washington) die anwesenden Videotechniker darum, einen entscheidenden Augenblick auf einem Überwachungsvideo erneut abzuspielen. Doch leider ist ein Zurückspulen nicht möglich. Technologieexperten haben einen Weg gefunden, durch Manipulation des Raum-Zeit-Kontinuums Videoaufnahmen von der Vergangenheit anzufertigen. Doch leider ist kein Speichergerät dazu in der Lage, diese enormen Datenmengen zu speichern.

Dieser Film verschiebt die Grenzen der Realität. Doch für Experten auf dem Gebiet der Speichertechnologie ist es vielleicht faszinierend, sich vorzustellen, dass eine Datenmenge zu groß ist, um auf einem beliebigen bekannten Speichermedium gespeichert zu werden. Moderne Festplatten sind für die Speicherung enormer Datenmengen ausgelegt. Doch werden diese Systeme auch ausreichen, um dem immer größer werdenden Speicherbedarf der Videoüberwachungsbranche gerecht zu werden?

Fakten zur Videoüberwachung und zur Speicherung des Bildmaterials
Wie viel Speicher benötigt die Videoüberwachungsbranche? Ausgehend von den Auslieferungsdaten für Kameras und der voraussichtlichen Lebensdauer dieser Geräte sind derzeit weltweit schätzungsweise etwa 210.000.000 Videoüberwachungskameras in digitalen Systemen im Einsatz.2 Nehmen wir an, dass jede dieser Kameras mit den branchenüblichen Einstellungen hinsichtlich Auflösung, Qualität und Bildrate betrieben wird und die Datenmenge von 14 Tagen aufzeichnet. Selbst bei diesen typischen Einstellungen sind über 18,4 Milliarden Gigabyte (GB) an Speicherkapazität nötig, um

die in einem Zeitraum von lediglich zwei Wochen aufgezeichneten Daten aller Überwachungskameras der Welt speichern zu können. Des Weiteren würden die für eine solche Speicherkapazität benötigten Festplatten hintereinander gelegt eine Strecke ergeben, die sich zweimal durch ganz China erstrecken würde.

Diese statistischen Daten unterstreichen das rasante Wachstum bei Überwachungs- und Speichertechnologien in den letzten 15 Jahren. Die enorme Speicherkapazität, die moderne Überwachungssysteme für nur zwei Wochen benötigen, ist 880-mal größer als die gesamte im Jahr 1995 produzierte Speicherkapazität.3 Eine grundlegende Voraussetzung für dieses rasante Wachstum war die zunehmende Verfügbarkeit günstiger Speicherlösungen. Während die Speicherkapazität immer größer wurde, sind die Kosten dramatisch gesunken. 1995 kostete ein GB Speicherkapazität noch etwa 995 US-Dollar. Heutzutage hingegen ist ein GB bereits für den winzigen Betrag von 0,08 US-Dollar erhältlich.4

„Machen wir sie größer, schneller und günstiger.“ Diese historischen Worte von Al Shugart, Gründer von Seagate Technology, spiegeln auch heute noch die Ziele der Datenspeicherbranche wider. Größere Speicherkapazität, gesteigerte Leistung und niedrigere Kosten bei Speicherlösungen sind die treibende Kraft hinter den weltweiten Kameraauslieferungen. Laut Prognosen des Forschungsinstituts In-Stat werden im Jahr 2011 über 41 Millionen Kameras ausgeliefert; bis 2014 werden es über 51 Millionen sein.5

Darüber hinaus wird die Nachfrage nach höheren Auflösungen immer größer und für IP-Kameras wird für die kommenden drei Jahre eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 13,7 % prognostiziert. Was bedeutet das für die Speicherbranche? Mehr Kameras + höhere Auflösungen = steigender Speicherbedarf!

Mit dem Speicherbedarf Schritt halten
Um der stetig steigenden Nachfrage nach mehr Speicherkapazität im Bereich der Videoüberwachung nachkommen zu können, mussten die Festplattenhersteller sich der Herausforderung stellen, die Datenintegrität aufrechtzuerhalten. Hierfür kam eine magnetische Beschichtungstechnologie zum Einsatz, bei der extrem kleine Partikel verwendet werden. In jüngster Zeit konzentrierte man sich bei der Festplattentechnologie besonders auf eine höhere Schreibdichte von Speichermedien. Die Schreibdichte ist ein Maß dafür, wie nahe die einzelnen digitalen Datenbits (aufgezeichnet auf magnetischen Partikeln) auf einer Festplatte beieinander liegen können. Je enger diese Bits gruppiert werden können, desto höher ist die Schreibdichte. Ein Maß für die Schreibdichte sind die pro Quadratzoll geschriebenen Gigabit (Gbpsi). Eine Steigerung der Gbpsi auf einem Speichergerät führt zu einer Erhöhung der Speicherkapazität.

Die Entwicklung der vertikalen Aufzeichnung ermöglichte Experten die Maximierung der Gbpsi, indem die Bit vertikal statt horizontal angeordnet wurden. Diese Technik war die primäre Voraussetzung zur Steigerung der Speicherkapazität in den letzten fünf Jahren. Inzwischen ist jedoch das Maximum bei den Schreibdichten fast erreicht und man geht davon aus, dass mit etwa 1,5 Terabit (Tb) pro Quadratzoll die Spitze erreicht sein wird.6 Weitere Verkleinerungen sind kaum noch möglich, da die einzelnen Bit sonst nicht mehr voneinander unterschieden werden können. Neue Probleme für die Festplattenbranche wurden dadurch geschaffen, dass ein Gleichgewicht zwischen immer kleiner werdenden Magnetpartikeln und der Aufrechterhaltung der Datenintegrität gefunden werden musste.

Was also kann sonst noch getan werden, um die Speicherkapazität zu steigern? Die Hersteller von Festplatten experimentieren mit einer Vielzahl an Optionen, um die nächste Generation von Speichertechnologien zu entwickeln. Die International Disk Drive Equipment and Materials Association (IDEMA) hat kürzlich eine Vergrößerung der grundlegenden Sektorgröße angeordnet, die auf den Medien von Festplatten verwendet wird.7 Mit den neuen Advanced Format 4K-Sektoren ändert sich die Sektorgröße von 512 Byte auf 4.096 (4K) Byte. Seagate Technology und weitere Mitglieder der IDEMA unterstützen die Einführung der 4K Sektor-Technik und sehen in ihr die entscheidende Voraussetzung für eine größere Speicherkapazität und eine zuverlässigere Fehlerkorrektur.

Einen zweiten wichtigen Faktor mit dem Potenzial, die Speicherkapazität zu vergrößern, stellt die Spurdichte dar, die üblicherweise in Spuren pro Zoll (TPI) gemessen wird. Festplatten speichern die Daten in konzentrischen Kreisen auf den Scheiben der Festplatte. Wenn die Spuren eng beieinander liegen, werden sowohl die TPI als auch die Speicherkapazität maximiert.

Bei den Festplatten Seagate® Surveillance konnten die TPI im Vergleich zur vorherigen Generation von 250.000 auf 340.000 gesteigert werden.8 Diese Zahlen stehen für eine bemerkenswerte Erhöhung von 36 % bei den TPI und somit für eine enorme Erhöhung der Speicherkapazität. Bei einer solch großen Menge an Spuren auf einer kleinen 3,5-Zoll-Scheibe ist jede Spur nur 75 Nanometer breit, also etwa 100-mal kleiner als eine einzelne Spore. Diese Spuren passieren einen Lese-/Schreibkopf mit 7.200 U/min, während Daten auf extrem kleinem Raum exakt aufgezeichnet werden.

Was kommt als Nächstes?
Wie bei der vertikalen Aufzeichnung wird auch bei den Spurdichten langsam aber sicher die Grenze erreicht. Derzeit ist es nicht möglich, einen Lese-/Schreibkopf zu fertigen, der noch kleinere Spuren schreiben kann. Hier kommt Shingle Magnetic Recording (SMR) ins Spiel.

Bei SMR handelt es sich um eine Technik, die in den kommenden Jahren für eine weitere Optimierung der TPI sorgen soll. Ähnlich wie bei Dachziegeln ermöglicht diese Technik ein teilweises Überlappen der Spuren, um die Spurdichte weiter zu erhöhen. Bei jeder Aufzeichnung einer neuen Spur mit SMR werden die Daten der vorherigen Spur überlappend geschrieben, während die folgende Spur überschrieben wird. Dies ermöglicht eine potenzielle Erhöhung der Speicherkapazität um 40 % und verlängert außerdem die Verwendung der vertikalen Aufzeichnung.9 Obwohl die Technik nicht für jede Art der Datenspeicherung ideal ist, lässt sie sich für die Videoüberwachung dennoch ganz gut verwenden, da Überwachungsdaten nach einer vorgegebenen Archivierungsdauer üblicherweise wieder überschrieben werden.

In den kommenden Jahren werden noch weitere Techniken hinzukommen, um die Speicherkapazität zu erhöhen und den sich weiterentwickelnden Speicheranforderungen gerecht zu werden. Diese Techniken werden auf neuartige Methoden für mehr Gbpsi und TPI sowie

für maximale Schreibdichte auf Speichergeräten setzen. Der kumulative Effekt solcher Techniken wird dazu beitragen, Überwachungssysteme kostengünstiger zu machen, selbst bei zunehmender Verbreitung von High-Definition-Aufnahmen.

Nutzung der Festplattentechnik bei der Videoüberwachung
Da die Nachfrage der Videoüberwachungsbranche nach mehr Speicher stetig steigt, werden auch in Zukunft Technologien zur Erhöhung der Datenkapazität entwickelt werden. Überwachungsexperten müssen sich immer für eine Festplatte entscheiden, die den Anforderungen ihres speziellen Überwachungssystems am besten gerecht wird. Obwohl die Kapazität einen entscheidenden Faktor darstellt, müssen bei der Suche nach einer Speicherlösung auch andere Elemente berücksichtigt werden.

Zuerst kommt es darauf an, zur Steigerung der Leistung ein für Ihre Workloads und Datenkategorie geeignetes Produkt auszuwählen. Auf diese Weise sorgen Sie für Zuverlässigkeit und sparen Geld.

Wie Abbildung 1 zeigt, gibt es bei den Speicheranforderungen in den verschiedenen Marktsegmenten sehr große Unterschiede. PC-Daten für Berechnungen erfordern eine Speicherlösung, die auf das Lesen von Daten und die Übertragung zufälliger in kleinen Blocks ausgelegt ist. In der Unterhaltungselektronik werden Festplatten benötigt, die für das Lesen großer, sequentieller Datenblocks geeignet sind.

Im Gegensatz dazu beschränkt sich die Workload in Videoüberwachungssystemen zum Großteil auf das Schreiben von Daten, das bis zu 95 % der Nutzung der Festplatte ausmacht. Bei den zu schreibenden Daten handelt es sich um große, sequentielle Datenblocks aus mehreren Daten-Streams (Kameras), die üblicherweise rund um die Uhr in Betrieb sind.

Abbildung 1. Speicheranforderungen nach Marktsegment

Zweitens ist nicht jede Speicherlösung für alle Überwachungsanwendungen geeignet. Aus diesem Grund müssen Sie verstehen, was für Ihr Überwachungssystem erforderlich und welche Festplatte für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet ist. Jeder einzelne der folgenden Faktoren ist wichtig, wenn Sie sich durch die Vielzahl an

Speicheroptionen für Überwachungssysteme kämpfen:

  • Anzahl der Kameras, Auflösung und Dauer der Speicherung: Kapazität
  • Konfigurationstyp: JBOD oder RAID?
  • Anzahl der Festplatten: hoch oder gering?
  • Workload-Profil

Gehäuseausführung
Die richtige Festplatte kann erheblichen Einfluss darauf haben, ob ein Anbieter herausragende Überwachungssysteme mit höchster Zuverlässigkeit und Leistung kostengünstig anbieten kann. All das sind wichtige Punkte, um sich von den Angeboten der Konkurrenz abzuheben. Wie Abbildung 2 zeigt, kann man nunmehr problemlos

Festplatten finden, die für die Anforderungen der verschiedensten Überwachungssysteme geeignet sind. Für manche genießen Energieeffizienz und Kühlung oberste Priorität, andere hingegen setzen auf Schnelligkeit bei der Videoaufzeichnung und beim Streaming für DVR-Geräte mit mehreren Geräten. Ihr System verlangt vielleicht nach einer zentralen Speicherlösung für den Einsatz in einer typischen IP- und LAN-Umgebung. Unabhängig von der Situation gibt es für jeden Einsatzbereiche eine spezielle Festplatte.

DVR-Anwendungen in der Unterhaltungselektronik
Festplatten für in der Unterhaltungselektronik zum Einsatz kommende digitale Videorekorder (DVRs) werden häufig als Videoüberwachungslösungen vermarktet. Obwohl diese Produkte für einige Konfigurationen durchaus geeignet sein mögen, etwa für integrierte DVR-Geräte für die Überwachung mit einer kleinen Anzahl an Kameras, sind für etwas komplexere Überwachungssysteme üblicherweise feiner abgestimmte Lösungen erforderlich. Ein kleines, integriertes System kann vom niedrigen Stromverbrauch und den Kühlfunktionen dieser Art von Festplatten profitieren. Allerdings müssen dann auch Abstriche bei der Leistung hingenommen werden.

Abbildung 2. Festplattenlösungen nach Überwachungsanwendung

DVR-Speicher für Standard-Überwachungslösungen
Konventionellere Standardkonfigurationen mit DVR-Geräten unterstützen üblicherweise eine große Anzahl an Überwachungskameras, für die eine leistungsstarke und speziell hierfür ausgelegte Festplatte erforderlich ist. Produkte wie die Festplatte Surveillance, die für den Dauerbetrieb und das leistungsstarke Schreiben großer, sequentieller Datenblöcke ausgelegt sind, eignen sich gut für HD DVR-, SDVR-, NVR- und hybride DVR/NVR-Systeme. Achten Sie auf Festplatten mit guten Schreibeigenschaften, da es hierauf bei der Überwachung neben der Datenspeicherung besonders ankommt.

Zentralisierte Speicherung
Bei zentralen Speicherarchitekturen trifft man häufig auf Rack-Speicher und Gehäuse, in denen oftmals eine große Anzahl an Festplatten verbaut sind. Und da sich Netzwerke immer größerer Beliebtheit erfreuen, wird das künftig wohl noch häufiger der Fall sein. Nearline-Festplatten, die für den Dauerbetrieb geeignet sind und die darüber hinaus RAID-Funktionen sowie eine hohe Toleranz gegenüber Rotationsschwingungen bieten, eignen sich ideal für diese Art von Architekturen. Nearline-Festplatten gestatten überdies die Integration fortschrittlicherer Speichertechniken, die für mehr Leistung und höhere Datenzuverlässigkeit die SAS-Schnittstelle nutzen.

Es gibt kein Zurück!
Überwachungssysteme mögen zwar noch weit davon entfernt sein, mit Hilfe einer Faltung des Raum-Zeit-Kontinuums in die Vergangenheit zu schauen, doch steht zweifelsohne fest, dass die Branche extrem schnell wächst und ihre Speicheranforderungen mit ihr. Die aktuelle Technik ist nur dazu in der Lage, diese Anforderungen hinsichtlich größerer Speicherkapazität zu erfüllen. Während die Festplattenhersteller weiter nach neuen Möglichkeiten zur Maximierung der Datenkapazität suchen, müssen die Planer von Überwachungssystemen den besten Weg finden, ihren derzeitigen Speicherbedarf zu decken.

Als Erstes müssen Sie die Workload und die Datenkategorie für Ihr System ermitteln. Anschließend wählen Sie eine Festplatte aus, die speziell für Ihre Überwachungskonfiguration konzipiert wurde. Da der Markt zahlreiche hochwertige Produkte zu bieten hat, können Überwachungsexperten relativ problemlos eine Festplatte finden, mit der sie die Leistung optimieren und Geld sparen können.

Wie in Déjà Vu gibt es auch hier kein Zurück! Der Speicherbedarf der Vergangenheit ist schon lange passé und wir können nur nach vorne schauen. Doch wenn wir auf neue Techniktrends achten und uns die bisherige Erfolgsgeschichte vor Augen führen, dann können Überwachungssysteme auch weiterhin für den Schutz und die Sicherheit der weltweiten Wirtschaft sorgen. Sie können sich darauf verlassen, dass der Speicher ein entscheidendes Element dieser Lösungen sein wird.

– von David Burks, Marketing für das Segment Überwachungsspeicher

*Hinweis:1 Bruckheimer, J. (Produzent) und Scott, T. (Regisseur). (2006). Déjà Vu [Spielfilm]. USA: Buena Vista.
2 Seagate Technology, Mai 2011
3 Seagate Technology, Mai 2011.
4 „A History of Storage Cost“, mkomo.com, 2010.
5 In-Depth Analysis Video Surveillance: Analog and IP Cameras, DVRs, NVRs, Analytics, Semiconductor and Technology, In-Stat, Januar 2011
6 Future Storage Technology: How to Store the Entire U.S. Library of Congress on a Coin, Seagate Technology, Dezember 2010
7 Seagate Marketingmitteilung: „Advanced Format 4K-Sektoren-Umstieg“, Seagate Technology, Mai 2010
8 Secutech 2011 International Exhibition, Seagate Technology, April 2011
9 Seagate Technology, Mai 2011.

Markierung:

Ähnliche Produkte
Surveillance HDD mit 6 TB
Seagate Surveillance HDD

Kostengünstige, zuverlässige Festplatte für Überwachungsanwendungen mit 1 bis 6 TB.

Pipeline HD – dynamisch
Video 3.5 HDD von Seagate

Video-Festplatten von Seagate bieten zuverlässigen Dauerbetrieb für DVR-Speicher

Video 2.5 HDD
Video 2.5 HDD von Seagate

Ruhige Videoleistung ohne großen Kühlungs- und Strombedarf

ÄHNLICHE FEATURES ZU TECH. ERKENNTNISSEN
Optimierung der Zuverlässigkeit und Leistung von Videoüberwachungssystemen

Die Zukunft beim Speichern digitaler Videos heißt Surveillance HDD.

Weitere Informationen
Hohe Speicherkapazität für die digitale Überwachung: Economies of Scale

Die Zukunft beim Speichern digitaler Videos heißt Surveillance HDD.

Weitere Informationen