マイクロサーバーベースの監視システムは、スケーラブルなCephストレージとNxサーバーVMSシステムを組み合わせたものです / Cephストレージアプライアンスは、調整されたソフトウェアスタックを統合し、専用に設計されたArmサーバーは、卓越したパフォーマンス、信頼性、Web UI、およびTCO削減を提供します。

サーバーベースの監視システムはじめにデジタル監視システムのコンポーネントには、IPカメラ、ストレージシステム、およびライブビデオと記録されたビデオを記録および管理するためのビデオ管理ソフトウェアが含まれます。一般に、監視システムには2つのタイプがあります。組み込みシステムベースのNVRまたはサーバーベースのVMS。組み込みシステムのNVRと比較すると、サーバーベースのVMSは、多くの柔軟性、スケーラビリティ、およびインテリジェンスを提供します。大規模な監視システムは通常、サーバーベースのVMSソリューションを選択します。サーバーベースのVMS記録ソフトウェアは、記録されたビデオ用の内部ディスクアレイを備えたLinuxまたはWindowsベースのサーバーで実行できます。または、VMSサーバーは録画ジョブのみを実行し、ビデオを外部ストレージシステムに保存します。レコーディングサーバーとストレージサーバーの規模が独立しているため、セカンダリソリューションは柔軟性が向上します。カメラやストレージ容量を追加するための新しい要件がある場合は、新しい要件に合わせてサーバーを追加できます。 20年以上のソフトウェアディファインドストレージの経験を持ち、ARMベースのソフトウェアディファインドストレージアプライアンスの設計と製造で経験を積んだ才能あるチームが組み込まれています。

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マイクロサーバーベースの監視システムは、スケーラブルなCephストレージとNxサーバーVMSシステムを組み合わせたものです

16 Jul, 2020 埋め込まれている

ホワイトペーパー-スケーラブルで高可用性のArmMicroserverベースのコンバージドビデオ管理システム

サーバーベースの監視システムの概要
デジタル監視システムのコンポーネントには、IPカメラ、ストレージシステム、およびライブビデオと記録されたビデオを記録および管理するためのビデオ管理ソフトウェアが含まれます。一般に、監視システムには2つのタイプがあります。組み込みシステムベースのNVRまたはサーバーベースのVMS。組み込みシステムのNVRと比較すると、サーバーベースのVMSは、多くの柔軟性、スケーラビリティ、およびインテリジェンスを提供します。大規模な監視システムは通常、サーバーベースのVMSソリューションを選択します。
サーバーベースのVMS記録ソフトウェアは、記録されたビデオ用の内部ディスクアレイを備えたLinuxまたはWindowsベースのサーバーで実行できます。または、VMSサーバーは録画ジョブのみを実行し、ビデオを外部ストレージシステムに保存します。レコーディングサーバーとストレージサーバーの規模が独立しているため、セカンダリソリューションは柔軟性が向上します。
カメラやストレージ容量を追加するための新しい要件がある場合は、新しい要件に合わせてサーバーを追加できます。

課題には改善が必要

ただし、サーバーベースのVMSには、対処する必要のあるいくつかの問題点があります。

  1. 障害が発生したディスクをディスクアレイに再構築するには、時間がかかりすぎます。データが失われるリスクは、ディスクのサイズとともに増加します。VMSサーバーが内部ストレージまたは外部ストレージシステムを使用している場合でも、RAIDコントローラーを使用してデータを損失から保護します。 ディスクドライブに障害が発生した場合、ディスクアレイコントローラーはファイルをスペアドライブに再構築するのに非常に長い時間がかかります。再構築時間とドライブの再構築に失敗する可能性は、ディスクのサイズに比例します。現在、最大のハードドライブは16TBであり、まもなく20TBのドライブが利用可能になります。小さいサイズのディスクを使用すると、ストレージサーバーの総コストが増加します。
  2. ストレージスループットは、劣化再構築モード中に大きな影響を受けます。
  3. 従来のサーバーには大きな障害ドメインがあります。サーバーに障害が発生すると、サーバー内のすべてのビデオにアクセスできなくなるか、失われることさえあります。より多くのディスクがサーバーにインストールされ、サーバーに障害が発生すると、より多くのビデオファイルが同時に失われます。
  4. VMSには、弾力性のあるハードウェアアーキテクチャがありません。

 

Network Optics NxWitnessビデオ管理システムでソフトウェアディファインドストレージとArmMicroServerを使用する

この記事では、Ambeddedのソフトウェア定義ストレージアプライアンスとArmベースのマイクロサーバーがNetwork OpticsのVMSソフトウェアを統合して、現在のソリューションに存在するいくつかの問題を解決する方法を紹介します。

ソフトウェアディファインドストレージアプライアンス

AmbeddedのソフトウェアディファインドストレージMars400 Ceph Storage Applianceは、企業向けのターンキーソフトウェアディファインドストレージソリューションです。このアプライアンスは、ARMベースのマイクロサーバーをストレージソフトウェアCephおよびWebユーザーインターフェイスと統合します。Mars 400は、オブジェクト、ブロック、およびファイルシステムをサポートする統合ストレージクラスターを提供します。単一障害点がなく、障害ドメインが最小限であるため、優れたパフォーマンス、信頼性、およびスケーラビリティを提供するように設計されています。

NxWitnessビデオ管理システムとNxサーバー

Nx Witness VMSは、IPビデオカメラを検索、表示、記録、および管理し、サードパーティのシステムやデバイスと迅速に統合するように設計されたオープンIPビデオ管理システム(IPVMS)です。Nx Serverアプリケーションは、NxWitnessシステムデバイスとデータの検出と管理を担当する軽量で強力なメディアサーバーです。Nx Serverは、IPカメラから内部または外部に接続されたストレージにビデオを記録します。サーバーハイブアーキテクチャを備えているため、単一障害点が発生しません。

Armマイクロサーバーアーキテクチャ

マイクロサーバープラットフォームは、1ラックユニット(1RU)シャーシに8xクアッドコアARM64ビットサーバーモジュールを収容します。2つのシャーシ内冗長スイッチは、水平スケールアウトとクライアントアクセス用に4x10Gbpsアップリンクを提供します。すべてのARMマイクロサーバーモジュールは、アプリケーションソフトウェア専用のCPU、メモリ、ストレージ、およびネットワークインターフェイスリソースを所有する独立したLinuxサーバーです。

マイクロサーバーアーキテクチャは、単一障害点がないため、より優れたアクセシビリティを提供します。すべてのマイクロサーバーノードは、ストレージクラスターのストレージノードまたはVMSクラスターのVMSサーバーノードとして構成できます。


マイクロサーバーがストレージノードとして構成されている場合、マイクロサーバーは Ceph storage クラスターに参加して、他のストレージノードと連携します。マイクロサーバーをNxサーバーとして構成すると、マイクロサーバーはVMSサーバーとしての役割を果たし、記録されたビデオファイルを保存するためにストレージクラスターから仮想ディスクをマウントします。これは、必要な数のNxサーバーとCephストレージサーバーをすべてMars400マイクロサーバーに柔軟に展開できることを意味します。マイクロサーバーの利点により、監視システムを少しずつ拡張できる柔軟性があります。


ビデオ管理システムは、高可用性ソフトウェア定義ストレージをバックエンドストレージとして使用します。

ソフトウェアディファインドストレージがハードウェア障害からデータを保護および再修復する方法

Cephストレージは、RAIDコントローラーの代わりに、レプリケーションまたはイレイジャーコードアルゴリズムを使用してデータを損失から保護します。イレイジャーコーディングは、ディスクアレイのRAID5またはRAID6に類似していますが、現在、より多くのディスク障害を許容できるという柔軟性があります。ディスクドライブの障害からデータを保護するだけでなく、サーバーの障害、ラックの障害、およびあらゆる規模の障害ドメインからデータを保護することもできます。データまたはビデオファイルは最初にオブジェクトにストリップされ、すべてのオブジェクトはいくつかのデータチャンクと計算された冗長チャンクに分割されます。ストレージサーバーは、データと冗長チャンクをストレージクラスター内のさまざまなストレージサーバーに分散して保存します。ストレージサーバーが故障した場合、そのサーバー内に保存されているすべてのデータを再修復する必要があります。データの修復は、すべての正常なサーバーとディスクによって実行されます。と、ディスク全体を再構築するのではなく、失われたチャンクのみを再修復する必要があります。

RAIDストレージシステムと比較して、分散ソフトウェア定義ストレージには3つの大きな利点があります。

  1. データは、1つ以上のサーバーノードの中断から存続できます。
  2. クラスター内のすべての正常なディスクが並行してデータを修復するのに役立ち、失われたデータのみが修復を必要とするため、データの再修復はRAIDよりもはるかに高速です。クラスタ内のディスク数が多いほど、修復速度は速くなります。36ドライブクラスターで60%の使用率の10TBドライブを1つ失う実験では、再修復に2。5日かかりました。この実験スケールでは、リヒール速度は28.5MB / sです。(クレイイレイジャーコード4 + 2プロファイル)
  3. 再修復中、修復によってビデオ録画が中断されることはありません
  4. Cephストレージクラスターで16TBHDDなどの大容量ディスクドライブを使用すると、より少ないサーバーで同じ容量を得ることができます。

1つのマイクロサーバーがサポートできるカメラ録画の数

Ambedded Mars400マイクロサーバー上のNxサーバーにストレスをかけるためのテスト環境をセットアップしました。この実験では、最初にサーバーを使用して、ビデオをArmマイクロサーバーにストリーミングするためのIPカメラをシミュレートしました。ビデオストリームフォーマットはH.264、1080p高品質、30フレーム/秒です。 Arm VMSサーバーは、ストレージとして仮想ディスクをマウントします。テスト結果は、1つのマイクロサーバーがビデオフレームを失うことなく最大30台のカメラを記録できると結論付けています。テストには、仮想ディスクがいっぱいのときのシナリオも含まれます。これは、8台のマイクロサーバーを収容する1U Mars400が240台のカメラの高解像度ビデオをサポートできることを意味します。これは、8台のマイクロサーバーに対応する1U Mars 400が、最大240台のカメラの高解像度ビデオストリームをサポートできることを意味します。これは、1Uサーバーを使用することによる大きな成果であり、消費電力はわずか100ワットです。

実際のIPカメラでテストする

別のテストでは、実際の環境でテストを行うために50台のIPカメラを使用します。

機器リスト:

  • IPカメラ:25x有線および25xワイヤレス
  • 火星400Nxサーバー:1Uに8ノード。4コアArmA72、4GB RAM、2x 2.5Gbps LAN
  • Nxサーバー:3 Mars 400Nx Armノード、

♦3つのノードが記録と再生のためにアクティブです。1つのノードのフェイルオーバー用に各ノードに予備のリソースがあります。

  • ストレージ:

♦データ保護:イレイジャーコード4 + 2、最大2台のハードドライブの障害を同時に許可

♦Cephサーバー:CephOSD用の21xマイクロサーバー+ Cephモニター用の3xマイクロサーバー

♦ハードドライブ:21x 16TB Seagate Exos Enterprise SATAHDD。224TBが使用可能です。

  • 通信網:

♦4xMars400Nx用の4x10Gbポート

♦カメラ用1xGbスイッチ

♦ワイヤレスアクセスポイントx2

記録および再生中、CPUリソースの150%のみが使用されます。使用可能な最大CPUリソースは400%です。図1を参照してください。

図1:NxサーバーノードのCPU使用率


各ノードで使用可能な合計4GBのメモリがあります。1GBのメモリは予備の使用のために予約されています。テスト中に使用されたメモリ量は約2.8GBです。サーバーノードは、最大30台のカメラを安定してサポートできます。

図2:Nxサーバーノードの未使用メモリ


テスト中のネットワークトラフィックは、ダウンロードで約150Mbps、アップロードで130Mbpsです。2x 2.5Gbネットワーク帯域幅は、実際のトラフィックよりもはるかに高くなります。

図3:Nxサーバーノードのネットワークトラフィック


VMSサーバーノードのフェイルオーバー

Network Optics VMSサーバーには自動サーバーフェイルオーバー機能があり、正常なVMSサーバーが障害のあるNxVMSサーバーからカメラを接続できるようにします。テストでは、3台のマイクロサーバーをNxVMSサーバーとしてセットアップしました。合計90台のカメラを処理できます。通常の状態では、テスト対象の50台のカメラが3台のカメラに均等に接続されています。サーバーをオフにすることで、サーバーをオフラインでシミュレートします。障害が発生したサーバーに接続された18台のカメラが、約1分で他の2台のサーバーに自動的に再接続できることを証明します。 

 

これは、NxVMSサーバーにマイクロサーバーソリューションを使用することを意味します。フェイルオーバー用に用意された1UMars400Nxサーバーの1/8のみが必要です。大きなノードサーバーと比較してください。マイクロサーバーアーキテクチャは、フェイルオーバーセットアップのために1つのサーバーコストを節約できます。

設計例

プロジェクト要件

  1. カメラ数:200台
  2. 1080p、高品質、30 FPSのカメラあたりのビットレート:4.87Mbps
  3. 1日あたりの記録時間:16時間
  4. 記録する日数:60日

 

サーバー要件の計算

  1. 必要な合計使用可能ストレージ容量:411 TB
  2. イレイジャーコード4+ 2を使用する場合に必要な合計raw容量:678 TB
  3. ハードドライブの容量:16 TB
  4. 必要なハードディスクの数:43台のHDD
  5. ストレージに必要なノードの数(Ceph OSD):43
  6. Ceph Monitorノード:3
  7. 200台のカメラのNxサーバーノード:200/30 = 7ノード。
  8. NxServerフェイルオーバー用のスペアノード:1ノード
  9. 必要なマイクロサーバーノードの総数:43 + 3 + 7 + 1 = 54ノード
  10. 必要な火星の合計400Nx:54/8 = 7x1U火星40Nx
  11. スペアノード:(7 x 8)-54 = 2ノード
  12. HDDを除くサーバーの総消費電力:7 x100ワット= 700ワット

 

結論

Ambedded Mars400NxはNxVMSサーバーを組み合わせており、ソフトウェアディファインドストレージには次の利点があります。

  1. Mars 400Nxのソフトウェア定義ストレージは、ディスク障害だけでなくサーバー障害からもデータを保護できます。
  2. ディスクに障害が発生すると、Mars400Nxはすべての正常なドライブによって並行してデータを再修復しました。RAIDコントローラーと比較して4〜5倍高速です。
  3. Mars 400Nxは、データの修復中にビデオの記録と再生を維持できます。
  4. Mars 400Nxストレージクラスターなどの大容量ディスクドライブを使用して、ストレージシステムの総コストを削減できます。
  5. 1U Mars 400Nx VMSサーバーは、最大240x1080pカメラをサポートできます。ストレージサーバーとVMSサーバーを柔軟に組み合わせてVMSシステムを設計できます。
  6. Mars 400Nx Armサーバーは、x86サーバーと比較して消費電力を70%節約します。

Ambeddedについて

Ambeddedは、Linux OS、カーネル、ソフトウェアディファインドストレージ、組み込みシステム、およびArmサーバーに関する専門知識を持つソフトウェアディファインドストレージ会社です。

Ambeddedのビジョンは、Cephソフトウェア定義ストレージを簡単に使用できるようにすることです。これにより、企業はより短い学習曲線でCephのメリットを享受できます。

Ambeddedは、使いやすいユーザーインターフェイス、すぐに使用できるストレージアプライアンス、安定性とパフォーマンスの調整、展開の自動化、プロフェッショナルサポートを提供することで、Cephをシンプルにします。

Ambeddedチームは、専用のCephアプライアンスを使用して、テレコム、医療、軍事、エッジデータセンター、高可用性ストレージを必要とする企業など、さまざまな業界にCephソリューションを採用するための幅広い経験を持っています。

詳細については、AmbeddedのWebサイトにアクセスしてください。

ネットワークオプティクスについて

Network Optixは、最先端のビデオ管理ソリューションの作成に焦点を当てたソフトウェア開発会社です。当社のコア製品であるNxVMSは、オフラインメディア、ライブビデオストリーム、および統合されたサードパーティのシステムとデバイスを管理できる、オープンで軽量なカスタマイズ可能なビデオ管理プラットフォームです。Nx VMSは、無料のライブストリーミングプラットフォームです。クラウド対応で、リモートアクセスが可能で、任意のサイズにスケーラブルで、IPビデオカメラの録画と検索が必要な場合にのみライセンスが付与されます。Nx VMSは開発者にも開放されており、包括的なAPIおよびSDKドキュメントが組み込まれており、無料で使用できるため、組織または個人は、あらゆる垂直市場またはプロジェクト向けに独自のビデオ駆動型アプリケーションを作成できます。

謝辞

私たちは感謝したいと思いシーゲイトおよびネットワークオプティクスを、このプロジェクトのために使用さEXOS X16エンタープライズハードドライブとIPカメラを提供します。

リファレンス:

  • 2019年にRAIDが機能しなくなる理由、ストレージビットのロビンハリス https://www.zdnet.com/article/why-raid-6-stops-working-in-2019/
  • 最適なRAID構成が GuestBloggerによるRAID構成なしである理由 →  https://blog.shi.com/hardware/best-raid-configuration-no-raid-configuration/
ビデオ

Mars 400Nxは、NxVMSソフトウェアに高可用性cephストレージを提供します



CephStorageとVideoManagement Systemを組み合わせて、統合されたデジタル監視システムにします。



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Ambedded-市場向けのプロフェッショナルなCephストレージソリューション。

2013年から台湾に拠点を置き、 Ambedded Technology Co., LTD. はCephストレージソリューションプロバイダーであり、60%のCapEX節約、70%の消費電力、100%のスケールアウトの利点を備えたARMベースのソフトウェア定義ストレージアプライアンスを提供します。

ソフトウェアディファインドストレージの設計と製造に関して、Ambeddedチームは、テレコム、医療、軍事、エッジデータセンター、HAが必要とするエンタープライズストレージなどの多様な業界にcephソリューションを採用するのを支援する幅広い経験を持っています。

Ambeddedは、2013年以来、高度なテクノロジーと20年の経験の両方で、顧客にCephストレージソリューションを提供してきました。Ambeddedは、各顧客の要求が確実に満たされるようにします。