Videoüberwachung: Herkömmliche HDDs reichen nicht aus Zuverlässige Speicher für hochauflösende Streams

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Immer mehr und immer höher auflösende Kameras lassen die Datenmengen in der Videoüberwachung kontinuierlich anwachsen. Damit steigen die Anforderungen an die eingesetzten Speichermedien deutlich: Sie müssen ein enormes Datenvolumen auffangen – rund um die Uhr und oft unter rauen Bedingungen.

Der Markt für Videoüberwachung boomt. Das liegt nicht nur am wachsenden Sicherheitsbedürfnis der Bevölkerung und Unternehmen, sondern auch an neuen Anwendungen im Bereich der Video-Analytik. Smarte Algorithmen können Videostreams beispielsweise auswerten, um Besucher zu zählen, Nummernschilder zu erkennen oder Rauchentwicklung aufzuspüren. Die Zahl der Kameras im öffentlichen Raum und auf Firmengeländen nimmt daher stetig zu. Laut dem BHE Bundesverband Sicherheitstechnik stieg der Umsatz mit Videoüberwachungssystemen in Deutschland zwischen 2019 und 2021 von 607 auf 700 Millionen Euro.

Neben der Zahl der Kameras wächst auch die Auflösung der Geräte. Selbst einfache Modelle bieten heute schon Full HD, selbst 4K und sogar 8K sind im professionellen Bereich keine Seltenheit. Da üblicherweise nicht nur eine, sondern mehrere Kameras zum Einsatz kommen und diese rund um die Uhr laufen, fallen schnell große Datenmengen an. Diese müssen dann oft lange aufbewahrt werden, ohne dass Frames verloren gehen, und jederzeit für Auswertungen verfügbar sein. Für Speichersysteme und deren Speichermedien sind das ganz besondere Herausforderungen.

Optimierte HDDs

Herkömmliche Desktop-Festplatten reichen hier nicht aus. Sie sind lediglich für Betriebszeiten zwischen 8 und 16 Stunden pro Tag und eine jährliche Arbeitslast von 55 TB ausgelegt. In einem Videoüberwachungssystem würden sie diese Werte in der Regel überschreiten und schnell verschleißen – die Wahrscheinlichkeit für Fehler und Ausfälle innerhalb der Garantiezeit stiege deutlich an. Festplattenhersteller bieten deshalb spezielle Surveillance-HDDs, die für die Videoüberwachung optimiert sind und einen 24/7-Betrieb unterstützen. Diese Laufwerke sind robuster, sodass sie bis zu 180 TB pro Jahr verarbeiten können.

Surveillance-HDDs haben typischerweise eine Mean Time To Failure (MTTF) von einer Million Stunden, was einer Annualized Failure Rate (AFR) von 0,88 Prozent entspricht. Von 1.000 dieser Festplatten würden voraussichtlich etwa neun pro Jahr ausfallen. Zum Vergleich: Desktop-HDDs mit einer MTTF von 600.000 Stunden weisen im Dauerbetrieb eine AFR von 1,46 Prozent auf – bei 1.000 Laufwerken käme es binnen eines Jahres wahrscheinlich zu rund 15 Ausfällen. Mit den kostengünstigeren Modellen ließe sich also nur kurzfristig Geld sparen, da auf lange Sicht höhere Kosten für Wartung und Instandhaltung entstehen. Darüber hinaus bieten Surveillance-HDDs mit drei Jahren eine längere Garantielaufzeit.

Robuste und zuverlässige Speichermedien

Aufgrund der großen Datenmengen, die bei der Videoüberwachung anfallen, müssen die eingesetzten digitalen Videorekorder (DVR), Netzwerkvideorekorder (NVR), Videoserver oder Videomanagementsysteme viel Speicherplatz bereitstellen. Deshalb sind sie häufig mit mehreren Festplatten bestückt, deren Rotationsschwingungen sich gegenseitig verstärken und im Extremfall sogar zu einer Beschädigung der Laufwerke führen können.

Surveillance-HDDs besitzen Sensoren, um diese Schwingungen zu erkennen. Sobald sie auftreten, passen Steuerungsmechanismen die Betriebsparameter so an, dass kein Risiko für die HDDs besteht und die Leistung möglichst wenig beeinträchtig wird. Desktop-HDDs, die im Normalfall nur einzeln verbaut werden, kommen ohne solche Sensoren und Steuerungsmechanismen aus, was ihre Lebensdauer in Speichersystemen für die Videoüberwachung reduzieren kann.

Anders als Desktop-HDDs durchlaufen Surveillance-HDDs umfangreiche Kompatibilitäts- und Funktionstests in unterschiedlichen Videorekordern. Auf diese Weise stellen die Hersteller sicher, dass ihre Laufwerke reibungslos mit den Geräten zusammenarbeiten und eine optimale Performance bieten – bei Desktop-HDDs ist das nicht garantiert.

Sie sind zudem nur für einen Temperaturbereich von 0 bis 60 Grad Celsius konzipiert. Für die Videoüberwachung kann das zu wenig sein, da die Rekorder nicht immer in klimatisierten Server-Räumen oder Rechenzentren, ja nicht einmal in normalen Büros untergebracht sind. Teilweise stehen die Systeme in schlecht belüfteten Abstellräumen oder in Sicherheitsschränken auf Produktions- und Lagerflächen, wo sie höheren Temperaturen ausgesetzt sein können. Surveillance-HDDs sind daher für 0 bis 70 Grad Celsius ausgelegt.

Hohe Leistung

Um mehrere hochauflösende Videostreams parallel verarbeiten zu können, besitzen Surveillance-HDDs eine optimierte Firmware und bringen meist einen größeren Pufferspeicher als Desktop-HDDs vergleichbarer Kapazität mit. Dadurch kommen sie mit bis zu 64 Videostreams zurecht, wobei die genaue Leistungsfähigkeit letztlich von der Auflösung, dem genutzten Video-Codec und dem Inhalt des Videomaterials abhängt – eine Kamera in einer wenig frequentierten Tiefgarage produziert ein geringeres Datenvolumen als eine Kamera an einer verkehrsreichen Straße.

Einige Surveillance-HDDs arbeiten mit 5.400 oder 5.700 Umdrehungen pro Minute. Für viele Einsatzbereiche genügt das, selbst wenn parallel zur Aufzeichnung gelegentlich Videomaterial für eine Überprüfung ausgelesen werden muss. Die Firmware stellt dabei sicher, dass die Schreibvorgänge nicht ausgebremst und alle Streams zuverlässig aufgefangen werden. Durch die niedrige Umdrehungszahl sind die Laufwerke sehr energieeffizient und helfen Unternehmen, ihren Stromverbrauch zu reduzieren. Für höhere Leistungsanforderungen gibt es jedoch auch Surveillance-HDDs mit 7.200 Umdrehungen pro Minute.

Treten regelmäßig hohe Leselasten auf, kann zudem der Einsatz von Enterprise-HDDs anstelle von Surveillance-HDDs sinnvoll sein. Diese liefern nicht nur höhere Datenraten, sondern bewältigen auch größere Arbeitslasten von bis zu 550 TB pro Jahr. Mit Schwingungssensoren und Steuerungsmechanismen zur Schwingungsunterdrückung sind sie ebenfalls ausgestattet, allerdings nur für Betriebstemperaturen zwischen 5 und 55 Grad Celsius vorgesehen. Unternehmen sollten deshalb darauf achten, dass sie mit Enterprise-HDDs bestückte Videospeichersysteme in klimatisierten Räumlichkeiten unterbringen – dann steht auch nachgelagerten Analysen großer Videobestände, etwa durch moderne KI-Algorithmen, nichts mehr im Wege.

* Die Autorin: Irina Chan ist Specialist Product Marketing Management, Storage Products Division bei Toshiba Electronics Europe

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