Festplatten als Basis für zuverlässige Videosysteme

Behörden statten öffentliche Plätze und Gebäude zunehmend mit Videoüberwachungssystemen aus – deren Basis sollten zuverlässige und leistungsfähige Festplattenspeicher sein. Denn Videoanwendungen bedeuten für die Technik dahinter eine große Herausforderung, besonders die Speichertechnologie steht unter Dauerstress.

Die Videotechnologie hat in den vergangenen Jahren eine gewaltige Entwicklung durchlebt. Heute hat beinahe jeder eine Ultra-HD-Kamera als Teil seines Smartphones in der Hosentasche und kann kristallklare Videos aufzeichnen. Diese Entwicklung macht sich die Sicherheitsbranche ebenfalls zu Nutze, denn gerade bei der Videoüberwachung öffentlicher Gebäude sollten sowohl offensichtliche Kameras, die abschreckend wirken, als auch versteckte Geräte installiert sein.

Für das Speichern sicherheitsrelevanter Aufzeichnungen reichen herkömmliche Festplatten allerdings nicht aus. Das liegt einerseits an der hohen Bildqualität, mit der die Kameras Bilder in Echtzeit übertragen, andererseits an der Menge der Signaleingänge: Bei der Überwachung öffentlicher Gebäude streamen zuweilen bis zu vier Dutzend Kameras gleichzeitig ihre HD-Videos auf die Bildschirme und Festplatten der Sicherheitsabteilung. Da im Security-Bereich Ausfälle ein nicht tolerierbares Risiko sind, muss sich die Hardware für den Einsatz unter diesen speziellen Bedingungen eignen.

Die notwendige Zuverlässigkeit stellt bei Surveillance-HDDs eine spezielle Firmware sicher: Angepasste Pufferspeicher, die die von herkömmlichen Desktop-Festplatten bei weitem übersteigen, garantieren, dass die Videoübertragungen auch unter großer Belastung fehlerfrei auf den Speichergeräten ankommen. Unter normalen Bedingungen sind dedizierte Surveillance-Festplatten für das gleichzeitige Aufzeichnen und Sichten der Aufzeichnungen durch das Sicherheitspersonal leistungsstark genug: Die Hersteller planen gleichzeitige Lesezugriffe bereits ein. Deutlich höher ist die Beanspruchung der Speichermedien allerdings, wenn das Security-Team Künstliche Intelligenz zur Auswertung des Materials einsetzt: Dann kommen nämlich zu den sehr hohen Schreiblasten, die die Kameras verursachen, extrem hohe Leselasten durch die KI. Behörden beziehungsweise die externen Security-Dienstleister sollten in diesem Fall über den Einsatz von leistungsfähigeren Enterprise-Festplatten nachdenken, die Unternehmen unter anderem für Big-Data- oder Data-Science-Anwendungen nutzen.

All diese Speichervorgänge belasten die Hard Disks nicht nur einmal, sondern fortwährend. Wenn das Gerät schließlich die maximale Arbeitslast erreicht, nimmt die Wahrscheinlichkeit für Fehler rapide zu. Da die physischen Komponenten selten stillstehen, müssen Surveillance-HDDs also sehr robust sein. Ein guter Vergleichswert zu herkömmlichen Desktop-Festplatten ist die jährliche Arbeitslast in Terabyte: Die gewöhnliche HDD aus dem Heimcomputer ist auf etwa 55 TB pro Jahr ausgelegt. Mit ungefähr einem TB pro Woche entspricht dieser Wert etwa dem, was auf einem privaten PC bei starker Beanspruchung gelesen und gespeichert wird. Varianten für die Videoüberwachung sind hingegen für eine Arbeitslast von 180 TB pro Jahr, also mehr als das Dreifache, dimensioniert.

Für Fehler und Ausfälle können auch äußere Umstände verantwortlich sein. Viele öffentliche Gebäude, die eine Videoüberwachung benötigen, haben keine belüfteten Serverräume für ihre Sicherheitsinfrastruktur. Deswegen statten die Hersteller ihre Surveillance-Festplatten mit einer höheren Temperaturtoleranz als Standard-HDDs aus. Die maximale Betriebstemperatur von speziellen Speichermedien für den Security-Bereich liegt zwischen 0 und maximal 70°C und damit rund 10°C höher als bei herkömmlichen HDDs.

Gerade in öffentlichen Gebäuden und Räumen sind viele Kameras zur Überwachung notwendig. Daraus folgt ein weiteres, rein physikalisches Problem: Rotationsschwingungen, die durch die direkte Nähe mehrerer Festplatten zueinander im Storage-Rack zu erwarten sind. Je mehr Kameras, desto größer das Datenvolumen. Da Festplattenhersteller in eine Platte aber nicht unendlich viel Speicher verbauen können, ist oft eine große Anzahl von Geräten nötig. Glücklicherweise erkennen spezielle Sensoren in Surveillance-HDDs die aufkommenden Schwingungen und smarte Steuerungsmechanismen sorgen für eine Minimierung des Effekts. Die auf diese Weise angepassten Betriebsparameter verhindern damit eine Beeinträchtigung der Zugriffsgeschwindigkeit.

All diese Umstände wirken sich auf die Lebensdauer von Festplatten in Videoüberwachungssystemen aus. Öffentliche Gebäude und Plätze benötigen außerdem eine Überwachung rund um die Uhr, was die Hardware zusätzlich beansprucht. Spezielle Surveillance-Speichergeräte haben daher eine erhöhte MTTF (Mean Time To Failure): die Modelle erreichen bis zu einer Million Betriebsstunden. Wären also theoretisch 1.000 Festplatten im Einsatz, würden davon etwa neun Platten – 0,88 % – nach einem Jahr ausfallen. Dieser prozentuale Wert wird auch Annualized Failure Rate (AFR) genannt. Bei herkömmlichen Festplatten liegt die AFR bei 1,46 %, also etwa doppelt so hoch. Bei ihnen legen die Hersteller zudem eine tägliche Laufzeit von maximal 16 Stunden zugrunde.

Die Zuverlässigkeit von Überwachungssystemen hängt allerdings nicht nur von der Robustheit der eingesetzten Festplatten selbst ab. Auch das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten muss reibungslos funktionieren. Besonders beim Nachrüsten vorhandener Sicherheitssysteme gilt für Experten deshalb, nur kompatible Datenträger zu verbauen. Um die Auswahl der passenden Surveillance-HDD zu vereinfachen, erstellen Hersteller Kompatibilitätslisten für ihre Geräte. Die Listen basieren auf umfangreichen Tests und Sicherheitsteams können mit ihnen schnell herausfinden, welche Festplatte für das eigene Überwachungssystem geeignet ist.

Alternativ gibt es auch perfekt aufeinander abgestimmte Komplettlösungen von der Stange zu kaufen. Für diese Systeme stellen erfahrene Integratoren passende Komponenten für die Videoüberwachung zusammen – inklusive dedizierter Surveillance-HDDs. Oft erhöhen Anbieter die Zuverlässigkeit in solchen Komplettlösungen durch den Einsatz von RAID-Systemen. RAID steht für Redundant Array of Independent Disks, eine Speichertechnologie, bei der mehrere HDDs zu einer logischen Einheit zusammengefasst sind. Sämtliche Daten werden in RAID-Systemen mehrfach gespeichert, was einen Ausfall oder Ersatz einzelner Festplatten ohne Datenverlust ermöglicht.

André Grabon, Business Development, Storage Products Division, Toshiba Electronics Europe.