La importancia de los discos duros en videovigilancia y sus características especiales
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La importancia de los discos duros en videovigilancia y sus características especiales

Los discos duros son un elemento crucial en los sistemas de videovigilancia, son equipos sensibles a las condiciones de uso. En esta nota veremos los aspectos más relevantes en las diferencias de los discos convencionales y los especiales para videovigilancia y el porqué su implementación genera valor. 

En esta nota sobre discos duros y su papel en la videovigilancia trataremos estos puntos: 

Componentes principales de los discos duros

Los discos duros generalmente se reconocen por la sigla HDD (Hard Disk Drive), son piezas complejas y de alta tecnología, estos equipos son los encargados de almacenar la información en forma de datos, son múltiples los, tipos y especificaciones de estos equipos, para cada requerimiento o necesidad existe la solución más adecuada desarrollada por los fabricantes. 

TECNOSeguroPRO Discos Duros 1Componentes básicos de los discos duros. Fuente: discosduros.org

Internamente los discos duros tienen una serie de discos o platillos, donde se guardan los datos. Por lo general, estos discos internos se fabrican de un disco de aluminio, cerámica o incluso cristal, y en ambas superficies de estos discos, se imprime una capa o cobertura especial que cuenta con una estructura compleja formada por diferentes subcapas de aleaciones metálicas y no magnéticas, eso se logra mediante un proceso conocido como deposición por pulverización catódica. 

TECNOSeguroPRO Discos Duros 2Interior de un disco duro SATA típico. Fuente: discosduros.org

También hacen parte de la estructura interna de los discos el cabezal de lectura y escritura, el electroimán y el motor del cabezal. Los discos están protegidos por una carcasa que lo mantiene aislado del aire contaminante y de la suciedad o polvo. En muchos modelos, el circuito electrónico en donde están los microprocesadores encargados del control y transferencia de datos se encuentra expuesto. 

TECNOSeguroPRO Discos Duros 3Tarjeta electrónica de control alimentación y transferencia de datos de un disco duro. Fuente: discosduros.org

Los discos duros al estar formados por piezas móviles y mecánicas, son más sensibles a vibraciones y golpes, razón por la cual muchos fabricantes de sistemas de grabación y o unidades de almacenamiento masivo incorporan en su hardware mecanismos de suspensión o amortiguación para prolongar la vida útil de estos y evitar su daño prematuro, incluso, con diseños especiales para ambientes móviles y de alta temperatura . 

TECNOSeguroPRO Discos Duros 4Grabador para aplicaciones móviles DS-MP7608HN. Fuente: Hikvision.com

TECNOSeguroPRO Discos Duros 5Soporte de amortiguador de disco duro.

¿Qué hace la diferencia en los discos duros diseñados para videovigilancia?

La apariencia de un disco duro para videovigilancia es similar a la de los estándar. Pero hay grandes diferencias particularmente con la optimización de energía y el proceso de lectura y escritura.

En cuanto a los discos duros diseñados para aplicaciones de videovigilancia podemos destacar varios aspectos relevantes: 

  • Consumo de energía
  • Desempeño en escritura 
  • Costo 

Consumo de energía

En videovigilancia en especial en sistemas grandes de múltiples cámaras o aplicaciones multi sitio las unidades de almacenamiento están diseñadas para optimizar el consumo de energía, en especial cuando los equipos de almacenamiento se inician, es decir en el proceso de arranque que es en donde se aumenta considerablemente el consumo de corriente en el sistema.

Los discos duros diseñados para aplicaciones de videovigilancia permiten optimizar este proceso al requerir menos corriente en el arranque y al mismo tiempo se mantienen estables los niveles de temperatura en los equipos. 

También incorporan funciones de ahorro de energía durante la operación normal, por ejemplo, el sistema puede detener el giro de cualquier disco y ponerlo en modo ahorro de energía cuando este no esté en actividad, de este modo, el conjunto de almacenamiento es más eficiente en términos de control de temperatura del sistema y en consecuencia, aumenta la duración de componentes y vida útil del mismo.

Ahora bien, cuanto mayor sea la capacidad individual de almacenamiento de los discos duros es posible que el número de discos requerido disminuya, por lo que habrá menos fallos potenciales y los niveles de temperatura seguirán siendo bajos. 

Desempeño en escritura

El proceso de escritura de datos representa el mayor nivel de carga de trabajo de las unidades de discos duros, en especial para aplicaciones de videovigilancia por el alto flujo de datos que se manejan.

Un disco duro para videovigilancia está diseñado para realizar las operaciones de escritura de datos de video como máximo el 90 % del tiempo y el 10 % para la reproducción. En el caso de los discos duros estándar están diseñados para leer, escribir y transferir datos en una relación 50/50 lo que no es eficiente en sistemas de videovigilancia.

En los discos duros enfocados en videovigilancia esta función, la escritura,  está optimizada según los perfiles de velocidad de transferencia SATA (Serial Advanced Technology Attachment) que por lo general está especificado por el fabricante. Los más comunes son:

  • SATA: 150 MB/s 
  • SATA II: 300 MB/s 
  • SATA III: 600 MB/s 

El perfil de lectura/escritura en estas unidades puede ajustarse específicamente para datos o video, según corresponda.

TECNOSeguroPRO Discos Duros 6Hoja de datos de disco duro de alto rendimiento. Fuente: westerndigital.com

Por lo anterior, un disco duro para videovigilancia tendrá un mejor rendimiento en comparación con un disco duro estándar. Aunque los discos estándar pueden funcionar en sistemas de grabación de videovigilancia su tiempo de operación y tolerancia a fallos será considerablemente menor. 

La alta capacidad y velocidad de escritura de datos en los discos duros para videovigilancia es lo que hace que estos sean mucho mejores. Pueden costar un poco más que las unidades estándar, pero el rendimiento es mucho mejor.

Costo 

El costo juega un papel importante, ya que los discos para aplicaciones de videovigilancia como lo anotamos en el punto anterior pueden tener un costo algo mayor a los discos estándar, su relación costo beneficio se da por los puntos que ya mencionamos, sin embargo, cada vez más es menor la brecha entre los costos de unidades estándar a las de videovigilancia, en especial en las capacidades de almacenamiento más pequeñas e intermedias es decir 2TB, 4TB, 6TB. 

Propósito especial de los discos duros para videovigilancia

Lo que hace que los discos duros para videovigilancia sean especiales es su enfoque específico en escribir grandes cantidades de datos y que se haga extremadamente rápido. Para hacer eso, poseen un par de características adicionales, utilizan algo llamado conjuntos de comandos de transmisión ATA para optimizar todo el proceso de escritura/lectura de datos.

Los conjuntos de comandos de transmisión ATA son una lista de valores que le indican al HDD exactamente cuánto tiempo le llevará leer y escribir datos en el disco para cada sector formateado en este, con esa información, el HDD puede optimizar la carga de trabajo para leer/ escribir datos lo más rápido posible. 

También se configuran de fábrica con una clasificación de carga de trabajo específica que indica exactamente la cantidad de datos que el equipo podrá procesar por año, manteniendo la menor posibilidad de falla y, en general, están diseñados en torno al concepto de funcionalidad de 24 horas para maximizar la vida útil del disco.

La clasificación de carga de trabajo siempre se mide en datos procesados a lo largo del tiempo, por ejemplo en un disco duro típico para videovigilancia que tiene una capacidad de hasta 180 TB/año, nunca debe procesar más de 180 TB de datos para que el disco tenga el mejor desempeño, y esto viene dado por las especificaciones del fabricante teniendo en cuenta los ciclos de lectura y escritura de los discos internos de la unidad así como la resistencia de las piezas móviles. 

Es importante tener en cuenta el rendimiento esperado en un sistema de videovigilancia al seleccionar el número y la calidad de los discos duros que harán parte del sistema de grabación. Típicamente la clasificación de carga de trabajo  de los discos homologados para este tipo de aplicaciones puede llegar a ser hasta tres veces la clasificación de carga de trabajo de un HDD estándar, lo que significa que podrá escribir tres veces más datos por año que en un HDD estándar. 

Claro está que en la medida que se añaden más cámaras al sistema, significa más datos, por lo que si se tiene un sistema que supera el umbral de por ejemplo de 180 TB/año, se debe considerar ir agregando más unidades al hardware de almacenamiento para dividir la carga de trabajo.

En los casos de equipos de almacenamiento con arreglos RAID de varias unidades las configuraciones de los mismos juegan un papel importante en la duración y carga de trabajo de los discos. Las configuraciones de RAID le permiten aumentar la capacidad total de sus unidades y mantenerse en niveles seguros del límite de clasificación de carga de trabajo. 

Aplicaciones en arreglos para almacenamiento masivo NAS/SAN

TECNOSeguroPRO Discos Duros 7Discos HDD de alto rendimiento para sistemas NAS. Fuente: segate.com y westerndigital.com

Como lo hemos visto en otras notas, los sistemas de almacenamiento en red pueden ser masivos, es decir múltiples discos duros de alto rendimiento para soluciones de datos y también de videovigilancia; en esos sistemas los fabricantes ofrecen soluciones llave en mano con todo el hardware requerido incluso ya con los discos optimizados para operar en arreglos RAID en unidades NAS/SAN. 

Pero también está la posibilidad de obtener solo el hardware de procesamiento y los discos se pueden poner aparte teniendo en cuenta las hojas de datos de compatibilidad que generalmente los fabricantes publican o suministran con el hardware o software VMS

Los discos para sistemas NAS/SAN están optimizados para dar un alto rendimiento en tareas de red propias de estos equipos como, arranque eficiente la transferencia de archivos y descargas de alta velocidad  y funciones de diagnóstico, también, incorporan una mayor memoria caché que ayudará a la corrección de errores en caso de pérdida de corriente, para evitar la pérdida de datos. 

¿Cuándo se usan discos duros de estado sólido o SSD en videovigilancia?

TECNOSeguroPRO Discos Duros 9SSD para videovigilancia. Fuente: Hikvision.com

El mercado de videovigilancia continúa en transición de analógico a digital, con un crecimiento de las ventas de soluciones basadas en IP.

El cambio a lo digital, junto con la necesidad de una mayor calidad de imagen, el aumento masivo de datos por la inserción de las analíticas de video ha aumentado, incrementando así el uso de un acceso más rápido a la información; además, está creando la necesidad de que los fabricantes y usuarios de equipos de videovigilancia usen las otras tecnologías de almacenamiento, en particular, unidades de estado sólido (SSD).

Los costos de los SSD han bajado considerablemente en precio durante los últimos años, hasta el punto en que ahora están haciendo que las unidades de disco duro tradicionales (HDD) estén en camino hacia la obsolescencia  en ciertos entornos y aplicaciones. 

Debido a que no tienen partes mecánicas, los SSD son mucho más duraderos y resistentes que los HDD, lo que los hace particularmente atractivos para entornos de videovigilancia, especialmente donde las condiciones climáticas y la movilidad son la constante.

Consideraciones importantes sobre los SSD

Los discos duros HDD para videovigilancia están más orientados a aplicaciones que requieren altos niveles de capacidad de almacenamiento, siguen  teniendo un lugar en soluciones de videovigilancia. En sistemas de pequeña y mediana escala siguen siendo rentables para el archivo de datos  y otras áreas dentro de la videovigilancia como sistemas de backup, equipos redundantes, etc. 

Sin embargo, los SSD son mucho más eficientes, pueden ser más costosos pero para sistemas masivos pueden ser más rentables por las aplicaciones que requieren mayor rendimiento, poca tolerancia a fallos, alta disponibilidad en ambientes de redes, en especial aplicaciones multicast, menor consumo de energía y espacio.  

Los SSD están demostrando ser mucho más confiables y aplicables en los sistemas de videovigilancia donde existe la necesidad de almacenamiento a corto plazo: las aplicaciones con cámaras de video en los vehículos de transporte son un ejemplo de ello.

Para los fabricantes de sistemas de videovigilancia, así como para los integradores,  es importante comprender dónde y cómo los SSD pueden marcar la diferencia en la mejora de la seguridad, proporcionando un acceso más rápido a la información crítica, aumentando el tiempo de duración de los equipos, y por consiguiente generando un mayor valor agregado en las soluciones de videovigilancia.

Ventajas de los SSD frente a los HDD

Los SSD se fabrican con tecnología de semiconductores NAND, por lo que, a diferencia de los HDD para videovigilancia, no tienen piezas móviles/mecánicas. La memoria NAND es un tipo de memoria RAM no volátil, esto significa que mantiene su información después de haber perdido la alimentación eléctrica. La falta de piezas móviles se traduce en varias ventajas clave para los SSD.  Dentro de las ventajas más relevantes están:

Velocidad: Dado que no hay partes móviles, los SSD pueden acceder a los datos mucho más rápido que los HDD. Esto se traduce principalmente en un mayor IOPS (Input/Output Operations Per Second), y pueden ofrecer un rendimiento mucho mayor que los HDD. También significa menos latencia en aplicaciones de gran consumo de ancho de banda, como el video de seguridad en alta definición con análisis de video, que cada vez más hace parte de los sistemas de videovigilancia. El uso de SSD generalmente dará como resultado imágenes de video de mayor calidad.

Confiabilidad: Los SSD fallan con mucha menos frecuencia que los HDD. Típicamente las tasas de falla de los discos duros son hasta tres veces más que en los SSD.  Esto significa que hay más tiempo de servicio útil en sistemas de almacenamiento que usan este tipo de discos, lo que puede ser fundamental en sistemas masivos de videovigilancia, como aplicaciones de vigilancia ciudadana o de infraestructura crítica. Del mismo modo hay menos necesidad de enviar técnicos al campo para hacer mantenimiento y reparaciones.

Resistencia: las SSD se pueden utilizar en lugares que requieren una construcción más resistente, como los sistemas de videovigilancia que están ubicados en condiciones extremas de tipo climáticas o en sitios o aplicaciones móviles que pueden tener movimientos bruscos que generalmente afectan las partes móviles de los HDD, un factor importante en las aplicaciones de videovigilancia en los vehículos, en especial transporte público y en general medios de transporte terrestre y marítimo.

Relación costo beneficio: Las soluciones de videovigilancia son sistemas complejos que no solo requieren dispositivos de almacenamiento de máximo rendimiento, sino también mecanismos confiables que sean menos propensos a fallas debido a que no tienen partes móviles. Así, menos índices de fallos significan un ahorro mayor en el costo de propiedad, como también una mejor calidad y una experiencia de usuario más eficiente.

Aplicaciones actuales de mayor uso de SSD

Las soluciones móviles y los entornos robustos son áreas clave en las que las unidades SSD pueden proporcionar grandes beneficios, en particular donde los requisitos de almacenamiento son relativamente a corto plazo. Por eso su uso en las aplicaciones para los autobuses escolares y los vehículos policiales tienen tanto sentido, porque normalmente operan en turnos donde la capacidad no es un problema para la solución de almacenamiento, sino la confiabilidad y el rendimiento si son primordiales.

Además, la confiabilidad mejorada de los SSD puede ser crítica en cualquier empresa o institución donde la falla de vigilancia podría resultar en problemas masivos de responsabilidad. Es el caso de bancos, instituciones gubernamentales y de fuerza pública, centros carcelarios, aeropuertos etc. 

Los SSD también demuestran su valor en casos de uso donde el rendimiento y la capacidad de respuesta son factores críticos. Un ejemplo de ello son los sistemas de almacenamiento de videovigilancia, aplicados en grandes plantas de procesos de producción en donde no solo los procesos de seguridad consultan la información, también varios procesos de calidad, logística, producción, salud y seguridad y que lo pueden hacer al tiempo, así, contar con sistemas de respaldo de alta velocidad y confiables puede marcar la diferencia. 

Conclusión

Si bien, no hay duda que los discos duros son elementos fundamentales en todo sistema de videovigilancia, es importante que desde el diseño se dimensione el tipo de discos a usar, dadas las condiciones de: cantidad de información, tiempo de almacenamiento, las condiciones físicas de instalación y de la proyección de crecimiento futura en cada proyecto. Encontrar la relación costo beneficio será clave para el buen desempeño del sistema.

Jairo Rojas Campo

Ing. Electrónico de la Universidad Javeriana, especialista en Gerencia de Proyectos, con experiencia como líder de gestión de proyectos en varias empresas reconocidas del gremio de la seguridad desde el 2001. Cuenta con múltiples certificaciones en seguridad electrónica en las líneas de CCTV, sistemas de alarmas de intrusión, detección de incendio, controles de acceso, plataformas de integración, entre otras. Actualmente realiza actividades orientadas a la transferencia de su conocimiento y experiencia a equipos de trabajo del sector, realiza diseño y especificación de proyectos. Jairo es Editor Ingeniero Senior en TECNOSeguro.

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