[논문]CCTV 네트워크 영상 녹화 환경에서 장애 조치 기법

양선진; 박재표; 양승민

doi:10.7236/jiibc.2019.19.4.1

[국내논문] CCTV 네트워크 영상 녹화 환경에서 장애 조치 기법
A Failover Method in CCTV Network Video Recording Environment 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.19 no.4, 2019년, pp.1 - 6

양선진 (숭실대학교 컴퓨터학과) , 박재표 (숭실대학교 정보과학대학원) , 양승민 (숭실대학교 컴퓨터학부)

초록
AI-Helper

CCTV 영상 녹화 시스템은 영상 데이터의 증거가치로 인정받음으로 인해, 시설물의 경비 혹은 보안 관제의 목적으로 실생활에 널리 사용되고 있다. 최근 인터넷의 기술의 혁신으로 유/무선 네트워크를 통해 고화질 고용량의 데이터를 실시간 처리할 수 있도록 발전하고 있다. 영상 녹화 장치에서의 녹화 데이터는 중요하지만, 이를 유지하기 위한 방법, 특히 예기지 않은 장비의 결함이나 외부 공격에 의한 영상 데이터 손실을 막기 위한 이중화 방안은 드물다. 어렵게 이중화를 구현한다고 하더라도 고용량의 영상 데이터가 네트워크를 통해 전달되면서 발생하는 네트워크 과부하를 피할 수 없다. 본 논문에서는 CCTV 네트워크 영상 녹화 환경에서 네트워크 과부하를 유발하지 않고 이중화를 운영할 수 있는 장애 조치 기법을 제시하고 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

CCTV video recording system is recognized as evidence value of video data, and is widely used in real life for the purpose of security of facilities or security control, and it is developing in order to process high-resolution and high-capacity data in real time through network. However, there is no description of redundancy to prevent the loss of image data due to defects of unexpected equipment or external attack, and even if the redundancy is implemented, a high-capacity video stream is transmitted through the network, network overload can not avoided. In this paper, we propose and verify a failover method based on rules that can operate the redundancy scheme without inducing network overload in CCTV network video recording environment.

Keyword

표/그림 (7)

그림 그림 1. 장애 조치 흐름도 Fig. 1. Failover Flowchart
그림 그림 2. NVR 이중화 구조 Fig. 2. NVR Redundancy Scheme
그림 그림 3. NVR N+M 이중화 구조 Fig. 3. NVR N+M Redundancy Scheme
그림 그림 4. IP Camera 이중화 구조 Fig. 4. IP Camera Redundancy Scheme
그림 그림 5. NVR 로컬 네트워크 카메라 설정 Fig. 5. NVR Local / Network Camera Setting
그림 그림 6. NVR 액티브 스탠바이 장애 조치 규칙 Fig. 6. NVR Active-Standby Failover Rule
표 표 1. NVR 절체 시간 / 녹화 손실 시간 Table 1. NVR Takeover / Recording Loss Time

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 고화질·고용량 데이터를 처리해야 하는 CCTV 네트워크 영상 녹화 환경에서 시스템 가용시간을 최대한 보장하기 위해 결함이나 외부 공격으로부터 녹화 데이터를 최대한 보호할 수 있는 장애 조치 방안을 제안한다.
본 논문에서는 CCTV 네트워크를 구성하는 다양한 요소의 장애를 검사하고 상태에 따라 카메라 연결 구성을 변경하는 기법을 제안한다. 장애 조치를 실행하는 NVR은 정의된 규칙에 따라 다른 NVR이나 IP 카메라, 라우터 등과 같은 검사 대상의 장애 상태를 주기적으로 검사하고 상태를 결정한다.
이를 방지하기 위해 이중화를 통한 서버 신뢰성 관리가 필요하다. 본 논문에서는 CCTV 네트워크 영상 녹화 환경에서 고용량 고화질 데이터 처리를 위한 장애 조치 방안을 제안하고 검증했다. 이중화를 통해 장애 발생 시 녹화보장 시간을 최소화하고, 녹화 지속성을 유지함으로써 CCTV 증거자료의 보존 확률을 높일 수 있었다.

제안 방법

본 논문에서는 고화질·고용량 데이터를 처리해야 하는 CCTV 네트워크 영상 녹화 환경에서 시스템 가용시간을 최대한 보장하기 위해 결함이나 외부 공격으로부터 녹화 데이터를 최대한 보호할 수 있는 장애 조치 방안을 제안한다. 제안하는 방안은 복수의 NVR 서버를 이용하여 이중화를 구성하는 시스템으로, 네트워크 부하를 최소화하고 장애 발생 시 CCTV 네트워크와 영상 녹화 데이터 가용성을 최대한 높인다.
본 논문에서 제안하는 장애 조치 방안은 규칙(rule)을 기반으로 동작한다. 규칙은 검사 대상과 방법, 상태별 카메라 구성 정보, 백업 정보로 구성된다.
이 장에서는 본 논문에서 제안하는 장애 조치 방안을 기존 NVR 장비에 구현하고 이를 이용한 장애 조치 실험 결과를 분석한다.
NVR 액티브-스탠바이 방식 이중화 방식을 실험하기 위해 NVR 장비 2대와 IP 카메라 2대를 스위치 허브에 연결하고 가상의 실험 환경을 구성했다. 기본 NVR(192.
장애 조치 규칙은 기본 NVR의 상태를 1초 주기로 검사하면서 3회 이상 같은 상태가 감지되면 상태가 변경된 것으로 판단한다. 기본 NVR이 고장 상태가 되면 2대의 IP 카메라에 연결하여 녹화를 계속 진행하고 기본 NVR이 다시 정상 상태가 되면 IP 카메라에 대한 연결을 해제하고, 녹화된 영상을 기본 NVR에 전송하도록 설정했다. 장애 조치 규칙을 JSON 형식으로 기술하면 그림 6과 같다.
실험을 위해 IP 카메라에 연결되어 정상적으로 녹화 작업을 수행하는 기본 NVR과 스위치 허브 간의 네트워크 이더넷 선을 강제로 오프라인 상태로 만들고 5분 후에 다시 온라인 상태로 만드는 과정을 반복하면서 NVR 의 절체 시간과 녹화 손실 시간을 측정했다. 절체 시간은 기본 NVR의 이더넷 선이 오프라인 상태가 된 후 보조 NVR이 이를 감지하기까지 걸리는 시간을 측정했고, 녹화 손실 시간은 보조 NVR이 IP 카메라에 연결하여 녹화를 시작하기까지 걸리는 시간을 측정했다.
실험을 위해 IP 카메라에 연결되어 정상적으로 녹화 작업을 수행하는 기본 NVR과 스위치 허브 간의 네트워크 이더넷 선을 강제로 오프라인 상태로 만들고 5분 후에 다시 온라인 상태로 만드는 과정을 반복하면서 NVR 의 절체 시간과 녹화 손실 시간을 측정했다. 절체 시간은 기본 NVR의 이더넷 선이 오프라인 상태가 된 후 보조 NVR이 이를 감지하기까지 걸리는 시간을 측정했고, 녹화 손실 시간은 보조 NVR이 IP 카메라에 연결하여 녹화를 시작하기까지 걸리는 시간을 측정했다. 실험 결과는 표 1과 같다.

대상 데이터

상태별 카메라 구성 정보는 NVR 카메라를 네트워크 호스트와 연결하는 데 사용된다. 카메라 구성 정보는 NVR 로컬 카메라 번호와 IP 카메라의 IP 주소, 채널 번호로 구성된 레코드의 집합이다. IP 카메라의 IP 주소를 지정하지 않으면(n/a) 아무 일도 하지 않고 대기 상태를 유지한다.

이론/모형

시스템의 신뢰성과 무결성 향상을 위한 연구는 지금까지 많이 진행되어 왔으며 아주 중요한 연구 과제이다. 신뢰성을 높이는 방법으로 오류를 사전에 배제할 방법을 제시해야 하는데 이는 완전히 불가능하므로, 오류가 발생한 시점에 이를 대처하는 결함 허용(fault tolerance) 방법을 사용하여 신뢰성을 높인다.^[2]일반적으로 시스템의 결함 허용 방법으로 시스템에서 중요한 부분을 중복시켜 한 개 파트의 오류가 발생하더라도 중복된 다른 파트가 이를 대체하여 서비스를 계속할 수 있도록 만들어 줄 수 있는 이중화 방식을 많이 사용한다.

성능/효과

본 논문에서 제안하는 장애 조치 규칙을 이용하면 NVR 서버 이중화뿐 아니라 IP 카메라 이중화도 가능하다. 2대의 IP 카메라가 같은 장소에 설치되어 가동되지만, 1대는 액티브 상태의 기본 노드 역할을 하고 다른 1대는 스탠바이 상태로 보조 노드 역할을 한다.
장애 조치 기법이 적용되지 않은 NVR은 운영자의 수작업 조치로 인해 절체 시간과 녹화 손실 시간이 가변적이다. 하지만, 실험 결과를 통해 규칙 기반 장애 조치를 적용한 NVR은 평균 3.9초의 절체 시간이 발생하고, 평균 8.9초의 녹화 손실 시간이 발생함을 알 수 있다. 녹화 손실 시간과 절체 시간의 차이는 대부분 영상을 수신하기 위해 IP 카메라에 RTSP 프로토콜을 연결하는 과정에서 발생한다.
본 논문에서는 CCTV 네트워크 영상 녹화 환경에서 고용량 고화질 데이터 처리를 위한 장애 조치 방안을 제안하고 검증했다. 이중화를 통해 장애 발생 시 녹화보장 시간을 최소화하고, 녹화 지속성을 유지함으로써 CCTV 증거자료의 보존 확률을 높일 수 있었다. 또한, 환경에 따라 필요한 이중화 방식에 따라 장애 조치 규칙을 정의하면 NVR 이중화 뿐 아니라 IP 카메라 이중화에도 활용할 수 있다.

후속연구

향후에는 고장이 발생한 시점부터 절체가 발생하는 시점까지 손실되는 영상 녹화 데이터를 최소화하기 위한 연구가 더 필요한 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이중화 시스템이란?	이중화 시스템은 복수의 시스템을 이용하여 서비스를 구성하는 것이므로, 장애가 발생하여도 시스템의 가용성을 높일 수 있어야 한다. 이중화 모델은 2N 이중화, N+M 이중화, N-Way 이중화, N-Way 액티브 이중화 모델이 있다.
	CCTV 영상 녹화 시스템이 실생활에 널리 사용되는 이유는?	CCTV 영상 녹화 시스템은 영상 데이터의 증거가치로 인정받음으로 인해, 시설물의 경비 혹은 보안 관제의 목적으로 실생활에 널리 사용되고 있다. 최근 인터넷의 기술의 혁신으로 유/무선 네트워크를 통해 고화질 고용량의 데이터를 실시간 처리할 수 있도록 발전하고 있다.
	장애 조치 방안의 규칙은 어떻게 구성되어 있는가?	본 논문에서 제안하는 장애 조치 방안은 규칙(rule)을 기반으로 동작한다. 규칙은 검사 대상과 방법, 상태별 카메라 구성 정보, 백업 정보로 구성된다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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