基于WPON和SIP協(xié)議的智能視頻監(jiān)控平臺研究

練筆戰(zhàn) 李躍華 袁修建 王世文 隋博 朱磊

（國網(wǎng)某電力公司信息通信公司河南鄭州450052）

1 引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、計算機本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)等階段。為了承載IP化的多媒體實時業(yè)務，尤其是充分支持高質(zhì)量的視頻流媒體業(yè)務，通信網(wǎng)正在不斷朝著寬帶化和IP化方向發(fā)展。電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控智能化、網(wǎng)絡寬帶化、集成平臺化和視頻高清化是技術和應用發(fā)展的必然趨勢[1]。

本文介紹的某電力基于WPON和SIP協(xié)議的變電站高清視頻智能監(jiān)控平臺，將先進的基于WPON和SIP協(xié)議的技術應用于遠程視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)，有效地解決了電網(wǎng)現(xiàn)有各變電站遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口協(xié)議不兼容、傳輸速率低和視頻圖像質(zhì)量不高等導致通道擁塞及嚴重影響系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的問題，對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術創(chuàng)新、品質(zhì)提升和規(guī)模應用，具有重要意義。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

近年來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)全面采用數(shù)字攝像和網(wǎng)絡傳輸技術，隨著電網(wǎng)廣域?qū)拵畔⑼ㄐ啪W(wǎng)和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的全面覆蓋、帶寬提升和業(yè)務拓展，為遠程視頻監(jiān)控的應用提供了技術和網(wǎng)絡支撐。目前國家電網(wǎng)公司電視電話會議系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋各省、地及其直屬單位，并向高清電視技術發(fā)展，但尚未延伸到電廠和變電站；各地公司大樓、調(diào)度大樓、高壓變電站和發(fā)電企業(yè)按照安防要求，相繼建成本地安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但因接口不統(tǒng)一，未能滿足遠程監(jiān)視的要求；隨著無人值守變電站管理模式的全面推廣，部分集控中心站在建或改造遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但未與上級單位的視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)；電力營銷系統(tǒng)的各營業(yè)網(wǎng)點也在建設營銷視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

上述各系統(tǒng)從屬于不同部門和專業(yè)，受不同工程投資的限制，在不同時期隨不同項目建設，采用多廠家、不同時期的產(chǎn)品和軟件，由于大部分已建視頻監(jiān)控系統(tǒng)沒有統(tǒng)一規(guī)劃，導致技術、接口和協(xié)議不兼容，無法互聯(lián)互通。同時技術體制缺乏前瞻性，媒體流與控制信令共用一條HTTP通道，不能分別提取，容易形成瓶頸，在多用戶同時觀看的情況下，會重復占用帶寬，出現(xiàn)通信擁堵，且沒有擁塞控制機制，不適合組建大規(guī)模的遠程視頻監(jiān)控網(wǎng)絡，服務質(zhì)量也得不到完全保證。這種狀況制約了電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)朝著網(wǎng)絡化、可管控和共享性方向發(fā)展，甚至還限制了采用先進技術新建或?qū)⒔ㄏ到y(tǒng)豐富功能的充分發(fā)揮。

3 統(tǒng)一平臺關鍵技術

電力在智能電網(wǎng)建設中為提高電網(wǎng)建設、運行和管理的可視化水平，全面解決視頻監(jiān)控系統(tǒng)前期建設中存在的問題，實現(xiàn)電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化、寬帶化、平臺化和高清化的總體目標[2]，建設覆蓋220 kV、500 kV變電站寬帶網(wǎng)絡的智能化高清視頻圖像統(tǒng)一平臺，通過對相關先進成熟技術的深入研究，前瞻性地采用了基于SIP協(xié)議的軟交換技術、基于WPON的光傳輸技術。

3.1 SIP協(xié)議

SIP （Session Initiation Protocol） 協(xié) 議 由 IETF（Internet Engineering Task Force）于1999年提出，是基于IP網(wǎng)絡的實時通信應用信令協(xié)議[3]，是下一代網(wǎng)絡核心協(xié)議之一，用以解決IP網(wǎng)絡上的信令控制，在應用層建立、修改和終止有多方參與的多媒體會話進程，為所有因特網(wǎng)應用提供無所不在的接入，成為連接因特網(wǎng)與電信網(wǎng)及多媒體的媒介。

SIP協(xié)議采用文本格式，信令簡單且靈活，呼叫建立時間短，具備良好的兼容性，擴展性強，很容易增加新業(yè)務；SIP協(xié)議采用分散控制模式，終端智能化程度高；SIP協(xié)議與IP網(wǎng)絡有與生俱來的關聯(lián)，具備同樣的固有優(yōu)勢，滿足NGN需求，具有很好的發(fā)展前景，適合大規(guī)模應用。

3GPP和3GPP2是2個3G陣營的無線通信的標準化組織，都選擇了SIP協(xié)議作為其3G網(wǎng)絡的呼叫控制協(xié)議。SIP協(xié)議還被國際軟交換組織作為核心控制協(xié)議，已在VoIP和NGN網(wǎng)絡中發(fā)揮了重要作用。電網(wǎng)公司企業(yè)標準Q/GDW 517.1-2010《電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口第一部分：技術要求》[4]中也規(guī)定SIP協(xié)議為電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，實際應用也驗證了SIP協(xié)議在電網(wǎng)電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有明顯的技術先進性和實施可行性[5]。

3.2 WPON技術

電力通信骨干傳輸網(wǎng)經(jīng)過多年建設，已極具規(guī)模，光通信技術體制也漸趨成熟。隨著智能電網(wǎng)對應用端智能化和多樣性的要求，各種光通信技術在業(yè)務（包括數(shù)據(jù)、音頻、視頻業(yè)務）接入網(wǎng)中的應用研究不斷深入，國內(nèi)外通信廠家和科研機構結合市場的需求和應用，不斷推出新的技術和產(chǎn)品，目前較流行的技術是EPON、GPON和MSTP，這3種技術都基于TDM，基本可以滿足目前業(yè)務的發(fā)展，但隨著高清視頻及大帶寬業(yè)務的需求增加，業(yè)務的安全性要求也越來越高，在光路上采用波分復用的WPON（WDM-PON）技術的應用研究受到關注，WPON技術能很好地解決現(xiàn)有技術無法解決的光網(wǎng)絡寬帶、安全傳輸問題，隨著技術和產(chǎn)品功能的不斷完善，該產(chǎn)品市場應用前景更為廣泛。

無源光網(wǎng)絡（PON）可實現(xiàn)光線路終端（OLT）和多個光網(wǎng)絡單元（ONU）的連接，共享OLT到遠端節(jié)點（RN）之間的光纖媒質(zhì)，具有成本低、便于維護和對各種業(yè)務透明等優(yōu)點，同時PON能夠平滑地過渡到FTTH，具有很好的發(fā)展前景。采用波分復用型無源光網(wǎng)絡（WDM-PON），通過引入WDM技術使用多波長信道增加系統(tǒng)容量，使得ONU接入能力巨幅提高，同時光路上的波分復用也大幅度提高了抗干擾作用，更加符合電網(wǎng)要求。隨著質(zhì)優(yōu)價廉的WDM器件不斷出現(xiàn)，電力通信接入網(wǎng)建設規(guī)模的逐年增加，帶寬和安全性要求的日益提高，WPON必將成為PON的主流技術，在電網(wǎng)中具有廣闊的應用前景。

4 統(tǒng)一平臺實現(xiàn)

4.1 平臺總體架構

某電力基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺的一期示范系統(tǒng)，包括省級和地區(qū)級2級平臺，系統(tǒng)的總體架構如圖1所示。

圖1 視頻監(jiān)控統(tǒng)一平臺總體架構圖

變電站原有不同廠家的視頻前端設備通過電力WPON通道，通過服務器視頻協(xié)議轉換完成信令和媒體流的轉換處理，再通過WPON通道接入某公司電力視頻監(jiān)控中心服務平臺。中心平臺采用基于SIP協(xié)議的軟交換系統(tǒng)，適于大容量的設備接入和擴展。地市一級通過構建視頻監(jiān)控平臺，分期分批接入原有不同廠家的視頻前端設備，實現(xiàn)與省公司視頻監(jiān)控主站平臺的統(tǒng)一互聯(lián)。

某電力還同期構建了一套輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)，在變電站一并接入統(tǒng)一平臺，通過監(jiān)測系統(tǒng)對變電站出線線路上的微氣象數(shù)據(jù)、導線溫度、線路覆冰和舞動數(shù)據(jù)實時采集，進行后臺系統(tǒng)分析，實現(xiàn)對異常情況預警，并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動應用。

基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺可以與多媒體調(diào)度通信系統(tǒng) [6]、IP視頻會議系統(tǒng)和廠內(nèi)/站內(nèi)呼叫系統(tǒng)互聯(lián)，可以與SIP話機、可視電話和WiFi/3G手機互通，還可以通過語音網(wǎng)關與傳統(tǒng)交換機互聯(lián)互通，實現(xiàn)互聯(lián)互通、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一管理的目的。

4.2 平臺組成

某電力基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺主要由通信服務器、認證服務器、流媒體服務器、管理服務器、WEB服務器、IP-SAN存儲設備、監(jiān)控客戶端和管理客戶端等主要設備組成，提供各種遠程視頻監(jiān)控所需功能，實現(xiàn)了用戶遠程視頻監(jiān)控的統(tǒng)一服務。平臺可以通過客戶端工作站和大屏幕電視墻以1 280×720逐行掃描高清晰度同步實時顯示變電站視頻圖像信息。通過某級與地區(qū)級平臺互聯(lián)，驗證了Q/GDW 517標準中A接口的性能要求，通過前端系統(tǒng)互聯(lián)驗證了Q/GDW 517標準中B接口的性能要求，從而全面驗證了Q/GDW 517系列標準的實施可行性。

4.3 平臺主要功能

基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺按照"總體設計、統(tǒng)一規(guī)劃、逐步建設"的思路進行建設[7]，設計容量可滿足某電力各級視頻監(jiān)控中心逐步接入各廠站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的擴容需求，現(xiàn)有中心站和廠站視頻監(jiān)控系統(tǒng)可分批接入。最終，在某電力基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺基礎上，接入所有直接調(diào)度管轄的廠站視頻監(jiān)控系統(tǒng)、重要路段輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)、重點場所安全防衛(wèi)系統(tǒng)、營銷營業(yè)網(wǎng)點和各級視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)遠程視頻圖像的統(tǒng)一監(jiān)控和管理。

平臺可實現(xiàn)的主要功能：①系統(tǒng)管理功能包括：認證功能、設備管理、配置管理、性能管理、故障管理、日志管理、安全管理、用戶權限管理、計劃管理、拓撲管理和轉發(fā)分發(fā)管理等；②系統(tǒng)業(yè)務功能包括：通信功能、實時音視頻瀏覽、云臺控制、錄像功能、回放功能、抓圖功能、報警聯(lián)動功能、語音對講、電子地圖和與其他系統(tǒng)互聯(lián)等。

5 結束語

某電力公司通過構建基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺解決了某電力現(xiàn)有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的一系列問題，為智能電網(wǎng)的建設、運行和管理提供可視化的技術支撐，具有重要的實用意義和廣泛的應用前景：①通過構建視頻監(jiān)控統(tǒng)一平臺，解決了變電站不同時期、不同廠家和不同型號的視頻監(jiān)控設備的接入難題，實現(xiàn)了對變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一管理；②驗證了將先進的基于WPON和SIP協(xié)議的技術應用于遠程視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)領域的技術可行性，通過構建兩級平臺互聯(lián)和協(xié)議轉換接入多廠家的設備，驗證了國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準的實施可行性，為今后大規(guī)模的聯(lián)網(wǎng)應用進行了有意義的嘗試，積累了寶貴的應用經(jīng)驗；③通過智能化高清視頻監(jiān)控平臺的應用，解決了變電站視頻圖像質(zhì)量不高和傳輸速率低等問題。通過對變電站出線線路進行監(jiān)測，并結合圖像對采集的微氣象、導線溫度和線路覆冰、舞動的數(shù)據(jù)進行智能分析，使平臺的實用化、網(wǎng)絡化、高清化和智能化水平得到充分發(fā)揮。

[1]唐慧明,張 健.變電站遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電力系統(tǒng)自動化,2001,25(7):56-58.

[2]周海華,邊恩炯,等.下一代網(wǎng)絡SIP原理與應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007年.

[3]溫永怡,封曉燕.利用軟交換技術實現(xiàn)多媒體調(diào)度通信[J].電力系統(tǒng)通信,2010,31(4):49-52.

[4]劉昌盛,馬 超,李 果,等.智能電網(wǎng)多業(yè)務通信支撐平臺的研究[J].電力系統(tǒng)通信,2010,31(11):1-5.

[5]張鑒燮,潘勇偉,等.軟交換在電網(wǎng)應急指揮中的應用研究[J].電力系統(tǒng)通信,2010,31(8):14-16.

[6]梅魯海.基于SIP的新型變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(3):66-69.

[7]崔燕明,劉孝先,等.電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口技術標準[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(20):13-16.