電網(wǎng)統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺(tái)分布式部署架構(gòu)研究與實(shí)現(xiàn)

【摘要】 在提升視頻監(jiān)控信息資源共享利用水平的同時(shí)，電網(wǎng)統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均不斷提高。本文分析了電網(wǎng)統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺(tái)集中式部署關(guān)鍵性能影響因素，并通過分布式部署解決了多用戶并發(fā)訪問、視頻接入量擴(kuò)大給系統(tǒng)帶來高負(fù)載、大視頻量問題，為系統(tǒng)的深化應(yīng)用及后續(xù)擴(kuò)大視頻點(diǎn)接入提供了保障。

【關(guān)鍵字】 統(tǒng)一視頻 集中式 分布式 并發(fā)訪問

Abstract： Video surveillance in improving the level of information sharing and utilization of resources， grid systems and unified platform for video surveillance network loads are rising. This paper analyzes the grid unified video surveillance platform to deploy a centralized key factors affecting performance and deployment solution through modular multi-user concurrent access， video access to the system to expand capacity to bring high-load， large amount of video problems deepen the application of the system and subsequent expansion of the video provided a guarantee access point.

Keywords： Unified Video； centralized； modular； concurrent access；

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)的建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)等方面，通過對(duì)電力系統(tǒng)中設(shè)備、線路及周邊環(huán)境等生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)要素的實(shí)時(shí)監(jiān)控及記錄，為事故分析提供相關(guān)圖像資料，是對(duì)“四遙”（遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)）功能的進(jìn)一步補(bǔ)充-“遙視”。由于各地區(qū)所建視頻監(jiān)控系統(tǒng)是在不同的建設(shè)時(shí)期選用了不同廠家的技術(shù)和產(chǎn)品，導(dǎo)致了視頻監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、技術(shù)路線不一致。

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的、更高的要求，為使不同的視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)視頻統(tǒng)一監(jiān)控、分級(jí)控制、分域管理，滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)全局化、整體化的發(fā)展需求，各信息系統(tǒng)統(tǒng)一接入統(tǒng)一視頻。隨著電網(wǎng)統(tǒng)一視頻接入量不斷增長(zhǎng)、應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大、用戶量不斷增加，電網(wǎng)統(tǒng)一視頻系統(tǒng)作為視頻監(jiān)控的唯一出口，對(duì)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)要求越來越高。

一、系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵性能因素

電網(wǎng)統(tǒng)一視頻以開放的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口為基礎(chǔ)，支持視頻監(jiān)控系統(tǒng)和視頻采集設(shè)備靈活接入需求；通過各類音視頻信息的全面共享，支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)橫向調(diào)用視頻數(shù)據(jù)需求；采用逐層匯聚、實(shí)時(shí)交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各地視頻信息的統(tǒng)一匯聚，支撐總部-網(wǎng)省-地市公司數(shù)據(jù)縱向互通。網(wǎng)省側(cè)采用集中式部署系統(tǒng)，各地市公司通過電力廣域網(wǎng)訪問并使用系統(tǒng)。

1.1系統(tǒng)部署架構(gòu)

采用省側(cè)集中式部署的電網(wǎng)統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示，管理服務(wù)，通信服務(wù)，流媒體服務(wù)，錄像回放服務(wù)，協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)都在省公司集中部署，各地市公司視頻通過信息網(wǎng)接入到統(tǒng)一視頻監(jiān)控系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)視頻設(shè)備直接接入統(tǒng)一視頻系統(tǒng)，非標(biāo)設(shè)備通過協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器轉(zhuǎn)換成符合國(guó)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的視頻信息后接入。

1.2關(guān)鍵性能影響因素

如圖2所示：第1步，用戶向系統(tǒng)發(fā)送視頻請(qǐng)求；第2步，管理服務(wù)器接受用戶請(qǐng)求；第3-4步，通過協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器調(diào)閱前端視頻；第5-6步，視頻發(fā)送至流媒體服務(wù)器，流媒體服務(wù)器再轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。

系統(tǒng)采用省側(cè)集中式部署，對(duì)接入的各專業(yè)視頻流提供統(tǒng)一匯集、分發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)、集中管理等技術(shù)手段。

通過統(tǒng)一配置合理分配各專業(yè)視頻流的網(wǎng)絡(luò)帶寬閥值以及統(tǒng)一匯集分發(fā)視頻信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效利用；通過實(shí)時(shí)檢測(cè)視頻設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，支撐視頻設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)。但由于視頻的接入量不斷增加，用戶的并發(fā)訪問量不斷增長(zhǎng)，系統(tǒng)性能問題也將突顯出來。影響系統(tǒng)的關(guān)鍵因素主要包括以下兩個(gè)方面。

1）省市公司網(wǎng)絡(luò)帶寬限制

在視頻請(qǐng)求過程中，視頻流先要上傳到省公司流媒體服務(wù)器，再通過流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給地市用戶，如此交互，占用了2倍的網(wǎng)絡(luò)帶寬。隨著視頻請(qǐng)求數(shù)量增加，給省公司網(wǎng)絡(luò)帶來壓力也不斷增大。當(dāng)前省公司到地市的帶寬為655M，以單路視頻1M為例，省市公司之間的網(wǎng)絡(luò)帶寬最多支持327路視頻并發(fā)訪。用戶視頻請(qǐng)求具有突發(fā)性，當(dāng)多個(gè)用戶并發(fā)訪問時(shí)，視頻流量就會(huì)急劇上升，從而造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。

2）服務(wù)器性能限制

由于前端視頻編碼設(shè)備采用的編碼格式不統(tǒng)一，對(duì)于不符合國(guó)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，需要通過協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器接入電網(wǎng)統(tǒng)一視頻。

隨著視頻接入點(diǎn)的不斷增加，協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的CPU、內(nèi)存及網(wǎng)絡(luò)的使用率也在不斷提高，服務(wù)器整體性能面臨著考驗(yàn)。

流媒體服務(wù)器主要是以流式協(xié)議從協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器接收視頻信息，再以流式協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端。隨著用戶并發(fā)訪問和服務(wù)數(shù)量的增長(zhǎng)，對(duì)CPU的處理要求越高要求。當(dāng)多個(gè)用戶點(diǎn)播同一路視頻時(shí)，服務(wù)器為用戶提供的內(nèi)容都是相同的，只需要讀取一份源內(nèi)容，然后進(jìn)行復(fù)制分發(fā)；當(dāng)多個(gè)用戶點(diǎn)播不同的視頻時(shí)，服務(wù)器不僅要進(jìn)行內(nèi)容的分發(fā)操作，還要從多個(gè)視頻源讀取內(nèi)容，進(jìn)行更多的磁盤讀寫和內(nèi)存讀寫，需要啟用更多的進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程的時(shí)間片更小，并需要進(jìn)行更多的進(jìn)程切合操作。

二、分布式部署優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)

針對(duì)電網(wǎng)統(tǒng)一視頻監(jiān)控系統(tǒng)集中式部署后，視頻接入路數(shù)及用戶訪問數(shù)不斷擴(kuò)大造成的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器壓力，系統(tǒng)通過下沉流媒體服務(wù)器和協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器到市公司實(shí)現(xiàn)分布式部署。

經(jīng)過反復(fù)測(cè)試、分析。分布式部署已成功應(yīng)用于電網(wǎng)統(tǒng)一視頻系統(tǒng)，充分利用了地市公司網(wǎng)絡(luò)，消除了省公司網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器瓶頸，使整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量和并發(fā)性得到提高，達(dá)到了系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)。下面詳細(xì)介紹分布式部署實(shí)現(xiàn)方式。

2.1.系統(tǒng)分布式部署架構(gòu)

系統(tǒng)采用分布式部署，保留了省公司管理服務(wù)，通信服務(wù)，流媒體服務(wù)，錄像回放服務(wù)，協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)。利用地市公司騰退服務(wù)器，在各地市公司分別部署2臺(tái)流媒體服務(wù)器和2臺(tái)協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余和負(fù)載均衡。

2.2.數(shù)據(jù)流向分析

如圖4所示，地市用戶向系統(tǒng)發(fā)起視頻請(qǐng)求，管理服務(wù)收到請(qǐng)求后調(diào)用地市公司協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)，協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器從前端設(shè)備調(diào)閱視頻并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻流轉(zhuǎn)發(fā)給地市公司流媒體服務(wù)器，流媒體服務(wù)器接收到視頻后轉(zhuǎn)發(fā)給請(qǐng)求用戶。

采用分布式部署后，在整個(gè)視頻請(qǐng)求過程中，只有用戶的請(qǐng)求信令上傳到省公司管理服務(wù)器，接下來的視頻流都在地市公司本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部流動(dòng)，充分利用了地市公司網(wǎng)絡(luò)，為省公司網(wǎng)絡(luò)節(jié)省了大量帶寬，也緩解了省側(cè)流媒體服務(wù)器的壓力；另一發(fā)面，協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器下沉后，省側(cè)的協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的負(fù)載也分?jǐn)偟礁鞯厥?，系統(tǒng)可接入視頻的數(shù)量將大大增加，為以后更多的視頻接入提供了保障。

三、結(jié)果比較分析

下面采取壓力測(cè)試法對(duì)集中式與分布式部署兩種系統(tǒng)架構(gòu)的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)壓力測(cè)試結(jié)果做出對(duì)比。通過地市公司不斷增加用戶及視頻訪問路數(shù)，單路視頻均為標(biāo)清格式（約1M/s）觀察并記錄服務(wù)器CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)造成的負(fù)載壓力情況，測(cè)試硬件見表1。

通過20個(gè)用戶、261路視頻的壓力測(cè)試，得到結(jié)果如表2。

從表2與表3、表4的測(cè)試結(jié)果對(duì)比可以看出：

1）采用分布式部署后，由于地市公司流媒體服務(wù)器與協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器分?jǐn)偭耸」痉?wù)器的CPU與內(nèi)存負(fù)載，省公司服務(wù)器壓力明顯減輕；

2）通過服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)帶寬占用情況對(duì)比，省公司與市公司之間網(wǎng)絡(luò)流量明顯減少。

四、結(jié)語(yǔ)

作者簡(jiǎn)介：管建超（1978.9—），男，安徽合肥人，高級(jí)工程師，從事信息運(yùn)行維護(hù)工作；

通訊地址：安徽省合肥市科學(xué)大道90號(hào) 安徽繼遠(yuǎn)電網(wǎng)技術(shù)有限責(zé)任公司盛祖寶收，電話18505511786，郵編234000

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Jie Wu.分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2] 宋磊.視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述[J].測(cè)控技術(shù)，2003，05：16-18.

[3] 劉文黔.視頻監(jiān)控技術(shù)簡(jiǎn)介[J].現(xiàn)代通信， 2003，09：26-29.