練筆戰(zhàn)，王文彬

（河南省電力通信自動(dòng)化公司，河南 鄭州450052）

1 引言

隨著無(wú)人值守變電站的建立，圖像監(jiān)控技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)普遍。圖像監(jiān)控可以使相關(guān)部門(mén)通過(guò)現(xiàn)有的電力通信網(wǎng)或公網(wǎng)對(duì)所屬變電站、桿塔、搶修現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控、指揮處理，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，逐步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可視化監(jiān)控和調(diào)度以及應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)的可視化指揮。

從實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀看，不同地域應(yīng)用的電力遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用水平參差不齊，電力系統(tǒng)尚未形成統(tǒng)一的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)主要以各地市公司為主，各地市公司中在各個(gè)集控站設(shè)置分監(jiān)控中心對(duì)所轄的無(wú)人值守站進(jìn)行監(jiān)控。一般一個(gè)地市有幾個(gè)集中控站，設(shè)置幾個(gè)分中心。由于建設(shè)時(shí)間不同，設(shè)備選型也不完全一致，廠(chǎng)家應(yīng)用的技術(shù)也存在較大差異，各部門(mén)間統(tǒng)一協(xié)調(diào)、統(tǒng)一管理的需求越來(lái)越明顯,多級(jí)監(jiān)控、全局監(jiān)控的建設(shè)逐漸成為電力行業(yè)構(gòu)建新一代監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的必然要求[1-3]。要實(shí)現(xiàn)多級(jí)聯(lián)網(wǎng)需要解決“兩多”的問(wèn)題，一個(gè)是解決多品牌設(shè)備的接入問(wèn)題，另一個(gè)是多級(jí)結(jié)構(gòu)的框架設(shè)計(jì)問(wèn)題。

2 基于服務(wù)器級(jí)聯(lián)技術(shù)和中間件技術(shù)的解決方案

省級(jí)電力圖像監(jiān)控系統(tǒng)具有分布廣、待接入的設(shè)備種類(lèi)多的特點(diǎn)，系統(tǒng)包括變電站、地區(qū)監(jiān)控中心和省監(jiān)控中心，在變電站安裝子站，在站內(nèi)的關(guān)鍵部位安裝攝像機(jī)和報(bào)警探頭，并接入子站的圖像控制設(shè)備和報(bào)警控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)圖像的切換、記錄和報(bào)警聯(lián)動(dòng)。同時(shí)把子站的圖像、報(bào)警信息傳送到主站，供運(yùn)行值班人員集中監(jiān)控。子站主要設(shè)備為視頻控制設(shè)備和報(bào)警控制設(shè)備。視頻控制設(shè)備可以是嵌入式硬盤(pán)錄像機(jī)或者是安裝了視頻壓縮卡的工控機(jī)，主要負(fù)責(zé)視頻信號(hào)的采集、編碼傳輸和本地錄像。子站報(bào)警控制設(shè)備主要是可編程的單板機(jī)或運(yùn)行了相關(guān)程序的工控機(jī)，主要完成主控室溫、濕度信息、告警信號(hào)采集以及空調(diào)、燈光的控制。

在地區(qū)監(jiān)控中心，多個(gè)變電站的圖像信號(hào)和報(bào)警信號(hào)都傳送過(guò)來(lái),可以實(shí)現(xiàn)顯示、控制、存儲(chǔ)、輸出、檢索等功能。地區(qū)監(jiān)控中心包括管理服務(wù)器、動(dòng)力環(huán)境服務(wù)器和流媒體服務(wù)器。省監(jiān)控中心的功能和設(shè)備與地區(qū)監(jiān)控中心基本相同，在省級(jí)監(jiān)控中心可以調(diào)看所有地區(qū)監(jiān)控中心能監(jiān)控的變電站信息，因此省級(jí)監(jiān)控中心的視頻流負(fù)載可能會(huì)比較大，需要考慮視頻流的負(fù)載均衡問(wèn)題，因此需要多臺(tái)高性能的流媒體服務(wù)器。

2.1 多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)

視頻多級(jí)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)可靈活擴(kuò)展的多級(jí)互聯(lián)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控體系和技術(shù)，河南省電力圖像監(jiān)控系統(tǒng)為三級(jí)結(jié)構(gòu)，即省監(jiān)控中心—地區(qū)監(jiān)控中心—變電站。要實(shí)現(xiàn)真正多級(jí)結(jié)構(gòu)，主要技術(shù)涉及流媒體服務(wù)器和管理服務(wù)器的級(jí)聯(lián)訪(fǎng)問(wèn)，即實(shí)現(xiàn)控制指令的級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)和視頻流的級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)。

省級(jí)服務(wù)器和地區(qū)級(jí)服務(wù)器應(yīng)處于不同級(jí)別，省級(jí)終端對(duì)地市公司管理的變電站的圖像信息調(diào)用是通過(guò)地市服務(wù)器完成的，而不是直接訪(fǎng)問(wèn)變電站的視頻監(jiān)控主機(jī)。這樣可最大程度地復(fù)用資源，尤其是網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，同時(shí)也不會(huì)給視頻監(jiān)控主機(jī)帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)。各個(gè)地市公司服務(wù)器有自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，省級(jí)服務(wù)器也有自己的數(shù)據(jù)，但它們之間沒(méi)有重復(fù)數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)共享。這樣可以提高可靠性，數(shù)據(jù)一致性好。

每級(jí)監(jiān)控中心都設(shè)置流媒體服務(wù)器，省級(jí)流媒體服務(wù)器通過(guò)地區(qū)流媒體服務(wù)器代理訪(fǎng)問(wèn)變電站前端視頻監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)多級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)。流媒體服務(wù)器級(jí)聯(lián)對(duì)于構(gòu)建穩(wěn)定可靠的多級(jí)互聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，由于一臺(tái)流媒體服務(wù)器的代理轉(zhuǎn)發(fā)能力受到網(wǎng)卡實(shí)際能力的限制，隨著接入變電站數(shù)量的增加，省或地區(qū)監(jiān)控中心接入的視頻路數(shù)越來(lái)越多，就需要采用多臺(tái)流媒體服務(wù)器組成集群進(jìn)行視頻流轉(zhuǎn)發(fā)。

假設(shè)省公司的用戶(hù)需要查看某地市公司一變電站的視頻，請(qǐng)求與應(yīng)答過(guò)程如圖1所示，依次為：①省公司客戶(hù)端請(qǐng)求圖像；②省級(jí)管理服務(wù)器轉(zhuǎn)達(dá)圖像請(qǐng)求給省級(jí)流媒體服務(wù)器；③省級(jí)流媒體服務(wù)器判斷圖像源不在本地，下發(fā)圖像請(qǐng)求給地方管理服務(wù)器；④地區(qū)級(jí)管理服務(wù)器轉(zhuǎn)達(dá)圖像請(qǐng)求給地區(qū)級(jí)流媒體服務(wù)器；⑤地區(qū)級(jí)流媒體服務(wù)器下達(dá)圖像請(qǐng)求給變電站視頻主機(jī)；⑥視頻監(jiān)控主機(jī)發(fā)送相應(yīng)的視頻給地區(qū)級(jí)流媒體服務(wù)器；⑦地區(qū)級(jí)流媒體服務(wù)器再發(fā)送視頻流給省級(jí)流媒體服務(wù)器；⑧省級(jí)流媒體服務(wù)器將視頻流發(fā)送客戶(hù)端。

2.2 多品牌設(shè)備的接入實(shí)現(xiàn)

變電站目前采用的視頻編碼設(shè)備的品牌種類(lèi)繁多，不同的視頻編碼設(shè)備的通信接口、碼流格式都存在很大差異，給接入主站帶來(lái)很大困難。中間件是處于底層的視頻編碼設(shè)備和應(yīng)用程序之間的軟件，其作用是為處于上層的應(yīng)用軟件提供運(yùn)行與開(kāi)發(fā)的環(huán)境，便于靈活、高效地開(kāi)發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件，屏蔽底層視頻編碼設(shè)備的異構(gòu)性。中間件具有標(biāo)準(zhǔn)的程序接口和協(xié)議，是不同硬件設(shè)備和系統(tǒng)平臺(tái)共享監(jiān)控資源的一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，能有效解決子站視頻編碼設(shè)備的異構(gòu)性問(wèn)題。

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)上是基于中間件的分層結(jié)構(gòu)，如圖2所示，在應(yīng)用層之下設(shè)置設(shè)備抽象層，通過(guò)插件方式將不同視頻編碼設(shè)備的SDK嵌入到軟件平臺(tái)。應(yīng)用層不直接與設(shè)備進(jìn)行通信，而是通過(guò)調(diào)用設(shè)備抽象層的插件接口函數(shù)完成。這樣就實(shí)現(xiàn)了不同類(lèi)別不同技術(shù)的視頻編碼設(shè)備的任意擴(kuò)展和動(dòng)態(tài)接入，滿(mǎn)足了大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)放性要求。插件由兩部分組成：1）設(shè)備通信插件，負(fù)責(zé)與設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)交換；2）音視頻解碼插件，負(fù)責(zé)對(duì)通過(guò)設(shè)備通信插件獲得的音視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼，得到還原后的圖像和聲音。

3 基于SIP協(xié)議和協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器的解決方案

SIP（Session Initiation Protocol）協(xié)議由 Internet工程任務(wù)組提出，與IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合較緊，信令簡(jiǎn)單，呼叫建立時(shí)間短，易于擴(kuò)展。SIP協(xié)議順應(yīng)了NGN的需求，具有較好的發(fā)展前景。SIP用來(lái)生成、修改和終結(jié)一個(gè)或多個(gè)參與者之間的會(huì)話(huà)。這些會(huì)話(huà)包括因特網(wǎng)多媒體會(huì)議，因特網(wǎng)或局域網(wǎng)電話(huà)呼叫和多媒體發(fā)布。會(huì)話(huà)中的成員能夠通過(guò)多播或單播聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)來(lái)通信。SIP支持會(huì)話(huà)描述，它允許參與者在一組兼容媒體類(lèi)型上達(dá)成一致，同時(shí)通過(guò)代理和重定向請(qǐng)求到用戶(hù)當(dāng)前位置來(lái)支持用戶(hù)移動(dòng)性，SIP不與任何特定的會(huì)議控制協(xié)議捆綁。

將SIP協(xié)議應(yīng)用于遠(yuǎn)程視頻聯(lián)網(wǎng)具有一定的技術(shù)先進(jìn)性，基于SIP的視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由交換服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、管理服務(wù)器、動(dòng)力環(huán)境服務(wù)器等組成[4-7]。采用SIP協(xié)議的視頻聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與采用服務(wù)器級(jí)聯(lián)技術(shù)的視頻聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最大的區(qū)別在于前者增加了交換服務(wù)器。交換服務(wù)器是統(tǒng)一平臺(tái)的核心，采用SIP作為主要信令控制協(xié)議，負(fù)責(zé)全網(wǎng)的呼叫控制，它包含了SIP代理、重定向、注冊(cè)等功能。交換服務(wù)器完成的主要功能包括呼叫控制、媒體控制、資源分配、協(xié)議處理、消息路由、用戶(hù)認(rèn)證等，并提供編程接口。交換服務(wù)器控制著本域內(nèi)所有設(shè)備和服務(wù)單元，為完成多級(jí)級(jí)聯(lián)并控制下屬的交換服務(wù)平臺(tái)，交換服務(wù)器可與指定域的交換服務(wù)器進(jìn)行交互。

3.1 SIP協(xié)議下級(jí)聯(lián)的實(shí)現(xiàn)

采用SIP協(xié)議的子站在信號(hào)采集、視頻編碼傳輸和控制攝像機(jī)等功能的基礎(chǔ)上增加了認(rèn)證和注冊(cè)功能和視頻轉(zhuǎn)換功能。子站包括SIP用戶(hù)代理、視頻協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)、視頻控制設(shè)備和報(bào)警控制設(shè)備。視頻協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同視頻格式的轉(zhuǎn)換，視頻控制設(shè)備主要負(fù)責(zé)視頻信號(hào)的采集、編碼傳輸和本地錄像，報(bào)警控制設(shè)備完成主控室溫、濕度信息采集、告警信號(hào)采集以及空調(diào)、燈光的控制。

省公司客戶(hù)端主要實(shí)現(xiàn)認(rèn)證和注冊(cè)、接收和播放視音頻流、控制子站等功能。交換服務(wù)器負(fù)責(zé)提供注冊(cè)、路由選擇服務(wù)，具有一定的邏輯控制功能。流媒體服務(wù)器提供媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，將來(lái)自監(jiān)控前端的媒體流復(fù)制、轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)或者多個(gè)監(jiān)控終端，這樣既減少了監(jiān)控前端的并發(fā)接入服務(wù)壓力，又節(jié)省了監(jiān)控前端占用的接入帶寬。假設(shè)省公司的用戶(hù)需要查看某地市公司一變電站的視頻，請(qǐng)求與應(yīng)答過(guò)程如圖3所示，依次為：①省公司客戶(hù)端向SIP交換服務(wù)器請(qǐng)求目標(biāo)服務(wù)器信息；②如果沒(méi)有路由信息則發(fā)給地市級(jí)SIP交換服務(wù)器進(jìn)行路由；③地市級(jí)SIP交換服務(wù)器把相應(yīng)的請(qǐng)求信息發(fā)送給地區(qū)級(jí)流媒體服務(wù)器；④流媒體服務(wù)器向變電站視頻監(jiān)控主機(jī)請(qǐng)求圖像。完成定位后客戶(hù)端可以通過(guò)地區(qū)流媒體服務(wù)器接收變電站視頻監(jiān)控主機(jī)發(fā)送的視頻流。

客戶(hù)端和子站完成注冊(cè)后，在客戶(hù)端建立與子站會(huì)話(huà)之前?？蛻?hù)端需要從本級(jí)的SIP服務(wù)器獲取設(shè)備目錄信息，在跨級(jí)訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)候，就需要逐級(jí)發(fā)送路由查詢(xún)信息。如果在各級(jí)SIP服務(wù)器之間共享設(shè)備目錄信息可以提高路由速度。

3.2 采用視頻轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)多品牌設(shè)備接入

對(duì)于多品牌設(shè)備的接入，可以采用視頻協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。視頻協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)設(shè)置在子站，實(shí)現(xiàn)對(duì)原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備接入，通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換完成對(duì)不同廠(chǎng)家、不同型號(hào)的編碼設(shè)備的接入，把信令控制協(xié)議統(tǒng)一為SIP協(xié)議，把媒體傳輸協(xié)議統(tǒng)一為RTP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的統(tǒng)一SIP協(xié)議傳輸和控制。

4 小結(jié)

變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)是大勢(shì)所趨，目前聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要分為基于服務(wù)器級(jí)聯(lián)技術(shù)和中間件技術(shù)的解決方案和基于SIP協(xié)議和協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器的解決方案，這兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，基于服務(wù)器級(jí)聯(lián)技術(shù)的聯(lián)網(wǎng)采用的協(xié)議缺乏通用性，但采用中間件技術(shù)解決多品牌接入的方法可以大大節(jié)省成本，保護(hù)了現(xiàn)有的資源。采用SIP協(xié)議聯(lián)網(wǎng)可以規(guī)范聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，有利于建設(shè)更大的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該是今后的發(fā)展方向，但采用視頻網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)多品牌設(shè)備接入成本較高，如何將這兩種方案的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)值得進(jìn)一步研究。另外，盡快制定相應(yīng)的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范也是當(dāng)務(wù)之急，這樣可使實(shí)現(xiàn)各個(gè)新建變電站的圖像監(jiān)控系統(tǒng)在規(guī)范指導(dǎo)下建設(shè)，實(shí)現(xiàn)平滑接入，大大節(jié)省投資，提高接入效率，實(shí)現(xiàn)資源共享。

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