基于WPON和SIP協議的智能視頻監控平臺研究

練筆戰 李躍華 袁修建 王世文 隋博 朱磊

（國網某電力公司信息通信公司河南鄭州450052）

1 引言

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

本文介紹的某電力基于WPON和SIP協議的變電站高清視頻智能監控平臺，將先進的基于WPON和SIP協議的技術應用于遠程視頻監控聯網，有效地解決了電網現有各變電站遠程視頻監控系統接口協議不兼容、傳輸速率低和視頻圖像質量不高等導致通道擁塞及嚴重影響系統聯網的問題，對于視頻監控系統技術創新、品質提升和規模應用，具有重要意義。

2 視頻監控系統現狀

近年來，視頻監控系統全面采用數字攝像和網絡傳輸技術，隨著電網廣域寬帶信息通信網和調度數據網的全面覆蓋、帶寬提升和業務拓展，為遠程視頻監控的應用提供了技術和網絡支撐。目前國家電網公司電視電話會議系統已經覆蓋各省、地及其直屬單位，并向高清電視技術發展，但尚未延伸到電廠和變電站；各地公司大樓、調度大樓、高壓變電站和發電企業按照安防要求，相繼建成本地安防視頻監控系統，但因接口不統一，未能滿足遠程監視的要求；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控系統，但未與上級單位的視頻監控系統互聯；電力營銷系統的各營業網點也在建設營銷視頻監控系統。

上述各系統從屬于不同部門和專業，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、不同時期的產品和軟件，由于大部分已建視頻監控系統沒有統一規劃，導致技術、接口和協議不兼容，無法互聯互通。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，出現通信擁堵，且沒有擁塞控制機制，不適合組建大規模的遠程視頻監控網絡，服務質量也得不到完全保證。這種狀況制約了電網視頻監控系統朝著網絡化、可管控和共享性方向發展，甚至還限制了采用先進技術新建或將建系統豐富功能的充分發揮。

3 統一平臺關鍵技術

電力在智能電網建設中為提高電網建設、運行和管理的可視化水平，全面解決視頻監控系統前期建設中存在的問題，實現電網視頻監控系統的智能化、寬帶化、平臺化和高清化的總體目標[2]，建設覆蓋220 kV、500 kV變電站寬帶網絡的智能化高清視頻圖像統一平臺，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協議的軟交換技術、基于WPON的光傳輸技術。

3.1 SIP協議

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

SIP協議采用文本格式，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，很容易增加新業務；SIP協議采用分散控制模式，終端智能化程度高；SIP協議與IP網絡有與生俱來的關聯，具備同樣的固有優勢，滿足NGN需求，具有很好的發展前景，適合大規模應用。

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協議作為其3G網絡的呼叫控制協議。SIP協議還被國際軟交換組織作為核心控制協議，已在VoIP和NGN網絡中發揮了重要作用。電網公司企業標準Q/GDW 517.1-2010《電網視頻監控系統及接口第一部分：技術要求》[4]中也規定SIP協議為電網視頻監控系統的主要聯網協議，實際應用也驗證了SIP協議在電網電網視頻監控系統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經過多年建設，已極具規模，光通信技術體制也漸趨成熟。隨著智能電網對應用端智能化和多樣性的要求，各種光通信技術在業務（包括數據、音頻、視頻業務）接入網中的應用研究不斷深入，國內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務的發展，但隨著高清視頻及大帶寬業務的需求增加，業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有技術無法解決的光網絡寬帶、安全傳輸問題，隨著技術和產品功能的不斷完善，該產品市場應用前景更為廣泛。

無源光網絡（PON）可實現光線路終端（OLT）和多個光網絡單元（ONU）的連接，共享OLT到遠端節點（RN）之間的光纖媒質，具有成本低、便于維護和對各種業務透明等優點，同時PON能夠平滑地過渡到FTTH，具有很好的發展前景。采用波分復用型無源光網絡（WDM-PON），通過引入WDM技術使用多波長信道增加系統容量，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，更加符合電網要求。隨著質優價廉的WDM器件不斷出現，電力通信接入網建設規模的逐年增加，帶寬和安全性要求的日益提高，WPON必將成為PON的主流技術，在電網中具有廣闊的應用前景。

4 統一平臺實現

4.1 平臺總體架構

某電力基于WPON和SIP協議的變電站智能化高清視頻監控平臺的一期示范系統，包括省級和地區級2級平臺，系統的總體架構如圖1所示。

圖1 視頻監控統一平臺總體架構圖

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控中心服務平臺。中心平臺采用基于SIP協議的軟交換系統，適于大容量的設備接入和擴展。地市一級通過構建視頻監控平臺，分期分批接入原有不同廠家的視頻前端設備，實現與省公司視頻監控主站平臺的統一互聯。

某電力還同期構建了一套輸電線路監測系統，在變電站一并接入統一平臺，通過監測系統對變電站出線線路上的微氣象數據、導線溫度、線路覆冰和舞動數據實時采集，進行后臺系統分析，實現對異常情況預警，并通過視頻監控系統實現聯動應用。

基于WPON和SIP協議的變電站智能化高清視頻監控平臺可以與多媒體調度通信系統 [6]、IP視頻會議系統和廠內/站內呼叫系統互聯，可以與SIP話機、可視電話和WiFi/3G手機互通，還可以通過語音網關與傳統交換機互聯互通，實現互聯互通、統一監控和統一管理的目的。

4.2 平臺組成

某電力基于WPON和SIP協議的變電站智能化高清視頻監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控所需功能，實現了用戶遠程視頻監控的統一服務。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。通過某級與地區級平臺互聯，驗證了Q/GDW 517標準中A接口的性能要求，通過前端系統互聯驗證了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協議的變電站智能化高清視頻監控平臺按照"總體設計、統一規劃、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控中心逐步接入各廠站視頻監控系統的擴容需求，現有中心站和廠站視頻監控系統可分批接入。最終，在某電力基于WPON和SIP協議的變電站智能化高清視頻監控平臺基礎上，接入所有直接調度管轄的廠站視頻監控系統、重要路段輸電線路監測系統、重點場所安全防衛系統、營銷營業網點和各級視頻監控系統，實現電網遠程視頻圖像的統一監控和管理。

平臺可實現的主要功能：①系統管理功能包括：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、拓撲管理和轉發分發管理等；②系統業務功能包括：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、報警聯動功能、語音對講、電子地圖和與其他系統互聯等。

5 結束語

某電力公司通過構建基于WPON和SIP協議的變電站智能化高清視頻監控平臺解決了某電力現有變電站視頻監控系統存在的一系列問題，為智能電網的建設、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通過構建視頻監控統一平臺，解決了變電站不同時期、不同廠家和不同型號的視頻監控設備的接入難題，實現了對變電站視頻監控系統的統一監控和統一管理；②驗證了將先進的基于WPON和SIP協議的技術應用于遠程視頻監控聯網領域的技術可行性，通過構建兩級平臺互聯和協議轉換接入多廠家的設備，驗證了國家電網公司企業標準的實施可行性，為今后大規模的聯網應用進行了有意義的嘗試，積累了寶貴的應用經驗；③通過智能化高清視頻監控平臺的應用，解決了變電站視頻圖像質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、舞動的數據進行智能分析，使平臺的實用化、網絡化、高清化和智能化水平得到充分發揮。

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

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

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

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

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

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

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