電網統一視頻監控平臺分布式部署架構研究與實現

【摘要】 在提升視頻監控信息資源共享利用水平的同時，電網統一視頻監控平臺系統及網絡負載均不斷提高。本文分析了電網統一視頻監控平臺集中式部署關鍵性能影響因素，并通過分布式部署解決了多用戶并發訪問、視頻接入量擴大給系統帶來高負載、大視頻量問題，為系統的深化應用及后續擴大視頻點接入提供了保障。

【關鍵字】 統一視頻 集中式 分布式 并發訪問

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；

視頻監控系統是智能電網的一個重要組成部分，廣泛應用于電網的建設、生產、運行、經營等方面，通過對電力系統中設備、線路及周邊環境等生產、經營要素的實時監控及記錄，為事故分析提供相關圖像資料，是對“四遙”（遙測、遙信、遙控、遙調）功能的進一步補充-“遙視”。由于各地區所建視頻監控系統是在不同的建設時期選用了不同廠家的技術和產品，導致了視頻監控系統標準不統一、技術路線不一致。

隨著國家電網公司堅強智能電網建設的不斷推進，對視頻監控系統提出了新的、更高的要求，為使不同的視頻監控系統能夠互聯互通，實現視頻統一監控、分級控制、分域管理，滿足視頻監控系統全局化、整體化的發展需求，各信息系統統一接入統一視頻。隨著電網統一視頻接入量不斷增長、應用范圍不斷擴大、用戶量不斷增加，電網統一視頻系統作為視頻監控的唯一出口，對系統、網絡要求越來越高。

一、系統架構及關鍵性能因素

電網統一視頻以開放的標準服務接口為基礎，支持視頻監控系統和視頻采集設備靈活接入需求；通過各類音視頻信息的全面共享，支撐業務應用系統橫向調用視頻數據需求；采用逐層匯聚、實時交換技術，實現各地視頻信息的統一匯聚，支撐總部-網省-地市公司數據縱向互通。網省側采用集中式部署系統，各地市公司通過電力廣域網訪問并使用系統。

1.1系統部署架構

采用省側集中式部署的電網統一視頻監控平臺架構如圖1所示，管理服務，通信服務，流媒體服務，錄像回放服務，協議轉換服務都在省公司集中部署，各地市公司視頻通過信息網接入到統一視頻監控系統。標準視頻設備直接接入統一視頻系統，非標設備通過協議轉換服務器轉換成符合國網標準的視頻信息后接入。

1.2關鍵性能影響因素

如圖2所示：第1步，用戶向系統發送視頻請求；第2步，管理服務器接受用戶請求；第3-4步，通過協議轉發服務器調閱前端視頻；第5-6步，視頻發送至流媒體服務器，流媒體服務器再轉發給用戶。

系統采用省側集中式部署，對接入的各專業視頻流提供統一匯集、分發轉發、集中管理等技術手段。

通過統一配置合理分配各專業視頻流的網絡帶寬閥值以及統一匯集分發視頻信息，實現網絡帶寬的有效利用；通過實時檢測視頻設備運行狀態，支撐視頻設備狀態檢測。但由于視頻的接入量不斷增加，用戶的并發訪問量不斷增長，系統性能問題也將突顯出來。影響系統的關鍵因素主要包括以下兩個方面。

1）省市公司網絡帶寬限制

在視頻請求過程中，視頻流先要上傳到省公司流媒體服務器，再通過流媒體服務器轉發給地市用戶，如此交互，占用了2倍的網絡帶寬。隨著視頻請求數量增加，給省公司網絡帶來壓力也不斷增大。當前省公司到地市的帶寬為655M，以單路視頻1M為例，省市公司之間的網絡帶寬最多支持327路視頻并發訪。用戶視頻請求具有突發性，當多個用戶并發訪問時，視頻流量就會急劇上升，從而造成網絡擁塞。

2）服務器性能限制

由于前端視頻編碼設備采用的編碼格式不統一，對于不符合國網標準的設備，需要通過協議轉發服務器接入電網統一視頻。

隨著視頻接入點的不斷增加，協議轉發服務器的CPU、內存及網絡的使用率也在不斷提高，服務器整體性能面臨著考驗。

流媒體服務器主要是以流式協議從協議轉發服務器接收視頻信息，再以流式協議轉發給客戶端。隨著用戶并發訪問和服務數量的增長，對CPU的處理要求越高要求。當多個用戶點播同一路視頻時，服務器為用戶提供的內容都是相同的，只需要讀取一份源內容，然后進行復制分發；當多個用戶點播不同的視頻時，服務器不僅要進行內容的分發操作，還要從多個視頻源讀取內容，進行更多的磁盤讀寫和內存讀寫，需要啟用更多的進程，每個進程的時間片更小，并需要進行更多的進程切合操作。

二、分布式部署優化與實現

針對電網統一視頻監控系統集中式部署后，視頻接入路數及用戶訪問數不斷擴大造成的網絡與服務器壓力，系統通過下沉流媒體服務器和協議轉換服務器到市公司實現分布式部署。

經過反復測試、分析。分布式部署已成功應用于電網統一視頻系統，充分利用了地市公司網絡，消除了省公司網絡和服務器瓶頸，使整個系統的吞吐量和并發性得到提高，達到了系統架構優化的目標。下面詳細介紹分布式部署實現方式。

2.1.系統分布式部署架構

系統采用分布式部署，保留了省公司管理服務，通信服務，流媒體服務，錄像回放服務，協議轉換服務。利用地市公司騰退服務器，在各地市公司分別部署2臺流媒體服務器和2臺協議轉換服務器，實現雙機冗余和負載均衡。

2.2.數據流向分析

如圖4所示，地市用戶向系統發起視頻請求，管理服務收到請求后調用地市公司協議轉換服務，協議轉換服務器從前端設備調閱視頻并轉換成標準視頻流轉發給地市公司流媒體服務器，流媒體服務器接收到視頻后轉發給請求用戶。

采用分布式部署后，在整個視頻請求過程中，只有用戶的請求信令上傳到省公司管理服務器，接下來的視頻流都在地市公司本地網絡內部流動，充分利用了地市公司網絡，為省公司網絡節省了大量帶寬，也緩解了省側流媒體服務器的壓力；另一發面，協議轉發服務器下沉后，省側的協議轉發服務器的負載也分攤到各地市，系統可接入視頻的數量將大大增加，為以后更多的視頻接入提供了保障。

三、結果比較分析

下面采取壓力測試法對集中式與分布式部署兩種系統架構的服務器、網絡壓力測試結果做出對比。通過地市公司不斷增加用戶及視頻訪問路數，單路視頻均為標清格式（約1M/s）觀察并記錄服務器CPU、內存、網絡造成的負載壓力情況，測試硬件見表1。

通過20個用戶、261路視頻的壓力測試，得到結果如表2。

從表2與表3、表4的測試結果對比可以看出：

1）采用分布式部署后，由于地市公司流媒體服務器與協議轉換服務器分攤了省公司服務器的CPU與內存負載，省公司服務器壓力明顯減輕；

2）通過服務器網絡帶寬占用情況對比，省公司與市公司之間網絡流量明顯減少。

四、結語

作者簡介：管建超（1978.9—），男，安徽合肥人，高級工程師，從事信息運行維護工作；

通訊地址：安徽省合肥市科學大道90號 安徽繼遠電網技術有限責任公司盛祖寶收，電話18505511786，郵編234000

參 考 文 獻

[1] Jie Wu.分布式系統設計[M].機械工業出版社，2001.

[2] 宋磊.視頻監控系統概述[J].測控技術，2003，05：16-18.

[3] 劉文黔.視頻監控技術簡介[J].現代通信， 2003，09：26-29.