基于WPON和SIP协议的高清视频智能平台应用

王世文，谢 波

(河南省电力通信自动化公司，河南 郑州 450052)

责任编辑:任健男

0 引言

随着国家电网公司智能电网“十二五”规划，电力通信网数字化、宽带化、网络化发展进一步推动了智能变电站的兴起，而且智能变电站对视频监控的需求越来越高，高清视频监控系统应用在未来将会全力支撑智能电网的发展［1］。2010年，国家电网公司颁布《国家电网公司企业标准－电网视频监控系统及接口》规范［2］，进一步规范了全网各视频监控站点和各级监控中心的建设模式和标准，将推动电力行业高清视频监控系统的快速发展。

1 WOPN无源光网络传输通道

高清视频监控的视频画质清晰、成像分辨力高，调阅多个高清摄像机监控点的视频，需要足够大的带宽，高清摄像机即使采用H.264等高压缩比的算法压缩后依然需要多达每路数兆的带宽，势必造成电力专网广域网系统的带宽的瓶颈，很大程度上限制了“企业级”大规模高清视频应用，电力专网带宽需求是高清视频发展迫切需要解决的问题之一。WPON无源光网络是当前光通信行业内的前沿技术，其将波分复用技术运用在PON中［3］，为高清视频监控提供了专用IP网络通道，很好地解决了传输带宽的问题，具有以下优势:

1)WPON具有高速率、支持多业务、传输距离远、扩展性和扩容性强等优点，特别适合电力专网变电站群远距接入IP业务的需求，适合大颗粒IP数据包的传送。

2)WPON具备智能电网通信所要求的高速双向、高可靠性、高带宽的特点，在双链状拓扑结构中实现多断点条件下的光网络自愈功能。

3)WPON系统对业务完全透明，无需任何封装协议，各波长相互独立工作，同一PON口下所有ONU物理隔离，所承载的业务之间采用专业交换芯片进行物理隔离，具有极高的安全性。

4)WPON网管系统可以进行灵活的业务、安全、通道及设备维护等综合管理，在实际应用中组网灵活、维护方便。

2 高清视频智能平台系统构架

基于WPON和SIP协议的变电站高清视频智能监控平台采用分层设计的架构，将平台分为4层，由下至上分别为接入层、交换层、核心层和业务层。基于软交换的视频监控统一通信平台分层架构见图1。

图1 基于软交换的视频监控平台分层架构

2.1 接入层

接入层主要包括前端系统各个厂商的视频服务器(DVS)、硬盘录像机(DVR)、网络摄像机(SIP协议)、各类报警输入/输出装置和输电线监测系统等，实现对变电站视频监控数据的采集，对非标准格式的前端系统或设备通过协议转换网关转换为符合国家电网企业标标中定义的标准接口接入平台，并通过WPON无源光网络与平台连接，对于前端标准的SIP高清网络摄像机无须经过协议转换网关直接接入平台。

2.2 交换层

传输网络由WPON无缘光网络传输设备与千兆交换机交换设备组成，是视频监控系统的承载基础。交换层将各系统设备通过协议转换网关，把信令控制协议统一为SIP协议，把媒体控制协议统一为RTCP和RTSP协议，把媒体传输协议统一为RTP协议［4－5］，将数据封装传输转换成标准的音视频数据接入统一平台。

2.3 核心层

核心层主要由软交换服务单元、流媒体回放服务单元、录像存储服务单元、媒体转发分发服务单元、网络管理服务单元、Web服务单元、认证服务单元和输电线数据分析服务单元等组成，完成呼叫的认证、建立及媒体流存储、分发等相应功能，为用户提供网络视频监控服务。

2.4 业务层

业务层主要包括监控中心视频客户端、维护客户端、应急指挥中心客户端、IE通用客户端、SIP协议可视话机、多媒体终端等设备，实现对多媒体信息的展示、监控和对多业务平台的管理功能。与多媒体调度通信系统、IP视频会议系统、软交换系统、WiFi/3G手机、程控交换机进行融合，实现互联互通，达到统一监控、统一管理的目的。

3 智能平台协议交互流程

省级视频监控平台通过电力信息网与地市供电公司视频监控平台互联，地市供电公司视频平台与变电站通过WPON无源光网络系统实现互联。智能视频监控平台基于SIP会话初始协议，它是由IETF组织提出的在IP网络中进行多媒体通信的应用层控制协议，以下一代网络(NGN)SIP协议为基础构建的智能电网视频监控平台能够承载高并发、大数据量［6］，平台间采用符合国家电网公司企业标准《电网视频监控系统及接口》的规范要求设计。

软交换服务器完成SIP协议的转发和路由，AAA认证服务器完成用户认证和鉴权，管理服务单元实现各服务单元、接入前端设备用户的管理及对服务器的访问，协议转换单元完成前端设备接入，转发分发服务单元完成媒体转发和分发;流媒体服务单元实现媒体流式回放，录像服务单元实现媒体集中存储。软交换协议平台组成单元及协议见图2。

图2 软交换协议平台组成单元及协议

平台各组成部分基于指定的协议携带交互信息，完成UA(平台内软件以及客户端软件)注册和注销，协议转换单元注册和注销，访问实时音视频和结束实时音视频，开始和结束录像，开始和结束回放等功能［7］。图3是以协议转换单元注册说明各功能单元如何通过SIP协议传递注册流程信息。

图3 协议转换单元注册流程

4 高清视频接入方案

视频监控统一服务平台主要由软交换服务器、认证服务器、流媒体服务器、网管服务器、Web服务器、电视墙服务器、监控客户端、管理客户端等主要设备组成，提供各种远程视频监控所需功能，实现用户远程视频监控的统一服务［8］。平台可以通过客户端工作站和大屏幕电视墙同步实时显示变电站视频图像信息［9］，高清视频组成结构见图4。

图4 高清视频组成结构图(截图)

4.1 变电站原有视频监控系统接入

前端变电站原有视频监控系统中的各个不同厂家、不同型号的硬盘录像机(DVR)或视频服务器(DVS)、IP摄像机和控制设备通过内部局域网与协议转换网关相连。变电站视频监控端通过TCP/IP网络上的RTP将视频数据流发给监控中心，远程监控中心通过SIP(RTCP，RTSP)向变电站视频监控端发送控制和操作命令。实现用户访问远端不同视频厂家的摄像机和对远端摄像机的视频实时监控。

4.2 变电站高清视频监控接入

在变电站龙门架设计位置安装高清摄像机以及传感系统，变电站是强电磁环境，对前端高清摄像机设备的抗干扰性要求严格，变电站现场具有强电磁场和传输距离长的特点，高清摄像机采用光纤接口输出视频的网络监控可解决电磁干扰和传输距离问题。前端变电站部署的高清摄像头设备通过内部局域网与协议转换网关相连，协议转换网关对其私有信令进行转换，把控制协议统一为SIP协议，把媒体控制协议统一为RTCP和RTSP协议，把媒体传输协议统一为RTP协议，并将数据封装通过WPON传输至上级主站中心平台，实现高清视频监控的接入。

4.3 输电线监测系统接入

输电线检测系统集成了各种气象条件参数监测功能，将线路导线的重量变化、绝缘子的倾斜角/风偏角以及杆塔受力变化等参数实时采集后，进行压缩处理，通过WLAN无线网络实时传输数据至平台，智能平台进行微气象数据、覆冰载荷、覆冰生长机理、导线舞动、杆塔和金具强度等参数的分析，结合智能软件和各种修正理论模型给出冰情预报，及时给出除冰信息，计算出覆冰危害程度，让生产部门及时准确地了解气象预报盲区或局部地区的气象状况，当出现异常情况时，采用声、光报警，最终使高清视频平台软件实现智能分析传感器采集信息与图像之间的联动，提高对变电站发生事故时的应急处置能力。

5 结束语

数字图像处理技术、传输通信技术、多媒体技术以及智能分析技术的发展，进一步推动了智能化变电站高清视频监控系统的快速发展，以WPON无源光网络大带宽传输通道为依托、SIP协议软交换为构架，构建视频智能化、网络宽带化、集成平台化、图像高清化的高清视频监控平台，可以实现变电站视频图像信息多级共享，为电力企业带来潜在的经济效益。

［1］许万军，孝小昂.智能变电站综合状态监测系统的研究与应用［J］.陕西电力，2010，38(10):33－35.

［2］Q/GDW 517.1—2010，电网视频监控系统及接口第1部分:技术要求［S］.2010.

［3］何青林，陈朝武，卢煜.基于SIP的视频监控联网系统的设计与实现［J］. 电视技术，2009，33(5):116－118.

［4］沈元隆，顾林君.下一代无源光网络技术［J］.通信技术，2010，43(9):95－97.

［5］高伟，雷杰.SIP协议在网络视频监控中的应用研究［J］.光通信技术，2006，30(12):50－51.

［6］马卉慧，董青，许都.软交换中高速数据获取与过滤系统的设计［J］.信息工程大学学报，2010，11(5):582－585.

［7］张鉴燮，潘勇伟.软交换在电网应急指挥中的应用研究［J］.电力系统通信，2010，31(8):14－16.

［8］何浩，王玲，马文科.基于H.264无线网络视频监控系统的设计［J］.电视技术，2008，32(10):82－84.

［9］梓墨.高清视频监控系统的分析与应用［J］.中国安防，2009，6(6):121－124.