基于WPON和SIP协议的智能视频监控平台研究

练笔战 李跃华 袁修建 王世文 隋博 朱磊

（国网某电力公司信息通信公司河南郑州450052）

1 引言

视频监控系统的发展经历了模拟闭路电视监控系统、计算机本地视频监控系统和网络远程视频监控系统等阶段。为了承载IP化的多媒体实时业务，尤其是充分支持高质量的视频流媒体业务，通信网正在不断朝着宽带化和IP化方向发展。电网视频监控系统的监控智能化、网络宽带化、集成平台化和视频高清化是技术和应用发展的必然趋势[1]。

本文介绍的某电力基于WPON和SIP协议的变电站高清视频智能监控平台，将先进的基于WPON和SIP协议的技术应用于远程视频监控联网，有效地解决了电网现有各变电站远程视频监控系统接口协议不兼容、传输速率低和视频图像质量不高等导致通道拥塞及严重影响系统联网的问题，对于视频监控系统技术创新、品质提升和规模应用，具有重要意义。

2 视频监控系统现状

近年来，视频监控系统全面采用数字摄像和网络传输技术，随着电网广域宽带信息通信网和调度数据网的全面覆盖、带宽提升和业务拓展，为远程视频监控的应用提供了技术和网络支撑。目前国家电网公司电视电话会议系统已经覆盖各省、地及其直属单位，并向高清电视技术发展，但尚未延伸到电厂和变电站；各地公司大楼、调度大楼、高压变电站和发电企业按照安防要求，相继建成本地安防视频监控系统，但因接口不统一，未能满足远程监视的要求；随着无人值守变电站管理模式的全面推广，部分集控中心站在建或改造远程视频监控系统，但未与上级单位的视频监控系统互联；电力营销系统的各营业网点也在建设营销视频监控系统。

上述各系统从属于不同部门和专业，受不同工程投资的限制，在不同时期随不同项目建设，采用多厂家、不同时期的产品和软件，由于大部分已建视频监控系统没有统一规划，导致技术、接口和协议不兼容，无法互联互通。同时技术体制缺乏前瞻性，媒体流与控制信令共用一条HTTP通道，不能分别提取，容易形成瓶颈，在多用户同时观看的情况下，会重复占用带宽，出现通信拥堵，且没有拥塞控制机制，不适合组建大规模的远程视频监控网络，服务质量也得不到完全保证。这种状况制约了电网视频监控系统朝着网络化、可管控和共享性方向发展，甚至还限制了采用先进技术新建或将建系统丰富功能的充分发挥。

3 统一平台关键技术

电力在智能电网建设中为提高电网建设、运行和管理的可视化水平，全面解决视频监控系统前期建设中存在的问题，实现电网视频监控系统的智能化、宽带化、平台化和高清化的总体目标[2]，建设覆盖220 kV、500 kV变电站宽带网络的智能化高清视频图像统一平台，通过对相关先进成熟技术的深入研究，前瞻性地采用了基于SIP协议的软交换技术、基于WPON的光传输技术。

3.1 SIP协议

SIP （Session Initiation Protocol） 协 议 由 IETF（Internet Engineering Task Force）于1999年提出，是基于IP网络的实时通信应用信令协议[3]，是下一代网络核心协议之一，用以解决IP网络上的信令控制，在应用层建立、修改和终止有多方参与的多媒体会话进程，为所有因特网应用提供无所不在的接入，成为连接因特网与电信网及多媒体的媒介。

SIP协议采用文本格式，信令简单且灵活，呼叫建立时间短，具备良好的兼容性，扩展性强，很容易增加新业务；SIP协议采用分散控制模式，终端智能化程度高；SIP协议与IP网络有与生俱来的关联，具备同样的固有优势，满足NGN需求，具有很好的发展前景，适合大规模应用。

3GPP和3GPP2是2个3G阵营的无线通信的标准化组织，都选择了SIP协议作为其3G网络的呼叫控制协议。SIP协议还被国际软交换组织作为核心控制协议，已在VoIP和NGN网络中发挥了重要作用。电网公司企业标准Q/GDW 517.1-2010《电网视频监控系统及接口第一部分：技术要求》[4]中也规定SIP协议为电网视频监控系统的主要联网协议，实际应用也验证了SIP协议在电网电网视频监控系统具有明显的技术先进性和实施可行性[5]。

3.2 WPON技术

电力通信骨干传输网经过多年建设，已极具规模，光通信技术体制也渐趋成熟。随着智能电网对应用端智能化和多样性的要求，各种光通信技术在业务（包括数据、音频、视频业务）接入网中的应用研究不断深入，国内外通信厂家和科研机构结合市场的需求和应用，不断推出新的技术和产品，目前较流行的技术是EPON、GPON和MSTP，这3种技术都基于TDM，基本可以满足目前业务的发展，但随着高清视频及大带宽业务的需求增加，业务的安全性要求也越来越高，在光路上采用波分复用的WPON（WDM-PON）技术的应用研究受到关注，WPON技术能很好地解决现有技术无法解决的光网络宽带、安全传输问题，随着技术和产品功能的不断完善，该产品市场应用前景更为广泛。

无源光网络（PON）可实现光线路终端（OLT）和多个光网络单元（ONU）的连接，共享OLT到远端节点（RN）之间的光纤媒质，具有成本低、便于维护和对各种业务透明等优点，同时PON能够平滑地过渡到FTTH，具有很好的发展前景。采用波分复用型无源光网络（WDM-PON），通过引入WDM技术使用多波长信道增加系统容量，使得ONU接入能力巨幅提高，同时光路上的波分复用也大幅度提高了抗干扰作用，更加符合电网要求。随着质优价廉的WDM器件不断出现，电力通信接入网建设规模的逐年增加，带宽和安全性要求的日益提高，WPON必将成为PON的主流技术，在电网中具有广阔的应用前景。

4 统一平台实现

4.1 平台总体架构

某电力基于WPON和SIP协议的变电站智能化高清视频监控平台的一期示范系统，包括省级和地区级2级平台，系统的总体架构如图1所示。

图1 视频监控统一平台总体架构图

变电站原有不同厂家的视频前端设备通过电力WPON通道，通过服务器视频协议转换完成信令和媒体流的转换处理，再通过WPON通道接入某公司电力视频监控中心服务平台。中心平台采用基于SIP协议的软交换系统，适于大容量的设备接入和扩展。地市一级通过构建视频监控平台，分期分批接入原有不同厂家的视频前端设备，实现与省公司视频监控主站平台的统一互联。

某电力还同期构建了一套输电线路监测系统，在变电站一并接入统一平台，通过监测系统对变电站出线线路上的微气象数据、导线温度、线路覆冰和舞动数据实时采集，进行后台系统分析，实现对异常情况预警，并通过视频监控系统实现联动应用。

基于WPON和SIP协议的变电站智能化高清视频监控平台可以与多媒体调度通信系统 [6]、IP视频会议系统和厂内/站内呼叫系统互联，可以与SIP话机、可视电话和WiFi/3G手机互通，还可以通过语音网关与传统交换机互联互通，实现互联互通、统一监控和统一管理的目的。

4.2 平台组成

某电力基于WPON和SIP协议的变电站智能化高清视频监控平台主要由通信服务器、认证服务器、流媒体服务器、管理服务器、WEB服务器、IP-SAN存储设备、监控客户端和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，实现了用户远程视频监控的统一服务。平台可以通过客户端工作站和大屏幕电视墙以1 280×720逐行扫描高清晰度同步实时显示变电站视频图像信息。通过某级与地区级平台互联，验证了Q/GDW 517标准中A接口的性能要求，通过前端系统互联验证了Q/GDW 517标准中B接口的性能要求，从而全面验证了Q/GDW 517系列标准的实施可行性。

4.3 平台主要功能

基于WPON和SIP协议的变电站智能化高清视频监控平台按照"总体设计、统一规划、逐步建设"的思路进行建设[7]，设计容量可满足某电力各级视频监控中心逐步接入各厂站视频监控系统的扩容需求，现有中心站和厂站视频监控系统可分批接入。最终，在某电力基于WPON和SIP协议的变电站智能化高清视频监控平台基础上，接入所有直接调度管辖的厂站视频监控系统、重要路段输电线路监测系统、重点场所安全防卫系统、营销营业网点和各级视频监控系统，实现电网远程视频图像的统一监控和管理。

平台可实现的主要功能：①系统管理功能包括：认证功能、设备管理、配置管理、性能管理、故障管理、日志管理、安全管理、用户权限管理、计划管理、拓扑管理和转发分发管理等；②系统业务功能包括：通信功能、实时音视频浏览、云台控制、录像功能、回放功能、抓图功能、报警联动功能、语音对讲、电子地图和与其他系统互联等。

5 结束语

某电力公司通过构建基于WPON和SIP协议的变电站智能化高清视频监控平台解决了某电力现有变电站视频监控系统存在的一系列问题，为智能电网的建设、运行和管理提供可视化的技术支撑，具有重要的实用意义和广泛的应用前景：①通过构建视频监控统一平台，解决了变电站不同时期、不同厂家和不同型号的视频监控设备的接入难题，实现了对变电站视频监控系统的统一监控和统一管理；②验证了将先进的基于WPON和SIP协议的技术应用于远程视频监控联网领域的技术可行性，通过构建两级平台互联和协议转换接入多厂家的设备，验证了国家电网公司企业标准的实施可行性，为今后大规模的联网应用进行了有意义的尝试，积累了宝贵的应用经验；③通过智能化高清视频监控平台的应用，解决了变电站视频图像质量不高和传输速率低等问题。通过对变电站出线线路进行监测，并结合图像对采集的微气象、导线温度和线路覆冰、舞动的数据进行智能分析，使平台的实用化、网络化、高清化和智能化水平得到充分发挥。

[1]唐慧明,张 健.变电站远程图像监控系统设计[J].电力系统自动化,2001,25(7):56-58.

[2]周海华,边恩炯,等.下一代网络SIP原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2007年.

[3]温永怡,封晓燕.利用软交换技术实现多媒体调度通信[J].电力系统通信,2010,31(4):49-52.

[4]刘昌盛,马 超,李 果,等.智能电网多业务通信支撑平台的研究[J].电力系统通信,2010,31(11):1-5.

[5]张鉴燮,潘勇伟,等.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.

[6]梅鲁海.基于SIP的新型变电站视频监控系统设计[J].电力系统自动化,2010,34(3):66-69.

[7]崔燕明,刘孝先,等.电网视频监控系统及接口技术标准[J].电力系统自动化,2010,34(20):13-16.