CN103096033A - 一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送系统，包括小区配电房内的摄像装置、用于多路配电视频监控信号汇聚的汇聚设备和配电视频监控平台，摄像装置将多路配电视频监控信号发送至汇聚设备中备用，汇聚设备通过带防火墙功能的电力网关和电力专用城域网与配电视频监控平台连接通讯，配电视频监控平台主动向小区的汇聚设备下发引流需求指令，而小区的汇聚设备则响应并上传指令中指定配电房中的摄像装置采集的配电视频监控信号数据。本发明还同时公开了基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制方法。本发明减少了必要的硬件投资成本，充分利用现有网络条件和资源，减轻网络负荷和长期带宽占用，实现城市级别配电设备监控体系的有序化管理。

Description

一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种监控视频数据传送系统及其控制方法，尤其是一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送系统及其控制方法。

背景技术

现有的电力设备都设有监控。当前数字化的视频监控技术已经越来越成熟和普及，数字化视频监控信号和视频压缩、远程传送技术的发展，已经使得原来老的一套配电设备视频监控解决方案的弊端越来越明显。对电力设备的监控已经不仅仅局限于在局部范围内的近距离实现，还可以扩展到整个城市当中，利用电力专属城域网实现远程的视频监控在网络关键节点（如市级供电局）上的汇聚和再分发，最终可以在供电局以及下属的体系内单位，随时随地了解城市内任一配电房里面的现场情况，为应急抢修和指挥提供珍贵的第一手现场信息参考。

尽管视频经过了压缩，但考虑到日后整个城市如此庞大数量的配电监控点的监控信号都发到供电局汇聚的话，势必对电力专属城域网造成严重的网络负担，严重时甚至造成网络拥堵和塞车，甚至影响到电力其他业务的正常使用。还会提高整个城市级别的监控体系运行维护成本，加大硬件投资成本，没法利用现有网络条件和资源，加重网络负荷和长期带宽占用，减少超大并发的随机访问和流控制处理能力。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送系统。

本发明的第二个目的是提供上述系统的基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制方法。

本发明的配电监控视频数据传送系统及控制方法，可适用于整个城市庞大数量的配电监控点的监控信号都发到供电局，且对电力专属城域网带来的网络负担较小，可保持网络顺畅和电力其他业务的正常使用。可更有效发挥数字化网络监控信号远程传送的优势，降低整个城市级别的监控体系运行维护成本，减少必要的硬件投资成本，充分利用现有网络条件和资源，减轻网络负荷和长期带宽占用，增加超大并发的随机访问和流控制处理能力，实现城市级别配电设备监控体系的有序化管理。

本发明第一个发明目的以下技术方案来实现：一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送系统，其特征是：包括小区配电房内的摄像装置、用于多路配电视频监控信号汇聚的汇聚设备和配电视频监控平台，所述摄像装置与汇聚设备连接，将多路配电视频监控信号发送至汇聚设备中备用，所述汇聚设备通过带防火墙功能的电力网关和电力专用城域网与配电视频监控平台连接通讯，所述配电视频监控平台主动向小区的汇聚设备下发引流需求指令，而小区的汇聚设备则响应并上传指令中指定配电房中的摄像装置采集的配电视频监控信号数据。

所述汇聚设备用于多路配电视频监控信号的汇聚，实时采集各配电房内的摄像装置的监控信号数据并进行统一管理，即预先采集各配电房内的摄像装置的监控视频信号数据后并存储，且在接收到配电视频监控平台下发的引流需求指令时上传配电视频监控信号数据，而在未收到配电视频监控平台下发的引流需求指令时将报文丢弃。

所述摄像装置采用支持RTSP协议引流的数码摄像头，所述汇聚设备与所述数码摄像头连接建立RTSP协议交互，而所述数码摄像头以UDP方式将配电监控视频信号数据发送至汇聚设备，所述汇聚设备还通过摄像头云台控制的CGI协议交互进行指定摄像头的云台转向控制。

本发明的第二个发明目的以下技术方案来实现：一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制方法，包括以下步骤：

S1：将城市配电管理网络以小区为单位划分为多个不同的管理区；

S2：各个管理区的所有配电设备的监控摄像装置均与一个用于多路视频监控信号的汇集的汇聚设备连接构成该管理区的配电监控视频信号采集局域网，每个监控视频信号采集局域网通过网关和城域网与配电视频监控平台进行通讯，从而建立独立的通过电力数据专用城域网络与配电视频监控平台进行通讯的配电监控视频信号的采集网络，接收并执行配电视频监控平台转发的监控终端下达的指令；

S3：建立独立的利用供电系统内部信息化网络进行监控视频信号的分发和传送至终端的分发网络，用以监控终端进行配电设备现场监视，采集网络与分发网络之间相互独立，仅通过配电视频监控平台进行通讯；

S4：各个管理区的汇聚设备预先与本区域内的各个配电设备的监控摄像装置连接，预先采集本区域内的监控视频信号并进行统一管理，当接收到配电视频监控平台下发引流需求的命令时，将指定的监控视频信号流发送至配电视频监控平台的服务器主机进行处理，而当配电视频监控平台没有引流需求时，汇聚设备自动将报文丢弃，避免过多的信号占用网络；

S5：所述配电视频监控平台主动发起与采集网络的连接，前置机则将引流需求指令下发至汇聚设备，通知该汇聚设备执行指令并上传指定配电房摄像装置采集的监控视频信号，而配电视频监控平台将接收到的监控视频信号经分发网络分发和传送至监控终端，以实现配电设备现场监视。

所述步骤S3中，采集网络和分发网络之间通过信息安全防火墙进行隔离，且只允许分发网络向采集网络发起连接，而不允许采集网络发起的连接联接至分发网络。

所述步骤S4中，汇聚设备在局域网中不断尝试连接建立与数码摄像头的RTSP协议交互，并让数码摄像头将监控信号数据（RTP/RTCP）以UDP方式发送至汇聚设备中备用，并在平台没有需求时，将报文丢弃；汇聚设备通过摄像头云台控制的CGI协议交互进行指定摄像头的云台转向控制。在本发明中，预先连接摄像头一则是为了实现摄像头的状态监视，二则为了当平台引流需求的命令到达时可以更快速地响应及执行。

所述步骤S4中，确保小区局域网内汇聚设备到IDC机房内视频监控体系平台的前置机，双向通道报文可达，由于小区汇聚设备处于局域网内，所以是小区内汇聚设备采用TCP长连接方式主动连接至前置机，汇聚设备随时准备好接收前置机下发下来的，实现监控视频信号引流的路由控制命令以及云台转向控制命令。

所述步骤S5中，所述前置机上配置可在城域网内全局访问的IP地址，前置机接收配电视频监控平台下发的命令后，寻找空闲监听端口并绑定，然后将指定IP地址和监听端口发给指定的管理区域的汇聚设备，汇聚设备将指定摄像装置采集的监控视频信号数据转发上传至指定的IP地址和监听端口，而前置机将接收的信号转送至配电视频监控平台进行处理。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1) 本发明从小区内监控视频信号的采集，到供电局下属单位内的配电监控视频信号的播放，实现了电力配电设备监控领域的——同城范围内的在线远程监控。本发明的视频信号采集的网络使用二级组网，整个监控视频信号采集体系设计为分布式组织架构，多个小区等的局部区域内使用专门独立的局域网，分别实现小区内多路（IP）摄像头信号的采集和汇聚，根据实际监控需求，最终通过这些汇聚设备把指定监控信号上传至配电视频监控平台处进行处理。在本发明的分布式组网架构的基础上还应用了按需引流的路由控制和统一管理方法，不会造成对网络主干带宽的长期占用，有效利用了现有网络资源，更好地控制网络建设成本的投入，同时还兼顾网络信息安全隔离的考虑，以及保持对播放监控视频连接请求的快速响应。

(2) 本发明采用的配电设备远程在线监控体系的整个网络结构大体上分为两部分：用于监控视频信号采集的城域网（计量用专网），即采集网络；用于视频分发以支持播放终端实现监控的供电体系内部网络（城域网），即分发网络。这两个网络互相独立，并使用信息安全防火墙实现隔离。

(3) 本发明的配电视频监控平台根据实际发生的视频监控的需求来控制下面汇聚设备把视频信号上传到平台处理，没有播放需求的时候，不会占用城域网主干带宽，实现了按需引流的控制方法。尽量利用好当前已有网络资源，减少重复投资，更好地控制了网络建设成本的投入。

(4) 本发明有效利用了数码化摄像头设备的特性和优势，在电力的配电设备监控领域，实现了同城范围内远程在线的电力现场监控。可以更有力地支持电力现场抢险救援，为抢险应急指挥提供参考依据。平时也可以协助供电部门巡检人员随时了解、确认配电房内情况：是否有未经授权的人或动物闯入；是否有电力设备异常，如冒出浓烟等状况；及时进行现场情况确认，发现有可能危及配电设备正常运行的情况，如配件老化脱落或遇植物攀爬等异象。具有可用性、便利性、成本控制、信息安全、系统高效运行和实用性方面，均具有明显的良好社会效益，是实现同城内配电设备远程视频监控的解决方案。

附图说明

图1是本发明的本系统全局组网示意图；

图2是本发明的关于视频采集的二级组网图；

图3是本发明的主要设备间连接关系示意图；

图4是本发明实现按需求引视频流的交互全过程示意图；

①    平台接收到来自控制终端的视频播放请求；   

②    通知前置机定位摄像头位置；

③ 寻找空闲端口并绑定、接收RTP/TCP视频信号；

④ 指定IP和监听端口发给汇聚设备；

⑤ 将指定摄像头信号(RTP)上传至指定IP和端口；

⑥ 通过TCP通道，转送至平台处理；

⑦ 平台响应请求，向终端发送监控视频信号。

具体实施方式

如图2所示，一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制系统，包括小区配电房内的摄像装置、用于多路配电视频监控信号汇聚的汇聚设备和配电视频监控平台，摄像装置与汇聚设备连接，将多路配电视频监控信号发送至汇聚设备中备用，汇聚设备通过带防火墙功能的网关和电力专用城域网与配电视频监控平台连接通讯，配电视频监控平台主动向小区的汇聚设备下发引流需求指令，而小区的汇聚设备则响应并上传指令中指定配电房中的摄像装置采集的配电视频监控信号数据。

汇聚设备为用于多路配电视频监控信号的汇聚，实时采集各配电房内的摄像装置的监控视频信号数据并进行统一管理处理，即预先采集了各配电房内的摄像装置的监控视频信号数据后进行存储，并在接收到配电视频监控平台下发的引流需求指令时上传监控视频信号数据，而在未收到配电视频监控平台下发的引流需求指令时将报文丢弃。

摄像装置采用支持RTSP协议引流的数码摄像头，汇聚设备与数码摄像头连接建立RTSP协议交互，数码摄像头以UDP方式将配电监控视频信号数据发送至汇聚设备，汇聚设备还通过摄像头云台控制的CGI协议交互进行指定摄像头的云台转向控制。

本发明基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制方法，如图1~4所示，以市级供电局IDC机房为配电视频监控平台，其包括服务器主机和前置机，并以此为中心，建立独立的电力数据专用（计量相关）城域网络进行配电监控视频信号的采集网络和独立的利用供电系统内部信息化网络进行监控视频信号的分发和传送至终端的分发网络，其中供电系统内部信息化网络为供电系统内综合业务数据网。采集网络与分发网络之间相互独立，并通过信息安全防火墙进行隔离，并且使用前置机安全解决方案，即只允许供电局内部网络一侧主动向外部前置机发起TCP连接，不允许从外部的采集网络发起的连接联接至内部网络去。具体地，于配电视频监控平台的服务器主机和前置机之间设置防火墙，由防火墙将供电局内部网络和外部视频数据采集网络分隔开，前置机放置于外部数据采集网络当中，负责汇流来自城市中各个小区不同汇聚设备发过来的视频流；配电视频监控平台的服务器主机则位于供电局内部网络一头，服务器主机不直接与下面各小区汇聚设备进行协议交互，只通过受信任的通道与前置机交互。从信息安全的角度考虑，供电局内部网络的安全级别要更高，因此防火墙被设置为只允许从供电局内部发起连接出来，也就是必须由服务器主机主动发起TCP连接到前置机指定端口上去。防火墙设备上可配置防火墙报文过滤规则，建立TCP连接需要经过三次握手，其中供电局内部为源头的syn报文可以通过防火墙，而发起源是外部采集网路的syn报文则需要被拦截，换言之无法成功建立TCP通道，从而实现了信息安全的隔离。前置机通过该受信任的逻辑上的双向数据传输通道，把采集到的监控视频信号数据发送至平台进行进一步处理。

配电监控视频信号的采集网络大体上采用二级组网结构，第一级网络由多个监控视频信号采集局域网以作为信号覆盖整个城市的城域网与配电视频监控平台进行通信构成。第二级网络为配电监控视频信号采集局域网，通过网关接入到外部第一级的城域网当中实现通讯。网关为带防火墙功能的路由设备，配电监控视频信号采集局域网为每个小区内部的本地专用的NAT局域网，具体以各生活小区为单位，将城市配电管理网络划分为多个不同的管理区，即以每一个生活小区为一个管理区，并建立管理区及对应管理区区号的拓扑关系，并将拓扑信息配置给配电视频监控平台的前置机。每个管理区的所有配电设备的监控摄像装置均与一个用于多路监控视频信号的汇集的汇聚设备连接构成该管理区的配电监控视频信号采集局域网。

汇聚设备负责将本局部区域内的配电监控视频信号进行采集与统一管理，以及在受控的情况下上传至市供电局机房的前置机进行相关处理。监控摄像装置为IP网络数码摄像头，IP网络数码摄像头支持RTSP协议引流，汇聚设备在局域网中不断尝试连接以及不断重试连接以建立与数码摄像头的RTSP协议交互，预先连接数码摄像头，实时对数码摄像头的状态进行监视，并在数据处理引流需求的命令到达时可以快速地响应及执行命令，让数码摄像头将监控信号数据通过RTP/RTCP协议以UDP方式发送至汇聚设备那里备用。当配电视频监控平台处没有需求的时候，汇聚设备并不把这些监控视频信号上传至配电视频监控平台处，而是简单地把这些报文丢弃。汇聚设备还通过数码摄像头云台控制的CGI协议交互进行指定数码摄像头的云台转向控制，以便在配电视频监控平台下达云台转向指令时，对指定的数码摄像头的云台转向控制。

通过已有的网络路由通道，确保小区局域网内汇聚设备到IDC机房内视频监控体系平台的前置机，双向通道报文可达。小区汇聚设备处于局域网内，小区内汇聚设备主动连接至前置机（TCP长连接方式，前置机上配置可在城域网内全局访问的IP地址）。 汇聚设备随时准备好接收前置机下发下来的，实现监控视频信号引流的路由控制命令以及云台转向控制命令。

当汇聚设备接收到引流的控制指令时，就会将指定的监控视频信号流发送到控制指令当中规定的IP和端口上去（UDP方式）。该IP和端口一般是指前置机上的IP和空闲端口，根据需求动态进行绑定端口监听。可用以接收多路来自下面小区的监控视频信号（H264方式编码），然后转发处理。

配电视频监控平台的前置机与服务器主机之间保持TCP方式的长连接，由于安全方案机制，只允许从平台主动发出至前置机的连接握手请求。当建立TCP连接通道后，就可以反向把从下面接收到的监控视频信号数据通过该连接通道转发至服务器主机处进行处理。

如图4所示，配电视频监控平台的服务器主机负责具体提供监控视频流数据给播放终端（相当于直播业务），当有终端要请求查看指定的某配电监控视频的时候，服务器主机把请求转发给前置机进行定位，确认该监控视频位于哪个汇聚设备下面，通过该汇聚设备主动连接上来的长连接通道，下发具体引流控制命令。在引流控制命令里提供预先绑定好的空闲监听端口（动态绑定，UDP方式，按照RTP和RTCP约定，必须是连续的一奇一偶两个端口号，每次引流只有一路视频信号，不包括音频数据），汇聚设备在接收到引流控制命令后，将从数码摄像头收集到的实时视频流数据，通过城域网转发到约定的（前置机）IP和端口上去。

监控信号引流的全过程是：

配电视频监控平台的服务器主机接收到来自终端的视频播放请求—〉通知前置机定位摄像头位置—〉在配电视频监控平台的前置机上寻找空闲端口并绑定、准备接收RTP/RTCP视频信号—〉

通过长连接把指定IP和监听端口发给小区内的汇聚设备—〉

汇聚设备将采集到的指定摄像头信号（RTP）转发上传至指定IP和端口去—〉

前置机接收RTP信号后，利用TLV编码方式区分报文分界，通过与后面平台之间已有的TCP通道，转送至平台处理—〉平台响应终端播放请求，开始向终端发送监控视频信号。

当终端完成视频监视任务，需要断开的时候，向服务器主机发出停止的请求。平台则通知前置机向指定小区的汇聚设备发送停止上传监控视频信号的命令（不再占用城域网络主干带宽），同时撤销前置机上原接收视频流的端口监听。服务器主机这边也不再向播放终端发送视频流信号，播放终端侧的视频播放随即停止。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明的上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送系统，其特征是，包括小区配电房内的摄像装置、用于多路配电视频监控信号汇聚的汇聚设备和配电视频监控平台，所述摄像装置与汇聚设备连接，将路配电视频监控信号发送至汇聚设备中备用，所述汇聚设备通过带防火墙功能的电力网关和电力专用城域网与配电视频监控平台连接通讯，所述配电视频监控平台单向主动发起与小区的汇聚设备的连接并下发引流需求指令，而小区的汇聚设备则响应并上传指令中指定配电房中的摄像装置采集的配电视频监控信号数据。

2.根据权利要求1所述的基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送系统，其特征是，所述摄像装置采用支持RTSP协议引流的数码摄像头，所述汇聚设备与所述数码摄像头连接建立RTSP协议交互，汇聚设备通过摄像头云台控制的CGI协议交互进行指定摄像头的云台转向控制，而所述数码摄像头以UDP方式将配电监控视频信号数据发送至汇聚设备。

3.一种基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制方法，其特征是，包括以下步骤：

S1：将城市配电管理网络以小区为单位划分为多个不同的管理区，并建立管理区及对应管理区区号的拓扑关系，并将拓扑信息配置给配电视频监控平台的前置机；

S2：各个管理区的所有配电设备的监控摄像装置均与一个用于多路视频监控信号的汇集的汇聚设备连接构成该管理区的视频监控信号采集局域网，每个视频监控信号采集局域网通过网关和城域网与配电视频监控平台进行通讯，从而建立独立的通过电力数据专用城域网络与配电视频监控平台进行通讯的配电监控视频信号的采集网络，接收并执行服务器转发的监控终端下达的指令；

S3：建立独立的利用供电系统内部信息化网络进行监控视频信号的分发和传送至终端的分发网络，用以监控终端进行配电设备现场监视，采集网络与分发网络之间相互独立，仅通过配电视频监控平台进行通讯；

S4：各个管理区的汇聚设备预先与本区域内的各个配电设备的监控摄像装置连接，预先采集本区域内的配电监控视频信号并进行统一管理，当接收到配电视频监控平台下发引流需求的命令时，将指定的视频监控信号流发送至服务器进行处理，而当配电视频监控平台没有引流需求时，汇聚设备自动将报文丢弃，避免过多的信号占用网络；

S5：配电视频监控平台主动发起与采集网络的连接，前置机则将引流需求指令下发至汇聚设备，通知该汇聚设备执行指令并上传指定配电房摄像装置采集的视频监控信号，而配电视频监控平台将接收到的监控视频信号经分发网络分发和传送至监控终端，以实现配电设备现场监视。

4.根据权利要求3所述的基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制方法，其特征是，所述步骤S3中，采集网络和分发网络之间通过信息安全防火墙进行隔离，且只允许分发网络向采集网络发起连接，而不允许采集网络发起的连接联接至分发网络。

5.根据权利要求3所述的基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制方法，其特征是，所述步骤S4中，汇聚设备在局域网中不断尝试连接建立与数码摄像头的RTSP协议交互，并让数码摄像头将监控信号数据以UDP方式发送至汇聚设备中备用，并在平台没有需求时，将报文丢弃；汇聚设备通过摄像头云台控制的CGI协议交互进行指定摄像头的云台转向控制。

6.根据权利要求3所述的基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制方法，其特征是，所述步骤S4中，确保小区局域网内汇聚设备到IDC机房内视频监控体系平台的前置机，双向通道报文可达，使汇聚设备随时准备好接收前置机下发下来的实现监控视频信号引流的路由控制命令以及云台转向控制命令。

7.根据权利要求3所述的基于城域网分布式架构的配电监控视频数据传送控制方法，其特征是，所述步骤S5中，所述前置机上配置可在城域网内全局访问的IP地址，前置机接收配电视频监控平台下发的命令后，寻找空闲监听端口并绑定，然后将指定IP地址和监听端口发给指定的管理区域的汇聚设备，汇聚设备将采集的指定摄像装置采集的配电视频监控信号数据转发上传至指定的IP地址和监听端口，而前置机将接收的信号转送至配电视频监控平台进行处理。

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