王文彬，王文革，王 松

（1.河南省電力通信自動化公司，河南 鄭州 450052；2.河南省電力公司，河南 鄭州 450052）

0 引言

隨著省級變電站視頻聯(lián)網(wǎng)的推進和變電站高清視頻技術的應用，視頻存儲在電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)中變的越來越重要，存儲的信息量也越來越大。監(jiān)控視頻存儲系統(tǒng)可以更好地發(fā)揮變電站安全保障作用，值班人員可以能夠更準確分析變電站異常狀況并進行報警。事故追溯是變電站監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能，因此圖像存儲是視頻監(jiān)控系統(tǒng)非常重要的一個環(huán)節(jié)。

視頻存儲根據(jù)存儲的畫面質量不同對容量需求差別很大，隨著畫面質量的提升、監(jiān)控路數(shù)的增加，對存儲容量的要求會成倍增加。視頻存儲需要能夠滿足不間斷的數(shù)據(jù)讀寫，數(shù)據(jù)流量大，但訪問請求數(shù)量不高。目前視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)保存周期短，一般要求為一個月，主要采取自動覆蓋的方式。對于一些事故錄像要求能長期保存，以便能進行事后分析，為事故預防打下基礎。以720p為標準，每小時錄像需要的硬盤容量約為4～8 Gbyte，如果要保存1個月，9路監(jiān)控大約要21～42 Tbyte的容量，與傳統(tǒng)的CIF格式相比，存儲容量增加近10倍。因此為了使系統(tǒng)能夠更好地運行，發(fā)揮更大的作用，視頻監(jiān)控系統(tǒng)對系統(tǒng)存儲提出了更高的要求。

1 變電站圖像監(jiān)控存儲系統(tǒng)的現(xiàn)狀

變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括變電站子站和監(jiān)控中心主站。在變電站安裝子站系統(tǒng)，主要負責視頻信息和報警信息的采集、編碼與傳輸，采用DVR進行編碼的子站還具有存儲的功能，可進行當?shù)劁浵翊鎯?。主站負責接收子站的圖像信息和報警信息并顯示，并能實現(xiàn)對子站的控制，有的主站設有存儲服務器可以對變電站的信息進行存儲。以上是傳統(tǒng)的基于CIF或D1分辨力的顯示和存儲基本模式。根據(jù)在多個省的調研，大多數(shù)變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式存儲模式，監(jiān)控中心很少安裝專門的存儲服務器。對于新建的基于720p分辨力的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)在變電站本地都設有專用的存儲服務器，在監(jiān)控中心也安裝有存儲服務器。目前的存儲基本是采用直接存儲的方式，都是在服務器上連接幾個磁盤，采用點對點的磁盤系統(tǒng)，存儲的可擴展性和存儲性能很難提高。DVR使用IDE硬盤，沒有相應的數(shù)據(jù)保護機制，一旦硬盤損壞，將造成數(shù)據(jù)丟失。

隨著高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設，由數(shù)字監(jiān)控取代傳統(tǒng)技術產(chǎn)生出的許多數(shù)字監(jiān)控的新功能正在逐漸成為主流技術。原數(shù)字化監(jiān)控的核心設備DVR逐漸減少，開始被以視頻服務器結合IP SAN為核心的監(jiān)控系統(tǒng)所替代。

2 SAN存儲系統(tǒng)

SAN即存儲區(qū)域網(wǎng)絡（Storage Area Network），由存儲設備和網(wǎng)絡設備構成。它是一種新存儲連接拓撲結構，主要用于代替現(xiàn)有的系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)之間的SCSI/O連接。SAN是一種將數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的方法。SAN的通信都在一個與應用網(wǎng)絡隔離的單獨的網(wǎng)絡上完成，可以被用來集中和共享存儲資源。它和以太網(wǎng)有類似的架構，由服務器、HBA卡、集線器、交換機和存儲裝置所組成。SAN可分為FC-SAN和IP?SAN，針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)對存儲的需求，這兩種存儲框架有各自的特點。

FC-SAN采用光纖通道技術，擁有自己的協(xié)議層。光纖通道支持3種拓撲方式：點對點方式，F(xiàn)C-AL方式和FC-SW方式。其中FC-SW即交換式光纖通道連接方式，最為靈活，但需要配備支持交換架構的交換模塊或FC交換機。目前的主流FC產(chǎn)品的帶寬可達4 Gbit/s，光纖磁盤高性能為FC磁盤陣列提供了存儲速度基礎。FC-SAN一般要單獨組網(wǎng)，不會受到已有IP網(wǎng)絡上的不安全因素影響，通過Zoning機制可以對SAN進行分區(qū)管理，避免了服務器和存儲之間的非法訪問，因此FC網(wǎng)絡安全系數(shù)比較高。FCSAN的高性能對應的是它的成本較高，光纖陣列、光纖磁盤、光纖交換設備和光纖HBA卡等價格都比較高，也相應增加了專業(yè)維護成本。

IPSAN采用iSCSI通信協(xié)議，SCSI協(xié)議被封裝于IP包中在LAN/WAN中進行傳輸，支持數(shù)據(jù)庫應用所需的基于塊的存儲，iSCSI是基于塊的存儲。由于通過以太網(wǎng)進行傳輸，用戶可以利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)設施來部署iSCSI存儲網(wǎng)絡，這種部署方式不需要更改用戶的網(wǎng)絡體系，從而大大降低了部署成本。這種模式不但可以應用在局域網(wǎng)中，也可以跨過路由設備在廣域網(wǎng)中實現(xiàn)，從而大大擴展了iSCSI存儲網(wǎng)絡的部署范圍。這種模式的存儲系統(tǒng)可以直接在現(xiàn)有的網(wǎng)絡系統(tǒng)中進行組建，可以直接使用交換機來連接存儲設備，因此iSCSI存儲系統(tǒng)具有很高的擴展性，可以廣泛應用到中低端的存儲應用中。

表1顯示的是FC-SAN、IP-SAN的一些性能比較。針對視頻監(jiān)控用戶的需求和數(shù)據(jù)存儲應用特點，IP-SAN架構是比較合適的。

表1 FC-SAN和IP-SAN對比表

3 海量存儲技術在變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的應用方案

現(xiàn)在各省市公司正在進行變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，按相關要求220 kV及以上電壓等級的變電站視頻都需要接入省級指揮中心。各部門間統(tǒng)一協(xié)調、統(tǒng)一管理的需求正越來越明顯，大監(jiān)控、全局監(jiān)控的建設逐漸成為電力行業(yè)構建新一代監(jiān)控網(wǎng)絡的必然要求。省級變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)建成后，將是分布式、網(wǎng)絡化的大型監(jiān)控平臺。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡連接了子站（變電站）、主站（地市供電公司視頻監(jiān)控中心和省電力公司視頻監(jiān)控中心），為三級架構。

3.1 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)有的存儲方式

3.1.1 變電站前端存儲

變電站前端存儲是在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設備進行存儲，由站端的遠程視頻單元（RVU）設備進行監(jiān)控圖像的本地錄制和保存。對于前端存儲，由于一個變電站安裝的監(jiān)控攝像機數(shù)量不多，大部分都在16路以內，存儲時間一般在30天左右，所以對存儲容量要求不高。用戶既可以通過直接登錄單個RVU進行錄像資料的點播回放，也可以在統(tǒng)一監(jiān)控平臺進行對前端錄像資料進行集中的檢索和回放。

變電站前端存儲具有幾個優(yōu)勢：一是可以通過分布式的存儲來減輕集控站或地市監(jiān)控中心集中存儲帶來的容量壓力；二是可以有效緩解集中存儲帶來的網(wǎng)絡流量壓力，保證實時視頻信息的傳輸；三是由于圖像直接在當?shù)卮鎯?，在網(wǎng)絡發(fā)生故障時仍然可以保存現(xiàn)場的圖像信息，存儲安全性較高。

3.1.2 監(jiān)控中心存儲

在變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，有的采取監(jiān)控中心集中存儲的方式。站端設備采集監(jiān)控點圖像信息并編碼壓縮處理成數(shù)字碼流，然后通過網(wǎng)絡傳送到監(jiān)控中心管理平臺，由監(jiān)控中心管理平臺將數(shù)據(jù)分發(fā)給相應的存儲服務器進行集中存儲。

有些大型變電站視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用多級分布的中心存儲方式，即建立主、分監(jiān)控中心進行存儲。以一個省級的電力視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為例，在省電力公司建立一級存儲，在各個地市公司建立市級的存儲中心，這樣既可降低一個中心點集中存儲帶來的存儲容量和網(wǎng)絡流量的壓力，同時也提升了系統(tǒng)的可靠性。

使用多級中心存儲具有以下幾個方面優(yōu)勢：1）檢索和調用錄像資源更為方便；2）存儲內容的完整性更容易保證，對重要的視頻信息可以在不同級別的存儲中心都進行存儲，這樣不會因為某個前端設備故障而導致重要內容的丟失；3）有利于制定多樣化的存儲策略，以滿足不同用戶的需求，節(jié)省資源；4）運行維護更加方便。

3.1.3 混合型存儲

對于視頻監(jiān)控網(wǎng)絡復雜、存儲安全性和可靠性要求高的系統(tǒng)，可以采用既有集中存儲也有前端存儲的建設模式，這樣的存儲系統(tǒng)兼具二者的優(yōu)勢，提高了系統(tǒng)的安全可靠性，但建設和管理成本也相應增加。

對于大規(guī)模的變電站視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，比如全省電力視頻聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通常采用多級監(jiān)控中心體系，每個級別的監(jiān)控中心管理其轄區(qū)內的監(jiān)控資源并進行存儲。省市公司都可以對錄像資源進行查詢、下載，省級監(jiān)控中心統(tǒng)一管理所有的視頻資源和錄像文件。這樣的存儲系統(tǒng)，以分布式存儲作為基礎，同時在省級監(jiān)控中心設置網(wǎng)絡存儲服務器。短期的數(shù)據(jù)臨時存放在變電站端和地市監(jiān)控中心的網(wǎng)絡存儲服務器內，長期重要數(shù)據(jù)比如事故錄像或反事故演習資料等上傳到省級監(jiān)控中心的網(wǎng)絡存儲服務器中。重要監(jiān)控點位的視頻資料不僅存儲在基層監(jiān)控中心的網(wǎng)絡存儲服務器，也實時傳輸?shù)绞〖壉O(jiān)控中心的網(wǎng)絡存儲服務器中作為備份。

3.1.4 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)海量存儲解決方案

目前省級變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用混合型存儲的模式，在變電站端通過硬盤錄像機進行錄像存儲，變電站一般采用移動視頻偵測錄像或采取24 h自動覆蓋錄像。在地市監(jiān)控中心通過采用IP-SAN方式進行存儲，遇到發(fā)生設備故障、反事故演習或其他安全事件，將所運行維護的110 kV，220 kV，500 kV變電站的相關視頻存儲到地市監(jiān)控中心。在地市監(jiān)控中心制定備份計劃，采用定時自動備份的方式，將超過30天的文件資料備份到市監(jiān)控中心存儲服務器相對應的目錄中，并定期進行維護。在省級監(jiān)控中心也采用IP-SAN方式進行存儲，如遇到應急演練、重要變電站設備故障或其他安全事件，將省公司所屬的重要220 kV變電站、500 kV變電站的視頻錄像保存到省公司。省監(jiān)控中心可以隨時調用地市監(jiān)控中心存儲的重要視頻資料。系統(tǒng)結構如圖1所示。

在進行視頻監(jiān)控的存儲系統(tǒng)設計時，首先要對系統(tǒng)中攝像頭數(shù)量、采集視頻的格式和碼率、視頻服務器的數(shù)量等參數(shù)進行統(tǒng)計和分析，計算出系統(tǒng)中存儲的總帶寬壓力和存儲容量要求，設計存儲系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構，然后再根據(jù)可選用的存儲設備型號及價格成本，最終選定存儲設備的型號。

對于存儲系統(tǒng)容量，按照標準每路視頻都若采用D1格式和定碼流方式。D1格式流量為2 Mbit/s。單路和100路視頻實際占用帶寬分別為

1×2 Mbit/s÷（8 bit/byte）=0.25 Mbyte/s

100×2 Mbit/s÷（8 bit/byte）=25 Mbyte/s

單路視頻每天存儲容量為

（2 Mbit/s×3 600 s）÷（8 bit/byte）×24=21 Gbyte

單路視頻每月存儲容量為

（2 Mbit/s×3 600 s）÷（8 bit/byte）×24×30=633 Gbyte

100路視頻每月存儲容量為

100×（2 Mbit/s×3 600 s）÷（8 bit/byte）×24×30=62 Tbyte

對于高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，按照標準每路視頻都若采用720p格式和定碼流方式。720p格式流量為6 Mbit/s。單路和100路視頻實際占用帶寬分別為

1×6 Mbit/s÷（8 bit/byte）=0.75 Mbyte/s

100×6 Mbit/s÷（8 bit/byte）=75 Mbyte/s

單路視頻每天存儲容量為

（6 Mbit/s×3 600 s）÷（8 bit/byte）×24=63 Gbyte

單路視頻每月存儲容量為

（6 Mbit/s×3 600 s）÷（8 bit/byte）×24×30=1 898 Gbyte

100路視頻每月存儲容量為

100×（6 Mbit/s×3 600 s）÷（8 bit/byte）×24×30=189 800 Gbyte=185 Tbyte

4 小結

隨著變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的推進和電網(wǎng)全景預警系統(tǒng)的建立，視頻監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)的新特點為：1）監(jiān)控規(guī)模和范圍越來越大；2）視頻存儲周期變長；3）監(jiān)控視頻清晰度越來越高；4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)不再只提供簡單的安防功能，已和其他電力生產(chǎn)輔助系統(tǒng)相結合，應用范圍不斷擴大。視頻存儲與應用在電力系統(tǒng)中的作用越來越重要。視頻監(jiān)控的存儲系統(tǒng)隨著存儲技術的發(fā)展而不斷進步，在構建存儲體系時應綜合考慮成本、用戶需求、系統(tǒng)性能等因素。網(wǎng)絡化、智能化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，視頻存儲應能適應目前的發(fā)展趨勢，提供基于網(wǎng)絡的智能化存儲、檢索和回放。同時，由于無線系統(tǒng)大多構建在Internet的基礎上，而變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)是建立在電力內網(wǎng)上的，如何實現(xiàn)內、外網(wǎng)視頻信息的合理利用也是一個重要課題。

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