和平縣EPON視頻監控應用方案

一、方案背景

        隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展和需求的多樣化，視頻監控呈現出高清化、遠程化、網(wǎng)絡(luò )傳輸IP化的發(fā)展態(tài)勢。采用光纖接入網(wǎng)構建視頻傳輸網(wǎng)絡(luò )是視頻監控行業(yè)發(fā)展的大勢所趨。EPON作為當前應用最為廣泛的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，以其全光化、高帶寬、可管理、可維護、成本低、節約光纖資源等優(yōu)勢已經(jīng)在視頻監控傳輸網(wǎng)絡(luò )中獲得成功應用，如電信“全球眼”網(wǎng)絡(luò )監控、交通監控、“平安城市”等項目。

EPON解決方案著(zhù)眼于為視頻監控傳輸網(wǎng)絡(luò )提供完整的設備解決方案，可滿(mǎn)足從初期建設到大規模建設，從ONU通過(guò)以太網(wǎng)接入IP攝像頭到攝像頭集成ONU的實(shí)施方案演進(jìn)需求。

“平安城市視”頻監控系統特點(diǎn)分析如下：

1、對上行的帶寬要求高，視頻監控數據主要從監控點(diǎn)往監控中心傳送，單 路上行帶寬在500K~6Mbps甚至更高；這樣可基本排除xDSL技術(shù)；

2、地域分布廣，在一個(gè)城區內10KM左右范圍內廣泛分布；

3、鏈形或樹(shù)形組網(wǎng)，如企業(yè)內的各個(gè)樓層、路口、電梯等或道路交通監控等區域監控，都要根據現場(chǎng)情況設計組網(wǎng)種類(lèi)。  

4、接入點(diǎn)多，整個(gè)監控系統接入點(diǎn)少則幾百個(gè)點(diǎn)，多則幾萬(wàn)個(gè)接入點(diǎn)。 

5、與IP應用緊密結合，由于存在著(zhù)多個(gè)監控中心同時(shí)實(shí)時(shí)查看一個(gè)點(diǎn)的視頻情況，一般會(huì )用IP組播技術(shù)解決；要求網(wǎng)絡(luò )對IP組播有很好的承載性能。

        通過(guò)上面的特點(diǎn)分析我們不難發(fā)現，終端接入網(wǎng)絡(luò )是“平安城市”視頻監控系統建設的難點(diǎn)，也是該系統成敗的關(guān)鍵；實(shí)際部署中接入網(wǎng)絡(luò )占整個(gè)網(wǎng)絡(luò )建設成本的50%，維護費用的70%。

        要解決終端接入的問(wèn)題要遵循用戶(hù)接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的方向；當前通訊領(lǐng)域接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的終極目標是FTTH(寬帶到戶(hù))，而業(yè)界一直認為FTTH最佳形式是PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò ))技術(shù)。EPON(以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò ))是當前幾種最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )結構的結合, 從技術(shù)指標、性?xún)r(jià)比、發(fā)展前景幾個(gè)方面來(lái)看都是最合適應用于的遠程視頻監控業(yè)務(wù)技術(shù)。下面就詳細介紹一下EPON技術(shù)的原理及在視頻監控業(yè)務(wù)中的應用：

二、EPON系統介紹

        EPON（以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )）是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結構、無(wú)源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。它在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓撲結構實(shí)現了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本；高帶寬；擴展性強，靈活快速的服務(wù)重組；與現有以太網(wǎng)的兼容性；方便的管理等等。

        一個(gè)典型的EPON系統由OLT(光線(xiàn)路終端)、ONU(光網(wǎng)絡(luò )單元)、POS(分光器)組成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心機房（CO，Central Office），ONU（Optical Network Unit）放在網(wǎng)絡(luò )接口單元（NIU：Network Interface Unit）附近或與其合為一體。POS（Passive Optical Splitter）是無(wú)源光纖分路器，是一個(gè)連接各光纖的無(wú)源設備，它的功能是分發(fā)下行數據并集中上行數據，型號一般有1:2(50%：50%，95%：5%等)，1:4、1：8、1:16、1:32。EPON中使用單芯光纖，在一根芯上轉送上下行兩個(gè)波（上行波長(cháng)：1310nm，下行波長(cháng)：1490nm，另外還可以在這個(gè)光纖下行疊加1550nm的波長(cháng)，來(lái)傳遞視頻信號）。OLT到ONU間的距離最大可達20km，傳送速率為雙向對稱(chēng)1Gbps，最大分光比一般支持1:32或者更高，可以一級分光也可以多個(gè)分光器級連。

        EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)結構，無(wú)源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。目前，IP／Ethernet應用占到整個(gè)局域網(wǎng)通信的95％以上，EPON由于使用上述經(jīng)濟而高效的結構，從而成為連接接入網(wǎng)最終用戶(hù)的一種最有效的通信方法。10 Gbit／s以太主干和城域環(huán)的出現也將使EPON成為未來(lái)全光網(wǎng)中最佳的最后一公里的解決方案。

        在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時(shí)在PON的傳輸機制上，通過(guò)新增加的MAC控制命令來(lái)控制和優(yōu)化各ONU與OLT之間突發(fā)性數據通信和實(shí)時(shí)的TDM通信，在協(xié)議的第二層、EPON采用成熟的全雙工以太網(wǎng)技術(shù)，使用TDM，由于ONU在自己的時(shí)隙內發(fā)送數據報，因此沒(méi)有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON在MAC層通過(guò)802.1p優(yōu)先級功能來(lái)提供QoS。以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )（EPON）其典型拓撲結構為星型和樹(shù)型。EPON系統由局側的光線(xiàn)路終端 （OLT）、用戶(hù)側的光網(wǎng)絡(luò )單元（ONU）和光分配網(wǎng)絡(luò )（ODN）組成，為單纖雙向系統。在下行方向（OLT到ONU），OLT發(fā)送的信號通過(guò)ODN到達各個(gè)ONU。在上行方向（ONU到OLT），ONU發(fā)送的信號只會(huì )到達OLT，而不會(huì )到達其他ONU。為了避免數據沖突并提高網(wǎng)絡(luò )利用效率，上行方向采用 TDMA多址接入方式并對各ONU的數據發(fā)送進(jìn)行仲裁。ODN在OLT和ONU間提供光通道。

EPON系統參考結構

如圖 1所示：

三、和平縣“平安城市”視頻監控系統

1.系統結構 

該視頻監控系統主要由前端視頻采集器、傳輸系統、終端控制器和顯示記錄設備組成。本次主要通過(guò)一體智能攝像機采集圖像信息，一路通過(guò)矩陣控制主機對前端攝像機進(jìn)行操作控制，通過(guò)矩陣主機同時(shí)控制電視墻畫(huà)面切換。一路通過(guò)磁盤(pán)陣列存儲器存儲。和平縣“平安城市”視頻監控系統

TOP如下圖2所示：

2.系統實(shí)現功能

系統主要由前端設備、EPON網(wǎng)絡(luò )系統和視頻監控中心組成。

前端設備包括攝像機。云臺攝像機用于采集各監控點(diǎn)實(shí)時(shí)視頻信號，可以由控制中心的計算機控制，用戶(hù)可對攝像機進(jìn)行水平360度，垂直90度及變焦控制。前端攝像機通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接到EPON網(wǎng)絡(luò )系統上，編碼壓縮處理后的監控信息通過(guò)EPON通訊網(wǎng)絡(luò )匯集到監控管理中心，監控中心能看到各監控點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀況，監控人員可通過(guò)監控中心局域網(wǎng)或Internet遠程實(shí)時(shí)瀏覽視頻圖像、遙控云臺攝像機。

        EPON網(wǎng)絡(luò )充當通訊網(wǎng)絡(luò )，覆蓋面廣，采用點(diǎn)對多點(diǎn)的結構，可覆蓋大范圍用戶(hù)；組網(wǎng)靈活，可根據監控點(diǎn)的布置來(lái)設計不同的組網(wǎng)結構；可拓展性強，EPON具有預留鏈路或接口，后期若需要可增加監控點(diǎn)，只需在前端布放短距離光纜，而后端無(wú)需增加任何硬件配置；同時(shí)提供高帶寬和高可靠性，將來(lái)自前端攝像設備的數據透明傳輸到監控中心，同時(shí)也將來(lái)自監控中心的控制命令下達至前端攝像設備。

        視頻監視控制中心設在辦公大樓控制室，主要由視頻解碼器、磁盤(pán)陣列存儲器、網(wǎng)管服務(wù)器、數字矩陣等組成。監控管理中心負責接收各監控點(diǎn)通過(guò)EPON網(wǎng)絡(luò )傳輸過(guò)來(lái)的視頻信息，控制中心可以通過(guò)液晶顯示大屏顯示各現場(chǎng)監控點(diǎn)的圖像信息，并進(jìn)行控制信號的協(xié)調，視頻數據可同時(shí)存入存儲服務(wù)器，進(jìn)行錄像的存儲、檢索、回放、備份、恢復等。監控人員可以通過(guò)計算機訪(fǎng)問(wèn)存儲服務(wù)器查詢(xún)回放視頻錄像。采用矩陣控制器，通過(guò)計算機控制可實(shí)現視頻切換、云臺攝像機鏡頭的光圈、焦距、變倍，云臺的上、下、左、右、自動(dòng)或輔助控制遠端的電源、攝像機開(kāi)關(guān)等各種動(dòng)作。視頻監控信息采用EPON網(wǎng)絡(luò )傳送，傳遞速度快，系統結構簡(jiǎn)單。觀(guān)測數據傳輸至中心控制室進(jìn)行計算分析、整理和記錄，既方便又簡(jiǎn)捷。并可確保系統在各種惡劣天氣情況下，都能正常運行，滿(mǎn)足系統各種信號相互傳輸的準確性。

四、EPON在該視頻監控系統應用的優(yōu)勢

1、降低網(wǎng)絡(luò )建設成本：節省大量光纖收發(fā)器等設備。較傳統方案建網(wǎng)成本更低。傳統的視頻監控系統，距離遠的采用光纖收發(fā)器+光纜+光纖收發(fā)器的形式傳送視頻信號至視頻服務(wù)器，而使用EPON技術(shù)后一個(gè)ONU可通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接百米范圍內多個(gè)攝像機，將每個(gè)攝像機的圖像信息通過(guò)光纜傳送至局端的視頻監控中心。設備數量將大大減少。線(xiàn)纜數量也隨方案的變化減少許多。

2、整個(gè)網(wǎng)絡(luò )穩定性大大提高：EPON ODN(光網(wǎng)絡(luò ))全部是分光器及光纖，主要成分是玻璃，使用壽命長(cháng)；沒(méi)有有源設備，也就避免了停電、雷擊、過(guò)流過(guò)壓損壞等有源設備的常見(jiàn)故障，網(wǎng)絡(luò )可靠性高，顯著(zhù)降低維護費用。EPON技術(shù)的引入，會(huì )使該點(diǎn)的故障頻率大大降低。

3、運程視頻監控網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍廣闊：可提供0.5~20KM的遠距離視頻信號接入，基本覆蓋中等規模城區的范圍；絕大多數攝像機可直接通過(guò)光網(wǎng)絡(luò )將圖像信息傳送至局方的視頻監控平臺。

4、傳輸帶寬大：每個(gè)ONU的帶寬可在2M~1Gbps間動(dòng)態(tài)調整；每個(gè)ONU平均上行帶寬在30M左右。

5、組網(wǎng)靈活：組網(wǎng)模型不受限制，通過(guò)不同分光器的組合可以靈活組建鏈型、樹(shù)型、星型網(wǎng)絡(luò )?？筛鶕z像機的不同地理位置，以及客戶(hù)的不同需求，調整組網(wǎng)方式，以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )資源的合理化配置。

6、EPON的綜合網(wǎng)管支持業(yè)務(wù)使遠程視頻監控系統維護簡(jiǎn)單。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )系統提供拓撲管理、故障管理、性能管理、安全管理、配置管理等功能，大大降低了OPEX (Operating Expense即運營(yíng)成本)。

7、系統擴容簡(jiǎn)單。EPON在一定程度上對所使用的傳輸體制是透明的，監控點(diǎn)數量需要時(shí)，傳輸側擴容操作方便。

        在“光進(jìn)銅退”的今天，EPON技術(shù)的廣泛應用顯得尤為重要。采用EPON技術(shù)的運程視頻監控系統合理的解決視頻監控點(diǎn)密集復雜，光纖資源緊張等問(wèn)題，在組網(wǎng)形態(tài)、光纖資源、視頻質(zhì)量、可靠性等諸多方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，為運營(yíng)商遠程視頻監控業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了最佳的網(wǎng)絡(luò )解決方案。