和平縣EPON視頻監(jiān)控應(yīng)用方案

一、方案背景

        隨著技術(shù)的發(fā)展和需求的多樣化，視頻監(jiān)控呈現(xiàn)出高清化、遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)傳輸IP化的發(fā)展態(tài)勢(shì)。采用光纖接入網(wǎng)構(gòu)建視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)是視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。EPON作為當(dāng)前應(yīng)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(hù)、成本低、節(jié)約光纖資源等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在視頻監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡(luò)中獲得成功應(yīng)用，如電信“全球眼”網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、交通監(jiān)控、“平安城市”等項(xiàng)目。

EPON解決方案著眼于為視頻監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡(luò)提供完整的設(shè)備解決方案，可滿足從初期建設(shè)到大規(guī)模建設(shè)，從ONU通過以太網(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(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)分析如下：

1、對(duì)上行的帶寬要求高，視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)主要從監(jiān)控點(diǎn)往監(jiān)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(qū)內(nèi)10KM左右范圍內(nèi)廣泛分布；

3、鏈形或樹形組網(wǎng)，如企業(yè)內(nèi)的各個(gè)樓層、路口、電梯等或道路交通監(jiān)控等區(qū)域監(jiān)控，都要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)組網(wǎng)種類。  

4、接入點(diǎn)多，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)接入點(diǎn)少則幾百個(gè)點(diǎn)，多則幾萬個(gè)接入點(diǎn)。 

5、與IP應(yīng)用緊密結(jié)合，由于存在著多個(gè)監(jiān)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(duì)IP組播有很好的承載性能。

        通過上面的特點(diǎn)分析我們不難發(fā)現(xiàn)，終端接入網(wǎng)絡(luò)是“平安城市”視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的難點(diǎn)，也是該系統(tǒng)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(shè)成本的50%，維護(hù)費(fèi)用的70%。

        要解決終端接入的問題要遵循用戶接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的方向；當(dāng)前通訊領(lǐng)域接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的終極目標(biāo)是FTTH(寬帶到戶)，而業(yè)界一直認(rèn)為FTTH最佳形式是PON(無源光網(wǎng)絡(luò))技術(shù)。EPON(以太無源光網(wǎng)絡(luò))是當(dāng)前幾種最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合, 從技術(shù)指標(biāo)、性價(jià)比、發(fā)展前景幾個(gè)方面來看都是最合適應(yīng)用于的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)技術(shù)。下面就詳細(xì)介紹一下EPON技術(shù)的原理及在視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)中的應(yīng)用：

二、EPON系統(tǒng)介紹

        EPON（以太無源光網(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(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，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?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)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(kuò)展性強(qiáng)，靈活快速的服務(wù)重組；與現(xiàn)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(tǒng)由OLT(光線路終端)、ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)、POS(分光器)組成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心機(jī)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）是無源光纖分路器，是一個(gè)連接各光纖的無源設(shè)備，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)，型號(hào)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(zhuǎn)送上下行兩個(gè)波（上行波長(zhǎng)：1310nm，下行波長(zhǎng)：1490nm，另外還可以在這個(gè)光纖下行疊加1550nm的波長(zhǎng)，來傳遞視頻信號(hào)）。OLT到ONU間的距離最大可達(dá)20km，傳送速率為雙向?qū)ΨQ1Gbps，最大分光比一般支持1:32或者更高，可以一級(jí)分光也可以多個(gè)分光器級(jí)連。

        EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。目前，IP／Ethernet應(yīng)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(jì)而高效的結(jié)構(gòu)，從而成為連接接入網(wǎng)最終用戶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(xiàn)也將使EPON成為未來全光網(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(jī)制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各ONU與OLT之間突發(fā)性數(shù)據(jù)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(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，因此沒有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON在MAC層通過802.1p優(yōu)先級(jí)功能來提供QoS。以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）其典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型和樹型。EPON系統(tǒng)由局側(cè)的光線路終端 （OLT）、用戶側(cè)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(tǒng)。在下行方向（OLT到ONU），OLT發(fā)送的信號(hào)通過ODN到達(dá)各個(gè)ONU。在上行方向（ONU到OLT），ONU發(fā)送的信號(hào)只會(huì)到達(dá)OLT，而不會(huì)到達(dá)其他ONU。為了避免數(shù)據(jù)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(duì)各ONU的數(shù)據(jù)發(fā)送進(jìn)行仲裁。ODN在OLT和ONU間提供光通道。

EPON系統(tǒng)參考結(jié)構(gòu)

如圖 1所示：

三、和平縣“平安城市”視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

該視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端視頻采集器、傳輸系統(tǒng)、終端控制器和顯示記錄設(shè)備組成。本次主要通過一體智能攝像機(jī)采集圖像信息，一路通過矩陣控制主機(jī)對(duì)前端攝像機(jī)進(jìn)行操作控制，通過矩陣主機(jī)同時(shí)控制電視墻畫面切換。一路通過磁盤陣列存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。和平縣“平安城市”視頻監(jiān)控系統(tǒng)

TOP如下圖2所示：

2.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

系統(tǒng)主要由前端設(shè)備、EPON網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和視頻監(jiān)控中心組成。

前端設(shè)備包括攝像機(jī)。云臺(tái)攝像機(jī)用于采集各監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)視頻信號(hào)，可以由控制中心的計(jì)算機(jī)控制，用戶可對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行水平360度，垂直90度及變焦控制。前端攝像機(jī)通過網(wǎng)線連接到EPON網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上，編碼壓縮處理后的監(jiān)控信息通過EPON通訊網(wǎng)絡(luò)匯集到監(jiān)控管理中心，監(jiān)控中心能看到各監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀況，監(jiān)控人員可通過監(jiān)控中心局域網(wǎng)或Internet遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)瀏覽視頻圖像、遙控云臺(tái)攝像機(jī)。

        EPON網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)通訊網(wǎng)絡(luò)，覆蓋面廣，采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，可覆蓋大范圍用戶；組網(wǎng)靈活，可根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)的布置來設(shè)計(jì)不同的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)；可拓展性強(qiáng)，EPON具有預(yù)留鏈路或接口，后期若需要可增加監(jiān)控點(diǎn)，只需在前端布放短距離光纜，而后端無需增加任何硬件配置；同時(shí)提供高帶寬和高可靠性，將來自前端攝像設(shè)備的數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，同時(shí)也將來自監(jiān)控中心的控制命令下達(dá)至前端攝像設(shè)備。

        視頻監(jiān)視控制中心設(shè)在辦公大樓控制室，主要由視頻解碼器、磁盤陣列存儲(chǔ)器、網(wǎng)管服務(wù)器、數(shù)字矩陣等組成。監(jiān)控管理中心負(fù)責(zé)接收各監(jiān)控點(diǎn)通過EPON網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的視頻信息，控制中心可以通過液晶顯示大屏顯示各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)的圖像信息，并進(jìn)行控制信號(hào)的協(xié)調(diào)，視頻數(shù)據(jù)可同時(shí)存入存儲(chǔ)服務(wù)器，進(jìn)行錄像的存儲(chǔ)、檢索、回放、備份、恢復(fù)等。監(jiān)控人員可以通過計(jì)算機(jī)訪問存儲(chǔ)服務(wù)器查詢回放視頻錄像。采用矩陣控制器，通過計(jì)算機(jī)控制可實(shí)現(xiàn)視頻切換、云臺(tái)攝像機(jī)鏡頭的光圈、焦距、變倍，云臺(tái)的上、下、左、右、自動(dòng)或輔助控制遠(yuǎn)端的電源、攝像機(jī)開關(guān)等各種動(dòng)作。視頻監(jiān)控信息采用EPON網(wǎng)絡(luò)傳送，傳遞速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至中心控制室進(jìn)行計(jì)算分析、整理和記錄，既方便又簡(jiǎn)捷。并可確保系統(tǒng)在各種惡劣天氣情況下，都能正常運(yùn)行，滿足系統(tǒng)各種信號(hào)相互傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

四、EPON在該視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

1、降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本：節(jié)省大量光纖收發(fā)器等設(shè)備。較傳統(tǒng)方案建網(wǎng)成本更低。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，距離遠(yuǎn)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(hào)至視頻服務(wù)器，而使用EPON技術(shù)后一個(gè)ONU可通過網(wǎng)線連接百米范圍內(nèi)多個(gè)攝像機(jī)，將每個(gè)攝像機(jī)的圖像信息通過光纜傳送至局端的視頻監(jiān)控中心。設(shè)備數(shù)量將大大減少。線纜數(shù)量也隨方案的變化減少許多。

2、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)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(zhǎng)；沒有有源設(shè)備，也就避免了停電、雷擊、過流過壓損壞等有源設(shè)備的常見故障，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，顯著降低維護(hù)費(fèi)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(yùn)程視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣闊：可提供0.5~20KM的遠(yuǎn)距離視頻信號(hào)接入，基本覆蓋中等規(guī)模城區(qū)的范圍；絕大多數(shù)攝像機(jī)可直接通過光網(wǎng)絡(luò)將圖像信息傳送至局方的視頻監(jiān)控平臺(tái)。

4、傳輸帶寬大：每個(gè)ONU的帶寬可在2M~1Gbps間動(dòng)態(tài)調(diào)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，通過不同分光器的組合可以靈活組建鏈型、樹型、星型網(wǎng)絡(luò)。可根據(jù)攝像機(jī)的不同地理位置，以及客戶的不同需求，調(diào)整組網(wǎng)方式，以滿足網(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(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單。無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供拓?fù)涔芾怼⒐收瞎芾?、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(yùn)營(yíng)成本)。

7、系統(tǒng)擴(kuò)容簡(jiǎn)單。EPON在一定程度上對(duì)所使用的傳輸體制是透明的，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量需要時(shí)，傳輸側(cè)擴(kuò)容操作方便。

        在“光進(jìn)銅退”的今天，EPON技術(shù)的廣泛應(yīng)用顯得尤為重要。采用EPON技術(shù)的運(yùn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)合理的解決視頻監(jiān)控點(diǎn)密集復(fù)雜，光纖資源緊張等問題，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可比擬的優(yōu)越性，為運(yùn)營(yíng)商遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了最佳的網(wǎng)絡(luò)解決方案。