和平縣EPON視頻監(jiān)控應用方案

一、方案背景

        隨著技術的發(fā)展和需求的多樣化，視頻監(jiān)控呈現(xiàn)出高清化、遠程化、網(wǎng)絡傳輸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)絡是視頻監(jiān)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，以其全光化、高帶寬、可管理、可維護、成本低、節(jié)約光纖資源等優(yōu)勢已經(jīng)在視頻監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡中獲得成功應用，如電信“全球眼”網(wǎng)絡監(jiān)控、交通監(jiān)控、“平安城市”等項目。

EPON解決方案著眼于為視頻監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡提供完整的設備解決方案，可滿足從初期建設到大規(guī)模建設，從ONU通過以太網(wǎng)接入IP攝像頭到攝像頭集成ONU的實施方案演進需求。

“平安城市視”頻監(jiān)控系統(tǒng)特點分析如下：

1、對上行的帶寬要求高，視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)主要從監(jiān)控點往監(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；

2、地域分布廣，在一個城區(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)場情況設計組網(wǎng)種類。  

4、接入點多，整個監(jiān)控系統(tǒng)接入點少則幾百個點，多則幾萬個接入點。 

5、與IP應用緊密結合，由于存在著多個監(jiān)控中心同時實時查看一個點的視頻情況，一般會用IP組播技術解決；要求網(wǎng)絡對IP組播有很好的承載性能。

        通過上面的特點分析我們不難發(fā)現(xiàn)，終端接入網(wǎng)絡是“平安城市”視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設的難點，也是該系統(tǒng)成敗的關鍵；實際部署中接入網(wǎng)絡占整個網(wǎng)絡建設成本的50%，維護費用的70%。

        要解決終端接入的問題要遵循用戶接入網(wǎng)技術發(fā)展的方向；當前通訊領域接入網(wǎng)技術發(fā)展的終極目標是FTTH(寬帶到戶)，而業(yè)界一直認為FTTH最佳形式是PON(無源光網(wǎng)絡)技術。EPON(以太無源光網(wǎng)絡)是當前幾種最佳的技術和網(wǎng)絡結構的結合, 從技術指標、性價比、發(fā)展前景幾個方面來看都是最合適應用于的遠程視頻監(jiān)控業(yè)務技術。下面就詳細介紹一下EPON技術的原理及在視頻監(jiān)控業(yè)務中的應用：

二、EPON系統(tǒng)介紹

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

        一個典型的EPON系統(tǒng)由OLT(光線路終端)、ONU(光網(wǎng)絡單元)、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，是一個連接各光纖的無源設備，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)送上下行兩個波（上行波長：1310nm，下行波長：1490nm，另外還可以在這個光纖下行疊加1550nm的波長，來傳遞視頻信號）。OLT到ONU間的距離最大可達20km，傳送速率為雙向?qū)ΨQ1Gbps，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分光器級連。

        EPON采用點到多點結構，無源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務。目前，IP／Ethernet應用占到整個局域網(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，同時在PON的傳輸機制上，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)通信和實時的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，使用TDM，由于ONU在自己的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報，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)先級功能來提供QoS。以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡（EPON）其典型拓撲結構為星型和樹型。EPON系統(tǒng)由局側的光線路終端 （OLT）、用戶側的光網(wǎng)絡單元（ONU）和光分配網(wǎng)絡（ODN）組成，為單纖雙向系統(tǒng)。在下行方向（OLT到ONU），OLT發(fā)送的信號通過ODN到達各個ONU。在上行方向（ONU到OLT），ONU發(fā)送的信號只會到達OLT，而不會到達其他ONU。為了避免數(shù)據(jù)沖突并提高網(wǎng)絡利用效率，上行方向采用 TDMA多址接入方式并對各ONU的數(shù)據(jù)發(fā)送進行仲裁。ODN在OLT和ONU間提供光通道。

EPON系統(tǒng)參考結構

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)結構 

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備組成。本次主要通過一體智能攝像機采集圖像信息，一路通過矩陣控制主機對前端攝像機進行操作控制，通過矩陣主機同時控制電視墻畫面切換。一路通過磁盤陣列存儲器存儲。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)實現(xiàn)功能

系統(tǒng)主要由前端設備、EPON網(wǎng)絡系統(tǒng)和視頻監(jiān)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(jiān)控點實時視頻信號，可以由控制中心的計算機控制，用戶可對攝像機進行水平360度，垂直90度及變焦控制。前端攝像機通過網(wǎng)線連接到EPON網(wǎng)絡系統(tǒng)上，編碼壓縮處理后的監(jiān)控信息通過EPON通訊網(wǎng)絡匯集到監(jiān)控管理中心，監(jiān)控中心能看到各監(jiān)控點的實時狀況，監(jiān)控人員可通過監(jiān)控中心局域網(wǎng)或Internet遠程實時瀏覽視頻圖像、遙控云臺攝像機。

        EPON網(wǎng)絡充當通訊網(wǎng)絡，覆蓋面廣，采用點對多點的結構，可覆蓋大范圍用戶；組網(wǎng)靈活，可根據(jù)監(jiān)控點的布置來設計不同的組網(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(jiān)控點，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；同時提供高帶寬和高可靠性，將來自前端攝像設備的數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，同時也將來自監(jiān)控中心的控制命令下達至前端攝像設備。

        視頻監(jiān)視控制中心設在辦公大樓控制室，主要由視頻解碼器、磁盤陣列存儲器、網(wǎng)管服務器、數(shù)字矩陣等組成。監(jiān)控管理中心負責接收各監(jiān)控點通過EPON網(wǎng)絡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)場監(jiān)控點的圖像信息，并進行控制信號的協(xié)調(diào)，視頻數(shù)據(jù)可同時存入存儲服務器，進行錄像的存儲、檢索、回放、備份、恢復等。監(jiān)控人員可以通過計算機訪問存儲服務器查詢回放視頻錄像。采用矩陣控制器，通過計算機控制可實現(xiàn)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、自動或輔助控制遠端的電源、攝像機開關等各種動作。視頻監(jiān)控信息采用EPON網(wǎng)絡傳送，傳遞速度快，系統(tǒng)結構簡單。觀測數(shù)據(jù)傳輸至中心控制室進行計算分析、整理和記錄，既方便又簡捷。并可確保系統(tǒng)在各種惡劣天氣情況下，都能正常運行，滿足系統(tǒng)各種信號相互傳輸?shù)臏蚀_性。

四、EPON在該視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用的優(yōu)勢

1、降低網(wǎng)絡建設成本：節(jié)省大量光纖收發(fā)器等設備。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器，而使用EPON技術后一個ONU可通過網(wǎng)線連接百米范圍內(nèi)多個攝像機，將每個攝像機的圖像信息通過光纜傳送至局端的視頻監(jiān)控中心。設備數(shù)量將大大減少。線纜數(shù)量也隨方案的變化減少許多。

2、整個網(wǎng)絡穩(wěn)定性大大提高：EPON ODN(光網(wǎng)絡)全部是分光器及光纖，主要成分是玻璃，使用壽命長；沒有有源設備，也就避免了停電、雷擊、過流過壓損壞等有源設備的常見故障，網(wǎng)絡可靠性高，顯著降低維護費用。EPON技術的引入，會使該點的故障頻率大大降低。

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

4、傳輸帶寬大：每個ONU的帶寬可在2M~1Gbps間動態(tài)調(diào)整；每個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?？筛鶕?jù)攝像機的不同地理位置，以及客戶的不同需求，調(diào)整組網(wǎng)方式，以滿足網(wǎng)絡資源的合理化配置。

6、EPON的綜合網(wǎng)管支持業(yè)務使遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)維護簡單。無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)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即運營成本)。

7、系統(tǒng)擴容簡單。EPON在一定程度上對所使用的傳輸體制是透明的，監(jiān)控點數(shù)量需要時，傳輸側擴容操作方便。

        在“光進銅退”的今天，EPON技術的廣泛應用顯得尤為重要。采用EPON技術的運程視頻監(jiān)控系統(tǒng)合理的解決視頻監(jiān)控點密集復雜，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，為運營商遠程視頻監(jiān)控業(yè)務的發(fā)展提供了最佳的網(wǎng)絡解決方案。