EPON技术在视频监控系统中的应用

摘要： 文章论述了视频监控系统的特点，分析了视频监控系统对传输接入技术的要求。同时对EPON系统组成、EPON技术特点进行分析，从EPON承载视频监控系统的工程实践中，总结了EPON应用于视频监控系统的优势。

Abstract： This article discusses the features of video surveillance systems and analyzes the requirements of video surveillance systems transmission access technology. While this article discusses composition of EPON and characteristics of EPON technology. From engineering practice of EPON hosted video monitoring and control system， summs up the advantages of EPON applied in the video surveillance system.

关键词： 视频监控系统；EPON；应用

Key words： Video monitoring system；EPON；application

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）10-0185-03

0 引言

随着经济发展和社会进步，人们公共聚会越来越多，同时危害公共安全的破坏案件也给和谐社会带来严峻的挑战。视频监控系统可以提供实时视频监控和录像的功能，为事后取证提供重要依据。视频监控系统的发展迅猛为建设“和谐城市”提供了有效手段。视频监控系统中分布于各地的图像采集点采集的数据需要实时传输到服务器，以便查看、分析和汇总，数据传输接入网络是城市监控报警联网系统建设的难点，数据传输方案的重要作用日益凸显，能提供高带宽接入的EPON已成为其大规模商用依赖的重要技术。

1 视频监控系统特点

①上行传输实时图像，对带宽要求高，视频监控数据主要从监控点往监控中心传送，单路上行带宽在500K～6Mbps甚至更高。

②图像采集点分散，地域分布广，在一定范围内广泛分布。

③链形或树形组网，如沿主干道路每一公里左右路口或公共场所设几个接入点。

④接入点多，整个监控系统接入点少则几百个点，多则几万个接入点。

2 EPON技术特点

PON（Passive Optical Network：无源光纤网络），是一种基于P2MP拓扑的技术，所谓无源是指光配线网ODN中不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器Splitter等无源器件组成，不需要有源电子设备。以太网与PON的结合，便产生了以太网无源光网络EPON。EPON 技术在保留传统以太网体系结构基础上定义了一种新的应用于PON系统的物理层规范、一种新的MAC多点控制层协议（MPCP），以实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入、提供了一种专门的运行管理和维护（OAM）机制，实现对链路监控、远端环回，并可以进行扩展以实现业务层管理功能。它同时具备了以太网和PON的优点，成为光接入网领域中的热门技术。EPON技术采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。

①可靠性高。EPON是分光器及光纤，使用寿命长；没有有源设备，避免了停电、雷击、过流过压损坏等故障，网络可靠性高，降低维护成本。

②成本便宜。随着EPON在网上的大量应用，成本下降迅速，成本优势逐渐体现。EPON系统芯片、光纤光缆价格下降较快。EPON结构在传输中无需外接电源，容易铺设，基本不用维护，能够节约运营成本和管理维护成本。

③EPON性价比较高。EPON速率可达到1.25Gbit/s的上下行相等的高带宽，最大速率可达IOGb/s，传输距离最远可达20km，非常适合城域网的覆盖；基本覆盖中等规模城区的范围。

④高带宽：1000Mbps对称传输速率，可以轻松满足视频监控业务的承载要求；每个ONU的带宽可在2M-1Gbps间动态调整；每个ONU一个OLT端口中平均上行带宽在30M左右；完全满足IPTV要求。

⑤组网灵活：最高光分路比为1：64，采用树形网络结构，通过不同分光器的组合组建点到多点用户网络拓扑结构，通过合理的网络规划设计，可以最大限度节约光纤资源，很好地解决图像采集点分散问题。

3 EPON系统的组成

EPON系统由网络侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成（见图1），下行方向（OLT到ONU）采用广播的方式，OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU。在上行方向（ONU到OLT）采用TDMA多址接入方式，ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。

各部分作用如下：

①光线路终端OLT设备向网络侧提供数据、视频和电话等业务接口，并经ODN与ONU通信。

②光网络单元ONU设备位于用户侧，为用户提供数据、视频和电话等业务接口。

③光分配网络ODN为OLT与ONU之间提供光传输通道，其主要功能是完成光信号功率的分配。光分配网络为点到多点结构，按照其连接方式不同主要可分为星型、树型、总线型和环型结构。ODN的组成分为光纤光缆、无源光分路器（POS）、光连接器、光衰减器、ODF、光缆交接箱、分支接头盒、分纤盒、用户智能终端盒等。

4 EPON传输原理

EPON系统采用WDM（波分复用）技术，使得不同的方向使用不同波长的光信号，实现单纤双向传输（图2）。

为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：

①下行数据流采用广播技术，实现天然组播。

②上行数据流采用TDMA技术，灵活区分不同的ONU数据。

4.1 PON下行数据

广播方式：OLT连续广播发送，ONU选择性接收。在ONU注册成功后分配一个唯一的识别码LLI（DLogical LinkIdentifier逻辑链路地址）。ONU接收数据时，仅接收符合自己识别码的帧或广播帧。

4.2 PON上行数据

TDMA方式：上行通过TDMA（时分复用）的方式传输数据。任何一个时刻只能有一个ONU发送上行信号。各个ONU发送的上行数据流通过光分路器耦合进共用光纤，以TDM方式复合成一个连续的数据流。每个ONU由一个TDM控制器，它与OLT的定时信息一起控制上行数据包的发送时刻，避免复合时数据发生碰撞和冲突。

5 EPON技术在视频监控方案中组网方式

图5是EPON用于“平安城市”接入的组网示意图。

某市整体方案，根据某市建网需求，结合现有的EPON系统设备，为某市提出解决方案，分局派出所等机房放置OLT设备，OLT提供接口接入到上层的宽带城域网；ODN网络可以实现多级分光，考虑在光功率衰耗在允许范围内的情况下，根据街道情况，灵活选择分光器和多级组网方案，提高PON口利用率和节省光缆资源。ONU放置于用户终端盒内。各公安分局管辖范围内的监控点分布范围较广，需要通过租用通信网络的光纤线路进行组网，该部分网络分为三层结构：如图6。

第一层是各城区公安分局、县公安局的监控汇聚中心。分局监控中心已对所有监控图像均采用局域网传输方式，为此网络机房到公安分局监控中心采用以太网透传技术将监控点的视频图像进行汇聚。

第二层为网络末端接入机房到指定汇聚机房的传输汇聚层。端到端采用IP以太网的专用传输通道进行汇聚，网络汇聚机房到第一层的公安局监控中心采用高速电路进行汇聚上传。

第三层为为各相关视频监控点到就近网络接入局的接入层。各相关接入点末端采用配套的ONU设备提供10/100M的以太网接口，视频监控接入点到就近的网络接入机房要求提供专用的光纤线路进行视频上传，接入点至局端采用光纤线路。

EPON方案通过光纤到街道，向下ONU与前端编码器相连，向上OLT通过核心交换机相连。在端局侧，将OLT部署于前端机房，实现该前端机房下多个街道共享同1套OLT，PON口通过主干光缆连接至分光器，分光后的配线光缆铺设到街道摄像头附近。通过对投资、运维等各方面的综合分析，EPON的建设模式可以充分利用网络的光纤资源。

6 EPON承载“平安城市”ODN组网关键要素

6.1 EPON局端设备OLT放置在端局；EPON用户端设备ONU放置在视频收集点；局端设备上联一般采用N×GE，通过光纤连接到“平安城市”中心平台。

6.2 光分路器Splitter放置在距离ONU比较靠近的地方，对节约光纤资源有明显的效果；如果必要的话，可以采用两级分光的方式。

6.3 EPON网管设置在城域网网管中心，可以对全部的EPON设备实现统一的管理监控。

在组网过程中，分路器设置是重点。合理的分路器设置可以节约大量的光纤资源，具体原则如下：

①有16个以上的较为集中的视频信息采集点，则采用一级分光的方式，在该区域寻找一台室外交接箱，在交接箱内部设置1：32分路器；具体如图7所示。

②视频信息采集点在8～16个之间，采用一级分光的方式，在该区域的室外交接箱内布置一台1：16的分光器；若考虑投资成本或者主干光纤资源不足，在两个相对较近的区域，可以采用1：2+1：16的二级组网模式，分路器位置的选择应放在尽量接近两个区域的中间位置。一级分光和二级分光应灵活选择，首选一级分光。具体如图8所示。

③视频信息采集点较少（

EPON技术承载视频监控系统解决了城市监控点覆盖广泛、密集复杂，更好地利用已有光纤资源。通过对EPON技术研究与实际网络建设工程经验，EPON技术必将是视频监控网络终端接入网的发展趋势。

参考文献：

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