EPON技术在城市监控报警联网系统中的应用

    摘要：文章主要介绍了城市视频监控的网络特点、EPON技术原理、设备形态、技术特点，以及其在平安工程城市监控报警联网系统中的应用前景。

    关键词：EPON，视频监控，组播

    1 前言

    随着经济发展和社会进步，人与人之间的聚会交流活动逐渐增多；繁忙的车站、机场、交通路口、收费站点，大型聚会、展览、演出、商场购物等公共场所活动越来越多，已成为人民生活的重要组成部分。

    公共场合活动的增多一方面说明人民生活水平的提高，另一方面也给刑事罪犯、恐怖分子制造了可乘之机，给城市治安管理带来了巨大的压力。视频监控系统可以缓解公安、交通等执法部门的现场管理压力，为关键、敏感场所提供实时视频监控和录像的功能，通过实时监控可以及时发现或阻止危险、违法、犯罪事件的发生，同时为公安、司法办案提供事后取证的重要依据，能够大大降低警务人员的人力需求，提高管理效率。

    视频监控系统中分布于各地的摄像头采集的数据需要汇总和交换，以便查看、分析和汇总，这些信息交换能否顺利实现取决于联网技术的现状。

    根据技术特点划分视频监控系统中网络技术基本属于接入网及城域网范筹。

    当前通讯领域接入网技术发展的终极目标是FTTH(宽带到户)，而FTTH最佳形式是PON(无源光网络)技术。EPON(以太无源光网络)是当前几种最佳的技术和网络结构的结合, 从技术指标、性价比、发展前景几个方面来看都是最合适的宽带接入技术。

    后续将对EPON技术和设备在城市监控网络中的应用进行详细阐述。

    2 城市监控报警网络技术特点

    公安部制定的《城市监控报警联网系统 网络路由选择与相应基础设施技术要求》草案中明确了以下二点要求：

    2.1 功能结构

    联网系统应是能覆盖整个城市的多功能、综合性网络系统，承载的主要是监控实时视频图像、报警和存储等业务。从系统构成的主体类型上可分成监控资源、传输网络、监控中心和用户终端四个组成部分。传输网络在组网功能结构上可分为监控资源接入网络、用户终端接入网络、监控中心互连网络三部分。

    在各接入网络部分，根据接入规模大小、地理位置的分布，可以采用一级或多级级连方式。监控中心互连网络可以采用树型、环形、网状等多种拓扑方式。

    2.2 组网原则

    A) 基于业务可扩展性和技术先进型、成熟性原则，建议主体传送技术采用IP方式。

    B) 联网系统网络应实现组播功能，有关组播功能具体参见行业相关标准。

    2.3 监控网络技术特点

    考虑实际情况与以上两点要求，监控网络的监控中心的互联属于城域网，而用户终端接入网络则与接入网技术类似。城域的互联除视音频组播功能外与一般企事业城域网类似。视频监控接入网有其独特之处：

    1、 对上行的带宽要求高，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；这样可基本排除xDSL技术；

    2、 地域分布广，在一个城区内10KM左右范围内广泛分布；

    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；这样用以太网交换机或光端机串联或星型级连成本很高，维护将会非常困难；

    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(如媒体报道北京海淀区在2006年内建成4万个视频摄像头、辽宁抚顺市公安局监控项目一期建设近700个摄像头)；这种情况下用传统的视频距阵切换监控点几乎不可能，通过IP组播技术解决实时查看，通过IP存储解决历史数据查看已成为必经之路；

    5、 与IP应用紧密结合，由于存在着多个监控中心同时实时查看一个点的视频情况，一般会用IP组播技术解决; 要求网络对IP组播有很好的承载性能。

    6、 多重应用，鉴于视频监控网络建设成本高，有关部门也提出把视频监控网络同时建设成公众信息发布平台的构想，即在监控点同时设立大型视频广告牌，一方面增加监控终端及摄像头的隐蔽性，另一方面也通过该网络增加收入，这样就可以加快监控网络的建设，也使城市监控网络的建设成为一个可持续发展的事业。

    综上所述，终端接入网络是城市监控报警联网系统建设的难点，也是该系统成败的关键；实际部署中接入网络占整个网络建设成本的50%，维护费用的70%。

    3 EPON技术&设备简介

    3.1 EPON技术原理

    IEEE 802.3ah协议中详细定义了EPON的工作模型，包括MPCP(多点控制协议)、OAM（操作、管理和维护）功能。

    一个典型的EPON系统由OLT(光线路终端)、ONU(光网络单元)、POS(分光器)组成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房（CO，Central Office），ONU（Optical Network Unit）放在网络接口单元（NIU：Network Interface Unit）附近或与其合为一体。POS（Passive Optical Splitter）是无源光纤分支器，是一个连接各光纤的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据，型号一般有1:2(50%：50%，95%：5%等)，1:4、1：8、1:16、1:32。EPON中使用单芯光纤，在一根芯上转送上下行两个波（上行波长：1310nm，下行波长：1490nm，另外还可以在这个光纤下行叠加1550nm的波长，来传递电视信号）。

    OLT到ONU间的距离最大可达20km，传送速率为双向对称1Gbps，最大分光比一般支持1:32或者更高，可以一级分光也可以多个分光器级连。

    EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。目前，IP／Ethernet应用占到整个局域网通信的95％以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。10 Gbit／s以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。

    在物理层，EPON使用1000BASE的以太PHY，同时在PON的传输机制上，通过新增加的MAC控制命令来控制和优化各ONU与OLT之间突发性数据通信和实时的TDM通信，在协议的第二层、EPON采用成熟的全双工以太网技术，使用TDM，由于ONU在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，不需CDMA/CD，从而充分利用带宽。另外，EPON在MAC层通过802.1p优先级功能来提供QoS。

    3.2 EPON设备形态

    1. EPON网络系统架构

    EPON网络中OLT设备往往是多个逻辑OLT的集合，可选加上交换芯片，集成交换机或路由器的功能，与核心网络的接口称为SNI(系统网络接口)。ONU设备一般为单个逻辑ONU设备，提供UNI(用户网络接口)，SNI、UNI口可以为以太口(数据)、POTS口(语音)、RF(视频)接口，可选和交换机、路由器、其它特定功能的网络终端集成。

    2. 华为3COM公司EPON设备简介

    华为3COM OLT设备集成了S7500三层交换机功能，逻辑OLT个数可在4~44之间按需配置，支持最大分光比1:32；ONU设备有单个GE UNI的ET300，也有和二层交换机集成的ET204、S3100C系列，全系列EPON设备SNI和UNI只支持以太网接口。可以认为H3C EPON设备是一个分布式的以太网交换机。

    除以上设备外，H3C还提供多种型号的分光器，成熟的网络管理软件Quidview及与之配套的交换机、路由器、IP 存储、语音、视频监控应用等连网设备。可以很好的满足城市视频监控的需求。

    3.3 EPON设备技术特点

    1、 经济节约：节省大量光纤和光收发器，较传统方案建网成本更低;虽然光纤的采购成本很低，但是布置工程费仍然较高，该特点也是EPON设备一推出即获得广泛应用的首要因素。

    2、 可靠性高：EPON ODN(光网络)全部是分光器及光纤，主要成分是玻璃，使用寿命长；没有有源设备，也就避免了停电、雷击、过流过压损坏等有源设备的常见故障，网络可靠性高，显著降低维护费用；

    3、 长距离：可提供0.5~20KM的远距离高带宽接入，基本覆盖中等规模城区的范围；

    4、 高带宽：每个ONU的带宽可在2M~1Gbps间动态调整；每个ONU平均上行带宽在30M左右，即一个OLT端口中(主干光纤可带240路视频码流)；目前速率为10G的下一代EPON设备已有样机出现，标准正制订中。

    5、 组网灵活：组网模型不受限制，通过不同分光器的组合可以灵活组建链型、树型、星型网络。

    6、 应用广泛：不仅仅是运营商宽带接入，也可作为广电视频广播的传输网络，视频监控的图像传输系统，甚至是政府的基层单位接入。这些正符合相关部门建设城市综合信息平台的需求。

    4 EPON在IP视频监控方案中的组网应用

    综合本文二三两节，当前EPON设备是城市IP视频监控网络终端接入网的最佳选择。下面是EPON在城市监控网络中的几种典型应用：

    4.1 派出所街道小区视频监控解决方案

    4.2 应急联动资源整合视频监控解决方案

    4.3 高等级公路视频监控解决方案

    4.4 大型厂区/住宅小区网络视频监控解决方案

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