基于PON技術的視頻監控系統組網探討

【摘要】簡要介紹視頻監控系統的各種組網模式，并介紹PON技術特點；結合PON技術的工程應用，較詳細地分析PON技術在視頻監控領域的應用場景；闡述組網模式并提出未來組網的建設建議。

【關鍵詞】視頻監控；PON；應用場景；建設方案

【中圖分類號】TN929.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0143-02

1、概述

1.1 PON技術提出的背景

隨著現代城市朝多職能化發展，城市布局日趨復雜，地面監控點有上百、數百個甚至上千個，要保證職能部門能在第一時間掌握實時、清晰高品質的視頻圖像，就凸現出光纖資源的緊張。而且，在城市功能日趨強大和復雜的今天，重新敷設光纜不僅成本非常昂貴，各方的協調更是困難重重。鑒于此，該如何解決上述問題呢？

其實，在電信運營商的FTTH（光纖到戶）的建設中也遇到了同樣的問題。為了解決這一問題，充分發揮光纖的帶寬優勢、解決光纖資源緊張、提高網絡的健壯性，電信運營商選擇了PON（無源光網絡）技術。

1.2 PON技術特點

PON（Passive Optical Network）即無源光網絡。一個無源光網絡包括一個安裝于中心控制站的光線路終端（OLT），以及一批配套的安裝于用戶場所的光網絡單元（ONU）。在OLT與ONU之間的光配線網（ODN）包含了光纖以及無源分光器或者耦合器。

無源光網絡從中心到駐地網之間不存在任何有源器件，取而代之的是將無源光器件插入到網絡中，并在整個路徑上通過分離光波長的功率來引導傳輸的流量。這種替換使得用戶不再需要向傳輸環路中的有源器件供能和保養，大大節約了用戶的成本。無源的分光器和耦合器只起到傳遞和限制光的作用，不需要供電和信息處理，而且具有不受限制的平均故障間隔時間（MTBF），可以全面降低維護成本。

PON技術的優點主要體現在以下幾個方面：

1.光纖接入網是最能適應未來發展的解決方案，特別是PON技術已被證明是當前綜合寬帶接入中非常經濟有效的方式。

2.由于采用PON技術，整個光分配網是無源的，無源光網絡的體積小且設備簡單。與銅纜網相比，PON可減少維護運行費用，并徹底避免了電磁干擾和雷電干擾。

3.PON的無源ONU（光網絡單元）無需供電，不僅免除了供電的一系列問題，而且可靠『生優于有源設備。

4.由于使用的是無源器件，共享光纖傳輸介質，整個光網絡的投資費用較。

5.PON在一定程度上對所使用的傳輸體制是透明的，升級起來比較容易。

PON技術已經成為業界公認的實現光纖到戶（FTTH）的首選方案。PON技術采用點到多點拓撲結構，下行和上行分別通過TDM和TDMA方式傳輸數據。目前電信行業主要推廣的是EPON，即以太網封裝到PON，實現光纖寬帶入戶。

2、基于P0tl技術的應用場景

基于無源光網絡PON技術的視頻監控系統主要應用在平安城市，公安交通指揮，高速公路地鐵及大型公共建筑的高清監控系統。

基于PON技術的視頻監控系統組網方案及分布場景如上圖所示，本建設方案可適用于室外，室內及其他監控場景，接入方便，傳輸系統可擴展性強。隨著城市監控、交通監控等一系列遠程視頻監控組網需求的大量出現，視頻監控（全球眼）、視頻通信（新視通）等對上行帶寬要求較高的業務已經成為運營商的一種收益較高的新型業務。

視頻監控業務對上行帶寬需求較大，一般超過3Mbit/s，終端設備數量大并且在一個區域內呈分散分布，對接入網絡的擴展性要求高。此外，由于此類業務主要用于公共安全防護和行業應用，客戶對QoS的要求較高，但對成本不很敏感。

采用PON技術承載視頻監控業務的回傳數據，攝像頭通過FE接口直接連接至ONU，可充分利用PON系統上行高帶寬的特性，與視頻光端機點到點的傳輸方式相比，可節約大量主干光纖資源。

PON傳輸技術在平安城市及視頻監控領域的應用組網方式如下圖所示，各前端點位獨立設置ONU，采用VLAN隔離，為每個前端點位分配固定的IP地址，信號經過分光器，最終匯聚到OLT上，由OLT對前端大量ONU的統一管理和遠程維護，OLT上行連接至監控中心平臺交換機，實現對視頻信號的提取和控制。

PON技術主要運用場景如下圖所示，不同場景的需求可通過配置不同的ONU來實現，最終通過OLT統一管理，極大簡化設備配置，便于業務快速開通及后期維護。

經過以上分析對比，PON接入符合視頻監控高帶寬，高質量和高穩定的海量信息接入場景，是一種更先進的技術選擇。相對于交換機方案和wifi接入方案，無源網絡可靠性更高，系統擴展性更強，覆蓋范圍更廣，并且隨著光線物理網的建設，PON方式建設成本將逐步降低，有利于推進視頻監控業務的發展。

4、視頻監控網絡的建設策略

系統組成：系統由光網絡單元（ONU）、光線路終端（OLT）和無源光纖網絡組成。無源光分配網絡（ODN）由光纖和分光器組成，可以是無環的任意拓撲結構，便于網絡擴容，能有效降低建設成本及運維成本。

單個系統包含1臺OLT和最多8臺ONU。每個ONU能接入1路視頻信號，同時提供1個總線型前端控制數據通道、1個音頻通道和1個開關量通道。OLT接收全部ONU的信號并集中輸出。

根據需要還可以提供多路視頻接入的ONU，這時單個系統可接入的ONU個數會減少，而是以接入的視頻信號總數不超過8路為限。多路視頻信號接入的ONU可以通過軟件設置實際的視頻信號接入數量，輔助信號數量也同時調整，總線通道不受影響。

組網靈活：系統通過分光器和光纖組成多對一的無源光網絡（PON），可以根據前端的分布情況組成鏈形、星形和樹形網絡。按設計和試驗驗證，8個前端ONU可以支持在20kin半徑范圍內的任意組網（非環形）。

擴容方便：可在系統中的干線光纖或支線光纖上的任意一點插入新的ONU，或者在系統中的干線光纖或支線光纖上的任意一點插入無源分路器后，分出若干段光纖后插入新的ONU。也支持在原ONU的后端再延長出一段光纖插入新的ONU。

可靠性高：系統所有設備都通過PON連接，PON由無源元件組成，不易受損，特性穩定。

系統不論采用哪種網絡形式，實際上還是接收端與各前端點到點的直接傳輸，因此前端故障不會對網絡造成影響。前端故障可包括前端掉電和設備故障，甚至還可以包括前端設備不穩定。實際上，VPON完全與點對點光端機組成的監控傳輸網具有相同的可靠性。

可指派輸出：可根據需要將特定ONU接入的信號設置到OLT端指定端口輸出。即可以實現一個完整PON系統內的視頻交換功能。

統一網管：系統遵循統一管理，除可實現系統內各機盤性能和告警參數的采集上報，還能夠對系統中前端ONU的工作時隙進行切換，并能夠對前端ONU進行啟動、暫停和注銷等操作。網管盤采用SNMP網管盤。

平臺兼容性強：同一平臺上的OLT可以與不同功能組合的ONU互通。目前已開發了PON-1.25G/2.5G平臺，平臺上可以支持各種不同型號的ONU產品，分別支持1路正向視頻、1路反向視頻、1路半雙工數據、1路雙向音頻、1路正向開關量、1路以太網等功能的組合。各種型號的ONU均可與此平臺的OLT完全互通，不影響ONU功能的發揮。

5、結束語

以往平安城市視頻監控系統的承載網絡以傳統的點對點系統為主，因此網絡建設成本尤其是光纜網建設成本非常高。當前，各電信運營商已全面開展以PON技術為主的光纖網絡建設，采用PON技術建設平安城市的承載網絡，是一種技術創新和行業信息化應用的實踐。本文主要通過分析視頻監控技術的演進，研究模擬與數字承載網絡技術的發展，分析比較各種承載網技術的優劣，闡述采用以PON技術為基礎的城市光網，在平安城市中承載應用具備的優勢。同時，提出PON承載視頻監控系統需關注的運維和技術問題并且探討其解決方案。