基于EPON接入的園區網視頻監控設計

毛乾任，王朝斌

(西華師范大學 a.計算機學院;b.網絡中心，四川 南充 637000)

引言

在視頻監控系統建設中，接入網絡是整個監控系統實際部署的關鍵，建設成本和維護成本都占很大的比重。傳統視頻監控系統的前端接入部分節點較多，設備多為有源設備，故障率較高。在視頻監控系統中引入基于EPON的接入網技術，滿足視頻監控業務海量監控點接入、IP網絡化、高清視頻的建設要求。目前對于EPON接入網的應用研究主要涉及大城域網寬帶接入業務上，實現如 HIS、IPTV、VOIP等多種業務融合。

在園區網數字化建設中的傳送網層面，EPON可承載整個園區監控業務，實現智慧園區視頻監控IP化和全光接入。通過對三種典型場景的園區監控網絡進行可行性設計，本文實現了EPON技術在園區網視頻監控系統中的工程應用，提出了具體的視頻監控系統接入及管理方案。

1 園區視頻監控需求分析

1.1 EPON接入優勢

EPON無源光網絡是指從CO(端局)到用戶側的傳輸設備都不需要電源，這極大地減少了網絡建設和維護的成本。另外，對于EPON網絡物理層，要求較寬松，僅需要一條骨干光纖，若干分光器即可，減少了布線，也節約了大量的光纖。這些無源設備無須額外供電，節省了網絡建設和維護的資源。同時通過對EPON系統中的OLT和ONU進行VLAN、QoS配置，可實現視頻監控的業務控制和安全保證。相比其他PON技術，GPON接入主要應用于多業務和跨城域的傳輸要求，技術復雜、成本高。對于園區網視頻監控運用EPON接入，不僅能滿足園區視頻業務的高速率要求，最關鍵的是在產品成熟度和價格方面相比GPON而言更具有優勢。

1.2 視頻監控系統EPON接入需求分析

EPON系統由局端設備 OLT(光線路終端)、ONU(用戶端設備光網絡單元)、ODN(光分配網絡)組成［1］。ONU設備形態按照業務接口類型和數量的不同，可分為MDU/MTU(多住戶單元/多租戶單元)、SFU/SBU(單個家庭用戶單元/單個商業用戶單元)等類型。考慮園區網視頻監控在 FTTx網絡下的組網模式和業務需求，ONU設備選擇MDU。MDU下連監控終端設備如IP攝像頭、一體化智能球機等。

EPON接入下，局端到用戶端網絡即ODN是整個系統建設的重心，在可行性設計和工程實施中要考慮到不同應用場景中樓宇的分布情況和網絡平滑擴展能力以及建設成本和業務運維標準化和集成化。ODN關鍵部件的規劃及視頻監控業務運維主要針對三種典型應用場景:獨立樓棟區、多層建筑區、主干道路及園區邊界。

EPON網絡的覆蓋能力，在1∶32的分光比下最遠覆蓋可達10 km;在1∶16分光比下，理論上將覆蓋范圍是20 km，這充分保證了園區的覆蓋范圍［1］。ODN中OLT布放位置有匯聚CO端、遠端CO端、室外機柜［2］。三種OLT布放方式需考慮覆蓋范圍、管理能力、容量、成本問題。分光器的布放考慮終端密度、網絡結構和建設成本等方面，MDU下連的監控設備的布放主要考慮具體的應用場景結構。

視頻監控業務要求每路標清監控業務帶寬為4～10 Mbit/s，每路高清監控業務帶寬需求 10 ～ 20 Mbit/s［3］。EPON上、下行帶寬1.25 Gbit/s，并由下行速率確定所帶用戶數。在實際應用中，可利用帶寬1.25 Gbit/s*80%=1000 Mbit/s。若下行MDU要求100 Mbit/s，那么下行1000 Mbit/s能接10臺MDU。但在實際工程應用中，需考慮收斂比，對終端用戶數成倍增加。如收斂比1∶2的情況下，可帶20臺MDU，所以這時采用分光比為1∶16的分光器。

2 園區監控組網方案

2.1 組網設計

基于FTTx接入的園區監控方案主要有三種:FTTH(光纖到戶)、FTTCurb(光纖到路邊)、FTTB(光纖到樓)。FTTH布置對室內的監控點，FTTCurb布置對室外公共區域如園區內主干道路監控或園區周界、園區進出口大門等區域的監控點，FTTB布置對園區室內公共區域如所有建筑樓宇及樓層進出口的監控點。

場景1:對于園區內的單獨多層樓棟和中低層樓宇集中小區采用FTTB布置監控網絡。組網時，采用一級分光器，分光比1:16。分光器集中放置在樓棟機房或豎井內機柜。如果沒有樓棟機房則將一級分光器放置在光纜交接箱中。一級分光器從小區機房或戶外光纜交接箱的ODF引出配線光纜到樓棟每層或每幾層的光纖樓道接入箱里的MDU，根據實際情況，每一層布放一個MDU或考慮每幾層布放一個MDU。如一棟樓每層需要布放2個監控點位，總共16層，則可以考慮在第1、4、8、12層的弱電井里安裝 MDU。FTTB監控布置如圖1所示。

圖1 FTTB布置監控網絡

場景2:對于成片的單層建筑和別墅區，除視頻監控外，還可收斂一個樓棟的擴展業務，對于光纖到樓棟每一個房間的特殊監控點位，在實際工程建設中，按照FTTH組網布置監控點。如果離中心機房近，則將一級分光器布放在CO端局，如果片區離中心機房遠，則在戶外光纜交接箱內布設一級分光器進行一次1∶32或者1∶16分光，分光器出口跳接到ODF光纖配線架。ODF下連光纜接頭盒內完成向每一個室內或每一個單獨樓宇的節點配線，每節點用1芯。通過室內外通用的皮線光纜入戶引入到室內弱電箱內的MDU。MDU采用智能終端箱/盒及壁掛式安裝或者采用和光纖信息面板(插座)及桌面式安裝。FTTH監控布置如圖2所示。

圖2 FTTH布置監控網絡

場景3:對于主干道路及園區邊界區，屬于接入點較為分散且線路改造代價小的區域，二級分光點很難合理經濟的安置，故采用集中分光方式及采用FTTCurb監控布置方案，在區域集中區室外機柜布放安置一級分光器，實現分光比1∶32或1∶16。分光器直接下連室外一體化MDU，MDU的安裝采用掛墻或者抱桿的方式與監控點攝像頭相連。這樣的部署，網絡適應性強，網絡結構簡單、費用低。FTTCurb監控布置如圖3所示。

圖3 FTTCurb布置監控網絡

2.2 光分配網絡ODN規劃

2.2.1 OLT 選型

OLT上行組網采用的是多邊緣組網方式，即當OLT設備匯聚用戶較少、上聯端口最大流量小于1 Gbps時，OLT通過匯聚交換機上聯網關設備 BRAS和 SR［4］。OLT的設備選擇可考慮華為MA5680T系列等高端多業務路由交換機，通過內插EPON接口板實現OLT光線路終端最后一公里光纖接入的功能。

2.2.2 MDU 選型

MA5621A/MA5621系列的MDU支持最大光模塊覆蓋距離60 km，可以運用在FTTB/FTTH的MDU設備選擇上，該MDU支持6 kV防雷，耐55℃高溫，即插即用，支持POE供電和反向POE供電、可批量離線預部署。同時，MA5621A支持4個FE口，MA5621支持4個GE/FE口。理論上，一個下行采用1∶16分光比的PON接口在不考慮收斂比的情況下可接入64臺終端攝像頭，如果在MDU接入端考慮收斂比，終端攝像頭接入的數量可以成倍的增加。FTTCurb的MDU可以選型室外一體化MDU-MA5669，支持POE功能，通過以太網線向終端供電，具備很好的防腐蝕、防雷、防水和防塵能力。安裝方式可抱桿、掛墻等。

2.2.3 光纜選擇

對于主干光纜，以G.652D/管道光纜標準的單模光纖為主，主干光纜宜盡量采用環形結構，配線光纜可布放G.652D/層絞式/帶狀光纜為主。主干光纜需預留不少于15%的公用纖(含2芯測試纖)作為基站和專線接入等使用［5］。公用纖芯數取12的倍數，并預留20%左右的備用纖芯。下聯配線光纜數量和容量的選擇應綜合考慮用戶終期容量需求。入戶線纜中使用小彎曲半徑的G.657A/皮線光纖。盡量利用已有的入戶暗管敷設入戶線纜，對無暗管入戶或入戶暗管不可利用的公寓式住宅樓，可通過垂直PVC管和水平波紋管敷設入戶線纜［6］。

工程結束后，只要保證所有的MDU接受側的光功率在-8 dBm～-24 dBm之間，那么EPON光路就是合格的。

3 MDU部署及管理方案

3.1 MDU離線部署方案在園區監控中的應用

大型園區網絡存在監控點位分群、監控業務分級的情況。為提供差異化監控業務，要求MDU快速布放和統一管理。在園區網視頻監控系統中應用華為N2000 BMS網管系統實現MDU批量離線預部署。該系統實現Client/Server結構，支持多客戶端操作。服務器運行在Solaris/Windows2000 Sever平臺上，并可用PC代替工作站對MDU設備進行管理。MDU上電后即插即用，減少了用戶到CO局點進行軟調的次數。并且當MDU上線后，OLT會自動下發配置數據，聯動開啟網管通道，快速完成 MDU 業務配置［7］。

MDU布放過程:硬件人員按照站點進行施工并反饋MAC;軟調人員按照管理IP進行預配置，最后根據上報MAC(硬件安裝人員上報或系統自動發現)綁定具體MDU;最后系統自動下發預配置數據［7］。綁定成功后，網管系統會自動下發預配置數據。基于MDU的運維方案如圖4所示。

圖4 基于MDU的運維方案

具體MDU布放步驟包括:

(1)網管維護人員進行數據規劃，導入MDU預部署表單和配置腳本表單，內容包括MDU的IP地址、所屬OLT、所屬的PON口、MDU管理地址、管理VLAN、業務VLAN等。

(2)硬件安裝人員現場安裝MDU并上電，MDU自動發現后，反饋MAC地址與實際局點信息，在N2000 BMS上將IP地址與自動發現的MDU的MAC地址進行綁定。

(3)MDU根據MAC向OLT注冊，注冊完成后，管理IP自動下發到MDU，并打開網管通道［8］。

(4)網管系統檢測到MDU上線后，開始任務調度，將之前預部署的業務數據自動下發到MDU［8］。

3.2 數據規劃

在運用網管系統對MDU預部署前，需提供一個詳細的數據規劃。如:一棟建筑共8層，需要安裝2臺MDU，設計在每4層安裝一臺MDU，按表1模板規劃好MDU是掛接在哪一個OLT的哪一個PON口，以及MDU的管理地址，管理VLAN，業務VLAN。

表1 FTTx數據規劃表－部分數據

FTTx數據規劃表在網管系統下生成EPON MDU預部署配置表單，預部署的MDU上線之后，網管先telnet登錄MDU，然后根據制作腳本配置表單里的路徑，調用并執行業務數據腳本文件里的命令行。

業務批量數據腳本文件有兩種，分別對于OLT和MDU，并且只有添加OLT上的業務流后，MDU的業務數據才能下發到MDU上。

3.3 故障處理

由于MDU支持即插即用，所以出現MDU故障時，到站替換MDU，錄入驗證碼，MDU的版本和配置數據就能自動快速恢復。PON口故障時，將業務遷移到另一個PON口，首先手工跳纖，在BMS網管上一鍵數據遷移。

4 結束語

采用EPON技術的視頻監控系統，解決了視頻監控點密集復雜的問題，在園區網視頻監控業務系統的組網方式、光纖資源、視頻質量、可靠性等方面提供了最佳的網絡解決方案。在EPON承載的園區網視頻監控系統中靈活部署MDU網管系統，提供整個系統網絡的拓撲管理、配置和故障管理、安全及性能管理等功能，提高了維護能力。EPON接入的園區網除收斂HIS、IPTV、VOIP等業務外，在安防建設中，還可以實現其他如視頻智能分析、視頻診斷、安防聯動等業務擴展。

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