EPON在視頻監控傳輸中的應用

龍武昌

【摘要】 傳統的數字視頻監控采用以太網傳輸，網絡節點多，且中間節電需要供電，不便維護。本文探討PON技術用于視頻監控系統的傳輸，其網絡結構簡單、障礙量少。測試結果表明，PON傳輸網絡視頻監控，16路完全高清攝像機匯聚到OLT上的速率可達87M，網絡速度提高了36%，維護故障減少50%。

【關鍵詞】 網絡攝像機 視頻監控 PON技術

引言

隨著視頻圖象采集、壓縮數字化和一體化的發展，原來普通分辨率的視頻監控因不能滿足當前高清圖像的需求而已逐步退出使用。在高清視頻攝像機應用場景廣泛化的今天，IP網絡化視頻監控技術將成為主流，其對視頻監控傳輸網絡提出了高帶寬需求。因PON技術的成熟與其先天優勢，由IP網絡承載大量的攝像機采集到的信息逐漸成為PON技術的數據傳輸應用之一。

一、EPON技術與工作原理

1.1 EPON工作原理

EPON是一種基于P2MP拓撲結構的物理層上網絡技術，系統采用WDM技術，實現單纖雙向傳輸，使用2種復用技術：

1、下行數據流采用廣播技術，工作波為1480～1500nm，通過ODN中的1：N無源光分路器下發到網絡上的所有ONU，每個ONU注冊成功后分配唯一的LLID；

2、上行數據流采用TDMA技術，工作波為1260～1360nm，來源于各個ONU的數據互不影響地通過ODN中的1：N無源光分路器集中到同一根上行光纖傳輸至OLT，OLT接收數據前對比LLID注冊表，識別不同ONU上傳的數據。

1.2 PON系統組成

PON系統結構主要由中心機房的光線路終端OLT、包含無源光器件的光分配網ODN和用戶端的光網絡單元ONU/光網絡終端ONT組成，其網絡拓撲一般采用點到多點的樹型結構。PON網絡的主要優點在于避免在室外使用有源通信設備，所有的數據發送與接收在ODN兩端的OLT與ONU處理，ODN只負責數據的傳輸。

二、PON傳輸視頻監控系統的應用

2.1 PON傳輸視頻監控的組網結構

使用PON技術的視頻監控系統由IP網絡攝像機、MDU、ODN、OLT，單路解碼器和視頻存儲服務器 （網絡硬盤錄像機）、C/S瀏覽顯示器組成。網絡攝像機作為前端設備，采集并壓縮視頻圖像信息，MDU把視頻數據接入到PON網絡，ODN（由光纖與光分路器構成的光分配網）負責網絡傳輸，OLT完成視頻數據匯聚至解碼器，最后存儲在網絡硬盤錄像機的硬盤里，依據硬盤容量的大小，存儲時間為10天～1個月。

2.2 視頻監控對PON網絡的要求

視頻圖像的存儲和傳輸量大，耗用的存儲空間大，占用的網絡帶寬高。以當前常用的1080P網絡攝像機為例，圖象的最高分辨率1920*1080像素，一路監控視頻1天錄像24小時占用的存儲容量需要43.2G，碼流為4Mbps，在網絡傳輸中占用4M帶寬，與其他辦公應用通信網絡相比，視頻監控系統對網絡的傳輸提出了更高要求。

PON技術具有高帶寬、組網靈活和易于維護等特點，能很好地適應這些要求。

2.2.1 保證圖像連續顯示，占用帶寬高

分辨率1080P網絡攝像機的碼流為4Mbps，采集、壓縮視頻信息后，占用4M帶寬，分辨率720P網絡攝像機的碼流為2Mbps，采集、壓縮視頻信息后，占用2M帶寬，要保證視頻圖象的連續流暢顯示，就需要確保相應帶寬網絡傳輸環境。

2.2.2 保證圖像實時顯示，傳輸質量高

在我國通信業標準傳輸視頻監控業務的承載網性能高于1級，提供端到端的QoS保障，且要求低時延、低丟包率。要保證視頻圖象的實時顯示，就需要確保相應網絡交換機的背板交換容量環境。

2.2.3 接入場景多樣化

由于監控的點位多而廣，往往分散在不同的區域，需要大量網絡攝像機采集、壓縮海量的視頻圖像信息，再接入到網絡中傳輸與匯聚。需求分布不均勻導致安裝于不同位置的攝像機和網絡覆蓋的布點分散，網絡結構次重不一。

2.2.4 攝像機遠端 供電需求

工程實施中遇到的室外攝像機供電困難，可通過5類線中備用的2對雙絞線進行POE供電，能夠解決安裝于室外空曠處攝像機取電難題。

2.3視頻監控對PON技術的選用

通過以上3種技術接入方式的對比，EPON的應用能夠滿足視頻監控的網絡攝像機海量數據、大帶寬、高質量接入需求，選用PON技術是最佳接入選擇。

三、 PON 傳輸視頻監控系統實施

上海暢順達物流公司總部在九江路，物流倉庫與業務辦公樓在浦東機場附近的金聞路，要求對儲貨庫區做到全方位、無盲區、24小時實時視頻監控；選用1080P鏡頭槍機攝像機覆蓋重要點位；選用720P與1080P鏡頭的槍機與球機混合攝像，覆蓋辦公區域，安裝于裝潢吊頂之中。1080P 攝像機67臺，720P 攝像機34臺。視頻監控與辦公網絡共用機房設置在辦公樓2層，通過上海電信VPN接入至九江路總部。為了快速、合理地實施該系統，按照以下步驟進行。

3.1 系統數據規劃

劃分VLAN可以用來隔離來源于不同的IP攝象機。在視頻監控系統中的單個IP網絡攝像機的上行業務碼流可達4Mbps，因此要用單層VLAN劃分以提高系統穩定性。為了使解碼器與硬盤錄像機識別哪個網絡攝像機傳上來的數據，不僅僅通過VLAN，每個攝像機都要配置固定IP地址，采用192.168.2～254網段分配至每臺攝像機上的數據端口。

3.2 數據配置批量實施

依據網絡系統的數據規劃，將MDU批量離線配置的管理，視頻監控單獨的網絡管理，特定的多臺MDU組合，批量預配置，通過Excel表單工具依次倒入軟調數據至MDU中，解決了MDU的安裝、數據配置、調測及其后期的竣工驗收等需要進入MDU的安裝點的次數多、逐臺調試、時間長效率低等的問題，

3.3 PON網絡系統的安裝

OLT設備采用華為MA5608T作為匯聚交換機，監控設備采用大華的單路解碼器和7個*16路的網絡視頻存儲服務器安裝在機房。接入區域安裝華為MA5626-16作為網絡終端設備，接入各網絡攝像機采集與壓縮的圖像數據，通過布放8根單模光纜及4只1：8光分路器構成ODN網絡，聯結MDU與OLT之間的數據傳輸。

倉庫與辦公大樓各層區域相應點位安裝了101臺720P或1080P攝像機，高清網絡IP攝像機編號為倉庫攝像機A01-A67，辦公區攝像機B01-B34。

3.4 系統測試與故障修復

3.4.1測試驗證

進行系統測試，從無信號顯示的攝像機群開始，在MDU與OLT之間測試視頻圖像數據的接入、匯聚等模塊，驗證到解碼器視頻圖像顯示功能子系統。完成了PON傳輸系統上的測試，使得整個暢順達視頻監控系統進行正常運行。

3.4.2 ONU故障

系統試運行1周后，出現了幾個故障。倉庫辦公區A34-A48的槍機攝像機無顯示信號，逐層檢測，編號為M04的華為MDU設備MA5626-16出故障，到指定點替換MDU，錄入認證碼，故障解決，恢復接入層交換設備，更換新的MDU數據在U2000中的版本和配置數據自動恢復啟用。

3.4.3 PON口故障

辦公樓二層機房OLT上獲取不到部分MA5626-16的注冊LLID，分析檢測后，把MA5608T（PON口數量為16=2塊業務板*8PON端口/塊）上的H808EPSD業務板PON1口手工跳纖至備用PON6口上，在U2000上將原PON1口上的業務數據遷移至PON6口上，故障修復，系統恢復運行。

3.5 PON傳輸視頻監控實施結果

把前端16臺1080P攝像機使用4Mbps的碼流同步采集數據量64Mbps集成在一起，消耗的傳輸帶寬64M。1臺MA5626-16可同時接入16臺1080攝像機，上行采用100M至MA5608T匯聚數據，構成了1套視頻圖像采集、接入、傳輸、匯聚及單路解碼、視頻存儲服務器（硬盤錄像機）子系統，再由8個同樣的子系統組成的整個視頻監控系統。通過MDU、OLT上對應的EPON口及ODN網絡的全光傳輸，達到20KM傳輸距離，無數字圖像丟幀現象，傳輸時延<1ms，完全符合每臺1080P攝像機4Mbps碼流的傳輸帶寬和視頻主機對連續、實時傳輸圖像幀率為25fps的標準要求，滿足硬盤錄像機存儲和顯示服務需求。

四、 結束語

PON技術傳輸視頻監控圖像，以PON接入到視頻監控系統中的應用，能夠滿足視頻監控中多場景、高密度的網絡IP攝像機采集、壓縮海量圖像信息要求，達到傳輸大帶寬、圖像高質量的需求。應用結果表明16路分辨率為1080P完全高清攝像機接入到MDU設備，通過ODN網絡匯聚到OLT上的速率可達87Mbps，網絡速度提高了36%，同時維護故障減少50%。

參 考 文 獻

[1]李欣. 基于EPON技術的網絡視頻監控系統設計[J]. 鐵道勘測與設計，2013，No.19105：29-30.

[2]肖品輝. 基于EPON技術的高清網絡視頻監控系統的探討[J]. 信息通信，2016，No.15802：272-273.

[3]崔景川. EPON接入網的設計與應用[D].天津大學，2014.