EPON技術在高速公路視頻監控中的應用

陳燕

（陜西交通職業技術學院 陜西 西安710018）

EPON技術在高速公路視頻監控中的應用

陳燕

（陜西交通職業技術學院 陜西 西安710018）

為了分析與探討EPON技術應用于高速公路視頻監控的可行性，對EPON技術原理進行分析，并闡述高速公路視頻監控中EPON技術的結構，對EPON技術應用與高速公路視頻監控中的問題與措施展開論述。OLT設備在通信站內部采用以太網的方式向高速公路傳輸平臺連接，以此使其和監控平臺通信功能得以實現，在高速公路視頻監控互聯網傳輸中較為適用。高速公路視頻監控中有效組合應用視頻技術和EPON技術，對EPON技術的實際應用價值予以明確，為我國高速公路視頻監控傳輸建設的有效性與可行性鑒定良好基礎。

EPON技術；高速公路；視頻監控；應用

Abstract:In order to analyze the feasibility and the application of EPON technology in Expressway video surveillance， the principle of EPON technology are analyzed， and described the structure of EPON technology of highway video surveillance，discusses on the problems and measures of application of EPON technology in video surveillance and highway.The OLT device is connected to the highway transport platform in communication station using internal Ethernet，so that the communication function is realized and the monitoring platform，are suitable for the video monitoring Internet transmission.The effective combination of video technology and EPON technology of highway video surveillance，EPON technology application value to be clear，for the effectiveness and feasibility of the appraisal foundation construction of our country highway video surveillance transmission.

Key words:EPON technology； expressway；video monitoring；application

對外開放后，我國經濟實現迅猛發展，而且經濟基礎也逐漸雄厚，對我國相關事業進步與發展具有很大推動作用[1]。常言道，要想富，先修路，所以我國在近些年的道路建設實現歷史性突破，對公路、鐵路以及航空運輸等豐富交通網進行創建，其中高速公路是我國道路交通中不可或缺的重要組成環節，而且在道路運輸方面發揮著非常重要的作用[2]。在高速公路運行中，應該對視頻監控進行建立，相對來說，我國高速公路的主要優勢在于車速快、設立標準高、車流量大和線形好等，將視頻監控創建在高速公路中，確保所存在問題的及時發現與解決[3]。BT實驗室在1983年第一次將PON技術發明出來，PON本身屬于純介質網絡，因為將用戶端和局端間有源設備消除掉，可以有效避免來自外部設備的雷電影響或者電磁干擾，而且還能夠在很大程度上節約成本。且PON存在較好的業務透明性，從原則上來說，PON在任何速率或者制式信號中都較為適用[3]。現階段，以太網技術與IP技術得到廣泛應用，所以，EPON選擇點～多點結構，同時采用無源光纖傳輸模式，通過以太網將多種業務提供出來，目前EPON已經變成光纖接入網的一種有效通信方式。本研究主要分析與探討高速公路視頻監控中對EPON技術的實踐應用。

1 EPON技術原理分析

EPON技術方面，無需復雜協議，只需要信號就可以想最終用戶精確的傳送相關信息，源于最終用戶數據同樣可以向中心網絡集中傳送。物理層方面，EPON選擇1000ABSE以太PHY，而且在PON傳輸體系中，采用新設定的MAC控制命令對不同光網絡單元和光線路中斷間存在突發性的數據通信與TDM通信進行控制與優化[4]。協議第二層方面，EPON可以選擇相對較為成熟、完善的全雙工以太技術，對TDM加以應用，因為自身時隙中由ONU進行數據報的發送，所以并不存在碰撞現象，也不需要CDMA/CD，以此對寬帶進行有效利用。除此之外，EPON在MAC內部實現802.1p，以提供類似于APON/GPON的Q0S。

1.1 EPON系統構成

EPON技術類似于其它PON技術，選擇點～多點結構的用戶網絡拓撲結構，選擇光纖使語音、數據以及視頻等自動接入目的得以實現，圖1為EPON系統結構示意圖。

圖1 EPON的系統構成

光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）、光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）以及無源分光器（Passive Optical Splitter，POS）共同組成 EPON 系統，其中OLT在EPON系統內部置于中心機房，也就是說，OLT一方面是路由器或者交換機，另一方面還是多業務的重要提供平臺，主要提供基于無源光纖互聯網的光纖接口[5]。而POS則屬于無源光纖分支器，是對ONU與OLT進行有效連接的一種無源設備，其功能主要為對下行數據進行有效分發，同時對上行數據進行有效集中，無需電源，能夠在寬松環境中擱置，通常情況下，POS分光比是128、64、32、16以及8等，同時能夠實現多級連接[6]。而ONU置于用戶設備端的周邊，OLT PON設備端口中所連接最多ONU數量和該設備相關性極為密切，通常具有固定性，OLT與ONU在EPON系統內部的最遠距離為20 km[7]。

從根本上說，EPON主要優勢在于：1）具有較低的相對成本，便于維護，而且極易擴展，很容易實現升級。傳輸過程中，EPON結構無需電源，不存在電子部件，所以無需維護，且長時間管理成本與運營成本比較低[8]。EPON占用較少局端資源，具有較高模塊化成都，系統初期具有較低投入成本，投資回報率比較高；2）所提供寬帶比較高。現階段EPON能夠提供具有對稱上下行的1 Gops寬帶，同時隨著相關以太網技術不斷發展而想10 Gbps升級；3）較大的服務范圍。作為點～多點的網絡結構，EPON通過扇出結構降低CO資源成本，為更多用戶提供服務[9]。

1.2 EPON的傳輸原理

將單芯光纖應用于EPON系統中，并在一根芯中進行上下行波的傳送，EPON從若干ONU至OLT傳輸上行數據與從OLT至若干ONU傳輸下行數據存在很大差異性[10]，具體見圖2。

OLT在EPON系統內部啟動之后會在該端口的位置周期性的廣播可以接入的相關時隙等信息，而且ONU在通電后依照OLT發布出來的可接入信息，將注冊請求主動發動出來，OLT可以認證ONU，表示ONU可以接入[11]，同時將該OLT端口中的邏輯鏈路標識分配給請求注冊的相關ONU。通過廣播的形式將數據自OLT至若干ONU下行，依照IEEE802協議，各數據幀幀頭主要包括在注冊過程中所分配的邏輯鏈路標識[12]。而且分光器位置中，可以劃分流量為彼此獨立信號，各組向ONU內部載入的信號，在數據信號處于ONU的位置時，那么ONU能夠依照LLID做出物理層面的有效判斷，對其數據幀進行接收，將其它ONU數據幀摒棄。在上行數據方面，選擇多址時分接入技術將上行流量傳輸至ONU中，在ONU成功注冊后，那么OLT就會依照系統配置，將特定寬帶分配給ONU，選擇動態寬帶進行調整過程中，OLT會依照ONU狀態報告與制定寬帶分配方式，向ONU動態分配寬帶[13]。一個OLT端口之下，OLT和ONU端口間的時鐘具有同步性，而且各ONU僅可以分配OLT的情況下展開，通過所分配的相關時隙長度進行數據的傳輸。

1.3 EPON傳輸安全保障

通過充分考慮安全性，在上行方向上，相關ONU無法向OUN上行信號直接接收，因此ONU間通信均需OLT參與，OLT應該設置禁止或者允許ONU通信，且缺省情況下處于禁止狀態，因此不需要考慮其安全性。而在下行環節，因為EPON互聯網，下行選擇廣播方式進行數據的傳輸，所以為確保信息安全，必須從以下環節入手：①接入ONU過程中，系統能夠有效認證ONU，同時認證相關信息，能夠為ONU唯一標識，ONU通過認證后才可接入；②特定ONU內部數據幀，位于物理層的其它ONU同樣能夠接收數據，對數據幀進行接收后，第一步會對比LLID是否為自己的；③加密。所有OLT和ONU間，能夠對128位AES加密進行啟用，各ONU密鑰同樣存在差異性[14]。

圖2 EPON的上下行傳輸原理

2 高速公路視頻監控中對EPON技術的有效應用

2.1 結構分析

從根本上說，高速公路的主要特點在于較高的設計標準、線形好、行車速度快以及較大交通流量等，視頻監控對所存在問題的發現與排除、保證高速公路運行安全、正常極具重要作用。且高速公路視頻監控系統組成部分主要包括服務區監控、隧道監控、道路沿線全程監控以及收費站監控等，以沿線所鋪設的相關光纖作為視頻監控系統的重要傳輸介質[15]。高速公路視頻監控內部，EPON是視頻監控系統的一個重要傳輸平臺，因為EPON中OLT和ONU間最長的距離是20 km，所以，對兩個以上的OLT設備進行設置，設備在高速公路公司通信站安裝，而且OLT設備對PON口進行設置，確保沿線相關監控系統接入目的得以實現，圖3為其結構示意圖。

為在很大程度上降低光纖資源使用量，對于沿線監控應該選擇95:5的逐級分光模式。且因為高速公路公司具有相對比較粉絲安的沿線監控點，比方說隧道內部，通常會將兩個監控點的距離設置為200 m，所以一個ONU設備通常與一路的監控相連接，ONU設備采用視頻監控和以太網編碼器實現互聯，并選擇存在ONU功能的相應編碼器能夠在很大程度上降低設備單點故障發生率，對系統安全性與可靠性的提升極為有利。OLT設備在通信站內部采用以太網的方式向高速公路傳輸平臺連接，以此使其和監控平臺通信功能得以實現，而且EPON技術應該選擇樹形線性互聯網連接，不同節點選擇無源分光的方式，將1 Gbps寬帶提供出來，在高速公路視頻監控互聯網傳輸中較為適用。

2.2 問題與措施

由于近些年不斷提升對公路視頻監控要求，高速公路視頻監控互聯網業務的特點是較高實時性與較大數據流量等，并有效結合數字視頻技術，會出現報文大小改變導致的寬帶擁堵問題，也就是說，峰值狀態下，相關寬帶不會對存儲流實與視頻傳輸質量產生影響。且寬帶問題一方面會對互聯網性能產生影響，同時還影響業務的正常運行，可以說是互聯網中EPON傳輸機制是否可以正常實現、確保業務流暢的基礎與前提。此外，EPON選擇單芯傳輸模式，相關節點故障往往會造成EPON出現雙向鏈路問題。基于以上寬帶問題，應該選擇組播技術加以解決，解決方法是，將組播透傳與轉發功能開啟在ONU或者OLT端，同源并發模式下降低流復制導致的寬帶壓力。在EPON單芯故障方面，應該選擇管道雙線備份法加以解決。

圖3 高速公路視頻監控中EPON技術的結構示意圖

3 結束語

高速公路視頻監控中有效組合應用視頻技術和EPON技術，對EPON技術的實際應用價值予以明確，為我國高速公路視頻監控傳輸建設的有效性與可行性鑒定良好基礎。

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Application of EPON technology in expressway video surveillance

CHEN Yan
（Shaanxi College of Communication Technology，Xi'an710018，China）

TN99

A

1674－6236（2017）19-0064-04

2016-08-30稿件編號201608232

陳 燕（1981—），女，山東無棣人，碩士，副教授。研究方向：公路運輸管理。