通信PON技術在平安城市建設中的應用研究

孫建國

（沈陽新杉電子工程有限公司，沈陽 110168）

1 引言

隨著城市的高速發展，城市安全問題變得越來越突出，國家為了適應城市發展的需要，大力開展了平安城市建設，其以建設和諧、文明城市為主要目標，貫徹落實科技強警的發展戰略。根據平安城市建設的具體需求，不斷在建設模式上進行創新，構建出一套全面覆蓋城鄉的科技網絡監控系統，積極對各種先進技術進行應用，對城市各主要區域進行全時段、全天候、全覆蓋的監控，有效維護社會的穩定，及時開展各種違法犯罪打擊活動，保證社會的平安與和諧。

2 需求分析

隨著對通信發展需求的不斷提高，寬帶接入FTTX尤其是FTTH技術發展十分迅速，成為通信技術發展的熱點。由于FTTH技術具有傳輸容量大、傳輸距離長、電磁環境適應能力強、維護成本低的特點，是未來寬帶通信的一個主流發展方向之一。無源光網絡PON技術是FTTH技術的重要組成部分，主要用于實現一對多的通信，其主要有以下的幾個重要優勢。

通信PON技術和當前的以太網兼容性比較強。經過多年的發展，以太網技術已經比較成熟，在各領域中的應用越來越多，并取得了非常不錯的應用效果。GPON技術是對其中EEEE082.3通信協議的一些擴充，可以和傳統的以太網有效兼容，這大大方便了該技術的實際運用。

該技術在實際運用過程中，可以提供更大的帶寬，并帶來更長的通信距離。在GPON通信的過程中，其可以以上千兆的廣播通信方式進行數據傳輸，信息上傳速度非常快，當前提供了上下對稱的2.15Gbit/S的帶寬，對帶寬的利用率也非常高。此外，GPON通信系統的通信距離也非常長，最遠可以達到50千米以上，能夠滿足城市點對點通信的需要。

有效降低CAPEX和OPEX。GPON是一種點到多的通信模式，擁有更加簡化的網絡結構，組網工作也非常簡單，降低了對通信硬件的需要，大大節省了對光纖和光收發器的使用，整個網絡的鋪設成本得到大大降低，這時其它通信技術所無法比擬的。此外，GPON屬于無源光網絡，在網絡中沒有源電子器件，比傳統基于有源器件通信的網絡故障率得到了明顯的降低，減少了對后期網絡的維護費用，降低了對各種網絡組件的使用，縮小了網絡運營的成本。

隨著技術專業人員的不斷努力，GPON技術已經日漸成熟，系統在實際應用過程中穩定性可以滿足一般的使用要求，復合當前通信技術市場的需求。由于其具有點對點傳輸距離遠、通信速率高、后期維護工作量小的優勢，非常適合在視頻監控網絡系統中進行應用。正是基于這種考慮，在未來平安城市發展中，越來越青睞對該技術的應用。

3 技術方案特點

高清網絡視頻監控系統的特點。高清視頻網絡對網絡傳輸業務的需要，主要包括以下的幾個特點：一是高清網絡視頻業務對通信量的需求非常大。由于視頻通信的特殊性，尤其是城市安防系統的視頻監控系統，采用的高清的視頻信息，對網絡帶寬的占有量非常大，需要對網絡接入設備至少提供8M以上的帶寬，這樣才能同時滿足對視頻監控設備的雙向通信需要。二是接入設備需要有一定的QOS能力。三是由于城市規模非常大，需要視頻監控的區域非常多，導致網絡視頻數據采集點的數量非常多，且這些設備的分布也非常廣泛，很多都處于網絡的末梢，對接入設備的靈活和快速布放能力，有較高的要求。

GPON通信技術的網絡結構組成。GPON技術通常由OLT、ONU、ODN組成。OLT是整個通信系統的中樞，其經常位于市局的中心機房內，ONU是用戶端設備，ODN是光配線網，其使用一個或者多個分光器來連接OLT和ONU，其主要負責對上下傳輸數據的分配管理，保證各種數據有序進行通信，保證整個通信網絡的暢通。OLT如果從網絡通信層面看，其是一個交換機或者路由器，但是從系統層面看，其由屬于一個系統平臺，可以提供面向無源光纖網絡的接口。OLT除了提供傳統的網絡集中和接入功能外，還可以提供帶寬分配、網絡安全和管理的作用。分光器是整個網絡通信的重要組成部分，其在實際工作過程中往往需要電源，可以提供多種分線率，還可以采用多個分線器串聯使用的工作模式。在GPON通信技術的應用過程中，OLT到設備端的通信距離最遠可到50公里以上，如果中間采用了光纖放大器，其通信距離還可以得到進一步的增加。

在GPON通信中，采用了比較成熟的以太網通信協議，能夠保證通信的可靠性和兼容性，以太網第二層或第三層的通信成本也較低。在光纖到終端的接入方式中，ONU可以不采用交換的功能，這樣能夠在較低的成本下位終端監控設備分配足夠的帶寬。整個通信系統的使用也非常簡單，其主要包括測距、帶寬分配、時鐘提取、同步及ONU認證等幾種關鍵的技術。隨著該技術的發展，技術已經很成熟，已經具備了大規模使用的條件。

4 組網方案介紹

在本次平安城市監控網路通信系統建設過程中，為了滿足高清監控系統高帶寬、高可靠性通信的需要，就采用了GPON通信系統。該網絡在局部使用OLT設備，它們都是關鍵的網絡通信節點，需要與視頻監控平臺直接相連接。分光器根據工程的實際需要，分配在比較合適的位置，并經過光纖來連接各種終端設備。在平安城市建設項目中，是將分光器布置在了匯接箱內，可以對這些分光器的實際使用狀態進行及時的監控。在各個實際的監控點，通常采用ONU設備作為終端設備，通過各種標準以太網口和各種終端設備進行連接。如果區域內的視頻監控點的密度比較高，給用戶體用的是8FE/16FE/24FE和視頻監控設備進行連接。

在整個視頻監控系統的工作過程中，各種終端設備主要通過攝像頭對視頻信號進行采集，并采用高效的壓縮軟件，對這些視頻信號進行壓縮，通過網絡以單播或者多播的形式進行發送，通過GPON網絡通信系統，將這些采集到的信息發送到后臺管理系統。還可以接受平臺控制信號，再轉發到RS232和RS485，來更加方便控制各種更加底層設備進行工作。

5 分光拓撲

在監控系統的組網過程中，需要根據管道情況和光纜的實際情況，來布放分光器，第三分光級數不應該過多，最多不應該超過3級，分光器一般安裝在ODF架或者接線箱中。在實際使用過程中，應該根據工程勘察情況和ODN工程來選擇合適的分光方式和分光器的布放位置。在分光器實際使用的過程中，應該將光纜延伸到每個監控點，用來連接ONU設備，為了便于后期工程的擴展，每個分光器都應該留有一定的多余端口。

分光網絡通常是由光纜、無源器件、配線設備和線路輔助設施組成。它們可以分為饋線光纜段、配線光纜段和接入線光纜段構成。其中光纖配線架用于對光纜光纖架設的安裝，為光纜傳輸網絡和傳輸設備之間提供接入點。光纖分路器屬于無源光纖分支器，其用于連接光纖路中段和光網絡的分支單元，通過該器件的使用，能夠對數據進行分時復用發送，在數據向上傳輸的過程也采用了分時向上傳的技術。

6 IP地址規劃的原則

在IP地址規劃過程中，應保證分配的合理性，相對于業務VLAN和業務接口而言，各設備的管理接口應該獨立于VLAN和IP網段。由于視頻監控的特殊性，可以僅為其分配私網IP地址。

為了確保數據傳播的安全性。在IP地址分配的過程中，應該根據不同的監控區域進行劃分。為了更進一步提高網絡數據傳播的安全性，應該采用動態IP地址分配的方式，還能起到節省IP資源的作用。在IP地址分配中，應該盡量采用連續分配的方式，對業務相同和功能相同的，應該盡量分配成連續的IP地址，這樣有利于路由聚合以及安全控制。

IP地址的規劃和劃分不僅影響滿足當前對IP地址的使用要求，也應該考慮未來系統擴展時，對IP地址分配的需要，應該留有足夠的地質段。對IP地址的分配也應該保持一定的靈活性，能夠滿足各種專線用戶的實際需要。

要保證對監控網絡系統的可維護性。在IP地址的分配過程中，往往是由各種具體的業務所決定的，按照業務量的大小來分配各地址段。在設備通信或者系統和底層設備通信的過程中，如果有公有地址應該盡量使用公有地址，盡量不使用與業務段相關的地址進行通信。也應該盡量將網絡中的所有設備運維地質都分配在一個子網中。

7 VLAN規劃的原則

在使用GPON技術進行組網的過程中，對VLAN的使用非常簡單。對每個端口都應該采用一個VLAN方式，這樣才能有效實現各業務之間的隔離，只需要對不同的業務分配不同的VLAN即可。在平安城市視頻監控系統中，對每種業務都應該建立單獨的VLAN通道，為每個業務預留不同的VLAN。為了最大程度對VLAN端進行利用，可以采用Stacking VLAN和Smart VLAN作為用戶的服務VLAN。

8 技術方案優勢

GPON技術屬于一種無源通信技術，在整個通信網絡中不使用有源電子器件，可以避免有源電子器件出現故障可能對GPON系統造成影響。此外，由于大大減少了網絡組件的數量，系統故障率也能得到有效降低，可降低系統維護的成本。

GPON技術的應用可以滿足視頻監控系統對視頻數據的傳輸需要。平安城市安防監控系統中攝像頭分辨率要求非常高，對網絡帶寬的需求非常大，需要使用非常多的終端數量，各種終端設備分布也非常廣泛。通過上面的介紹可知，GPON系統能夠滿足對監控系統數據傳輸的需要。GPON在保持全速的情況下，依然可以保持50公里以上的信息傳輸距離，這時傳統的以太網技術和XDSL技術所無法比擬的，其系統的結構也非常簡單，整個工程的施工量較少，大大降低了工程成本。系統后期的可擴充性也比較強，只需要在分光器上重新分配即可，整個方案的部署非常靈活，能夠有效節省對于光纖的使用，非常適合應用在監控系統網絡通訊之中。

系統的管理性好。GPON信息通信系統采用的集中運營的管理模式，支持對OLT、ONU的集中管理、遠程管理、遠程調試與維護，對系統軟件的升級也非常方便，支持在線升級技術。

系統對環境的抗干擾能力強。隨著時代的不斷發展，各種電器的使用越來越多，尤其在無線網絡迅猛發展的今天，電磁環境越來越復雜，如果采用傳統的信息網絡技術，則網絡的故障率往往較高，會嚴重影響到整個系統的運轉效率。由于GPON采用光纖通信的方式，且使用了大量的無源器件，這大大提高了系統通信的抗干擾性，外部復雜的電磁環境難以對網絡的正常運行造成影響，具有非常強的環境適應能力。

GPON網絡通信在實際使用中，組網非常靈活，只需要簡單的軟件配置，和添加一些必要的設備，就可以輕松完成對系統的擴容。這主要是因為在OLT和ONU之間是采用全無源連接的方式，這相當于省略了一層匯聚設備，網絡的層次得到大大簡化，后期擴容工作的開展變得更加簡單，只需要增加相應的OLT業務接口和對PON接口進行擴充，并對分光器多余的端口進行利用即可，擴容操作非常方便。

在GPON技術應用過程中需要注意的問題。由于平安城市視頻監控系統的特殊性，其對網絡安全可靠性有著非常高的要求。其中各核心層的網絡節點主要用于對大量數據的處理和傳輸，對設備的可靠性要求非常高。因此，對于網絡當中的關鍵部件，例如主板、電源都應該采用熱插拔和主備份的方式。在對核心設備的選擇過程中，應該對擴容能力強、端口密度高的設備應該多進行選擇，這樣系統的擴容也非常簡單，只需要使用相應的接口模塊就可以完成相應的功能。如果在工程的初期選擇了端口密度比較低的設備，在系統以后的擴容中，需要進行高密度設備的更換，這樣不僅需要花費較長的時間和成本投入，還有可能造成網絡的中斷。因此，在建網的過程中一定要認真考慮擴網的需要。

9 結束語

隨著時代的不斷發展，城市環境變得越來越復雜，平安城市建設已經變得刻不容緩。視頻監控系統是建立在網絡通訊、硬件集成、軟件集成基礎之上的，在平安城市建設中具有重要地位。PON技術是建立在光纖通信技術之上的，其優勢非常明顯，具有系統結構簡單、可靠性高、成本較低、后期擴容能力強等特點，可以建成一個更加立體的監控系統，滿足平安城市視頻監控系統對信息通信的需要，為平安城市建設可以打下堅實的基礎，應積極推廣應用。