基于EPON技術的網絡視頻監控系統設計與實現

姜瑞 蔣春 喬曉軍

摘 要：隨著網絡信息技術的快速發展，傳統的CATV閉路電視監控系統已經不能滿足當前日益增長的高清視頻監控需求，網絡視頻監控技術由于圖像清晰、組網方式簡單、數字化傳輸、可擴展性高等原因得到了廣泛的應用，當前乃至于以后很長一段時間仍然是解決視頻監控傳輸的主流解決方案。但是隨著網絡視頻監控系統的應用深入，網絡視頻監控上行帶寬需求較大，監控前端節點范圍廣的特點，導致監控傳輸網絡規模龐大，建設成本直線上漲，網絡管理問題也日漸突出。EPON技術的出現為監控傳輸網絡提供了一個無源的、低成本的組網方案，較好地解決了當前監控網絡建設高投入和難管理的困局。本文以EPON技術探討網絡視頻監控系統的設計與實現。

關鍵詞：EPON技術;傳輸網絡;網絡視頻監控

前言：當前網絡視頻監控在維護社會安全和穩定起到越來越重要的作用，小到保護家庭財產安全，大到城市治安管理等方面。由于廣泛應用，監控攝像頭分布于大街小巷的各個角落。如何讓這些前端監控視頻信號回傳到監控中心或云平臺進行集中管理，成了一個必須要解決的問題。傳統的視頻監控傳輸網絡是基于IP交換機組建的分組交換傳輸網絡，而每個攝像頭一般采用網線或光纖點對點接入就近交換機端口。但當有成百上千路攝像頭接入時，不斷地增加光纜和設備投入會使傳輸網絡成本逐漸遞增，并且傳輸網絡中存在大量的交換機和光纖收發器等有源設備會增加故障點，同時也不方便集中統一管理。EPON技術是基于無源的光纖傳輸網絡，可以通過一根光纜實現一點對多點的雙向數據傳輸，從根本上解決了大規模分布式攝像頭的網絡接入問題，減少了網絡中有源設備數量，極大的降低了建設成本，提高了傳輸網絡的穩定性和可擴展性。

一、EPON技術

EPON技術由IEEE802.3EFM工作組進行標準化。采用IEEE802.3ah標準，在該標準中將以太網和PON技術相結合，在無源光網絡體系架構的基礎上，定義了一種新的物理層以太網數據鏈路層協議，以實現在點到多點的以太網幀的TDMA（時分復用）接入。此外，還定義了運行、維護和管理（OAM）機制，以實現必要的運維功能。EPON技術它綜合了PON技術和以太網技術的優點：低成本;高帶寬;擴展性強，靈活快速的組網;與現有以太網的兼容性高和方便管理等優勢廣泛應用于IP傳輸網絡。EPON技術最開始廣泛應用于運營商寬帶接入服務，是一種實現光纖到戶的重要技術手段，后來逐漸被廣泛應用于網絡視頻監控領域。

二、EPON傳輸網絡構成

EPON傳輸網絡一般由局端設備OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）、用戶端設備ONU（Optical Network Unit，光網絡單元）以及光分配網ODN（Optical Distribution Network，光分配網）組成。OLT與ONU之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機房、無需配備電源、無需有源設備維護人員，因此，可有效節省建設和運營維護成本。EPON在一根光纖上同時傳送收發信號，使用1260～1360nm和1480～1500nm波長分別傳輸上下行信號，其數據傳輸能力上下行可以達到1.25Gb/s，最遠傳輸距離可達到20km，同時還可以在光纖疊加1550nm波長來傳輸CATV電視信號。

局端設備OLT是整個EPON網絡中的核心設備，負責管理ONU認證、注冊、測距、ONU調度等。OLT通過無源光網絡（ODN）向ONU發送廣播幀，ONU對廣播幀進行選擇性接收，上行傳輸方向ONU采用時分復用（TDMA）發送數據幀，并利用測距技術保證上行數據幀不發生沖突。為了更好的利用光纜資源，EPON系統采用上下行波長分離的方式傳輸數據幀即波分復用技術，通常情況上行采用1310nm波長，下行采用1490nm波長。

EPON系統通過無源光網絡把分散的ONU單元匯聚到EPON口，為了更好的管理這些ONU單元，使用OAM協議數據單元管理、測試、診斷ONU狀態，并引入QOS機制保證ONU單元傳輸質量。EPON系統的無源光網絡采用點對多點的組網方式，通過無源光分器實現以局端設備OLT為根節點的樹形網絡結構，理論分離比可以達到1：64即一個EPON口最多可以實現64個ONU單元的接入。

三、EPON傳輸網絡承載視頻監控系統

網絡視頻監控系統一般是由前端攝像頭，傳輸網絡，后端設備組成。對于平安城市和園區這樣的大中型視頻監控系統，攝像頭數量多且相對分散，設備管理困難，傳統組網模式已經很難滿足低成本投入、高效率運維、扁平化管理的需求。采用EPON傳輸網絡構建的視頻監控系統很好的解決了這個問題。網絡視頻監控的核心問題是如何通過IP網絡把前端攝像頭圖像回傳到監控中心顯示和存儲。視頻監控信號傳輸具有方向性，一般上傳數據量遠大于下載數據量。前端攝像頭通過編碼芯片把采集到圖像編碼為H.264或H.265視頻流格式在網絡中傳輸，后端設備通過傳輸網絡接收到各個攝像頭的流格式信號進行解碼上墻顯示和集中在線存儲。

EPON傳輸網絡承載的視頻監控系統與傳統組網最大區別是傳輸網絡的不同，EPON傳輸網絡可以很好的替換基于IP交換機或點對點光纖傳輸的方式。系統建設不會因為網絡傳輸方式不同導致后端設備無法兼容。機房端使用OLT設備取代監控匯聚交換機，OLT設備上行端口模塊化設計，根據端口類型可以提供1000Mb或者更高10Gb的帶寬能力，解決了匯聚層上行端口瓶頸的問題。

無源光纖傳輸網絡的設計一般根據攝像頭點位分布的區域、距離、光衰等因素綜合考量，理論上一個EPON口可以提供1.25Gb的帶寬，光分配比可以達到1：64，ONU單元理論接收光強度可以低到-24dbm，但是實際施工過程中由于光纜和無源器件存在損耗，一般采用兩級光分組網，既同一個EPON口下一、二級光分的分配比不超過1：32，同時保證ONU單元接收光功率強度不得低于-24dbm。前端攝像頭直接與ONU單元（光貓）對接，ONU單元采集視頻流信號通過ODN網絡傳輸到OLT設備，OLT收集到各路視頻信號匯聚，通過上行端口傳輸到視頻監控平臺進一步處理。

EPON系統還可以通過OAM管理協議對下掛ONU單元進行集中統一管理，在線監測ONU狀態，通過網管平臺可以實時監控傳輸網絡流量和設備狀態，進一步保證了視頻監控系統信號的穩定可靠。

四、結束語

EPON技術最開始興起于寬帶傳輸網絡，由于其低成本、速率高、范圍廣、安全穩定等特點，后被廣泛應用于網絡視頻監控系統。整個EPON傳輸網絡組網簡單，有源設備僅OLT和ONU單元，中間傳輸網絡由無源的光纖器件組成，工作穩定、抗老化、壽命長。綜上所述EPON傳輸網絡是解決大中型網絡視頻監控建設的最佳選擇。