EPON+4G=傳輸網(wǎng) 平安城市監控新形式

　　ICCSZ訊 隨著(zhù)國家構建“和諧社會(huì )”戰略決策的實(shí)施，“智慧城市中的平安城市”、“應急體系”等各項建設工作的深入開(kāi)展，中國社會(huì )公共安全需求日益旺盛，安防產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。在平安城市項目特別是視頻監控系統啟動(dòng)建設的幾年中，國內城市治安狀況大為好轉，項目的建設產(chǎn)生了巨大的社會(huì )效益。近年來(lái)智慧城市將平安城市的管理寬度和廣度不斷擴展，應運而生出對綜合執法及營(yíng)運車(chē)輛的實(shí)時(shí)監控及人員定位，以確保車(chē)輛的安全、人員安全幷實(shí)時(shí)掌控車(chē)輛出勤狀況。

　　平安城市建設特點(diǎn)

　　平安城市中視頻監控系統的建設具有特點(diǎn)：

　　.接入點(diǎn)多，覆蓋面廣、跨越地域廣、覆蓋環(huán)境復雜;整個(gè)監控系統接入點(diǎn)少則幾百個(gè)點(diǎn)，多則幾萬(wàn)個(gè)接入點(diǎn)(如媒體報道北京海淀區在2006年內建成4萬(wàn)個(gè)視頻攝像頭)，部分覆蓋區域由于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )部署困難，成為監控系統部署的盲點(diǎn);

　　.對上行的帶寬要求高，視頻監控數據主要從監控點(diǎn)往監控中心傳送，單路上行帶寬在500K~6Mbps甚至更高;

　　.鏈形或樹(shù)形組網(wǎng)，如沿主干道路每一公里左右路口或公共場(chǎng)所設幾個(gè)接入點(diǎn);這樣用以太網(wǎng)交換機或光端機串聯(lián)或星型級連成本很高，維護將會(huì )非常困難;

　　.實(shí)時(shí)性強、需捕捉高速運動(dòng)物體、回傳圖像清晰度要求高;

　　.安全性、穩定性要求高;

　　.必須適應室外惡劣的工作環(huán)境;

　　.回傳的數據量大、存儲量大;

　　.管理復雜等特點(diǎn)。

　　面對以上問(wèn)題，平安城市中視頻監控系統承載的傳輸網(wǎng)絡(luò )的選擇就變得尤為重要。視頻監控系統的傳輸技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了多次的變遷;從初期的仿真信號傳輸技術(shù)到現在的IP數字傳輸網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，配合視頻監控產(chǎn)品的更新?lián)Q代傳輸網(wǎng)絡(luò )技術(shù)將向高質(zhì)量、大容量的方向飛速發(fā)展。

　　平安城市傳輸網(wǎng)絡(luò )解決方案

　　平安城市項目的建設特點(diǎn)決定了它需要迫切解決幾個(gè)方面的問(wèn)題：

　　有線(xiàn)傳輸覆蓋廣，運維成本高

　　平安項目傳輸網(wǎng)絡(luò )的覆蓋面很廣，往往需跨越整個(gè)城市，實(shí)際部署接入網(wǎng)絡(luò )占整個(gè)網(wǎng)絡(luò )建設成本的50%，維護費用的70%。

　　有線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )中的接入部分是城市視頻監控系統建設的難點(diǎn)，也是該系統成敗的關(guān)鍵;從頭鋪設勢必投入資金過(guò)大、建設難度和工期大、這樣不利于節省投資，綜合利用資源，解決辦法是需要借助電信運營(yíng)商的現有網(wǎng)絡(luò )主干，根據平安城市的布點(diǎn)情況再對接入網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行延伸，通過(guò)電信運營(yíng)商的城域網(wǎng)匯聚至監控中心。

　　3G網(wǎng)絡(luò )高資費制約無(wú)線(xiàn)應用

　　由于受到地理環(huán)境和工作內容的限制，部分區域有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )部署困難、成本較高，需要有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結合使用，才能保證在應用需求的覆蓋范圍實(shí)現視頻監控，同時(shí)配合GPS、北斗定位系統實(shí)現人員與車(chē)輛的定位;

　　3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的收費方式極大的制約了無(wú)線(xiàn)傳輸方式的發(fā)展，隨著(zhù)4G網(wǎng)絡(luò )建設的不斷推開(kāi)，網(wǎng)絡(luò )的租用費用將不斷降低，平安城市中無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )部署成為重要的一部分，可采用以4G為主結合3G網(wǎng)絡(luò )的方式，4G系統能夠以100Mbps的速度下載，上傳的速度理論值也能達到20Mbps，使得720P以上的無(wú)線(xiàn)高清監控系統得以廣泛使用，同時(shí)將大量如智能分析/人臉識別等智能應用以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )方式承載。滿(mǎn)足實(shí)施和維護方便的應用需求。

　　海量視頻信號、智能信號，占用帶寬大

　　平安城市的大量的視頻信號、智能信號需占用的網(wǎng)絡(luò )帶寬大，對網(wǎng)絡(luò )傳輸提出較高的需求，電信運營(yíng)商的寬帶網(wǎng)絡(luò )技術(shù)主要是xDSL技術(shù)、無(wú)線(xiàn)WIFI、4G/3G技術(shù)和HTTX技術(shù)，由于xDSL網(wǎng)絡(luò )提供的帶寬是非常有限的、而且擴展空間小，因此可以排除，在大部分的監控應用中HTTX技術(shù)是較為適用的，而FTTH最佳形式是PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò ))技術(shù)，PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò ))從技術(shù)指標、性?xún)r(jià)比、發(fā)展前景幾個(gè)方面來(lái)看都是平安城市較合適的寬帶接入技術(shù)。4G/3G技術(shù)可以根據應用需求作為它的補充結合使用。

網(wǎng)絡(luò )的穩定性和安全性

　　網(wǎng)絡(luò )的穩定性和安全性

　　采用IP數字傳輸網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)承載大量的視頻信號，通過(guò)MPLS VPN技術(shù)將平安城市的信號封閉在專(zhuān)用的虛通道中進(jìn)行傳輸、匯集，保障了此部分數據的安全。與IP應用緊密結合，由于存在著(zhù)多個(gè)監控中心同時(shí)實(shí)時(shí)查看一個(gè)點(diǎn)的視頻情況，采用IP組播技術(shù)解決。

　　接入網(wǎng)采用PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò ))技術(shù)，由于是無(wú)源的技術(shù)，不容易受到外界環(huán)境的干擾，使得網(wǎng)絡(luò )中的故障點(diǎn)減少，帶來(lái)維護的便利，光纖網(wǎng)絡(luò )介質(zhì)隨距離信號衰減度非常小，提高了網(wǎng)絡(luò )的穩定性。

　　隨著(zhù)4G網(wǎng)絡(luò )的大規模商用，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的穩定性和帶寬問(wèn)題正在不斷提高。

　　傳輸接入網(wǎng)絡(luò )(PON)技術(shù)

　　PON技術(shù)在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)，稱(chēng)之為EPON系統，一個(gè)典型的EPON系統由OLT(光線(xiàn)路終端)、ONU(光網(wǎng)絡(luò )單元)、POS(分光器)組成。OLT(Optical Line Terminal)放在中心機房(CO，Central Office)，ONU(Optical Network Unit)放在網(wǎng)絡(luò )接口單元(NIU：Network Interface Unit)附近或與其合為一體。POS(Passive Optical Splitter)是無(wú)源光纖分支器，是一個(gè)連接各光纖的無(wú)源設備，它的功能是分發(fā)下行數據幷集中上行數據，型號一般有1：2(50%：50%，95%：5%等)，1：4、1：8、1：16、1：32。EPON中使用單芯光纖，在一根芯上轉送上下行兩個(gè)波(上行波長(cháng)：1310nm，下行波長(cháng)：1490nm，另外還可以在這個(gè)光纖下行疊加1550nm的波長(cháng)，來(lái)傳遞電視信號)。

　　OLT到ONU間的距離最大可達20km，傳輸速度為雙向對稱(chēng)1Gbps，最大分光比一般支持1：32或者更高，可以一級分光也可以多個(gè)分光器級連。目前無(wú)源光纖接入網(wǎng)發(fā)展很快，組網(wǎng)方式多種多樣。PON主要采用無(wú)源光功率分配器(耦合器)將信息送至各用戶(hù)。由于采用了光功率分配器，使功率降低，因此，較適合于短距離使用。若需傳輸較長(cháng)距離，可采用摻餌光纖放大器(Eribium doped optical fiber amplifier，EDFA)來(lái)增加功率。

　　在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時(shí)在PON的傳輸機制上，通過(guò)新增加的MAC控制命令來(lái)控制和優(yōu)化各ONU與OLT之間突發(fā)性數據通信和實(shí)時(shí)的TDM通信，在協(xié)議的第二層、EPON采用成熟的全雙工以太網(wǎng)技術(shù)，使用TDM，由于ONU在自己的時(shí)隙內發(fā)送數據報，因此沒(méi)有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON在MAC層通過(guò)802.1p優(yōu)先級功能來(lái)提供QoS。

　　PON中的關(guān)鍵技術(shù)

　　在PON中，OLT至ONU的信息下行信號傳輸過(guò)程是：OLT送至各ONU的信息采用光時(shí)分復用(OTDM)方式組成復幀送到饋線(xiàn)光纖;通過(guò)無(wú)源光分路器以廣播方式送至每一個(gè)ONU，ONU收到下行復幀信號后，分別取出屬?自己的那部分信息，各ONU至OLT的上行信號采用光時(shí)分多址(OTDMA)、光波分多址(OWDMA)、光碼分多址(OCDMA)、光副載波多址(OSCMA)。

　　拓撲結構

　　光接入網(wǎng)(OAN)的拓撲結構取決于光配線(xiàn)網(wǎng)(ODN)的結構。通常ODN可歸納為單星型、樹(shù)型、總線(xiàn)型和環(huán)型等四種結構，也就是PON的四種基本拓撲結構。

　　為便于PON結構選擇，現將總線(xiàn)型、星型、環(huán)型及樹(shù)型拓撲結構進(jìn)行比較。

　　根據平安城市的特點(diǎn)，光接入網(wǎng)宜采用星型和總線(xiàn)型相結合的方式，從監控中心到各區域可以采用星型輻射狀組網(wǎng)方式，在各區域路段可以采用總線(xiàn)型方式組網(wǎng)。

　　從局端OLT設備出來(lái)占用1芯光纖，通過(guò)分光器進(jìn)行復用，在一根芯上傳送上下行兩個(gè)波(上行波長(cháng)：1310nm，下行波長(cháng)：1490nm)的信息。

　　EPON網(wǎng)絡(luò )中OLT設備往往是多個(gè)邏輯OLT的集合，可選加上交換芯片，集成交換機或路由器的功能，與核心網(wǎng)絡(luò )的接口稱(chēng)為SNI(系統網(wǎng)絡(luò )接口)。ONU設備一般為單個(gè)邏輯ONU設備，提供UNI(用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )接口)，SNI、UNI口可以為以太口(數據)、POTS口(語(yǔ)音)、RF(視頻)接口，可選和交換機、路由器、其它特定功能的網(wǎng)絡(luò )終端集成。

平安城市項目中采用EPON設備優(yōu)勢

　　平安城市項目中采用EPON設備優(yōu)勢：

　　.經(jīng)濟節約：節省大量光纖和光收發(fā)器;

　　.可靠性高：EPON ODN(光網(wǎng)絡(luò ))全部是分光器及光纖，主要成分是玻璃，使用壽命長(cháng);沒(méi)有有源設備，也就避免了停電、雷擊、過(guò)流過(guò)壓損壞等有源設備的常見(jiàn)故障，網(wǎng)絡(luò )可靠性高，顯著(zhù)降低維護費用;

　　.長(cháng)距離：可提供0.5~20KM的遠距離高帶寬接入，基本覆蓋中等規模城區的范圍;

　　.高帶寬：每個(gè)ONU的帶寬可在2M~1Gbps間動(dòng)態(tài)調整;每個(gè)ONU平均上行帶寬在30M左右，即一個(gè)OLT端口中(主干光纖可帶240路視頻碼流);

　　.組網(wǎng)靈活：組網(wǎng)模型不受限制，通過(guò)不同分光器的組合可以靈活組建鏈型、樹(shù)型、星型網(wǎng)絡(luò );

　　.應用廣泛：不僅僅是運營(yíng)商寬帶接入，也可作為廣電視頻廣播的傳輸網(wǎng)絡(luò )，視頻監控的圖像傳輸系統，甚至是政府的基層單位接入。這些正符合相關(guān)部門(mén)建設平安城市綜合信息平臺的需求。

　　4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的部署

　　目前，中國移動(dòng)已經(jīng)啟動(dòng)了全國范圍內4G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的試點(diǎn)應用，正準備快速在全國范圍內推廣。"4G"TD-LTE的最大特點(diǎn)是高速數據傳輸服務(wù)，是現有3G網(wǎng)絡(luò )的十倍。同時(shí)可以通過(guò)手機等各種終端獲得無(wú)線(xiàn)高清視頻體驗，十分流暢清晰。4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的部署是在運營(yíng)商的4G網(wǎng)絡(luò )基礎上對覆蓋點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )的延伸，增加4G網(wǎng)絡(luò )路由器通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式與監控平臺互聯(lián)，通過(guò)運營(yíng)商的寬帶網(wǎng)絡(luò )實(shí)現信息傳輸。在4G網(wǎng)絡(luò )未覆蓋到的區域可以通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )作為補償進(jìn)行承載，可根據3G網(wǎng)絡(luò )帶寬情況靈活調整信號的方式和容量。其安裝方便、靈活性強、性?xún)r(jià)比高等特性使得更多行業(yè)的監控系統采用無(wú)線(xiàn)監控方式。

　　總論

　　綜上所述，將EPON技術(shù)結合4G無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用到平安城市視頻監控系統的傳輸網(wǎng)絡(luò )部署中，可以極大的提高網(wǎng)絡(luò )的經(jīng)濟性、安全性、可靠性，將平安城市項目迅速、有效的推進(jìn)。