視頻監(jiān)控系統(tǒng)中EPON網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用經(jīng)驗

引言

隨著EPON技術(shù)的發(fā)展，EPON網(wǎng)絡(luò)憑借其帶寬高、傳 輸距離遠開始和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，承擔(dān)起基礎(chǔ)傳輸網(wǎng) 絡(luò)的功能。EPON系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)使用無源器件,不需要供電, 所以具備線路簡單、故障少、維護量小和適合惡劣環(huán)境的特點, 特別適合室外的應(yīng)用場合。

EPON網(wǎng)絡(luò)是從接入網(wǎng)技術(shù)中發(fā)展起來的，數(shù)字視頻監(jiān) 控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點和數(shù)據(jù)傳送特點和接入網(wǎng)不同，如何 在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中用好EPON網(wǎng)絡(luò)是進行數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計和實施時必須要注意問題。

本文結(jié)合EPON技術(shù)在小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的工程應(yīng)用， 通過分析解決工程實施中碰到的問題，提出了系統(tǒng)設(shè)計實施 中要遵循的一些指導(dǎo)原則，從而避免在工程實踐中走彎路，充 分發(fā)揮EPON系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢。

1 EPON技術(shù)簡介

PON（無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）的網(wǎng)絡(luò)傳輸完全是由無源器件 構(gòu)成的，具有無需維護、極少故障的優(yōu)點，所以得到了快速發(fā) 展，已經(jīng)在電信接入網(wǎng)中開始規(guī)模應(yīng)用，逐步取代以銅導(dǎo)線為 傳輸介質(zhì)的xDSL技術(shù)。

EPON網(wǎng)絡(luò)是在PON網(wǎng)絡(luò)上的以太網(wǎng)技術(shù)，它將以太網(wǎng) 和PON光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，構(gòu)成可以廣域分布的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。從結(jié) 構(gòu)上看EPON網(wǎng)絡(luò)分為三個部分，一部分是OLT （線路終端）， 安裝在中心；中間部分是光纜和無源的分光器，構(gòu)成傳輸網(wǎng)絡(luò); 末端部分是ONU（光線路單元），安裝在用戶端，提供用戶接 入的接口。

EPON系統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)是雙向網(wǎng)絡(luò)，采用波分復(fù)用技術(shù)在 一根光纖上提供雙向的通路。下行采用廣播方式，通過修改以 太網(wǎng)的前導(dǎo)碼可以在廣播中指定某個下級節(jié)點的地址，從而實 現(xiàn)和某一下級節(jié)點的點對點通信。上行采用時分復(fù)用技術(shù)，下 級節(jié)點按不同的時隙共享帶寬。

EPON系統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)是無源網(wǎng)絡(luò)，傳輸使用的是光纜和 無源的分光器，不需要外部供電，也不需要特別的維護，所 以EPON網(wǎng)絡(luò)特別適合于在室外環(huán)境下使用，故障率很低。 雖然EPON的網(wǎng)絡(luò)是無源的，但是由于使用光通信技術(shù)，在 沒有任何中繼的情況下，EPON網(wǎng)絡(luò)也有10?20 km的通信 距離。而且EPON網(wǎng)絡(luò)采用了多路復(fù)用的技術(shù)，所以在一根纖 芯上能支持多個用戶，減少了布線，這使得部署EPON網(wǎng)絡(luò)的 成本大大降低了 [1]。

2 EPON網(wǎng)絡(luò)在小區(qū)項目中的應(yīng)用

2.1項目概況

在某城市生活小區(qū)視頻監(jiān)控項目中，采用了 EPON光網(wǎng) 絡(luò)作為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)。該項目包括26個生活 小區(qū)，每個小區(qū)的出入口、圍墻、重要通道、公共活動場所都 要安裝攝像頭，數(shù)個小區(qū)的圖像集中傳送到臨近的某一小區(qū)的 分控中心，暫不設(shè)置總中心，留待將來完成。根據(jù)小區(qū)地理 情況設(shè)置監(jiān)控點的位置，小區(qū)攝像機的數(shù)量在30?60之間， 整個項目約需要安裝1 000個攝像機。

考慮到小區(qū)的分布范圍和系統(tǒng)未來的建設(shè)，在該項目中 采用EPON網(wǎng)絡(luò)非常適合，到每個小區(qū)只需敷設(shè)一根多芯光纜, 在小區(qū)中通過分光器連接各終端攝像機，工程成本低、實現(xiàn) 簡單，將來建設(shè)總中心時也可以很方便地匯接。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

EPON技術(shù)目前已發(fā)展出10 Gb對稱帶寬的設(shè)備，但是

成本高，帶寬也超出了小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求，考慮到小區(qū) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須把控制成本當(dāng)成重要目標(biāo)，所以在實際應(yīng)用 中選用了第一代的1 Gb對稱帶寬的EPON設(shè)備。這樣的設(shè)備 技術(shù)成熟、價格低廉，已經(jīng)大量生產(chǎn)，適合用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

由于沒有總中心，從分控中心到各小區(qū)設(shè)計了一層網(wǎng)絡(luò)。 OLT設(shè)備部署在分控中心，給每個小區(qū)提供1?2個PON 口， 每個PON 口最多32路分光，兩路可以負載60個攝像機。從 分控中心到下級各小區(qū)敷設(shè)一條4芯光纜，使用其中1?2芯 提供小區(qū)的干路光通道，其他纖芯備用。在小區(qū)線纜分支的 地方設(shè)置分光器，在設(shè)備端設(shè)置ONU，連接網(wǎng)絡(luò)攝像機。在 分光器的布置上，采用了樹形的分級設(shè)置，從主光纜進入小 區(qū)處開始，逐級分支，構(gòu)成一個多級的樹形結(jié)構(gòu)。

2.3系統(tǒng)運行中的問題

為了積累經(jīng)驗，掌握EPON網(wǎng)絡(luò)的特點，先在一個小區(qū) 進行工程試點，摸索經(jīng)驗后再全面鋪開。在試點小區(qū)完成施 工后，進行了系統(tǒng)運行調(diào)試，過程中碰到了光路問題和系統(tǒng) 帶寬分配的問題，這兩方面都和原設(shè)計中的理論計算有較大 出入，通過對問題的分析和解決，摸索出了一些運用EPON 網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗。

3光路問題的分析和解決

在系統(tǒng)加電運行后，大部分ONU都不能在OLT注冊, 通過對光路進行檢查，光路不通的支路只占很小一部分，修 正了不通的支路后，問題依舊。

通過對原設(shè)計的分析發(fā)現(xiàn)，問題可能出在光路損耗上。 在EPON網(wǎng)絡(luò)中，OLT和ONU之間是無源光網(wǎng)絡(luò)，兩者接收 的光線經(jīng)過光網(wǎng)絡(luò)的傳輸要滿足光功率的要求，最低-23 dB， 最高-3 dB，超過該范圍需要衰減，低于該范圍ONU在OLT 上不能注冊。從OLT到ONU的光損耗由光線經(jīng)過的各級分 光器損耗、接頭熔接損耗、光纜損耗累計而成。

考慮到光路損耗的因素，用光功率計和OTDR對分光器 損耗、光纜損耗和接頭損耗進行測試，計算實際的光路損耗, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)多級分光的實際損耗和理論計算有較大差距，其中 分光器是主要的衰減源，而且同樣的分光器損耗值分布區(qū)域 較大，器件品質(zhì)一般。

在系統(tǒng)的原始設(shè)計中是根據(jù)攝像頭的分布來設(shè)計網(wǎng)絡(luò)分 支的，由于攝像頭的地理位置沒有規(guī)律，為了節(jié)省管線長度 降低施工難度，網(wǎng)絡(luò)有多級分光，經(jīng)計算符合光功率衰減的 要求。但是在實際光路中，由于器件品質(zhì)一般，熔接質(zhì)量差 強人意，分支級數(shù)較多時，接頭多累計損耗大，分光器累計 損耗大，使得實際損耗比計算損耗大，我們測得的最大損耗 達-37 dB，不能注冊的ONU都是光路損耗大造成的。

在實際工程情況下，要解決這個問題比較麻煩，需要反 復(fù)熔接和調(diào)換分光器，但是修改光路設(shè)計可以提高對各級損 耗增大的容忍度，將原來就近分支的方法，改為按分組設(shè)計 分光的方法；既先按攝像機的分布分組，每組設(shè)計一個分支； 再在同一組中一次性分光到攝像機；這樣只需要兩級分光。 經(jīng)過這樣的改變，并在注意控制熔接質(zhì)量的情況下，系統(tǒng)順 利連接成功。

4帶寬問題的分析和解決

小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機選用了 1080P的網(wǎng)絡(luò)高清攝 像機，采用H.264的編碼，平均帶寬4 Mb。在光路打通以后, 從上傳到分控中心的畫面上看，有的畫面出現(xiàn)了卡頓現(xiàn)象。系 統(tǒng)中選用的EPON設(shè)備有效的數(shù)據(jù)帶寬為1 Gb，減去系統(tǒng)開 銷至少也有700 Mb的帶寬可供使用，小區(qū)攝像機最多為60臺, 即使加在一起總帶寬也才240 Mb，遠小于系統(tǒng)可用帶寬，畫 面不應(yīng)該出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。

畫面卡頓說明視頻信號的傳送出現(xiàn)了延時。通過對攝像 機的碼流進行測試，發(fā)現(xiàn)攝像機的碼流并不固定，當(dāng)畫面變 化時，碼流會成數(shù)倍的增加，分析其原因是由于攝像機工作在 畫面優(yōu)先模式，隨著畫面的變化，為了保證畫面質(zhì)量需要增加 數(shù)據(jù)量；進一步的測試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)很多攝像機同時出現(xiàn) 數(shù)據(jù)量增大的情況，這時會造成數(shù)據(jù)傳送延時。

EPON系統(tǒng)中上行數(shù)據(jù)傳輸采用了時分復(fù)用技術(shù)，各 個ONU向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)時占用不同的時隙，在每個時隙 中，只有一個ONU在通信。為了充分利用上行帶寬，OLT根 據(jù)ONU的數(shù)據(jù)傳送請求動態(tài)分配帶寬，給需要上傳數(shù)據(jù)的 ONU分配較長的時隙，使其得到較大的帶寬。該功能在接入 網(wǎng)中有很大作用，因為用戶上行數(shù)據(jù)傳送的隨機性很強，呈現(xiàn) 陣發(fā)的特點，使用動態(tài)帶寬分配可以讓需要帶寬的用戶得到比 較大的帶寬，而用戶同時需要大的上行帶寬的幾率很低。但是 在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，會出現(xiàn)多臺攝像機同時需要增加帶寬的 情況，結(jié)果最先請求的一臺或多臺攝像機得到滿足并被允許盡 可能多地傳送數(shù)據(jù)，這樣時隙延長就造成其他攝像機等待時 間延長，出現(xiàn)了卡頓現(xiàn)象。這現(xiàn)象就像一個十字路口，如果兩 個方向都有大量的車輛要通行，最好的辦法不是讓一個方向盡 量走，然后再允許另一個方向通行，而是要交錯讓兩個方向通 行，才能保證交通的暢通。

明白了這個道理，就可以重新設(shè)置系統(tǒng)的帶寬分配策略, 將動態(tài)帶寬分配改為固定帶寬分配，每個攝像機分配一個固 定帶寬，這樣即使多臺攝像機的碼流都增加時，也都可以得到 機會傳送數(shù)據(jù)，由于EPON系統(tǒng)上行帶寬很大，固定帶寬分 配能滿足實時顯示的需要，不會使畫面出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。

5結(jié)語

由于室外施工的條件比較差，光路損耗的指標(biāo)會比理論

指標(biāo)大，所以在光路分光設(shè)計上盡量控制在兩層。從小區(qū)視 頻監(jiān)控的需求看控制在兩層是可以做到的，先將小區(qū)攝像機 分組，按分組進行第一層分光；在分組內(nèi)，進行第二層分光。

在帶寬的分配上要使用固定帶寬的分配方式。雖然動態(tài) 帶寬分配技術(shù)是EPON網(wǎng)絡(luò)比較先進的特點之一，但是在設(shè) 置不當(dāng)?shù)那闆r下可能造成不利的后果。

在設(shè)備選型上，在滿足成本要求的前提下盡量選用品質(zhì) 好的設(shè)備。小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)不可能選用電信級的、高端的 EPON設(shè)備，為了控制成本只能選用大量生產(chǎn)的普通產(chǎn)品，所 以要注意品牌的選擇，盡量挑選品質(zhì)好的。比如分光器的選用， 就是光路設(shè)計中重要的一環(huán)，如果有條件，要事先進行一些 測試，盡量挑選指標(biāo)好的。

OLT和ONU的選用也非常重要，EPON技術(shù)目前還沒有 統(tǒng)一的帶寬分配的標(biāo)準(zhǔn)，允許各廠家自行選擇算法，所以選 型前要盡量了解有關(guān)技術(shù)內(nèi)容。帶寬分配的問題經(jīng)查詢資料分 析[2]，應(yīng)該是所選用的設(shè)備在帶寬分配算法上會出現(xiàn)一個設(shè) 備較長時間占用信道的情況，這種算法可能適應(yīng)接入網(wǎng)那種隨 機陣發(fā)傳送上行數(shù)據(jù)的情況，但是在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中所有設(shè) 備都對時延敏感，在多臺設(shè)備同時需要大數(shù)據(jù)量傳送的時候 就不適應(yīng)。

事實上，在小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中使用EPON網(wǎng)絡(luò)，進行 系統(tǒng)設(shè)計和配置時，不能簡單只以理論為依據(jù)，要充分考慮 工程實際情況。

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