基于EPON技术的网络视频监控系统设计与实现

姜瑞 蒋春 乔晓军

摘 要：随着网络信息技术的快速发展，传统的CATV闭路电视监控系统已经不能满足当前日益增长的高清视频监控需求，网络视频监控技术由于图像清晰、组网方式简单、数字化传输、可扩展性高等原因得到了广泛的应用，当前乃至于以后很长一段时间仍然是解决视频监控传输的主流解决方案。但是随着网络视频监控系统的应用深入，网络视频监控上行带宽需求较大，监控前端节点范围广的特点，导致监控传输网络规模庞大，建设成本直线上涨，网络管理问题也日渐突出。EPON技术的出现为监控传输网络提供了一个无源的、低成本的组网方案，较好地解决了当前监控网络建设高投入和难管理的困局。本文以EPON技术探讨网络视频监控系统的设计与实现。

关键词：EPON技术;传输网络;网络视频监控

前言：当前网络视频监控在维护社会安全和稳定起到越来越重要的作用，小到保护家庭财产安全，大到城市治安管理等方面。由于广泛应用，监控摄像头分布于大街小巷的各个角落。如何让这些前端监控视频信号回传到监控中心或云平台进行集中管理，成了一个必须要解决的问题。传统的视频监控传输网络是基于IP交换机组建的分组交换传输网络，而每个摄像头一般采用网线或光纤点对点接入就近交换机端口。但当有成百上千路摄像头接入时，不断地增加光缆和设备投入会使传输网络成本逐渐递增，并且传输网络中存在大量的交换机和光纤收发器等有源设备会增加故障点，同时也不方便集中统一管理。EPON技术是基于无源的光纤传输网络，可以通过一根光缆实现一点对多点的双向数据传输，从根本上解决了大规模分布式摄像头的网络接入问题，减少了网络中有源设备数量，极大的降低了建设成本，提高了传输网络的稳定性和可扩展性。

一、EPON技术

EPON技术由IEEE802.3EFM工作组进行标准化。采用IEEE802.3ah标准，在该标准中将以太网和PON技术相结合，在无源光网络体系架构的基础上，定义了一种新的物理层以太网数据链路层协议，以实现在点到多点的以太网帧的TDMA（时分复用）接入。此外，还定义了运行、维护和管理（OAM）机制，以实现必要的运维功能。EPON技术它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本;高带宽;扩展性强，灵活快速的组网;与现有以太网的兼容性高和方便管理等优势广泛应用于IP传输网络。EPON技术最开始广泛应用于运营商宽带接入服务，是一种实现光纤到户的重要技术手段，后来逐渐被广泛应用于网络视频监控领域。

二、EPON传输网络构成

EPON傳输网络一般由局端设备OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、用户端设备ONU（Optical Network Unit，光网络单元）以及光分配网ODN（Optical Distribution Network，光分配网）组成。OLT与ONU之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本。EPON在一根光纤上同时传送收发信号，使用1260～1360nm和1480～1500nm波长分别传输上下行信号，其数据传输能力上下行可以达到1.25Gb/s，最远传输距离可达到20km，同时还可以在光纤叠加1550nm波长来传输CATV电视信号。

局端设备OLT是整个EPON网络中的核心设备，负责管理ONU认证、注册、测距、ONU调度等。OLT通过无源光网络（ODN）向ONU发送广播帧，ONU对广播帧进行选择性接收，上行传输方向ONU采用时分复用（TDMA）发送数据帧，并利用测距技术保证上行数据帧不发生冲突。为了更好的利用光缆资源，EPON系统采用上下行波长分离的方式传输数据帧即波分复用技术，通常情况上行采用1310nm波长，下行采用1490nm波长。

EPON系统通过无源光网络把分散的ONU单元汇聚到EPON口，为了更好的管理这些ONU单元，使用OAM协议数据单元管理、测试、诊断ONU状态，并引入QOS机制保证ONU单元传输质量。EPON系统的无源光网络采用点对多点的组网方式，通过无源光分器实现以局端设备OLT为根节点的树形网络结构，理论分离比可以达到1：64即一个EPON口最多可以实现64个ONU单元的接入。

三、EPON传输网络承载视频监控系统

网络视频监控系统一般是由前端摄像头，传输网络，后端设备组成。对于平安城市和园区这样的大中型视频监控系统，摄像头数量多且相对分散，设备管理困难，传统组网模式已经很难满足低成本投入、高效率运维、扁平化管理的需求。采用EPON传输网络构建的视频监控系统很好的解决了这个问题。网络视频监控的核心问题是如何通过IP网络把前端摄像头图像回传到监控中心显示和存储。视频监控信号传输具有方向性，一般上传数据量远大于下载数据量。前端摄像头通过编码芯片把采集到图像编码为H.264或H.265视频流格式在网络中传输，后端设备通过传输网络接收到各个摄像头的流格式信号进行解码上墙显示和集中在线存储。

EPON传输网络承载的视频监控系统与传统组网最大区别是传输网络的不同，EPON传输网络可以很好的替换基于IP交换机或点对点光纤传输的方式。系统建设不会因为网络传输方式不同导致后端设备无法兼容。机房端使用OLT设备取代监控汇聚交换机，OLT设备上行端口模块化设计，根据端口类型可以提供1000Mb或者更高10Gb的带宽能力，解决了汇聚层上行端口瓶颈的问题。

无源光纤传输网络的设计一般根据摄像头点位分布的区域、距离、光衰等因素综合考量，理论上一个EPON口可以提供1.25Gb的带宽，光分配比可以达到1：64，ONU单元理论接收光强度可以低到-24dbm，但是实际施工过程中由于光缆和无源器件存在损耗，一般采用两级光分组网，既同一个EPON口下一、二级光分的分配比不超过1：32，同时保证ONU单元接收光功率强度不得低于-24dbm。前端摄像头直接与ONU单元（光猫）对接，ONU单元采集视频流信号通过ODN网络传输到OLT设备，OLT收集到各路视频信号汇聚，通过上行端口传输到视频监控平台进一步处理。

EPON系统还可以通过OAM管理协议对下挂ONU单元进行集中统一管理，在线监测ONU状态，通过网管平台可以实时监控传输网络流量和设备状态，进一步保证了视频监控系统信号的稳定可靠。

四、结束语

EPON技术最开始兴起于宽带传输网络，由于其低成本、速率高、范围广、安全稳定等特点，后被广泛应用于网络视频监控系统。整个EPON传输网络组网简单，有源设备仅OLT和ONU单元，中间传输网络由无源的光纤器件组成，工作稳定、抗老化、寿命长。综上所述EPON传输网络是解决大中型网络视频监控建设的最佳选择。