一種以八節(jié)點(diǎn)光端機(jī)構(gòu)建光纖視頻傳輸系統(tǒng)的方案

文｜深圳英飛拓科技股份有限公司 林 宇

1 應(yīng)用背景

隨著城市建設(shè)、道路交通和網(wǎng)絡(luò)工程的不斷深化發(fā)展，要在日趨復(fù)雜的城市布局和地形多樣的高速公路、隧道等場(chǎng)所中重新埋設(shè)光纖，由于工程量巨大，周期長，資金投入大，已是不大現(xiàn)實(shí)的。因此，如何用盡可能少的光纖傳輸大量分散分布的視頻，便成了監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方案不可避免地需要解決的問題；特別是關(guān)鍵區(qū)域的智能監(jiān)控系統(tǒng)，更需要一種組網(wǎng)靈活、可靠性高、節(jié)省光纖、維護(hù)方便、高性價(jià)比的傳輸設(shè)備。

本文將針對(duì)這一情況，介紹一種采用深圳英飛拓科技股份有限公司推出的一款低成本八節(jié)點(diǎn)光端機(jī)，引進(jìn)接入層最先進(jìn)的光網(wǎng)絡(luò)概念PON，并用PON技術(shù)承載數(shù)字非壓縮視頻，在組網(wǎng)形態(tài)、光纖資源占用、視頻質(zhì)量、可靠性等諸多方面具有高度優(yōu)越性的，全新的視頻接入層傳輸解決方案。

2 工作原理介紹

本文介紹的視頻接入層傳輸解決方案所采用的，N3792系列八節(jié)點(diǎn)光端機(jī)，由節(jié)點(diǎn)機(jī)（發(fā)射機(jī)）、中心機(jī)（接收機(jī)）和無源分光器（Passive optical splitter，可選）三部分組成；支持鏈型連接或匯聚型連接；具有自我診斷功能，可在出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)判斷故障點(diǎn)；還具備網(wǎng)管功能，可極大地方便系統(tǒng)的后期維護(hù)管理。由于采用了無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其連接的任一前端設(shè)備的故障不會(huì)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)造成影響。

在八節(jié)點(diǎn)光端機(jī)組成的光纖網(wǎng)絡(luò)中，中心機(jī)以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連續(xù)廣播的方式向網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)機(jī)傳輸八路數(shù)據(jù)和一路反向控球數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)機(jī)選擇性接收數(shù)據(jù)；網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)機(jī)采用時(shí)分多址復(fù)用技術(shù)，可以將八路視頻、八路數(shù)據(jù)、八路開關(guān)信號(hào)組成一個(gè)信息流傳輸給中心機(jī)。當(dāng)每臺(tái)節(jié)點(diǎn)機(jī)都只正向傳輸一路視頻、一路數(shù)據(jù)和一路開關(guān)信號(hào)時(shí)，中心機(jī)可以支持最多八個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)接入。此光纖網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)字非壓縮技術(shù)傳輸視頻，兼容RS422、RS485、曼徹斯特編碼、開關(guān)信號(hào)。

N3792網(wǎng)管軟件可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)光端機(jī)設(shè)備的管理，通過電子地圖直觀地了解整個(gè)光端機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布情況，監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中每一臺(tái)設(shè)備的工作狀態(tài)；能夠在出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)告警，幫助用戶定位設(shè)備故障；可以統(tǒng)計(jì)、分析各種設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，生成報(bào)表或圖表，幫助用戶對(duì)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行管理。

3 系統(tǒng)組成

如圖1所示，整個(gè)光纖傳輸監(jiān)控系統(tǒng)分為前端和后端兩級(jí)，前端攝像機(jī)攝取的視頻數(shù)據(jù)通過節(jié)點(diǎn)機(jī)傳輸至后端監(jiān)控中心的中心機(jī)，由中心機(jī)的視頻輸出接口連接到監(jiān)視器，顯示現(xiàn)場(chǎng)情況。監(jiān)視中心的中心機(jī)可以通過以太網(wǎng)與安裝有網(wǎng)絡(luò)管理軟件的服務(wù)器通信。網(wǎng)管軟件可以幫助用戶輕松管理和配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)進(jìn)行故障診斷定位，極大地節(jié)約運(yùn)行和維護(hù)成本。

網(wǎng)管軟件可實(shí)現(xiàn)以下管理功能：

◆ 自動(dòng)/手動(dòng)生成拓?fù)鋱D，分層顯示光端機(jī)分布圖和設(shè)備面板圖，展現(xiàn)出被管網(wǎng)絡(luò)各個(gè)子網(wǎng)之間的連接關(guān)系；

◆ 拓?fù)鋱D可以顯示設(shè)備圖標(biāo)，支持通過雙擊設(shè)備圖標(biāo)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的面板圖；

◆ 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如溫度、電壓、視頻、光路等是否正常；

◆ 基于端口的故障定位，多路視頻光端機(jī)每路視頻的分別命名；

◆ 圖標(biāo)可在設(shè)備運(yùn)行不正常時(shí)發(fā)生變化，提示告警信息；

◆ 可以按照設(shè)備類型、設(shè)備ID、設(shè)備名稱、設(shè)備IP地址范圍及設(shè)備狀態(tài)中的一項(xiàng)內(nèi)容或幾項(xiàng)內(nèi)容的組合進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)查詢；

◆ 區(qū)域管理功能，包括將設(shè)備劃分進(jìn)不同的區(qū)域里，設(shè)置區(qū)域的名稱（如北京市）、描述和對(duì)應(yīng)地圖（如北京地圖），以及為區(qū)域添加和刪除關(guān)聯(lián)設(shè)備等內(nèi)容，可方便定位設(shè)備故障點(diǎn)；

◆ 數(shù)據(jù)庫定時(shí)備份，數(shù)據(jù)庫可恢復(fù)；

◆ 數(shù)據(jù)庫支持多條件查詢，包括時(shí)間、事件、名稱查詢等；

◆ 設(shè)備報(bào)警管理；

◆ 實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備掉電情況，在報(bào)警日志中顯示相關(guān)報(bào)警事件的狀態(tài)；

◆ 實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備掉線情況，在報(bào)警日志中顯示相關(guān)報(bào)警事件的狀態(tài)；

◆ 實(shí)時(shí)監(jiān)視光路是否正常，在報(bào)警日志中顯示相關(guān)報(bào)警事件的狀態(tài)；

◆ 實(shí)時(shí)監(jiān)視視頻傳輸是否正常，在報(bào)警日志中顯示相關(guān)報(bào)警事件的狀態(tài)；

◆ 實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備電壓情況（是否過高、過低），在報(bào)警日志中顯示相關(guān)報(bào)警事件的狀態(tài)；

◆ 實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備溫度情況（是否過高、過低），在報(bào)警日志中顯示相關(guān)報(bào)警事件的狀態(tài)。

4 采用PON技術(shù)的光端機(jī)的優(yōu)勢(shì)

采用PON技術(shù)的光端機(jī)，其優(yōu)勢(shì)主要有三方面的體現(xiàn)。

（1）可靠性高

作為一種無源光接入，PON傳輸網(wǎng)絡(luò)由分光器和光纖組成，傳輸介質(zhì)為玻璃，沒有有源設(shè)備，因而不存在有源設(shè)備常見的停電、雷擊、過流過壓損壞等問題，也沒有雙絞電纜傳輸?shù)碾姶鸥蓴_問題，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，維護(hù)費(fèi)用更低。

（2）節(jié)省光纖

PON系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信技術(shù)，與無源點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)相比能夠有效地節(jié)省主干光纖及系統(tǒng)中的光接口。

（3）組網(wǎng)靈活

PON系統(tǒng)可以通過不同分光器的組合，非常靈活地組建鏈型、星型、樹型網(wǎng)絡(luò)。

5 應(yīng)用分析

5.1 鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)在隧道監(jiān)控中的應(yīng)用

公路隧道是公路上的特殊路段，空間環(huán)境狹窄、光線變化大、視野不清，存在潛在的交通事故危險(xiǎn)。特別是發(fā)生火災(zāi)等緊急事件時(shí)，公路隧道的交通疏導(dǎo)和救援工作與普通路段大不一樣，而且二次事故的后果遠(yuǎn)比原發(fā)性事故嚴(yán)重得多。因此，長隧道內(nèi)的安全保障是公路隧道建設(shè)和運(yùn)營中要特別關(guān)注的問題。

隧道監(jiān)控系統(tǒng)是中、長隧道必不可少的安全保障工具，也是保證隧道交通暢通與環(huán)保必需的工程設(shè)施；用于直觀地、及時(shí)地觀測(cè)隧道內(nèi)外交通運(yùn)行情況和事故現(xiàn)場(chǎng)，為救災(zāi)排險(xiǎn)提供第一手信息。

短距離的隧道，配置的攝像機(jī)一般數(shù)量不多，用一條鏈路即可將視頻傳輸?shù)街行模粚?duì)于長距離隧道，可以將6～8臺(tái)攝像機(jī)分成一組，將視頻集中或直接采用匯聚的方式傳輸。

采用N3792八節(jié)點(diǎn)光端機(jī)，每條鏈路只需一根光纖，每個(gè)節(jié)點(diǎn)允許一路圖像接入、一路RS485控制信號(hào)輸出（實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的PTZ操作）和一路開關(guān)量信號(hào)接入（用于隧道內(nèi)其他報(bào)警設(shè)備的信號(hào)，如火警信號(hào)的接入）。前端模擬攝像機(jī)輸出的復(fù)合視頻信號(hào)經(jīng)過同軸電纜傳輸后進(jìn)入鄰近的N3792八節(jié)點(diǎn)光端機(jī)，而后通過鏈路傳輸至附近監(jiān)控室的中心接收光端機(jī)。中心接收機(jī)采用以太網(wǎng)方式與網(wǎng)管軟件進(jìn)行通信；通過網(wǎng)管軟件，用戶可以實(shí)時(shí)監(jiān)控中心接收機(jī)及節(jié)點(diǎn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

如圖2所示，多個(gè)前端共用一芯光纖的鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可大幅降低監(jiān)控系統(tǒng)工程的造價(jià)。節(jié)點(diǎn)機(jī)內(nèi)置無源分光器，可簡化工程建設(shè)和維護(hù)；節(jié)點(diǎn)之間的故障不關(guān)聯(lián)，任何節(jié)點(diǎn)的設(shè)備故障均不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)光端機(jī)的正常工作。

5.2 匯聚式組網(wǎng)在小區(qū)監(jiān)控中應(yīng)用

小區(qū)一般都會(huì)根據(jù)業(yè)主實(shí)際的監(jiān)控需要，在小區(qū)周邊、大門、住宅、倉庫、機(jī)房、停車場(chǎng)等重點(diǎn)部位安裝攝像機(jī)，有效地保障小區(qū)財(cái)產(chǎn)和工作人員的安全，最大程度地防范各種入侵，提高處理各種突發(fā)事件的反應(yīng)速度，給保衛(wèi)人員提供一個(gè)良好的工作環(huán)境。

小區(qū)周邊監(jiān)控點(diǎn)、小區(qū)內(nèi)的道路監(jiān)控點(diǎn)可以通過采用N3792系列八節(jié)點(diǎn)光端機(jī)構(gòu)建的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)連接到小區(qū)管理處，管理處內(nèi)放置中心接收機(jī)；小區(qū)大門、各住宅大門、停車場(chǎng)出入口等地方的監(jiān)控點(diǎn)可以通過匯聚式結(jié)構(gòu)（如圖3、圖4所示）連接到小區(qū)管理處。管理人員可利用N3792光端機(jī)的網(wǎng)管功能來進(jìn)行對(duì)整個(gè)小區(qū)傳輸系統(tǒng)的維護(hù)及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。系統(tǒng)需要新增監(jiān)控點(diǎn)時(shí)只需要在附近增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)即可。接收機(jī)可自動(dòng)識(shí)別新增節(jié)點(diǎn)，新增設(shè)備不會(huì)影響原有設(shè)備的正常工作。

6 結(jié)束語

在治安監(jiān)控及廣場(chǎng)、高速公路、工業(yè)園區(qū)監(jiān)控等前端分布較分散的視頻接入傳輸系統(tǒng)中，在傳輸鏈路資源有限和人工維護(hù)成本高的情況下，對(duì)關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行無間斷監(jiān)控，需要更加可靠的傳輸網(wǎng)絡(luò)。本文介紹的，采用八節(jié)點(diǎn)光端機(jī)構(gòu)建的光分配網(wǎng)絡(luò)（Optical Distribution Network）設(shè)計(jì)，能夠在任意組網(wǎng)方式下避免節(jié)點(diǎn)機(jī)故障給網(wǎng)路帶來影響。此外，其雙向RS422、RS485、曼徹斯特編碼、開關(guān)信號(hào)和反向控球數(shù)據(jù)的傳輸以及網(wǎng)管功能的實(shí)現(xiàn)，更有效地解決了光纖資源有限、節(jié)點(diǎn)分散、前端數(shù)據(jù)傳輸復(fù)雜的問題，為智能化傳輸系統(tǒng)建設(shè)拓展了一條新路。

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