EPON在視頻監(jiān)控傳輸中的應(yīng)用

龍武昌

【摘要】 傳統(tǒng)的數(shù)字視頻監(jiān)控采用以太網(wǎng)傳輸，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多，且中間節(jié)電需要供電，不便維護(hù)。本文探討PON技術(shù)用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、障礙量少。測(cè)試結(jié)果表明，PON傳輸網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，16路完全高清攝像機(jī)匯聚到OLT上的速率可達(dá)87M，網(wǎng)絡(luò)速度提高了36%，維護(hù)故障減少50%。

【關(guān)鍵詞】 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī) 視頻監(jiān)控 PON技術(shù)

引言

隨著視頻圖象采集、壓縮數(shù)字化和一體化的發(fā)展，原來普通分辨率的視頻監(jiān)控因不能滿足當(dāng)前高清圖像的需求而已逐步退出使用。在高清視頻攝像機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景廣泛化的今天，IP網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控技術(shù)將成為主流，其對(duì)視頻監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡(luò)提出了高帶寬需求。因PON技術(shù)的成熟與其先天優(yōu)勢(shì)，由IP網(wǎng)絡(luò)承載大量的攝像機(jī)采集到的信息逐漸成為PON技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用之一。

一、EPON技術(shù)與工作原理

1.1 EPON工作原理

EPON是一種基于P2MP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的物理層上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸，使用2種復(fù)用技術(shù)：

1、下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)，工作波為1480～1500nm，通過ODN中的1：N無源光分路器下發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上的所有ONU，每個(gè)ONU注冊(cè)成功后分配唯一的LLID；

2、上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)，工作波為1260～1360nm，來源于各個(gè)ONU的數(shù)據(jù)互不影響地通過ODN中的1：N無源光分路器集中到同一根上行光纖傳輸至OLT，OLT接收數(shù)據(jù)前對(duì)比LLID注冊(cè)表，識(shí)別不同ONU上傳的數(shù)據(jù)。

1.2 PON系統(tǒng)組成

PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由中心機(jī)房的光線路終端OLT、包含無源光器件的光分配網(wǎng)ODN和用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元ONU/光網(wǎng)絡(luò)終端ONT組成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎命c(diǎn)到多點(diǎn)的樹型結(jié)構(gòu)。PON網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)在于避免在室外使用有源通信設(shè)備，所有的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收在ODN兩端的OLT與ONU處理，ODN只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。

二、PON傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 PON傳輸視頻監(jiān)控的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

使用PON技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、MDU、ODN、OLT，單路解碼器和視頻存儲(chǔ)服務(wù)器 （網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)）、C/S瀏覽顯示器組成。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)作為前端設(shè)備，采集并壓縮視頻圖像信息，MDU把視頻數(shù)據(jù)接入到PON網(wǎng)絡(luò)，ODN（由光纖與光分路器構(gòu)成的光分配網(wǎng)）負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸，OLT完成視頻數(shù)據(jù)匯聚至解碼器，最后存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)的硬盤里，依據(jù)硬盤容量的大小，存儲(chǔ)時(shí)間為10天～1個(gè)月。

2.2 視頻監(jiān)控對(duì)PON網(wǎng)絡(luò)的要求

視頻圖像的存儲(chǔ)和傳輸量大，耗用的存儲(chǔ)空間大，占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬高。以當(dāng)前常用的1080P網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)為例，圖象的最高分辨率1920*1080像素，一路監(jiān)控視頻1天錄像24小時(shí)占用的存儲(chǔ)容量需要43.2G，碼流為4Mbps，在網(wǎng)絡(luò)傳輸中占用4M帶寬，與其他辦公應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)相比，視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸提出了更高要求。

PON技術(shù)具有高帶寬、組網(wǎng)靈活和易于維護(hù)等特點(diǎn)，能很好地適應(yīng)這些要求。

2.2.1 保證圖像連續(xù)顯示，占用帶寬高

分辨率1080P網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的碼流為4Mbps，采集、壓縮視頻信息后，占用4M帶寬，分辨率720P網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的碼流為2Mbps，采集、壓縮視頻信息后，占用2M帶寬，要保證視頻圖象的連續(xù)流暢顯示，就需要確保相應(yīng)帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境。

2.2.2 保證圖像實(shí)時(shí)顯示，傳輸質(zhì)量高

在我國(guó)通信業(yè)標(biāo)準(zhǔn)傳輸視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)性能高于1級(jí)，提供端到端的QoS保障，且要求低時(shí)延、低丟包率。要保證視頻圖象的實(shí)時(shí)顯示，就需要確保相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的背板交換容量環(huán)境。

2.2.3 接入場(chǎng)景多樣化

由于監(jiān)控的點(diǎn)位多而廣，往往分散在不同的區(qū)域，需要大量網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集、壓縮海量的視頻圖像信息，再接入到網(wǎng)絡(luò)中傳輸與匯聚。需求分布不均勻?qū)е掳惭b于不同位置的攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)覆蓋的布點(diǎn)分散，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)次重不一。

2.2.4 攝像機(jī)遠(yuǎn)端 供電需求

工程實(shí)施中遇到的室外攝像機(jī)供電困難，可通過5類線中備用的2對(duì)雙絞線進(jìn)行POE供電，能夠解決安裝于室外空曠處攝像機(jī)取電難題。

2.3視頻監(jiān)控對(duì)PON技術(shù)的選用

通過以上3種技術(shù)接入方式的對(duì)比，EPON的應(yīng)用能夠滿足視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)海量數(shù)據(jù)、大帶寬、高質(zhì)量接入需求，選用PON技術(shù)是最佳接入選擇。

三、 PON 傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施

上海暢順達(dá)物流公司總部在九江路，物流倉庫與業(yè)務(wù)辦公樓在浦東機(jī)場(chǎng)附近的金聞路，要求對(duì)儲(chǔ)貨庫區(qū)做到全方位、無盲區(qū)、24小時(shí)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控；選用1080P鏡頭槍機(jī)攝像機(jī)覆蓋重要點(diǎn)位；選用720P與1080P鏡頭的槍機(jī)與球機(jī)混合攝像，覆蓋辦公區(qū)域，安裝于裝潢吊頂之中。1080P 攝像機(jī)67臺(tái)，720P 攝像機(jī)34臺(tái)。視頻監(jiān)控與辦公網(wǎng)絡(luò)共用機(jī)房設(shè)置在辦公樓2層，通過上海電信VPN接入至九江路總部。為了快速、合理地實(shí)施該系統(tǒng)，按照以下步驟進(jìn)行。

3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)劃

劃分VLAN可以用來隔離來源于不同的IP攝象機(jī)。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的單個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的上行業(yè)務(wù)碼流可達(dá)4Mbps，因此要用單層VLAN劃分以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了使解碼器與硬盤錄像機(jī)識(shí)別哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)傳上來的數(shù)據(jù)，不僅僅通過VLAN，每個(gè)攝像機(jī)都要配置固定IP地址，采用192.168.2～254網(wǎng)段分配至每臺(tái)攝像機(jī)上的數(shù)據(jù)端口。

3.2 數(shù)據(jù)配置批量實(shí)施

依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)規(guī)劃，將MDU批量離線配置的管理，視頻監(jiān)控單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)管理，特定的多臺(tái)MDU組合，批量預(yù)配置，通過Excel表單工具依次倒入軟調(diào)數(shù)據(jù)至MDU中，解決了MDU的安裝、數(shù)據(jù)配置、調(diào)測(cè)及其后期的竣工驗(yàn)收等需要進(jìn)入MDU的安裝點(diǎn)的次數(shù)多、逐臺(tái)調(diào)試、時(shí)間長(zhǎng)效率低等的問題，

3.3 PON網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安裝

OLT設(shè)備采用華為MA5608T作為匯聚交換機(jī)，監(jiān)控設(shè)備采用大華的單路解碼器和7個(gè)*16路的網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器安裝在機(jī)房。接入?yún)^(qū)域安裝華為MA5626-16作為網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，接入各網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集與壓縮的圖像數(shù)據(jù)，通過布放8根單模光纜及4只1：8光分路器構(gòu)成ODN網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)結(jié)MDU與OLT之間的數(shù)據(jù)傳輸。

倉庫與辦公大樓各層區(qū)域相應(yīng)點(diǎn)位安裝了101臺(tái)720P或1080P攝像機(jī)，高清網(wǎng)絡(luò)IP攝像機(jī)編號(hào)為倉庫攝像機(jī)A01-A67，辦公區(qū)攝像機(jī)B01-B34。

3.4 系統(tǒng)測(cè)試與故障修復(fù)

3.4.1測(cè)試驗(yàn)證

進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，從無信號(hào)顯示的攝像機(jī)群開始，在MDU與OLT之間測(cè)試視頻圖像數(shù)據(jù)的接入、匯聚等模塊，驗(yàn)證到解碼器視頻圖像顯示功能子系統(tǒng)。完成了PON傳輸系統(tǒng)上的測(cè)試，使得整個(gè)暢順達(dá)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)行。

3.4.2 ONU故障

系統(tǒng)試運(yùn)行1周后，出現(xiàn)了幾個(gè)故障。倉庫辦公區(qū)A34-A48的槍機(jī)攝像機(jī)無顯示信號(hào)，逐層檢測(cè)，編號(hào)為M04的華為MDU設(shè)備MA5626-16出故障，到指定點(diǎn)替換MDU，錄入認(rèn)證碼，故障解決，恢復(fù)接入層交換設(shè)備，更換新的MDU數(shù)據(jù)在U2000中的版本和配置數(shù)據(jù)自動(dòng)恢復(fù)啟用。

3.4.3 PON口故障

辦公樓二層機(jī)房OLT上獲取不到部分MA5626-16的注冊(cè)LLID，分析檢測(cè)后，把MA5608T（PON口數(shù)量為16=2塊業(yè)務(wù)板*8PON端口/塊）上的H808EPSD業(yè)務(wù)板PON1口手工跳纖至備用PON6口上，在U2000上將原PON1口上的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)遷移至PON6口上，故障修復(fù)，系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行。

3.5 PON傳輸視頻監(jiān)控實(shí)施結(jié)果

把前端16臺(tái)1080P攝像機(jī)使用4Mbps的碼流同步采集數(shù)據(jù)量64Mbps集成在一起，消耗的傳輸帶寬64M。1臺(tái)MA5626-16可同時(shí)接入16臺(tái)1080攝像機(jī)，上行采用100M至MA5608T匯聚數(shù)據(jù)，構(gòu)成了1套視頻圖像采集、接入、傳輸、匯聚及單路解碼、視頻存儲(chǔ)服務(wù)器（硬盤錄像機(jī)）子系統(tǒng)，再由8個(gè)同樣的子系統(tǒng)組成的整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過MDU、OLT上對(duì)應(yīng)的EPON口及ODN網(wǎng)絡(luò)的全光傳輸，達(dá)到20KM傳輸距離，無數(shù)字圖像丟幀現(xiàn)象，傳輸時(shí)延<1ms，完全符合每臺(tái)1080P攝像機(jī)4Mbps碼流的傳輸帶寬和視頻主機(jī)對(duì)連續(xù)、實(shí)時(shí)傳輸圖像幀率為25fps的標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足硬盤錄像機(jī)存儲(chǔ)和顯示服務(wù)需求。

四、 結(jié)束語

PON技術(shù)傳輸視頻監(jiān)控圖像，以PON接入到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠滿足視頻監(jiān)控中多場(chǎng)景、高密度的網(wǎng)絡(luò)IP攝像機(jī)采集、壓縮海量圖像信息要求，達(dá)到傳輸大帶寬、圖像高質(zhì)量的需求。應(yīng)用結(jié)果表明16路分辨率為1080P完全高清攝像機(jī)接入到MDU設(shè)備，通過ODN網(wǎng)絡(luò)匯聚到OLT上的速率可達(dá)87Mbps，網(wǎng)絡(luò)速度提高了36%，同時(shí)維護(hù)故障減少50%。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李欣. 基于EPON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2013，No.19105：29-30.

[2]肖品輝. 基于EPON技術(shù)的高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的探討[J]. 信息通信，2016，No.15802：272-273.

[3]崔景川. EPON接入網(wǎng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].天津大學(xué)，2014.