EPON+4G=傳輸網(wǎng) 平安城市監(jiān)控新形式

　　ICCSZ訊 隨著國家構(gòu)建“和諧社會”戰(zhàn)略決策的實(shí)施，“智慧城市中的平安城市”、“應(yīng)急體系”等各項(xiàng)建設(shè)工作的深入開展，中國社會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(xiàng)目特別是視頻監(jiān)控系統(tǒng)啟動建設(shè)的幾年中，國內(nèi)城市治安狀況大為好轉(zhuǎn)，項(xiàng)目的建設(shè)產(chǎn)生了巨大的社會效益。近年來智慧城市將平安城市的管理寬度和廣度不斷擴(kuò)展，應(yīng)運(yùn)而生出對綜合執(zhí)法及營運(yùn)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控及人員定位，以確保車輛的安全、人員安全幷實(shí)時(shí)掌控車輛出勤狀況。

　　平安城市建設(shè)特點(diǎn)

　　平安城市中視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)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(fù)雜;整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)接入點(diǎn)少則幾百個(gè)點(diǎn)，多則幾萬個(gè)接入點(diǎn)(如媒體報(bào)道北京海淀區(qū)在2006年內(nèi)建成4萬個(gè)視頻攝像頭)，部分覆蓋區(qū)域由于有線網(wǎng)絡(luò)部署困難，成為監(jiān)控系統(tǒng)部署的盲點(diǎn);

　　.對上行的帶寬要求高，視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)主要從監(jiān)控點(diǎn)往監(jiān)控中心傳送，單路上行帶寬在500K~6Mbps甚至更高;

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

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

　　.安全性、穩(wěn)定性要求高;

　　.必須適應(yīng)室外惡劣的工作環(huán)境;

　　.回傳的數(shù)據(jù)量大、存儲量大;

　　.管理復(fù)雜等特點(diǎn)。

　　面對以上問題，平安城市中視頻監(jiān)控系統(tǒng)承載的傳輸網(wǎng)絡(luò)的選擇就變得尤為重要。視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)在的IP數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，配合視頻監(jiān)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(xiàng)目的建設(shè)特點(diǎn)決定了它需要迫切解決幾個(gè)方面的問題：

　　有線傳輸覆蓋廣，運(yùn)維成本高

　　平安項(xiàng)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(shè)成本的50%，維護(hù)費(fèi)用的70%。

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

　　3G網(wǎng)絡(luò)高資費(fèi)制約無線應(yīng)用

　　由于受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制，部分區(qū)域有線網(wǎng)絡(luò)部署困難、成本較高，需要有線與無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合使用，才能保證在應(yīng)用需求的覆蓋范圍實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控，同時(shí)配合GPS、北斗定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人員與車輛的定位;

　　3G無線網(wǎng)絡(luò)的收費(fèi)方式極大的制約了無線傳輸方式的發(fā)展，隨著4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不斷推開，網(wǎng)絡(luò)的租用費(fèi)用將不斷降低，平安城市中無線網(wǎng)絡(luò)部署成為重要的一部分，可采用以4G為主結(jié)合3G網(wǎng)絡(luò)的方式，4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，上傳的速度理論值也能達(dá)到20Mbps，使得720P以上的無線高清監(jiān)控系統(tǒng)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(yīng)用以通過無線網(wǎng)絡(luò)方式承載。滿足實(shí)施和維護(hù)方便的應(yīng)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(yùn)營商的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是xDSL技術(shù)、無線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(kuò)展空間小，因此可以排除，在大部分的監(jiān)控應(yīng)用中HTTX技術(shù)是較為適用的，而FTTH最佳形式是PON(無源光網(wǎng)絡(luò))技術(shù)，PON(無源光網(wǎng)絡(luò))從技術(shù)指標(biāo)、性價(jià)比、發(fā)展前景幾個(gè)方面來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(jù)應(yīng)用需求作為它的補(bǔ)充結(jié)合使用。

網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性

　　網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性

　　采用IP數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來承載大量的視頻信號，通過MPLS VPN技術(shù)將平安城市的信號封閉在專用的虛通道中進(jìn)行傳輸、匯集，保障了此部分?jǐn)?shù)據(jù)的安全。與IP應(yīng)用緊密結(jié)合，由于存在著多個(gè)監(jiān)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(無源光網(wǎng)絡(luò))技術(shù)，由于是無源的技術(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，帶來維護(hù)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(wěn)定性。

　　隨著4G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商用，無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和帶寬問題正在不斷提高。

　　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)，稱之為EPON系統(tǒng)，一個(gè)典型的EPON系統(tǒng)由OLT(光線路終端)、ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)、POS(分光器)組成。OLT(Optical Line Terminal)放在中心機(jī)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)是無源光纖分支器，是一個(gè)連接各光纖的無源設(shè)備，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)幷集中上行數(shù)據(jù)，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(zhuǎn)送上下行兩個(gè)波(上行波長：1310nm，下行波長：1490nm，另外還可以在這個(gè)光纖下行疊加1550nm的波長，來傳遞電視信號)。

　　OLT到ONU間的距離最大可達(dá)20km，傳輸速度為雙向?qū)ΨQ1Gbps，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主要采用無源光功率分配器(耦合器)將信息送至各用戶。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。若需傳輸較長距離，可采用摻餌光纖放大器(Eribium doped optical fiber amplifier，EDFA)來增加功率。

　　在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時(shí)在PON的傳輸機(jī)制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各ONU與OLT之間突發(fā)性數(shù)據(jù)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(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，因此沒有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON在MAC層通過802.1p優(yōu)先級功能來提供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程是：OLT送至各ONU的信息采用光時(shí)分復(fù)用(OTDM)方式組成復(fù)幀送到饋線光纖;通過無源光分路器以廣播方式送至每一個(gè)ONU，ONU收到下行復(fù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　光接入網(wǎng)(OAN)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)取決于光配線網(wǎng)(ODN)的結(jié)構(gòu)。通常ODN可歸納為單星型、樹型、總線型和環(huán)型等四種結(jié)構(gòu)，也就是PON的四種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　為便于PON結(jié)構(gòu)選擇，現(xiàn)將總線型、星型、環(huán)型及樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。

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

　　從局端OLT設(shè)備出來占用1芯光纖，通過分光器進(jìn)行復(fù)用，在一根芯上傳送上下行兩個(gè)波(上行波長：1310nm，下行波長：1490nm)的信息。

　　EPON網(wǎng)絡(luò)中OLT設(shè)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(jī)或路由器的功能，與核心網(wǎng)絡(luò)的接口稱為SNI(系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口)。ONU設(shè)備一般為單個(gè)邏輯ONU設(shè)備，提供UNI(用戶網(wǎng)絡(luò)接口)，SNI、UNI口可以為以太口(數(shù)據(jù))、POTS口(語音)、RF(視頻)接口，可選和交換機(jī)、路由器、其它特定功能的網(wǎng)絡(luò)終端集成。

平安城市項(xiàng)目中采用EPON設(shè)備優(yōu)勢

　　平安城市項(xiàng)目中采用EPON設(shè)備優(yōu)勢：

　　.經(jīng)濟(jì)節(jié)約：節(jié)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;沒有有源設(shè)備，也就避免了停電、雷擊、過流過壓損壞等有源設(shè)備的常見故障，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，顯著降低維護(hù)費(fèi)用;

　　.長距離：可提供0.5~20KM的遠(yuǎn)距離高帶寬接入，基本覆蓋中等規(guī)模城區(qū)的范圍;

　　.高帶寬：每個(gè)ONU的帶寬可在2M~1Gbps間動態(tài)調(diào)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，通過不同分光器的組合可以靈活組建鏈型、樹型、星型網(wǎng)絡(luò);

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

　　4G無線網(wǎng)絡(luò)的部署

　　目前，中國移動已經(jīng)啟動了全國范圍內(nèi)4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的試點(diǎn)應(yīng)用，正準(zhǔn)備快速在全國范圍內(nèi)推廣。"4G"TD-LTE的最大特點(diǎn)是高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，是現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)的十倍。同時(shí)可以通過手機(jī)等各種終端獲得無線高清視頻體驗(yàn)，十分流暢清晰。4G無線網(wǎng)絡(luò)的部署是在運(yùn)營商的4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上對覆蓋點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的延伸，增加4G網(wǎng)絡(luò)路由器通過無線方式與監(jiān)控平臺互聯(lián)，通過運(yùn)營商的寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳輸。在4G網(wǎng)絡(luò)未覆蓋到的區(qū)域可以通過3G網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)償進(jìn)行承載，可根據(jù)3G網(wǎng)絡(luò)帶寬情況靈活調(diào)整信號的方式和容量。其安裝方便、靈活性強(qiáng)、性價(jià)比高等特性使得更多行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)采用無線監(jiān)控方式。

　　總論

　　綜上所述，將EPON技術(shù)結(jié)合4G無線技術(shù)應(yīng)用到平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(jì)性、安全性、可靠性，將平安城市項(xiàng)目迅速、有效的推進(jìn)。