基于PON技术的视频监控系统组网探讨
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【摘要】简要介绍视频监控系统的各种组网模式，并介绍PON技术特点；结合PON技术的工程应用，较详细地分析PON技术在视频监控领域的应用场景；阐述组网模式并提出未来组网的建设建议。
【关键词】视频监控；PON；应用场景；建设方案
【中图分类号】TN929.5 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0143-02
1、概述
1.1 PON技术提出的背景
随着现代城市朝多职能化发展，城市布局日趋复杂，地面监控点有上百、数百个甚至上千个，要保证职能部门能在第一时间掌握实时、清晰高品质的视频图像，就凸现出光纤资源的紧张。而且，在城市功能日趋强大和复杂的今天，重新敷设光缆不仅成本非常昂贵，各方的协调更是困难重重。鉴于此，该如何解决上述问题呢？
其实，在电信运营商的FTTH（光纤到户）的建设中也遇到了同样的问题。为了解决这一问题，充分发挥光纤的带宽优势、解决光纤资源紧张、提高网络的健壮性，电信运营商选择了PON（无源光网络）技术。
1.2 PON技术特点
PON（Passive Optical Network）即无源光网络。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端（OLT），以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元（ONU）。在OLT与ONU之间的光配线网（ODN）包含了光纤以及无源分光器或者耦合器。
无源光网络从中心到驻地网之间不存在任何有源器件，取而代之的是将无源光器件插入到网络中，并在整个路径上通过分离光波长的功率来引导传输的流量。这种替换使得用户不再需要向传输环路中的有源器件供能和保养，大大节约了用户的成本。无源的分光器和耦合器只起到传递和限制光的作用，不需要供电和信息处理，而且具有不受限制的平均故障间隔时间（MTBF），可以全面降低维护成本。
PON技术的优点主要体现在以下几个方面：
1.光纤接入网是最能适应未来发展的解决方案，特别是PON技术已被证明是当前综合宽带接入中非常经济有效的方式。
2.由于采用PON技术，整个光分配网是无源的，无源光网络的体积小且设备简单。与铜缆网相比，PON可减少维护运行费用，并彻底避免了电磁干扰和雷电干扰。
3.PON的无源ONU（光网络单元）无需供电，不仅免除了供电的一系列问题，而且可靠『生优于有源设备。
4.由于使用的是无源器件，共享光纤传输介质，整个光网络的投资费用较。
5.PON在一定程度上对所使用的传输体制是透明的，升级起来比较容易。
PON技术已经成为业界公认的实现光纤到户（FTTH）的首选方案。PON技术采用点到多点拓扑结构，下行和上行分别通过TDM和TDMA方式传输数据。目前电信行业主要推广的是EPON，即以太网封装到PON，实现光纤宽带入户。
2、基于P0tl技术的应用场景
基于无源光网络pon技术的视频监控系统主要应用在平安城市，公安交通指挥，高速公路地铁及大型公共建筑的高清监控系统。
基于PON技术的视频监控系统组网方案及分布场景如上图所示，本建设方案可适用于室外，室内及其他监控场景，接入方便，传输系统可扩展性强。随着城市监控、交通监控等一系列远程视频监控组网需求的大量出现，视频监控（全球眼）、视频通信（新视通）等对上行带宽要求较高的业务已经成为运营商的一种收益较高的新型业务。
视频监控业务对上行带宽需求较大，一般超过3Mbit/s，终端设备数量大并且在一个区域内呈分散分布，对接入网络的扩展性要求高。此外，由于此类业务主要用于公共安全防护和行业应用，客户对QoS的要求较高，但对成本不很敏感。
采用PON技术承载视频监控业务的回传数据，摄像头通过FE接口直接连接至ONU，可充分利用PON系统上行高带宽的特性，与视频光端机点到点的传输方式相比，可节约大量主干光纤资源。
PON传输技术在平安城市及视频监控领域的应用组网方式如下图所示，各前端点位独立设置ONU，采用VLAN隔离，为每个前端点位分配固定的IP地址，信号经过分光器，最终汇聚到OLT上，由OLT对前端大量ONU的统一管理和远程维护，OLT上行连接至监控中心平台交换机，实现对视频信号的提取和控制。
PON技术主要运用场景如下图所示，不同场景的需求可通过配置不同的ONU来实现，最终通过OLT统一管理，极大简化设备配置，便于业务快速开通及后期维护。
经过以上分析对比，PON接入符合视频监控高带宽，高质量和高稳定的海量信息接入场景，是一种更先进的技术选择。相对于交换机方案和wifi接入方案，无源网络可靠性更高，系统扩展性更强，覆盖范围更广，并且随着光线物理网的建设，PON方式建设成本将逐步降低，有利于推进视频监控业务的发展。
4、视频监控网络的建设策略
系统组成：系统由光网络单元（ONU）、光线路终端（OLT）和无源光纤网络组成。无源光分配网络（ODN）由光纤和分光器组成，可以是无环的任意拓扑结构，便于网络扩容，能有效降低建设成本及运维成本。
单个系统包含1台OLT和最多8台ONU。每个ONU能接入1路视频信号，同时提供1个总线型前端控制数据通道、1个音频通道和1个开关量通道。OLT接收全部ONU的信号并集中输出。
根据需要还可以提供多路视频接入的ONU，这时单个系统可接入的ONU个数会减少，而是以接入的视频信号总数不超过8路为限。多路视频信号接入的ONU可以通过软件设置实际的视频信号接入数量，辅助信号数量也同时调整，总线通道不受影响。
组网灵活：系统通过分光器和光纤组成多对一的无源光网络（PON），可以根据前端的分布情况组成链形、星形和树形网络。按设计和试验验证，8个前端ONU可以支持在20kin半径范围内的任意组网（非环形）。
扩容方便：可在系统中的干线光纤或支线光纤上的任意一点插入新的ONU，或者在系统中的干线光纤或支线光纤上的任意一点插入无源分路器后，分出若干段光纤后插入新的ONU。也支持在原ONU的后端再延长出一段光纤插入新的ONU。
可靠性高：系统所有设备都通过PON连接，PON由无源元件组成，不易受损，特性稳定。
系统不论采用哪种网络形式，实际上还是接收端与各前端点到点的直接传输，因此前端故障不会对网络造成影响。前端故障可包括前端掉电和设备故障，甚至还可以包括前端设备不稳定。实际上，VPON完全与点对点光端机组成的监控传输网具有相同的可靠性。
可指派输出：可根据需要将特定ONU接入的信号设置到OLT端指定端口输出。即可以实现一个完整PON系统内的视频交换功能。
统一网管：系统遵循统一管理，除可实现系统内各机盘性能和告警参数的采集上报，还能够对系统中前端ONU的工作时隙进行切换，并能够对前端ONU进行启动、暂停和注销等操作。网管盘采用SNMP网管盘。
平台兼容性强：同一平台上的OLT可以与不同功能组合的ONU互通。目前已开发了PON-1.25G/2.5G平台，平台上可以支持各种不同型号的ONU产品，分别支持1路正向视频、1路反向视频、1路半双工数据、1路双向音频、1路正向开关量、1路以太网等功能的组合。各种型号的ONU均可与此平台的OLT完全互通，不影响ONU功能的发挥。
5、结束语
以往平安城市视频监控系统的承载网络以传统的点对点系统为主，因此网络建设成本尤其是光缆网建设成本非常高。当前，各电信运营商已全面开展以PON技术为主的光纤网络建设，采用PON技术建设平安城市的承载网络，是一种技术创新和行业信息化应用的实践。本文主要通过分析视频监控技术的演进，研究模拟与数字承载网络技术的发展，分析比较各种承载网技术的优劣，阐述采用以PON技术为基础的城市光网，在平安城市中承载应用具备的优势。同时，提出PON承载视频监控系统需关注的运维和技术问题并且探讨其解决方案。