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)點多，且中間節(jié)電需要供電，不便維護。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)簡單、障礙量少。測試結(jié)果表明，PON傳輸網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，16路完全高清攝像機匯聚到OLT上的速率可達87M，網(wǎng)絡(luò)速度提高了36%，維護故障減少50%。

【關(guān)鍵詞】 網(wǎng)絡(luò)攝像機 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)控因不能滿足當前高清圖像的需求而已逐步退出使用。在高清視頻攝像機應用場景廣泛化的今天，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，由IP網(wǎng)絡(luò)承載大量的攝像機采集到的信息逐漸成為PON技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸應用之一。

一、EPON技術(shù)與工作原理

1.1 EPON工作原理

EPON是一種基于P2MP拓撲結(jié)構(gòu)的物理層上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實現(xiàn)單纖雙向傳輸，使用2種復用技術(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ONU注冊成功后分配唯一的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)前對比LLID注冊表，識別不同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)拓撲一般采用點到多點的樹型結(jié)構(gòu)。PON網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點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只負責數(shù)據(jù)的傳輸。

二、PON傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用

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、MDU、ODN、OLT，單路解碼器和視頻存儲服務器 （網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機）、C/S瀏覽顯示器組成。網(wǎng)絡(luò)攝像機作為前端設(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)）負責網(wǎng)絡(luò)傳輸，OLT完成視頻數(shù)據(jù)匯聚至解碼器，最后存儲在網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機的硬盤里，依據(jù)硬盤容量的大小，存儲時間為10天～1個月。

2.2 視頻監(jiān)控對PON網(wǎng)絡(luò)的要求

視頻圖像的存儲和傳輸量大，耗用的存儲空間大，占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬高。以當前常用的1080P網(wǎng)絡(luò)攝像機為例，圖象的最高分辨率1920*1080像素，一路監(jiān)控視頻1天錄像24小時占用的存儲容量需要43.2G，碼流為4Mbps，在網(wǎng)絡(luò)傳輸中占用4M帶寬，與其他辦公應用通信網(wǎng)絡(luò)相比，視頻監(jiān)控系統(tǒng)對網(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)靈活和易于維護等特點，能很好地適應這些要求。

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，就需要確保相應帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境。

2.2.2 保證圖像實時顯示，傳輸質(zhì)量高

在我國通信業(yè)標準傳輸視頻監(jiān)控業(yè)務的承載網(wǎng)性能高于1級，提供端到端的QoS保障，且要求低時延、低丟包率。要保證視頻圖象的實時顯示，就需要確保相應網(wǎng)絡(luò)交換機的背板交換容量環(huán)境。

2.2.3 接入場景多樣化

由于監(jiān)控的點位多而廣，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和網(wǎng)絡(luò)覆蓋的布點分散，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)次重不一。

2.2.4 攝像機遠端 供電需求

工程實施中遇到的室外攝像機供電困難，可通過5類線中備用的2對雙絞線進行POE供電，能夠解決安裝于室外空曠處攝像機取電難題。

2.3視頻監(jiān)控對PON技術(shù)的選用

通過以上3種技術(shù)接入方式的對比，EPON的應用能夠滿足視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)攝像機海量數(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)實施

上海暢順達物流公司總部在九江路，物流倉庫與業(yè)務辦公樓在浦東機場附近的金聞路，要求對儲貨庫區(qū)做到全方位、無盲區(qū)、24小時實時視頻監(jiān)控；選用1080P鏡頭槍機攝像機覆蓋重要點位；選用720P與1080P鏡頭的槍機與球機混合攝像，覆蓋辦公區(qū)域，安裝于裝潢吊頂之中。1080P 攝像機67臺，720P 攝像機34臺。視頻監(jiān)控與辦公網(wǎng)絡(luò)共用機房設(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、合理地實施該系統(tǒng)，按照以下步驟進行。

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。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的單個IP網(wǎng)絡(luò)攝像機的上行業(yè)務碼流可達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識別哪個網(wǎng)絡(luò)攝像機傳上來的數(shù)據(jù)，不僅僅通過VLAN，每個攝像機都要配置固定IP地址，采用192.168.2～254網(wǎng)段分配至每臺攝像機上的數(shù)據(jù)端口。

3.2 數(shù)據(jù)配置批量實施

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)控單獨的網(wǎng)絡(luò)管理，特定的多臺MDU組合，批量預配置，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)測及其后期的竣工驗收等需要進入MDU的安裝點的次數(shù)多、逐臺調(diào)試、時間長效率低等的問題，

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，監(jiān)控設(shè)備采用大華的單路解碼器和7個*16路的網(wǎng)絡(luò)視頻存儲服務器安裝在機房。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)域相應點位安裝了101臺720P或1080P攝像機，高清網(wǎng)絡(luò)IP攝像機編號為倉庫攝像機A01-A67，辦公區(qū)攝像機B01-B34。

3.4 系統(tǒng)測試與故障修復

3.4.1測試驗證

進行系統(tǒng)測試，從無信號顯示的攝像機群開始，在MDU與OLT之間測試視頻圖像數(shù)據(jù)的接入、匯聚等模塊，驗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)上的測試，使得整個暢順達視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行正常運行。

3.4.2 ONU故障

系統(tǒng)試運行1周后，出現(xiàn)了幾個故障。倉庫辦公區(qū)A34-A48的槍機攝像機無顯示信號，逐層檢測，編號為M04的華為MDU設(shè)備MA5626-16出故障，到指定點替換MDU，錄入認證碼，故障解決，恢復接入層交換設(shè)備，更換新的MDU數(shù)據(jù)在U2000中的版本和配置數(shù)據(jù)自動恢復啟用。

3.4.3 PON口故障

辦公樓二層機房OLT上獲取不到部分MA5626-16的注冊LLID，分析檢測后，把MA5608T（PON口數(shù)量為16=2塊業(yè)務板*8PON端口/塊）上的H808EPSD業(yè)務板PON1口手工跳纖至備用PON6口上，在U2000上將原PON1口上的業(yè)務數(shù)據(jù)遷移至PON6口上，故障修復，系統(tǒng)恢復運行。

3.5 PON傳輸視頻監(jiān)控實施結(jié)果

把前端16臺1080P攝像機使用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MA5626-16可同時接入16臺1080攝像機，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、視頻存儲服務器（硬盤錄像機）子系統(tǒng)，再由8個同樣的子系統(tǒng)組成的整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過MDU、OLT上對應的EPON口及ODN網(wǎng)絡(luò)的全光傳輸，達到20KM傳輸距離，無數(shù)字圖像丟幀現(xiàn)象，傳輸時延<1ms，完全符合每臺1080P攝像機4Mbps碼流的傳輸帶寬和視頻主機對連續(xù)、實時傳輸圖像幀率為25fps的標準要求，滿足硬盤錄像機存儲和顯示服務需求。

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)中的應用，能夠滿足視頻監(jiān)控中多場景、高密度的網(wǎng)絡(luò)IP攝像機采集、壓縮海量圖像信息要求，達到傳輸大帶寬、圖像高質(zhì)量的需求。應用結(jié)果表明16路分辨率為1080P完全高清攝像機接入到MDU設(shè)備，通過ODN網(wǎng)絡(luò)匯聚到OLT上的速率可達87Mbps，網(wǎng)絡(luò)速度提高了36%，同時維護故障減少50%。

參 考 文 獻

[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[J]. 鐵道勘測與設(shè)計，2013，No.19105：29-30.

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