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1、 EPON 在水库远程视频监控应用方案 一 背景知识 水利行业在中国有着悠久的历史。随着国民经济的迅猛发展，水利工程在国民经济中所起的作用越来越大，防汛更是直接影响国民经济发展的一个重要方面。由于防汛信息化水平不高，以往的人工观测数据误差大，系统维护难，易误 大事。一旦遇上反常气象，各大水库、水闸的防汛安全令人担忧，同时也给城 市防洪造成巨大压力。目前，国家提出了建设“数字水利”的目标。全面实施 大型水库远程视频实时监控系统建设。防汛抗洪工作逐步从被动抗洪向主动防汛 转变。为进一步提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性，实施防汛远程视频实时监 控系统建设，可及时对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行
2、动态监视，随时了解现场情况，以便采取相应的预防和补救措施确保水库安全运行。对领导决策和减少洪水灾害，缓解城市的防洪压力，保障人民生命财产的安全具有重要作用。运营级远程视频监控业务是近几年发展速度较快的电信增值业务。其业务重点是通过一个应用广泛的远程网络监控中心服务平台，以集中式分区化运营方式为用户提供便捷、经济、有效的远程监控整体解决方案。通过运营级视频监控业务，用户可以不受时间、地点限制对监控目标进行实时监控、管理、观看，实现跨地域的统一监控、统一存储、统一管理和资源共享。远程视频监控系统特点分析如下：1、对上行的带宽要求高，视频监控数据主要从监控点往监控中心传送，单 路上行带宽在 500K
3、6Mbps甚至更高；这样可基本排除 xDSL 技术；2、地域分布广，在一个城区内 10KM 左右范围内广泛分布；3、链形或树形组网，如企业内的各个楼层、路口、电梯等或道路交通监控等区域监控，都要根据现场情况设计组网种类。4、接入点多，整个监控系统接入点少则几百个点，多则几万个接入点。5、与 IP 应用紧密结合，由于存在着多个监控中心同时实时查看一个点的 视频情况，一般会用 IP 组播技术解决；要求网络对 IP 组播有很好的承 载性能。通过上面的特点分析我们不难发现，终端接入网络是远程视频监控系统建设的难点，也是该系统成败的关键；实际部署中接入网络占整个网络建设成本的50%，维护费用的 70%。
4、在全业务运营时代的今天，市场也对运营商提出了更高的要求，如何合理、准确的使用新技术，更好的服务于客户，如何既能减少网络建设的成本，又能提 高网络的稳定性等等问题，是摆在每一个通信人面前的问题。要解决终端接入的问题要遵循用户接入网技术发展的方向；当前通讯领域接 入网技术发展的终极目标是 FTTH(宽带到户)，而业界一直认为 FTTH 最佳形式 是 PON(无源光网络)技术。EPON(以太无源光网络)是当前几种最佳的技术和网络结构的结合,从技术指标、性价比、发展前景几个方面来看都是最合适应用于的远程视频监控业务 技术。下面就详细介绍一下 EPON 技术的原理及在 远程视频监控业务的应用：二 EPO
5、N 系统介绍 EPON（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结 构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了 PON 技术，在链路层使用以太网协议，利用 PON 的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了 PON 技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的 服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。一个典型的 EPON 系统由 OLT(光线路终端)、ONU(光网络单元)、POS(分光器)组成。OLT（Optical Line Terminal ）放在中心机房（CO，Central Office ），ONU（Optical Netw
6、ork Unit）放在网络接口单元（NIU：Network Interface Unit ）附近或与其合为一体。POS（Passive Optical Splitter ）是无源光纤分路器，是一个连接各光纤的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据，型号 一般有 1:2(50%：50%，95%：5%等)，1:4、1：8、1:16、1:32。EPON 中使用单芯 光纤，在一根芯上转送上下行两个波（上行波长：1310nm，下行波长：1490nm，另外还可以在这个光纤下行叠加 1550nm 的波长，来传递电视信号）。OLT 到 ONU 间的距离最大可达 20km，传送速率为双向对称 1Gbps
7、，最大 分光比一般支持 1:32 或者更高，可以一级分光也可以多个分光器级连。EPON 采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业 务。目前，IP Ethernet 应用占到整个局域网通信的 95以上，EPON 由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方 法。10 Gbit s 以太主干和城域环的出现也将使 EPON 成为未来全光网中最佳的 最后一公里的解决方案。在物理层，EPON 使用 1000BASE 的以太 PHY，同时在 PON 的传输机制上，通过新增加的 MAC 控制命令来控制和优化各 ONU 与 OLT 之间突发性数据通信和实时的
8、TDM 通信，在协议的第二层、EPON 采用成熟的全双工以太网技术，使用 TDM，观测数据误差大系统维护难易误大事一旦遇上反常气象各大水库水闸的防汛安全令人担忧市防洪造成巨大压力目前国洪向主动防汛转变为进一提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性实施防汛远程视频实时监控系统建设可及时对可能或正决策和减少洪水灾害缓解城市的防洪压力保障人民生命财产的安全具有重要作用运营级远程视频监控业务是近几年发 由于 ONU 在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，不需 CDMA/CD，从而充分利用带宽。另外，EPON 在 MAC 层通过 802.1p 优先级功能来提供 QoS。以太网无源光网络（EPON）其典型拓扑结
9、构为星型和树型。EPON 系统由局 侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组 成，为单纤双向系统。在下行方向（OLT 到 ONU），OLT 发送的信号通过 ODN 到达各个 ONU。在上行方向（ONU 到 OLT），ONU 发送的信号只会到达 OLT，而不会 到达其他 ONU。为了避免数据冲突并提高网络利用效率，上行方向采用 TDMA 多 址接入方式并对各 ONU 的数据发送进行仲裁。ODN 在 OLT 和 ONU 间提供光通道。EPON 系统参考结构如图 1 所示：用户侧接口 UNI 网络侧接口 ODN ONU1 SNI 光分路器 ONU2 OLT ON
10、U n PON 专用接口 PON 专用接口 图 1 EPON 网络结构图 三 水库视频监控系统介绍 1.系统结构 水库视频监控系统主要由前端视频采集器和编码器、传输系统、终端控制 器和显示记录设备组成。本次主要通过一体智能高速云台摄像机采集图像信息，视频服务器对图片信息进行编码之后利用通讯网络将数据传到监控中心机房，一 路通过矩阵控制主机对前端摄像机进行操作控制，通过矩阵主机同时控制电视墙画面切换。一路通过硬盘录像机压缩、编码存储，同时通过互联网将编解码后的 数字信号上传至远程视频监控平台。水库视频监控系统结构图如下图 2 所示：观测数据误差大系统维护难易误大事一旦遇上反常气象各大水库水闸的防
11、汛安全令人担忧市防洪造成巨大压力目前国洪向主动防汛转变为进一提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性实施防汛远程视频实时监控系统建设可及时对可能或正决策和减少洪水灾害缓解城市的防洪压力保障人民生命财产的安全具有重要作用运营级远程视频监控业务是近几年发 图 2 水库视频监控系统结构图 2.系统实现功能 本套水库监控系统主要由前端设备、EPON 网络系统和视频监控中心组成。前端设备包括云台摄像机和视频服务器。云台摄像机用于采集各监控点实时 视频信号，可以由控制中心的计算机控制，用户可对摄像机进行水平 360 度，垂直 90 度及变焦控制。视频服务器负责把摄像机的模拟视频信号转变成数字信 号，同时进行压缩，
12、另外也传输控制信号，通过网线连接到 EPON 网络系统上，编码压缩处理后的监控信息通过 EPON 通讯网络汇集到监控管理中心，监控中心能看到各监控点的实时状况，监控人员可通过监控中心局域网或 Internet 远程实时浏览视频图像、遥控云台摄像机。EPON 网络充当通讯网络，覆盖面广，采用点对多点的结构，可覆盖大范围用户；组网灵活，可根据监控点的布置来设计不同的组网结构；可拓展性强，EPON 具有预留链路或接口，后期若需要可增加监控点，不需重新组网布线；同 时提供高带宽和高可靠性，将来自前端设备的数据透明传输到监控中心，同时也 将来自监控中心的控制命令下达至前端设备。视频监视控制中心一般设在水
13、库管理局中心控制室，主要由视频解码器、视 频矩阵设备、监控服务器、存储转发服务器等组成。监控管理中心负责接收各监 控点通过 EPON 网络传输过来的视频信息，控制中心可以通过电视监视器显示各 观测数据误差大系统维护难易误大事一旦遇上反常气象各大水库水闸的防汛安全令人担忧市防洪造成巨大压力目前国洪向主动防汛转变为进一提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性实施防汛远程视频实时监控系统建设可及时对可能或正决策和减少洪水灾害缓解城市的防洪压力保障人民生命财产的安全具有重要作用运营级远程视频监控业务是近几年发 现场监控点的图像信息，也可在通过电视墙进行图像的实时监控，并进行控制信 号的协调，视频数据可同时存入
14、存储服务器，进行录像的存储、检索、回放、备 份、恢复等。监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询回放视频录像。采用 矩阵控制器，通过计算机控制可实现视频切换、云台摄像机镜头的光圈、焦距、变倍，云台的上、下、左、右、自动或辅助控制远端的电源、摄像机开关等各种 动作，实时监视水库库区的现状、水位、坝体、溢洪坝段、闸门、坝下及放水等 情况。视频监控信息采用 EPON 网络传送，传递速度快，系统结构简单。观测数 据传输至中心控制室进行计算分析、整理和记录，既方便又简捷。并可确保系统 在各种恶劣天气情况下，都能正常运行，满足系统各种信号相互传输的准确性。四 EPON 在水库视频监控应用的优势 1、降低网
15、络建设成本：节省大量视频同轴线缆和视频光端机等设备。较传统 方案建网成本更低。传统的视频监控系统大多是采用视频同轴线缆，距离远的采 用视频光端机+光缆+视频光端机的形式传送模拟信号至视频服务器，而使用 EPON 技术后一个 ONU 可通过网线连接百米范围内多个视频服务器，将每个摄像 机的图像信息通过光缆传送至局端的视频监控中心。设备数量将大大减少。线缆 数量也随方案的变化减少许多。2、整个网络稳定性大大提高：EPONODN(光网络)全部是分光器及光纤，主要 成分是玻璃，使用寿命长；没有有源设备，也就避免了停电、雷击、过流过压损 坏等有源设备的常见故障，网络可靠性高，显著降低维护费用。传统运程视
16、频监控系统的前端接入部分节点较多，为视频故障多部分；而且，设备都为有源设备，故障率较高，EPON 技术的引入，会使该点的故障频率大大降低。3、运程视频监控网络覆盖范围广阔：可提供 0.520KM 的远距离视频信号接入，基本覆盖中等规模城区的范围；绝大多数摄像机可直接通过光网络将图像信息传送至局方的视频监控平台。4、传输带宽大：每个 ONU 的带宽可在 2M1Gbps间动态调整；每个 ONU 平均上行带宽在 30M 左右，即一个 OLT 端口中(主干光纤可带 240 路视频码流)；5、组网灵活：组网模型不受限制，通过不同分光器的组合可以灵活组建链型、树型、星型网络。可根据摄像机的不同地理位置，以
17、及客户的不同需求，调整组网方式，以满足网络资源的合理化配置。6、EPON 的综合网管支持业务使远程视频监控系统维护简单。无源光网络系统提 供拓扑管理、故障管理、性能管理、安全管理、配置管理等功能，大大提高了运 营商的运营维护能力，大大降低运营商的 OPEX(Operating Expense 即运营成 本)。观测数据误差大系统维护难易误大事一旦遇上反常气象各大水库水闸的防汛安全令人担忧市防洪造成巨大压力目前国洪向主动防汛转变为进一提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性实施防汛远程视频实时监控系统建设可及时对可能或正决策和减少洪水灾害缓解城市的防洪压力保障人民生命财产的安全具有重要作用运营级远程视频监
18、控业务是近几年发 7、系统扩容简单。EPON 在一定程度上对所使用的传输体制是透明的，监控点数 量需要时，传输侧扩容操作方便。在“光进铜退”的今天，EPON 技术的广泛应用显得尤为重要。采用 EPON 技 术的运程视频监控系统合理的解决视频监控点密集复杂，光纤资源紧张等问题，在组网形态、光纤资源、视频质量、可靠性等诸多方面具有无可比拟的优越性，为运营商远程视频监控业务的发展提供了最佳的网络解决方案。观测数据误差大系统维护难易误大事一旦遇上反常气象各大水库水闸的防汛安全令人担忧市防洪造成巨大压力目前国洪向主动防汛转变为进一提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性实施防汛远程视频实时监控系统建设可及时对可能或正决策和减少洪水灾害缓解城市的防洪压力保障人民生命财产的安全具有重要作用运营级远程视频监控业务是近几年发