基于EPON接入的園區(qū)網(wǎng)視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)

毛乾任，王朝斌

(西華師范大學(xué) a.計(jì)算機(jī)學(xué)院;b.網(wǎng)絡(luò)中心，四川 南充 637000)

引言

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中，接入網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際部署的關(guān)鍵，建設(shè)成本和維護(hù)成本都占很大的比重。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端接入部分節(jié)點(diǎn)較多，設(shè)備多為有源設(shè)備，故障率較高。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中引入基于EPON的接入網(wǎng)技術(shù)，滿足視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)海量監(jiān)控點(diǎn)接入、IP網(wǎng)絡(luò)化、高清視頻的建設(shè)要求。目前對(duì)于EPON接入網(wǎng)的應(yīng)用研究主要涉及大城域網(wǎng)寬帶接入業(yè)務(wù)上，實(shí)現(xiàn)如 HIS、IPTV、VOIP等多種業(yè)務(wù)融合。

在園區(qū)網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)中的傳送網(wǎng)層面，EPON可承載整個(gè)園區(qū)監(jiān)控業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)智慧園區(qū)視頻監(jiān)控IP化和全光接入。通過(guò)對(duì)三種典型場(chǎng)景的園區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可行性設(shè)計(jì)，本文實(shí)現(xiàn)了EPON技術(shù)在園區(qū)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的工程應(yīng)用，提出了具體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入及管理方案。

1 園區(qū)視頻監(jiān)控需求分析

1.1 EPON接入優(yōu)勢(shì)

EPON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)是指從CO(端局)到用戶側(cè)的傳輸設(shè)備都不需要電源，這極大地減少了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)的成本。另外，對(duì)于EPON網(wǎng)絡(luò)物理層，要求較寬松，僅需要一條骨干光纖，若干分光器即可，減少了布線，也節(jié)約了大量的光纖。這些無(wú)源設(shè)備無(wú)須額外供電，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)的資源。同時(shí)通過(guò)對(duì)EPON系統(tǒng)中的OLT和ONU進(jìn)行VLAN、QoS配置，可實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)控制和安全保證。相比其他PON技術(shù)，GPON接入主要應(yīng)用于多業(yè)務(wù)和跨城域的傳輸要求，技術(shù)復(fù)雜、成本高。對(duì)于園區(qū)網(wǎng)視頻監(jiān)控運(yùn)用EPON接入，不僅能滿足園區(qū)視頻業(yè)務(wù)的高速率要求，最關(guān)鍵的是在產(chǎn)品成熟度和價(jià)格方面相比GPON而言更具有優(yōu)勢(shì)。

1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)EPON接入需求分析

EPON系統(tǒng)由局端設(shè)備 OLT(光線路終端)、ONU(用戶端設(shè)備光網(wǎng)絡(luò)單元)、ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))組成［1］。ONU設(shè)備形態(tài)按照業(yè)務(wù)接口類型和數(shù)量的不同，可分為MDU/MTU(多住戶單元/多租戶單元)、SFU/SBU(單個(gè)家庭用戶單元/單個(gè)商業(yè)用戶單元)等類型?？紤]園區(qū)網(wǎng)視頻監(jiān)控在 FTTx網(wǎng)絡(luò)下的組網(wǎng)模式和業(yè)務(wù)需求，ONU設(shè)備選擇MDU。MDU下連監(jiān)控終端設(shè)備如IP攝像頭、一體化智能球機(jī)等。

EPON接入下，局端到用戶端網(wǎng)絡(luò)即ODN是整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)的重心，在可行性設(shè)計(jì)和工程實(shí)施中要考慮到不同應(yīng)用場(chǎng)景中樓宇的分布情況和網(wǎng)絡(luò)平滑擴(kuò)展能力以及建設(shè)成本和業(yè)務(wù)運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)化和集成化。ODN關(guān)鍵部件的規(guī)劃及視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)運(yùn)維主要針對(duì)三種典型應(yīng)用場(chǎng)景:獨(dú)立樓棟區(qū)、多層建筑區(qū)、主干道路及園區(qū)邊界。

EPON網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，在1∶32的分光比下最遠(yuǎn)覆蓋可達(dá)10 km;在1∶16分光比下，理論上將覆蓋范圍是20 km，這充分保證了園區(qū)的覆蓋范圍［1］。ODN中OLT布放位置有匯聚CO端、遠(yuǎn)端CO端、室外機(jī)柜［2］。三種OLT布放方式需考慮覆蓋范圍、管理能力、容量、成本問(wèn)題。分光器的布放考慮終端密度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和建設(shè)成本等方面，MDU下連的監(jiān)控設(shè)備的布放主要考慮具體的應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)構(gòu)。

視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)要求每路標(biāo)清監(jiān)控業(yè)務(wù)帶寬為4～10 Mbit/s，每路高清監(jiān)控業(yè)務(wù)帶寬需求 10 ～ 20 Mbit/s［3］。EPON上、下行帶寬1.25 Gbit/s，并由下行速率確定所帶用戶數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可利用帶寬1.25 Gbit/s*80%=1000 Mbit/s。若下行MDU要求100 Mbit/s，那么下行1000 Mbit/s能接10臺(tái)MDU。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，需考慮收斂比，對(duì)終端用戶數(shù)成倍增加。如收斂比1∶2的情況下，可帶20臺(tái)MDU，所以這時(shí)采用分光比為1∶16的分光器。

2 園區(qū)監(jiān)控組網(wǎng)方案

2.1 組網(wǎng)設(shè)計(jì)

基于FTTx接入的園區(qū)監(jiān)控方案主要有三種:FTTH(光纖到戶)、FTTCurb(光纖到路邊)、FTTB(光纖到樓)。FTTH布置對(duì)室內(nèi)的監(jiān)控點(diǎn)，F(xiàn)TTCurb布置對(duì)室外公共區(qū)域如園區(qū)內(nèi)主干道路監(jiān)控或園區(qū)周界、園區(qū)進(jìn)出口大門(mén)等區(qū)域的監(jiān)控點(diǎn)，F(xiàn)TTB布置對(duì)園區(qū)室內(nèi)公共區(qū)域如所有建筑樓宇及樓層進(jìn)出口的監(jiān)控點(diǎn)。

場(chǎng)景1:對(duì)于園區(qū)內(nèi)的單獨(dú)多層樓棟和中低層樓宇集中小區(qū)采用FTTB布置監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)時(shí)，采用一級(jí)分光器，分光比1:16。分光器集中放置在樓棟?rùn)C(jī)房或豎井內(nèi)機(jī)柜。如果沒(méi)有樓棟?rùn)C(jī)房則將一級(jí)分光器放置在光纜交接箱中。一級(jí)分光器從小區(qū)機(jī)房或戶外光纜交接箱的ODF引出配線光纜到樓棟每層或每幾層的光纖樓道接入箱里的MDU，根據(jù)實(shí)際情況，每一層布放一個(gè)MDU或考慮每幾層布放一個(gè)MDU。如一棟樓每層需要布放2個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位，總共16層，則可以考慮在第1、4、8、12層的弱電井里安裝 MDU。FTTB監(jiān)控布置如圖1所示。

圖1 FTTB布置監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

場(chǎng)景2:對(duì)于成片的單層建筑和別墅區(qū)，除視頻監(jiān)控外，還可收斂一個(gè)樓棟的擴(kuò)展業(yè)務(wù)，對(duì)于光纖到樓棟每一個(gè)房間的特殊監(jiān)控點(diǎn)位，在實(shí)際工程建設(shè)中，按照FTTH組網(wǎng)布置監(jiān)控點(diǎn)。如果離中心機(jī)房近，則將一級(jí)分光器布放在CO端局，如果片區(qū)離中心機(jī)房遠(yuǎn)，則在戶外光纜交接箱內(nèi)布設(shè)一級(jí)分光器進(jìn)行一次1∶32或者1∶16分光，分光器出口跳接到ODF光纖配線架。ODF下連光纜接頭盒內(nèi)完成向每一個(gè)室內(nèi)或每一個(gè)單獨(dú)樓宇的節(jié)點(diǎn)配線，每節(jié)點(diǎn)用1芯。通過(guò)室內(nèi)外通用的皮線光纜入戶引入到室內(nèi)弱電箱內(nèi)的MDU。MDU采用智能終端箱/盒及壁掛式安裝或者采用和光纖信息面板(插座)及桌面式安裝。FTTH監(jiān)控布置如圖2所示。

圖2 FTTH布置監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

場(chǎng)景3:對(duì)于主干道路及園區(qū)邊界區(qū)，屬于接入點(diǎn)較為分散且線路改造代價(jià)小的區(qū)域，二級(jí)分光點(diǎn)很難合理經(jīng)濟(jì)的安置，故采用集中分光方式及采用FTTCurb監(jiān)控布置方案，在區(qū)域集中區(qū)室外機(jī)柜布放安置一級(jí)分光器，實(shí)現(xiàn)分光比1∶32或1∶16。分光器直接下連室外一體化MDU，MDU的安裝采用掛墻或者抱桿的方式與監(jiān)控點(diǎn)攝像頭相連。這樣的部署，網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低。FTTCurb監(jiān)控布置如圖3所示。

圖3 FTTCurb布置監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

2.2 光分配網(wǎng)絡(luò)ODN規(guī)劃

2.2.1 OLT 選型

OLT上行組網(wǎng)采用的是多邊緣組網(wǎng)方式，即當(dāng)OLT設(shè)備匯聚用戶較少、上聯(lián)端口最大流量小于1 Gbps時(shí)，OLT通過(guò)匯聚交換機(jī)上聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)備 BRAS和 SR［4］。OLT的設(shè)備選擇可考慮華為MA5680T系列等高端多業(yè)務(wù)路由交換機(jī)，通過(guò)內(nèi)插EPON接口板實(shí)現(xiàn)OLT光線路終端最后一公里光纖接入的功能。

2.2.2 MDU 選型

MA5621A/MA5621系列的MDU支持最大光模塊覆蓋距離60 km，可以運(yùn)用在FTTB/FTTH的MDU設(shè)備選擇上，該MDU支持6 kV防雷，耐55℃高溫，即插即用，支持POE供電和反向POE供電、可批量離線預(yù)部署。同時(shí)，MA5621A支持4個(gè)FE口，MA5621支持4個(gè)GE/FE口。理論上，一個(gè)下行采用1∶16分光比的PON接口在不考慮收斂比的情況下可接入64臺(tái)終端攝像頭，如果在MDU接入端考慮收斂比，終端攝像頭接入的數(shù)量可以成倍的增加。FTTCurb的MDU可以選型室外一體化MDU-MA5669，支持POE功能，通過(guò)以太網(wǎng)線向終端供電，具備很好的防腐蝕、防雷、防水和防塵能力。安裝方式可抱桿、掛墻等。

2.2.3 光纜選擇

對(duì)于主干光纜，以G.652D/管道光纜標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖為主，主干光纜宜盡量采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，配線光纜可布放G.652D/層絞式/帶狀光纜為主。主干光纜需預(yù)留不少于15%的公用纖(含2芯測(cè)試?yán)w)作為基站和專線接入等使用［5］。公用纖芯數(shù)取12的倍數(shù)，并預(yù)留20%左右的備用纖芯。下聯(lián)配線光纜數(shù)量和容量的選擇應(yīng)綜合考慮用戶終期容量需求。入戶線纜中使用小彎曲半徑的G.657A/皮線光纖。盡量利用已有的入戶暗管敷設(shè)入戶線纜，對(duì)無(wú)暗管入戶或入戶暗管不可利用的公寓式住宅樓，可通過(guò)垂直P(pán)VC管和水平波紋管敷設(shè)入戶線纜［6］。

工程結(jié)束后，只要保證所有的MDU接受側(cè)的光功率在-8 dBm～-24 dBm之間，那么EPON光路就是合格的。

3 MDU部署及管理方案

3.1 MDU離線部署方案在園區(qū)監(jiān)控中的應(yīng)用

大型園區(qū)網(wǎng)絡(luò)存在監(jiān)控點(diǎn)位分群、監(jiān)控業(yè)務(wù)分級(jí)的情況。為提供差異化監(jiān)控業(yè)務(wù)，要求MDU快速布放和統(tǒng)一管理。在園區(qū)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用華為N2000 BMS網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)MDU批量離線預(yù)部署。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Client/Server結(jié)構(gòu)，支持多客戶端操作。服務(wù)器運(yùn)行在Solaris/Windows2000 Sever平臺(tái)上，并可用PC代替工作站對(duì)MDU設(shè)備進(jìn)行管理。MDU上電后即插即用，減少了用戶到CO局點(diǎn)進(jìn)行軟調(diào)的次數(shù)。并且當(dāng)MDU上線后，OLT會(huì)自動(dòng)下發(fā)配置數(shù)據(jù)，聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟網(wǎng)管通道，快速完成 MDU 業(yè)務(wù)配置［7］。

MDU布放過(guò)程:硬件人員按照站點(diǎn)進(jìn)行施工并反饋MAC;軟調(diào)人員按照管理IP進(jìn)行預(yù)配置，最后根據(jù)上報(bào)MAC(硬件安裝人員上報(bào)或系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)現(xiàn))綁定具體MDU;最后系統(tǒng)自動(dòng)下發(fā)預(yù)配置數(shù)據(jù)［7］。綁定成功后，網(wǎng)管系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)下發(fā)預(yù)配置數(shù)據(jù)?；贛DU的運(yùn)維方案如圖4所示。

圖4 基于MDU的運(yùn)維方案

具體MDU布放步驟包括:

(1)網(wǎng)管維護(hù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)劃，導(dǎo)入MDU預(yù)部署表單和配置腳本表單，內(nèi)容包括MDU的IP地址、所屬OLT、所屬的PON口、MDU管理地址、管理VLAN、業(yè)務(wù)VLAN等。

(2)硬件安裝人員現(xiàn)場(chǎng)安裝MDU并上電，MDU自動(dòng)發(fā)現(xiàn)后，反饋MAC地址與實(shí)際局點(diǎn)信息，在N2000 BMS上將IP地址與自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的MDU的MAC地址進(jìn)行綁定。

(3)MDU根據(jù)MAC向OLT注冊(cè)，注冊(cè)完成后，管理IP自動(dòng)下發(fā)到MDU，并打開(kāi)網(wǎng)管通道［8］。

(4)網(wǎng)管系統(tǒng)檢測(cè)到MDU上線后，開(kāi)始任務(wù)調(diào)度，將之前預(yù)部署的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)自動(dòng)下發(fā)到MDU［8］。

3.2 數(shù)據(jù)規(guī)劃

在運(yùn)用網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)MDU預(yù)部署前，需提供一個(gè)詳細(xì)的數(shù)據(jù)規(guī)劃。如:一棟建筑共8層，需要安裝2臺(tái)MDU，設(shè)計(jì)在每4層安裝一臺(tái)MDU，按表1模板規(guī)劃好MDU是掛接在哪一個(gè)OLT的哪一個(gè)PON口，以及MDU的管理地址，管理VLAN，業(yè)務(wù)VLAN。

表1 FTTx數(shù)據(jù)規(guī)劃表－部分?jǐn)?shù)據(jù)

FTTx數(shù)據(jù)規(guī)劃表在網(wǎng)管系統(tǒng)下生成EPON MDU預(yù)部署配置表單，預(yù)部署的MDU上線之后，網(wǎng)管先telnet登錄MDU，然后根據(jù)制作腳本配置表單里的路徑，調(diào)用并執(zhí)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)腳本文件里的命令行。

業(yè)務(wù)批量數(shù)據(jù)腳本文件有兩種，分別對(duì)于OLT和MDU，并且只有添加OLT上的業(yè)務(wù)流后，MDU的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)才能下發(fā)到MDU上。

3.3 故障處理

由于MDU支持即插即用，所以出現(xiàn)MDU故障時(shí)，到站替換MDU，錄入驗(yàn)證碼，MDU的版本和配置數(shù)據(jù)就能自動(dòng)快速恢復(fù)。PON口故障時(shí)，將業(yè)務(wù)遷移到另一個(gè)PON口，首先手工跳纖，在BMS網(wǎng)管上一鍵數(shù)據(jù)遷移。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用EPON技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，解決了視頻監(jiān)控點(diǎn)密集復(fù)雜的問(wèn)題，在園區(qū)網(wǎng)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)的組網(wǎng)方式、光纖資源、視頻質(zhì)量、可靠性等方面提供了最佳的網(wǎng)絡(luò)解決方案。在EPON承載的園區(qū)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中靈活部署MDU網(wǎng)管系統(tǒng)，提供整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涔芾?、配置和故障管理、安全及性能管理等功能，提高了維護(hù)能力。EPON接入的園區(qū)網(wǎng)除收斂HIS、IPTV、VOIP等業(yè)務(wù)外，在安防建設(shè)中，還可以實(shí)現(xiàn)其他如視頻智能分析、視頻診斷、安防聯(lián)動(dòng)等業(yè)務(wù)擴(kuò)展。

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