EPON技術(shù)在高速公路視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

陳燕

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安710018）

EPON技術(shù)在高速公路視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

陳燕

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安710018）

為了分析與探討EPON技術(shù)應(yīng)用于高速公路視頻監(jiān)控的可行性，對EPON技術(shù)原理進行分析，并闡述高速公路視頻監(jiān)控中EPON技術(shù)的結(jié)構(gòu)，對EPON技術(shù)應(yīng)用與高速公路視頻監(jiān)控中的問題與措施展開論述。OLT設(shè)備在通信站內(nèi)部采用以太網(wǎng)的方式向高速公路傳輸平臺連接，以此使其和監(jiān)控平臺通信功能得以實現(xiàn)，在高速公路視頻監(jiān)控互聯(lián)網(wǎng)傳輸中較為適用。高速公路視頻監(jiān)控中有效組合應(yīng)用視頻技術(shù)和EPON技術(shù)，對EPON技術(shù)的實際應(yīng)用價值予以明確，為我國高速公路視頻監(jiān)控傳輸建設(shè)的有效性與可行性鑒定良好基礎(chǔ)。

EPON技術(shù)；高速公路；視頻監(jiān)控；應(yīng)用

Abstract:In order to analyze the feasibility and the application of EPON technology in Expressway video surveillance， the principle of EPON technology are analyzed， and described the structure of EPON technology of highway video surveillance，discusses on the problems and measures of application of EPON technology in video surveillance and highway.The OLT device is connected to the highway transport platform in communication station using internal Ethernet，so that the communication function is realized and the monitoring platform，are suitable for the video monitoring Internet transmission.The effective combination of video technology and EPON technology of highway video surveillance，EPON technology application value to be clear，for the effectiveness and feasibility of the appraisal foundation construction of our country highway video surveillance transmission.

Key words:EPON technology； expressway；video monitoring；application

對外開放后，我國經(jīng)濟實現(xiàn)迅猛發(fā)展，而且經(jīng)濟基礎(chǔ)也逐漸雄厚，對我國相關(guān)事業(yè)進步與發(fā)展具有很大推動作用[1]。常言道，要想富，先修路，所以我國在近些年的道路建設(shè)實現(xiàn)歷史性突破，對公路、鐵路以及航空運輸?shù)蓉S富交通網(wǎng)進行創(chuàng)建，其中高速公路是我國道路交通中不可或缺的重要組成環(huán)節(jié)，而且在道路運輸方面發(fā)揮著非常重要的作用[2]。在高速公路運行中，應(yīng)該對視頻監(jiān)控進行建立，相對來說，我國高速公路的主要優(yōu)勢在于車速快、設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)高、車流量大和線形好等，將視頻監(jiān)控創(chuàng)建在高速公路中，確保所存在問題的及時發(fā)現(xiàn)與解決[3]。BT實驗室在1983年第一次將PON技術(shù)發(fā)明出來，PON本身屬于純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，因為將用戶端和局端間有源設(shè)備消除掉，可以有效避免來自外部設(shè)備的雷電影響或者電磁干擾，而且還能夠在很大程度上節(jié)約成本。且PON存在較好的業(yè)務(wù)透明性，從原則上來說，PON在任何速率或者制式信號中都較為適用[3]?，F(xiàn)階段，以太網(wǎng)技術(shù)與IP技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，所以，EPON選擇點～多點結(jié)構(gòu)，同時采用無源光纖傳輸模式，通過以太網(wǎng)將多種業(yè)務(wù)提供出來，目前EPON已經(jīng)變成光纖接入網(wǎng)的一種有效通信方式。本研究主要分析與探討高速公路視頻監(jiān)控中對EPON技術(shù)的實踐應(yīng)用。

1 EPON技術(shù)原理分析

EPON技術(shù)方面，無需復(fù)雜協(xié)議，只需要信號就可以想最終用戶精確的傳送相關(guān)信息，源于最終用戶數(shù)據(jù)同樣可以向中心網(wǎng)絡(luò)集中傳送。物理層方面，EPON選擇1000ABSE以太PHY，而且在PON傳輸體系中，采用新設(shè)定的MAC控制命令對不同光網(wǎng)絡(luò)單元和光線路中斷間存在突發(fā)性的數(shù)據(jù)通信與TDM通信進行控制與優(yōu)化[4]。協(xié)議第二層方面，EPON可以選擇相對較為成熟、完善的全雙工以太技術(shù)，對TDM加以應(yīng)用，因為自身時隙中由ONU進行數(shù)據(jù)報的發(fā)送，所以并不存在碰撞現(xiàn)象，也不需要CDMA/CD，以此對寬帶進行有效利用。除此之外，EPON在MAC內(nèi)部實現(xiàn)802.1p，以提供類似于APON/GPON的Q0S。

1.1 EPON系統(tǒng)構(gòu)成

EPON技術(shù)類似于其它PON技術(shù)，選擇點～多點結(jié)構(gòu)的用戶網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，選擇光纖使語音、數(shù)據(jù)以及視頻等自動接入目的得以實現(xiàn)，圖1為EPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 EPON的系統(tǒng)構(gòu)成

光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）、光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）以及無源分光器（Passive Optical Splitter，POS）共同組成 EPON 系統(tǒng)，其中OLT在EPON系統(tǒng)內(nèi)部置于中心機房，也就是說，OLT一方面是路由器或者交換機，另一方面還是多業(yè)務(wù)的重要提供平臺，主要提供基于無源光纖互聯(lián)網(wǎng)的光纖接口[5]。而POS則屬于無源光纖分支器，是對ONU與OLT進行有效連接的一種無源設(shè)備，其功能主要為對下行數(shù)據(jù)進行有效分發(fā)，同時對上行數(shù)據(jù)進行有效集中，無需電源，能夠在寬松環(huán)境中擱置，通常情況下，POS分光比是128、64、32、16以及8等，同時能夠?qū)崿F(xiàn)多級連接[6]。而ONU置于用戶設(shè)備端的周邊，OLT PON設(shè)備端口中所連接最多ONU數(shù)量和該設(shè)備相關(guān)性極為密切，通常具有固定性，OLT與ONU在EPON系統(tǒng)內(nèi)部的最遠距離為20 km[7]。

從根本上說，EPON主要優(yōu)勢在于：1）具有較低的相對成本，便于維護，而且極易擴展，很容易實現(xiàn)升級。傳輸過程中，EPON結(jié)構(gòu)無需電源，不存在電子部件，所以無需維護，且長時間管理成本與運營成本比較低[8]。EPON占用較少局端資源，具有較高模塊化成都，系統(tǒng)初期具有較低投入成本，投資回報率比較高；2）所提供寬帶比較高。現(xiàn)階段EPON能夠提供具有對稱上下行的1 Gops寬帶，同時隨著相關(guān)以太網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展而想10 Gbps升級；3）較大的服務(wù)范圍。作為點～多點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，EPON通過扇出結(jié)構(gòu)降低CO資源成本，為更多用戶提供服務(wù)[9]。

1.2 EPON的傳輸原理

將單芯光纖應(yīng)用于EPON系統(tǒng)中，并在一根芯中進行上下行波的傳送，EPON從若干ONU至OLT傳輸上行數(shù)據(jù)與從OLT至若干ONU傳輸下行數(shù)據(jù)存在很大差異性[10]，具體見圖2。

OLT在EPON系統(tǒng)內(nèi)部啟動之后會在該端口的位置周期性的廣播可以接入的相關(guān)時隙等信息，而且ONU在通電后依照OLT發(fā)布出來的可接入信息，將注冊請求主動發(fā)動出來，OLT可以認證ONU，表示ONU可以接入[11]，同時將該OLT端口中的邏輯鏈路標(biāo)識分配給請求注冊的相關(guān)ONU。通過廣播的形式將數(shù)據(jù)自O(shè)LT至若干ONU下行，依照IEEE802協(xié)議，各數(shù)據(jù)幀幀頭主要包括在注冊過程中所分配的邏輯鏈路標(biāo)識[12]。而且分光器位置中，可以劃分流量為彼此獨立信號，各組向ONU內(nèi)部載入的信號，在數(shù)據(jù)信號處于ONU的位置時，那么ONU能夠依照LLID做出物理層面的有效判斷，對其數(shù)據(jù)幀進行接收，將其它ONU數(shù)據(jù)幀摒棄。在上行數(shù)據(jù)方面，選擇多址時分接入技術(shù)將上行流量傳輸至ONU中，在ONU成功注冊后，那么OLT就會依照系統(tǒng)配置，將特定寬帶分配給ONU，選擇動態(tài)寬帶進行調(diào)整過程中，OLT會依照ONU狀態(tài)報告與制定寬帶分配方式，向ONU動態(tài)分配寬帶[13]。一個OLT端口之下，OLT和ONU端口間的時鐘具有同步性，而且各ONU僅可以分配OLT的情況下展開，通過所分配的相關(guān)時隙長度進行數(shù)據(jù)的傳輸。

1.3 EPON傳輸安全保障

通過充分考慮安全性，在上行方向上，相關(guān)ONU無法向OUN上行信號直接接收，因此ONU間通信均需OLT參與，OLT應(yīng)該設(shè)置禁止或者允許ONU通信，且缺省情況下處于禁止?fàn)顟B(tài)，因此不需要考慮其安全性。而在下行環(huán)節(jié)，因為EPON互聯(lián)網(wǎng)，下行選擇廣播方式進行數(shù)據(jù)的傳輸，所以為確保信息安全，必須從以下環(huán)節(jié)入手：①接入ONU過程中，系統(tǒng)能夠有效認證ONU，同時認證相關(guān)信息，能夠為ONU唯一標(biāo)識，ONU通過認證后才可接入；②特定ONU內(nèi)部數(shù)據(jù)幀，位于物理層的其它ONU同樣能夠接收數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)幀進行接收后，第一步會對比LLID是否為自己的；③加密。所有OLT和ONU間，能夠?qū)?28位AES加密進行啟用，各ONU密鑰同樣存在差異性[14]。

圖2 EPON的上下行傳輸原理

2 高速公路視頻監(jiān)控中對EPON技術(shù)的有效應(yīng)用

2.1 結(jié)構(gòu)分析

從根本上說，高速公路的主要特點在于較高的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、線形好、行車速度快以及較大交通流量等，視頻監(jiān)控對所存在問題的發(fā)現(xiàn)與排除、保證高速公路運行安全、正常極具重要作用。且高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成部分主要包括服務(wù)區(qū)監(jiān)控、隧道監(jiān)控、道路沿線全程監(jiān)控以及收費站監(jiān)控等，以沿線所鋪設(shè)的相關(guān)光纖作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要傳輸介質(zhì)[15]。高速公路視頻監(jiān)控內(nèi)部，EPON是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要傳輸平臺，因為EPON中OLT和ONU間最長的距離是20 km，所以，對兩個以上的OLT設(shè)備進行設(shè)置，設(shè)備在高速公路公司通信站安裝，而且OLT設(shè)備對PON口進行設(shè)置，確保沿線相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)接入目的得以實現(xiàn)，圖3為其結(jié)構(gòu)示意圖。

為在很大程度上降低光纖資源使用量，對于沿線監(jiān)控應(yīng)該選擇95:5的逐級分光模式。且因為高速公路公司具有相對比較粉絲安的沿線監(jiān)控點，比方說隧道內(nèi)部，通常會將兩個監(jiān)控點的距離設(shè)置為200 m，所以一個ONU設(shè)備通常與一路的監(jiān)控相連接，ONU設(shè)備采用視頻監(jiān)控和以太網(wǎng)編碼器實現(xiàn)互聯(lián)，并選擇存在ONU功能的相應(yīng)編碼器能夠在很大程度上降低設(shè)備單點故障發(fā)生率，對系統(tǒng)安全性與可靠性的提升極為有利。OLT設(shè)備在通信站內(nèi)部采用以太網(wǎng)的方式向高速公路傳輸平臺連接，以此使其和監(jiān)控平臺通信功能得以實現(xiàn)，而且EPON技術(shù)應(yīng)該選擇樹形線性互聯(lián)網(wǎng)連接，不同節(jié)點選擇無源分光的方式，將1 Gbps寬帶提供出來，在高速公路視頻監(jiān)控互聯(lián)網(wǎng)傳輸中較為適用。

2.2 問題與措施

由于近些年不斷提升對公路視頻監(jiān)控要求，高速公路視頻監(jiān)控互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的特點是較高實時性與較大數(shù)據(jù)流量等，并有效結(jié)合數(shù)字視頻技術(shù)，會出現(xiàn)報文大小改變導(dǎo)致的寬帶擁堵問題，也就是說，峰值狀態(tài)下，相關(guān)寬帶不會對存儲流實與視頻傳輸質(zhì)量產(chǎn)生影響。且寬帶問題一方面會對互聯(lián)網(wǎng)性能產(chǎn)生影響，同時還影響業(yè)務(wù)的正常運行，可以說是互聯(lián)網(wǎng)中EPON傳輸機制是否可以正常實現(xiàn)、確保業(yè)務(wù)流暢的基礎(chǔ)與前提。此外，EPON選擇單芯傳輸模式，相關(guān)節(jié)點故障往往會造成EPON出現(xiàn)雙向鏈路問題?；谝陨蠈拵栴}，應(yīng)該選擇組播技術(shù)加以解決，解決方法是，將組播透傳與轉(zhuǎn)發(fā)功能開啟在ONU或者OLT端，同源并發(fā)模式下降低流復(fù)制導(dǎo)致的寬帶壓力。在EPON單芯故障方面，應(yīng)該選擇管道雙線備份法加以解決。

圖3 高速公路視頻監(jiān)控中EPON技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)束語

高速公路視頻監(jiān)控中有效組合應(yīng)用視頻技術(shù)和EPON技術(shù)，對EPON技術(shù)的實際應(yīng)用價值予以明確，為我國高速公路視頻監(jiān)控傳輸建設(shè)的有效性與可行性鑒定良好基礎(chǔ)。

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Application of EPON technology in expressway video surveillance

CHEN Yan
（Shaanxi College of Communication Technology，Xi'an710018，China）

TN99

A

1674－6236（2017）19-0064-04

2016-08-30稿件編號201608232

陳 燕（1981—），女，山東無棣人，碩士，副教授。研究方向：公路運輸管理。