通信PON技術(shù)在平安城市建設(shè)中的應(yīng)用研究

孫建國

（沈陽新杉電子工程有限公司，沈陽 110168）

1 引言

隨著城市的高速發(fā)展，城市安全問題變得越來越突出，國家為了適應(yīng)城市發(fā)展的需要，大力開展了平安城市建設(shè)，其以建設(shè)和諧、文明城市為主要目標，貫徹落實科技強警的發(fā)展戰(zhàn)略。根據(jù)平安城市建設(shè)的具體需求，不斷在建設(shè)模式上進行創(chuàng)新，構(gòu)建出一套全面覆蓋城鄉(xiāng)的科技網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，積極對各種先進技術(shù)進行應(yīng)用，對城市各主要區(qū)域進行全時段、全天候、全覆蓋的監(jiān)控，有效維護社會的穩(wěn)定，及時開展各種違法犯罪打擊活動，保證社會的平安與和諧。

2 需求分析

隨著對通信發(fā)展需求的不斷提高，寬帶接入FTTX尤其是FTTH技術(shù)發(fā)展十分迅速，成為通信技術(shù)發(fā)展的熱點。由于FTTH技術(shù)具有傳輸容量大、傳輸距離長、電磁環(huán)境適應(yīng)能力強、維護成本低的特點，是未來寬帶通信的一個主流發(fā)展方向之一。無源光網(wǎng)絡(luò)PON技術(shù)是FTTH技術(shù)的重要組成部分，主要用于實現(xiàn)一對多的通信，其主要有以下的幾個重要優(yōu)勢。

通信PON技術(shù)和當前的以太網(wǎng)兼容性比較強。經(jīng)過多年的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在各領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越多，并取得了非常不錯的應(yīng)用效果。GPON技術(shù)是對其中EEEE082.3通信協(xié)議的一些擴充，可以和傳統(tǒng)的以太網(wǎng)有效兼容，這大大方便了該技術(shù)的實際運用。

該技術(shù)在實際運用過程中，可以提供更大的帶寬，并帶來更長的通信距離。在GPON通信的過程中，其可以以上千兆的廣播通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸，信息上傳速度非?？欤斍疤峁┝松舷聦ΨQ的2.15Gbit/S的帶寬，對帶寬的利用率也非常高。此外，GPON通信系統(tǒng)的通信距離也非常長，最遠可以達到50千米以上，能夠滿足城市點對點通信的需要。

有效降低CAPEX和OPEX。GPON是一種點到多的通信模式，擁有更加簡化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，組網(wǎng)工作也非常簡單，降低了對通信硬件的需要，大大節(jié)省了對光纖和光收發(fā)器的使用，整個網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)成本得到大大降低，這時其它通信技術(shù)所無法比擬的。此外，GPON屬于無源光網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中沒有源電子器件，比傳統(tǒng)基于有源器件通信的網(wǎng)絡(luò)故障率得到了明顯的降低，減少了對后期網(wǎng)絡(luò)的維護費用，降低了對各種網(wǎng)絡(luò)組件的使用，縮小了網(wǎng)絡(luò)運營的成本。

隨著技術(shù)專業(yè)人員的不斷努力，GPON技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中穩(wěn)定性可以滿足一般的使用要求，復合當前通信技術(shù)市場的需求。由于其具有點對點傳輸距離遠、通信速率高、后期維護工作量小的優(yōu)勢，非常適合在視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進行應(yīng)用。正是基于這種考慮，在未來平安城市發(fā)展中，越來越青睞對該技術(shù)的應(yīng)用。

3 技術(shù)方案特點

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點。高清視頻網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)的需要，主要包括以下的幾個特點：一是高清網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)對通信量的需求非常大。由于視頻通信的特殊性，尤其是城市安防系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用的高清的視頻信息，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占有量非常大，需要對網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備至少提供8M以上的帶寬，這樣才能同時滿足對視頻監(jiān)控設(shè)備的雙向通信需要。二是接入設(shè)備需要有一定的QOS能力。三是由于城市規(guī)模非常大，需要視頻監(jiān)控的區(qū)域非常多，導致網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集點的數(shù)量非常多，且這些設(shè)備的分布也非常廣泛，很多都處于網(wǎng)絡(luò)的末梢，對接入設(shè)備的靈活和快速布放能力，有較高的要求。

GPON通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。GPON技術(shù)通常由OLT、ONU、ODN組成。OLT是整個通信系統(tǒng)的中樞，其經(jīng)常位于市局的中心機房內(nèi)，ONU是用戶端設(shè)備，ODN是光配線網(wǎng)，其使用一個或者多個分光器來連接OLT和ONU，其主要負責對上下傳輸數(shù)據(jù)的分配管理，保證各種數(shù)據(jù)有序進行通信，保證整個通信網(wǎng)絡(luò)的暢通。OLT如果從網(wǎng)絡(luò)通信層面看，其是一個交換機或者路由器，但是從系統(tǒng)層面看，其由屬于一個系統(tǒng)平臺，可以提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的接口。OLT除了提供傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集中和接入功能外，還可以提供帶寬分配、網(wǎng)絡(luò)安全和管理的作用。分光器是整個網(wǎng)絡(luò)通信的重要組成部分，其在實際工作過程中往往需要電源，可以提供多種分線率，還可以采用多個分線器串聯(lián)使用的工作模式。在GPON通信技術(shù)的應(yīng)用過程中，OLT到設(shè)備端的通信距離最遠可到50公里以上，如果中間采用了光纖放大器，其通信距離還可以得到進一步的增加。

在GPON通信中，采用了比較成熟的以太網(wǎng)通信協(xié)議，能夠保證通信的可靠性和兼容性，以太網(wǎng)第二層或第三層的通信成本也較低。在光纖到終端的接入方式中，ONU可以不采用交換的功能，這樣能夠在較低的成本下位終端監(jiān)控設(shè)備分配足夠的帶寬。整個通信系統(tǒng)的使用也非常簡單，其主要包括測距、帶寬分配、時鐘提取、同步及ONU認證等幾種關(guān)鍵的技術(shù)。隨著該技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)很成熟，已經(jīng)具備了大規(guī)模使用的條件。

4 組網(wǎng)方案介紹

在本次平安城市監(jiān)控網(wǎng)路通信系統(tǒng)建設(shè)過程中，為了滿足高清監(jiān)控系統(tǒng)高帶寬、高可靠性通信的需要，就采用了GPON通信系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)在局部使用OLT設(shè)備，它們都是關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點，需要與視頻監(jiān)控平臺直接相連接。分光器根據(jù)工程的實際需要，分配在比較合適的位置，并經(jīng)過光纖來連接各種終端設(shè)備。在平安城市建設(shè)項目中，是將分光器布置在了匯接箱內(nèi)，可以對這些分光器的實際使用狀態(tài)進行及時的監(jiān)控。在各個實際的監(jiān)控點，通常采用ONU設(shè)備作為終端設(shè)備，通過各種標準以太網(wǎng)口和各種終端設(shè)備進行連接。如果區(qū)域內(nèi)的視頻監(jiān)控點的密度比較高，給用戶體用的是8FE/16FE/24FE和視頻監(jiān)控設(shè)備進行連接。

在整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程中，各種終端設(shè)備主要通過攝像頭對視頻信號進行采集，并采用高效的壓縮軟件，對這些視頻信號進行壓縮，通過網(wǎng)絡(luò)以單播或者多播的形式進行發(fā)送，通過GPON網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，將這些采集到的信息發(fā)送到后臺管理系統(tǒng)。還可以接受平臺控制信號，再轉(zhuǎn)發(fā)到RS232和RS485，來更加方便控制各種更加底層設(shè)備進行工作。

5 分光拓撲

在監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)過程中，需要根據(jù)管道情況和光纜的實際情況，來布放分光器，第三分光級數(shù)不應(yīng)該過多，最多不應(yīng)該超過3級，分光器一般安裝在ODF架或者接線箱中。在實際使用過程中，應(yīng)該根據(jù)工程勘察情況和ODN工程來選擇合適的分光方式和分光器的布放位置。在分光器實際使用的過程中，應(yīng)該將光纜延伸到每個監(jiān)控點，用來連接ONU設(shè)備，為了便于后期工程的擴展，每個分光器都應(yīng)該留有一定的多余端口。

分光網(wǎng)絡(luò)通常是由光纜、無源器件、配線設(shè)備和線路輔助設(shè)施組成。它們可以分為饋線光纜段、配線光纜段和接入線光纜段構(gòu)成。其中光纖配線架用于對光纜光纖架設(shè)的安裝，為光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)和傳輸設(shè)備之間提供接入點。光纖分路器屬于無源光纖分支器，其用于連接光纖路中段和光網(wǎng)絡(luò)的分支單元，通過該器件的使用，能夠?qū)?shù)據(jù)進行分時復用發(fā)送，在數(shù)據(jù)向上傳輸?shù)倪^程也采用了分時向上傳的技術(shù)。

6 IP地址規(guī)劃的原則

在IP地址規(guī)劃過程中，應(yīng)保證分配的合理性，相對于業(yè)務(wù)VLAN和業(yè)務(wù)接口而言，各設(shè)備的管理接口應(yīng)該獨立于VLAN和IP網(wǎng)段。由于視頻監(jiān)控的特殊性，可以僅為其分配私網(wǎng)IP地址。

為了確保數(shù)據(jù)傳播的安全性。在IP地址分配的過程中，應(yīng)該根據(jù)不同的監(jiān)控區(qū)域進行劃分。為了更進一步提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳播的安全性，應(yīng)該采用動態(tài)IP地址分配的方式，還能起到節(jié)省IP資源的作用。在IP地址分配中，應(yīng)該盡量采用連續(xù)分配的方式，對業(yè)務(wù)相同和功能相同的，應(yīng)該盡量分配成連續(xù)的IP地址，這樣有利于路由聚合以及安全控制。

IP地址的規(guī)劃和劃分不僅影響滿足當前對IP地址的使用要求，也應(yīng)該考慮未來系統(tǒng)擴展時，對IP地址分配的需要，應(yīng)該留有足夠的地質(zhì)段。對IP地址的分配也應(yīng)該保持一定的靈活性，能夠滿足各種專線用戶的實際需要。

要保證對監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可維護性。在IP地址的分配過程中，往往是由各種具體的業(yè)務(wù)所決定的，按照業(yè)務(wù)量的大小來分配各地址段。在設(shè)備通信或者系統(tǒng)和底層設(shè)備通信的過程中，如果有公有地址應(yīng)該盡量使用公有地址，盡量不使用與業(yè)務(wù)段相關(guān)的地址進行通信。也應(yīng)該盡量將網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備運維地質(zhì)都分配在一個子網(wǎng)中。

7 VLAN規(guī)劃的原則

在使用GPON技術(shù)進行組網(wǎng)的過程中，對VLAN的使用非常簡單。對每個端口都應(yīng)該采用一個VLAN方式，這樣才能有效實現(xiàn)各業(yè)務(wù)之間的隔離，只需要對不同的業(yè)務(wù)分配不同的VLAN即可。在平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，對每種業(yè)務(wù)都應(yīng)該建立單獨的VLAN通道，為每個業(yè)務(wù)預留不同的VLAN。為了最大程度對VLAN端進行利用，可以采用Stacking VLAN和Smart VLAN作為用戶的服務(wù)VLAN。

8 技術(shù)方案優(yōu)勢

GPON技術(shù)屬于一種無源通信技術(shù)，在整個通信網(wǎng)絡(luò)中不使用有源電子器件，可以避免有源電子器件出現(xiàn)故障可能對GPON系統(tǒng)造成影響。此外，由于大大減少了網(wǎng)絡(luò)組件的數(shù)量，系統(tǒng)故障率也能得到有效降低，可降低系統(tǒng)維護的成本。

GPON技術(shù)的應(yīng)用可以滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)對視頻數(shù)據(jù)的傳輸需要。平安城市安防監(jiān)控系統(tǒng)中攝像頭分辨率要求非常高，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求非常大，需要使用非常多的終端數(shù)量，各種終端設(shè)備分布也非常廣泛。通過上面的介紹可知，GPON系統(tǒng)能夠滿足對監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。GPON在保持全速的情況下，依然可以保持50公里以上的信息傳輸距離，這時傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)和XDSL技術(shù)所無法比擬的，其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也非常簡單，整個工程的施工量較少，大大降低了工程成本。系統(tǒng)后期的可擴充性也比較強，只需要在分光器上重新分配即可，整個方案的部署非常靈活，能夠有效節(jié)省對于光纖的使用，非常適合應(yīng)用在監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊之中。

系統(tǒng)的管理性好。GPON信息通信系統(tǒng)采用的集中運營的管理模式，支持對OLT、ONU的集中管理、遠程管理、遠程調(diào)試與維護，對系統(tǒng)軟件的升級也非常方便，支持在線升級技術(shù)。

系統(tǒng)對環(huán)境的抗干擾能力強。隨著時代的不斷發(fā)展，各種電器的使用越來越多，尤其在無線網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的今天，電磁環(huán)境越來越復雜，如果采用傳統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，則網(wǎng)絡(luò)的故障率往往較高，會嚴重影響到整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率。由于GPON采用光纖通信的方式，且使用了大量的無源器件，這大大提高了系統(tǒng)通信的抗干擾性，外部復雜的電磁環(huán)境難以對網(wǎng)絡(luò)的正常運行造成影響，具有非常強的環(huán)境適應(yīng)能力。

GPON網(wǎng)絡(luò)通信在實際使用中，組網(wǎng)非常靈活，只需要簡單的軟件配置，和添加一些必要的設(shè)備，就可以輕松完成對系統(tǒng)的擴容。這主要是因為在OLT和ONU之間是采用全無源連接的方式，這相當于省略了一層匯聚設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)的層次得到大大簡化，后期擴容工作的開展變得更加簡單，只需要增加相應(yīng)的OLT業(yè)務(wù)接口和對PON接口進行擴充，并對分光器多余的端口進行利用即可，擴容操作非常方便。

在GPON技術(shù)應(yīng)用過程中需要注意的問題。由于平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性，其對網(wǎng)絡(luò)安全可靠性有著非常高的要求。其中各核心層的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要用于對大量數(shù)據(jù)的處理和傳輸，對設(shè)備的可靠性要求非常高。因此，對于網(wǎng)絡(luò)當中的關(guān)鍵部件，例如主板、電源都應(yīng)該采用熱插拔和主備份的方式。在對核心設(shè)備的選擇過程中，應(yīng)該對擴容能力強、端口密度高的設(shè)備應(yīng)該多進行選擇，這樣系統(tǒng)的擴容也非常簡單，只需要使用相應(yīng)的接口模塊就可以完成相應(yīng)的功能。如果在工程的初期選擇了端口密度比較低的設(shè)備，在系統(tǒng)以后的擴容中，需要進行高密度設(shè)備的更換，這樣不僅需要花費較長的時間和成本投入，還有可能造成網(wǎng)絡(luò)的中斷。因此，在建網(wǎng)的過程中一定要認真考慮擴網(wǎng)的需要。

9 結(jié)束語

隨著時代的不斷發(fā)展，城市環(huán)境變得越來越復雜，平安城市建設(shè)已經(jīng)變得刻不容緩。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)通訊、硬件集成、軟件集成基礎(chǔ)之上的，在平安城市建設(shè)中具有重要地位。PON技術(shù)是建立在光纖通信技術(shù)之上的，其優(yōu)勢非常明顯，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本較低、后期擴容能力強等特點，可以建成一個更加立體的監(jiān)控系統(tǒng)，滿足平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)對信息通信的需要，為平安城市建設(shè)可以打下堅實的基礎(chǔ)，應(yīng)積極推廣應(yīng)用。