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【摘要】 传统的数字视频监控采用以太网传输，网络节点多，且中间节电需要供电，不便维护。本文探讨PON技术用于视频监控系统的传输，其网络结构简单、障碍量少。测试结果表明，PON传输网络视频监控，16路完全高清摄像机汇聚到OLT上的速率可达87M，网络速度提高了36%，维护故障减少50%。
【关键词】 网络摄像机 视频监控 PON技术
引言
随着视频图象采集、压缩数字化和一体化的发展，原来普通分辨率的视频监控因不能满足当前高清图像的需求而已逐步退出使用。在高清视频摄像机应用场景广泛化的今天，IP网络化视频监控技术将成为主流，其对视频监控传输网络提出了高带宽需求。因PON技术的成熟与其先天优势，由IP网络承载大量的摄像机采集到的信息逐渐成为PON技术的数据传输应用之一。
一、EPON技术与工作原理
1.1 EPON工作原理
EPON是一种基于P2MP拓扑结构的物理层上网络技术，系统采用WDM技术，实现单纤双向传输，使用2种复用技术：
1、下行数据流采用广播技术，工作波为1480～1500nm，通过ODN中的1：N无源光分路器下发到网络上的所有ONU，每个ONU注册成功后分配唯一的LLID；
2、上行数据流采用TDMA技术，工作波为1260～1360nm，来源于各个ONU的数据互不影响地通过ODN中的1：N无源光分路器集中到同一根上行光纤传输至OLT，OLT接收数据前对比LLID注册表，识别不同ONU上传的数据。
1.2 PON系统组成
PON系统结构主要由中心机房的光线路终端OLT、包含无源光器件的光分配网ODN和用户端的光网络单元ONU/光网络终端ONT组成，其网络拓扑一般采用点到多点的树型结构。PON网络的主要优点在于避免在室外使用有源通信设备，所有的数据发送与接收在ODN两端的OLT与ONU处理，ODN只负责数据的传输。
二、PON传输视频监控系统的应用
2.1 PON传输视频监控的组网结构
使用PON技术的视频监控系统由IP网络摄像机、MDU、ODN、OLT，单路解码器和视频存储服务器 （网络硬盘录像机）、C/S浏览显示器组成。网络摄像机作为前端设备，采集并压缩视频图像信息，MDU把视频数据接入到PON网络，ODN（由光纤与光分路器构成的光分配网）负责网络传输，OLT完成视频数据汇聚至解码器，最后存储在网络硬盘录像机的硬盘里，依据硬盘容量的大小，存储时间为10天～1个月。
2.2 视频监控对PON网络的要求
视频图像的存储和传输量大，耗用的存储空间大，占用的网络带宽高。以当前常用的1080P网络摄像机为例，图象的最高分辨率1920*1080像素，一路监控视频1天录像24小时占用的存储容量需要43.2G，码流为4Mbps，在网络传输中占用4M带宽，与其他办公应用通信网络相比，视频监控系统对网络的传输提出了更高要求。
PON技术具有高带宽、组网灵活和易于维护等特点，能很好地适应这些要求。
2.2.1 保证图像连续显示，占用带宽高
分辨率1080P网络摄像机的码流为4Mbps，采集、压缩视频信息后，占用4M带宽，分辨率720P网络摄像机的码流为2Mbps，采集、压缩视频信息后，占用2M带宽，要保证视频图象的连续流畅显示，就需要确保相应带宽网络传输环境。
2.2.2 保证图像实时显示，传输质量高
在我国通信业标准传输视频监控业务的承载网性能高于1级，提供端到端的QoS保障，且要求低时延、低丢包率。要保证视频图象的实时显示，就需要确保相应网络交换机的背板交换容量环境。
2.2.3 接入场景多样化
由于監控的点位多而广，往往分散在不同的区域，需要大量网络摄像机采集、压缩海量的视频图像信息，再接入到网络中传输与汇聚。需求分布不均匀导致安装于不同位置的摄像机和网络覆盖的布点分散，网络结构次重不一。
2.2.4 摄像机远端 供电需求
工程实施中遇到的室外摄像机供电困难，可通过5类线中备用的2对双绞线进行POE供电，能够解决安装于室外空旷处摄像机取电难题。
2.3视频监控对PON技术的选用
通过以上3种技术接入方式的对比，EPON的应用能够满足视频监控的网络摄像机海量数据、大带宽、高质量接入需求，选用PON技术是最佳接入选择。
三、 PON 传输视频监控系统实施
上海畅顺达物流公司总部在九江路，物流仓库与业务办公楼在浦东机场附近的金闻路，要求对储货库区做到全方位、无盲区、24小时实时视频监控；选用1080P镜头枪机摄像机覆盖重要点位；选用720P与1080P镜头的枪机与球机混合摄像，覆盖办公区域，安装于装潢吊顶之中。1080P 摄像机67台，720P 摄像机34台。视频监控与办公网络共用机房设置在办公楼2层，通过上海电信VPN接入至九江路总部。为了快速、合理地实施该系统，按照以下步骤进行。
3.1 系统数据规划
划分VLAN可以用来隔离来源于不同的IP摄象机。在视频监控系统中的单个IP网络摄像机的上行业务码流可达4Mbps，因此要用单层VLAN划分以提高系统稳定性。为了使解码器与硬盘录像机识别哪个网络摄像机传上来的数据，不仅仅通过VLAN，每个摄像机都要配置固定IP地址，采用192.168.2～254网段分配至每台摄像机上的数据端口。 3.2 数据配置批量实施
依据网络系统的数据规划，将MDU批量离线配置的管理，视频监控单独的网络管理，特定的多台MDU组合，批量预配置，通过Excel表单工具依次倒入软调数据至MDU中，解决了MDU的安装、数据配置、调测及其后期的竣工验收等需要进入MDU的安装点的次数多、逐台调试、时间长效率低等的问题，
3.3 PON网络系统的安装
OLT设备采用华为MA5608T作为汇聚交换机，监控设备采用大华的单路解码器和7个*16路的网络视频存储服务器安装在机房。接入区域安装华为MA5626-16作为网络终端设备，接入各网络摄像机采集与压缩的图像数据，通过布放8根单模光缆及4只1：8光分路器构成ODN网络，联结MDU与OLT之间的数据传输。
仓库与办公大楼各层区域相应点位安装了101台720P或1080P摄像机，高清网络IP摄像机编号为仓库摄像机A01-A67，办公区摄像机B01-B34。
3.4 系统测试与故障修复
3.4.1测试验证
进行系统测试，从无信号显示的摄像机群开始，在MDU与OLT之间测试视频图像数据的接入、汇聚等模块，验证到解码器视频图像显示功能子系统。完成了PON传输系统上的测试，使得整个畅顺达视频监控系统进行正常运行。
3.4.2 ONU故障
系统试运行1周后，出现了几个故障。仓库办公区A34-A48的枪机摄像机无显示信号，逐层检测，编号为M04的华为MDU设备MA5626-16出故障，到指定点替换MDU，录入认证码，故障解决，恢复接入层交换设备，更换新的MDU数据在U2000中的版本和配置数据自动恢复启用。
3.4.3 PON口故障
办公楼二层机房OLT上获取不到部分MA5626-16的注册LLID，分析检测后，把MA5608T（PON口数量为16=2块业务板*8PON端口/块）上的H808EPSD业务板PON1口手工跳纤至备用PON6口上，在U2000上将原PON1口上的业务数据迁移至PON6口上，故障修复，系统恢复运行。
3.5 PON传输视频监控实施结果
把前端16台1080P摄像机使用4Mbps的码流同步采集数据量64Mbps集成在一起，消耗的传输带宽64M。1台MA5626-16可同时接入16台1080摄像机，上行采用100M至MA5608T汇聚数据，构成了1套视频图像采集、接入、传输、汇聚及单路解码、视频存储服务器（硬盘录像机）子系统，再由8个同样的子系统组成的整个视频监控系统。通过MDU、OLT上对应的EPON口及ODN网络的全光传输，达到20KM传输距离，无数字图像丢帧现象，传输时延<1ms，完全符合每台1080P摄像机4Mbps码流的传输带宽和视频主机对连续、实时传输图像帧率为25fps的标准要求，满足硬盘录像机存储和显示服务需求。
四、 结束语
PON技术传输视频监控图像，以PON接入到视频监控系统中的应用，能够满足视频监控中多场景、高密度的网络IP摄像机采集、压缩海量图像信息要求，达到传输大带宽、图像高质量的需求。应用结果表明16路分辨率为1080P完全高清摄像机接入到MDU設备，通过ODN网络汇聚到OLT上的速率可达87Mbps，网络速度提高了36%，同时维护故障减少50%。
参 考 文 献
[1]李欣. 基于EPON技术的网络视频监控系统设计[J]. 铁道勘测与设计，2013，No.19105：29-30.
[2]肖品辉. 基于EPON技术的高清网络视频监控系统的探讨[J]. 信息通信，2016，No.15802：272-273.
[3]崔景川. EPON接入网的设计与应用[D].天津大学，2014.
【关键词】 网络摄像机 视频监控 PON技术
引言
随着视频图象采集、压缩数字化和一体化的发展，原来普通分辨率的视频监控因不能满足当前高清图像的需求而已逐步退出使用。在高清视频摄像机应用场景广泛化的今天，IP网络化视频监控技术将成为主流，其对视频监控传输网络提出了高带宽需求。因PON技术的成熟与其先天优势，由IP网络承载大量的摄像机采集到的信息逐渐成为PON技术的数据传输应用之一。
一、EPON技术与工作原理
1.1 EPON工作原理
EPON是一种基于P2MP拓扑结构的物理层上网络技术，系统采用WDM技术，实现单纤双向传输，使用2种复用技术：
1、下行数据流采用广播技术，工作波为1480～1500nm，通过ODN中的1：N无源光分路器下发到网络上的所有ONU，每个ONU注册成功后分配唯一的LLID；
2、上行数据流采用TDMA技术，工作波为1260～1360nm，来源于各个ONU的数据互不影响地通过ODN中的1：N无源光分路器集中到同一根上行光纤传输至OLT，OLT接收数据前对比LLID注册表，识别不同ONU上传的数据。
1.2 PON系统组成
PON系统结构主要由中心机房的光线路终端OLT、包含无源光器件的光分配网ODN和用户端的光网络单元ONU/光网络终端ONT组成，其网络拓扑一般采用点到多点的树型结构。PON网络的主要优点在于避免在室外使用有源通信设备，所有的数据发送与接收在ODN两端的OLT与ONU处理，ODN只负责数据的传输。
二、PON传输视频监控系统的应用
2.1 PON传输视频监控的组网结构
使用PON技术的视频监控系统由IP网络摄像机、MDU、ODN、OLT，单路解码器和视频存储服务器 （网络硬盘录像机）、C/S浏览显示器组成。网络摄像机作为前端设备，采集并压缩视频图像信息，MDU把视频数据接入到PON网络，ODN（由光纤与光分路器构成的光分配网）负责网络传输，OLT完成视频数据汇聚至解码器，最后存储在网络硬盘录像机的硬盘里，依据硬盘容量的大小，存储时间为10天～1个月。
2.2 视频监控对PON网络的要求
视频图像的存储和传输量大，耗用的存储空间大，占用的网络带宽高。以当前常用的1080P网络摄像机为例，图象的最高分辨率1920*1080像素，一路监控视频1天录像24小时占用的存储容量需要43.2G，码流为4Mbps，在网络传输中占用4M带宽，与其他办公应用通信网络相比，视频监控系统对网络的传输提出了更高要求。
PON技术具有高带宽、组网灵活和易于维护等特点，能很好地适应这些要求。
2.2.1 保证图像连续显示，占用带宽高
分辨率1080P网络摄像机的码流为4Mbps，采集、压缩视频信息后，占用4M带宽，分辨率720P网络摄像机的码流为2Mbps，采集、压缩视频信息后，占用2M带宽，要保证视频图象的连续流畅显示，就需要确保相应带宽网络传输环境。
2.2.2 保证图像实时显示，传输质量高
在我国通信业标准传输视频监控业务的承载网性能高于1级，提供端到端的QoS保障，且要求低时延、低丢包率。要保证视频图象的实时显示，就需要确保相应网络交换机的背板交换容量环境。
2.2.3 接入场景多样化
由于監控的点位多而广，往往分散在不同的区域，需要大量网络摄像机采集、压缩海量的视频图像信息，再接入到网络中传输与汇聚。需求分布不均匀导致安装于不同位置的摄像机和网络覆盖的布点分散，网络结构次重不一。
2.2.4 摄像机远端 供电需求
工程实施中遇到的室外摄像机供电困难，可通过5类线中备用的2对双绞线进行POE供电，能够解决安装于室外空旷处摄像机取电难题。
2.3视频监控对PON技术的选用
通过以上3种技术接入方式的对比，EPON的应用能够满足视频监控的网络摄像机海量数据、大带宽、高质量接入需求，选用PON技术是最佳接入选择。
三、 PON 传输视频监控系统实施
上海畅顺达物流公司总部在九江路，物流仓库与业务办公楼在浦东机场附近的金闻路，要求对储货库区做到全方位、无盲区、24小时实时视频监控；选用1080P镜头枪机摄像机覆盖重要点位；选用720P与1080P镜头的枪机与球机混合摄像，覆盖办公区域，安装于装潢吊顶之中。1080P 摄像机67台，720P 摄像机34台。视频监控与办公网络共用机房设置在办公楼2层，通过上海电信VPN接入至九江路总部。为了快速、合理地实施该系统，按照以下步骤进行。
3.1 系统数据规划
划分VLAN可以用来隔离来源于不同的IP摄象机。在视频监控系统中的单个IP网络摄像机的上行业务码流可达4Mbps，因此要用单层VLAN划分以提高系统稳定性。为了使解码器与硬盘录像机识别哪个网络摄像机传上来的数据，不仅仅通过VLAN，每个摄像机都要配置固定IP地址，采用192.168.2～254网段分配至每台摄像机上的数据端口。 3.2 数据配置批量实施
依据网络系统的数据规划，将MDU批量离线配置的管理，视频监控单独的网络管理，特定的多台MDU组合，批量预配置，通过Excel表单工具依次倒入软调数据至MDU中，解决了MDU的安装、数据配置、调测及其后期的竣工验收等需要进入MDU的安装点的次数多、逐台调试、时间长效率低等的问题，
3.3 PON网络系统的安装
OLT设备采用华为MA5608T作为汇聚交换机，监控设备采用大华的单路解码器和7个*16路的网络视频存储服务器安装在机房。接入区域安装华为MA5626-16作为网络终端设备，接入各网络摄像机采集与压缩的图像数据，通过布放8根单模光缆及4只1：8光分路器构成ODN网络，联结MDU与OLT之间的数据传输。
仓库与办公大楼各层区域相应点位安装了101台720P或1080P摄像机，高清网络IP摄像机编号为仓库摄像机A01-A67，办公区摄像机B01-B34。
3.4 系统测试与故障修复
3.4.1测试验证
进行系统测试，从无信号显示的摄像机群开始，在MDU与OLT之间测试视频图像数据的接入、汇聚等模块，验证到解码器视频图像显示功能子系统。完成了PON传输系统上的测试，使得整个畅顺达视频监控系统进行正常运行。
3.4.2 ONU故障
系统试运行1周后，出现了几个故障。仓库办公区A34-A48的枪机摄像机无显示信号，逐层检测，编号为M04的华为MDU设备MA5626-16出故障，到指定点替换MDU，录入认证码，故障解决，恢复接入层交换设备，更换新的MDU数据在U2000中的版本和配置数据自动恢复启用。
3.4.3 PON口故障
办公楼二层机房OLT上获取不到部分MA5626-16的注册LLID，分析检测后，把MA5608T（PON口数量为16=2块业务板*8PON端口/块）上的H808EPSD业务板PON1口手工跳纤至备用PON6口上，在U2000上将原PON1口上的业务数据迁移至PON6口上，故障修复，系统恢复运行。
3.5 PON传输视频监控实施结果
把前端16台1080P摄像机使用4Mbps的码流同步采集数据量64Mbps集成在一起，消耗的传输带宽64M。1台MA5626-16可同时接入16台1080摄像机，上行采用100M至MA5608T汇聚数据，构成了1套视频图像采集、接入、传输、汇聚及单路解码、视频存储服务器（硬盘录像机）子系统，再由8个同样的子系统组成的整个视频监控系统。通过MDU、OLT上对应的EPON口及ODN网络的全光传输，达到20KM传输距离，无数字图像丢帧现象，传输时延<1ms，完全符合每台1080P摄像机4Mbps码流的传输带宽和视频主机对连续、实时传输图像帧率为25fps的标准要求，满足硬盘录像机存储和显示服务需求。
四、 结束语
PON技术传输视频监控图像，以PON接入到视频监控系统中的应用，能够满足视频监控中多场景、高密度的网络IP摄像机采集、压缩海量图像信息要求，达到传输大带宽、图像高质量的需求。应用结果表明16路分辨率为1080P完全高清摄像机接入到MDU設备，通过ODN网络汇聚到OLT上的速率可达87Mbps，网络速度提高了36%，同时维护故障减少50%。
参 考 文 献
[1]李欣. 基于EPON技术的网络视频监控系统设计[J]. 铁道勘测与设计，2013，No.19105：29-30.
[2]肖品辉. 基于EPON技术的高清网络视频监控系统的探讨[J]. 信息通信，2016，No.15802：272-273.
[3]崔景川. EPON接入网的设计与应用[D].天津大学，2014.