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PON技术在视频监控领域的应用
文章来源:本站原创  发布时间:2014-10-28  浏览次数:827
作者:陈明
(沈阳市电信规划设计院(有限公司)  110021)
【摘  要】PON(Passive Optical Network)无源光网络作为一种逐渐成熟的接入技术,在各种数据网络建设中已得到广泛应用。以下简要介绍PON的概念,对EPON、GPON模式进行重点分析对比,针对目前监控领域的现状以及所面临的挑战,从PON的优势特点等方面进行分析并给出合理的监控场景应用分析。
【关键字】无源光网络 PON监控 
1.引言
      随着经济和社会的发展,从国家、行业到个人,对视频监控的需求也在不断增加。为了建设和谐社会,推动城市信息化,满足企业、个人在工作管理、生产生活安全等方面的需求,视频监控在近年来得到了广泛的应用。目前模拟监控、模数混合、网络监控以及智能监控都已进入到所需领域的实际应用阶段,所以视频监控的发展对目前的网络提出了更高的要求。成熟的PON技术以其优越的性能,必将推动视频监控不断地向网络化、高清化、场景多样化迈进。 
2.PON技术发展
      PON(无源光网络)由光线路终端(OLT)、分光器和光网络单元(ONU)组成,常采用树形拓扑结构。所谓无源,是指在OLT和ONU之间的光分配网络(ODN)没有任何有源电子设备。OLT放置在中心局端,分配和控制信道的连接,并具备实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧,OLT与ONU之间通过无源分光器连接,如图1所示。
图1 无源光网络组成结构示意图
      目前PON主要有2种标准,其中一个是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON(GPON)标准,另一个是由IEEE 802.3ah工作组制定的Ethernet PON(EPON)标准。
      GPON和EPON的技术差别很小。相对于EPON技术来说,GPON标准更加完善,更注重于对多业务的支持能力(如TDM、IP、ATM等),上下行接口更加丰富,可提供多种接入方式。而EPON由于其应用简洁,成本相对较低,在运营商已经得到更广泛的应用。从下表可以看出EPON适合于以IP为主对TDM业务要求不高的家庭和个人用户,GPON较适合于对技术要求高的企业和集团用户。
      PON技术有如下优势:
(1)带宽高:无论GPON还是EPON,目前均可以达到单端口1G以上的上行速率,可以满足目前及未来各种宽带业务的接入速率需求。
(2)有效节省线路资源:PON技术采用点到多点(P2MP)拓扑结构,1根光纤最大可分支到128个ONU设备。采用PON技术组网可大大提高光纤资源的利用率。
(3)运行维护成本低:PON的主要特点是无源, 指ODN(Optical Distribution Network:光配线网)不含有任何电子器件及电子电源,ODN全部由光分路器(Splitter:分支器)等无源器件组成,不        需要贵重的有源电子设备,这样使得在连接OLT及ONU间的复杂线路部分变得稳定、维护简单。
3.监控技术演进
3.1.传统模拟闭路系统(CCTV)
      传统模拟闭路系统,是以模拟摄像机、录像机、监控器等设备,通过同轴电缆输出视频模拟信号。传统模拟监控系统的最大特点就是纯模拟,所以有很大的局限性:因为模拟同轴电缆的长度限制,只能对本地监控;因为模拟矩阵等设备的容量限制,监控的扩展能力有限;因为系统采用的存储介质是录像带,长时间存储耗费高,不利于保持,而且录像的画质很低,拷贝过程中对画质也有损耗。
3.2.“模拟-数字”监控系统(DVR):
      “模拟-数字”监控系统,较传统模拟系统的主要区别在于DVR(Digital Video Recorder(硬盘录像机))的引进,实现了模拟摄像机以同轴电缆为介质输出模拟信号到DVR后,DVR将信号转化为数字信号并存储在硬盘中,需要的时候可以通过DVR进行回放。许多DVR产品还可以支持网络访问,但是DVR产品没有统一的标准,是非标准的封闭系统。DVR系统的局限性:需要在摄像机上安装同轴电缆,传输距离受同轴电缆长度限制,而且布线较复杂;DVR主机多数只支持4个、8个或16个摄像机,对于监控摄像头需求很大的系统来说,扩展性一般;如果需要从外部访问并管理摄像头,必须通过DVR,一旦DVR出现故障或软件出现问题,其下所有摄像头都无法正常使用;清晰度受前端模拟摄像头限制。
3.3.纯数字系统(NVR)
      NVR(Network Video Recorder即网络硬盘录像机)纯数字系统是通过网络摄像机(IPCamera)发送数字视频码流给网络硬盘录像机,网络硬盘录像机对其进行存储并管理,传输介质也多种多样,网线、甚至是无线方式,对布线的局限性给出了很好的解决方案。网络摄像机大多支持720P、1080P高清,任何计算机都可以通过认证以管理者的身份访问相应的网络摄像机。
3.4.基于云计算的视频监控
      云监控将各个不同地域的系统更灵活的结合在一起并应用,将监控系统发挥得更充分。目前被大量应用在连锁行业,实现连锁管理;应用在幼儿园,实现家长远程监控。
监控技术通过发展和演进,已经由传统的模拟闭路系统,逐步向数字化、开放式发展,促进监控技术在各个领域被更广泛的应用。
4.PON技术在监控中的优势   
4.1.目前监控系统面临的挑战
4.1.1 网络化
      过去的视频监控可以被形容成一个个孤岛,彼此独立,没有网络的支持,只能被禁锢在一个小的范围内,而今大数据时代,对视频监控的需求也从原有的监控本地视频发展到全网可见。云存储的引入,更要求视频监控的网络化,从而实现视频的实时回传以及画面的控制。
4.1.2 高清化
       近年来高清一词已经从概念变成了现实,视频监控也是如此,用户对图像的品质有了更高的要求。尤其是一些特殊领域,如交通系统、平安城市等,用户对视频的清晰度和监控业务的实时精确管理都有很高的需求。高清视频监控如雨后春笋般迅速普及到各行各业中,这就对视频的回传速率和承载网络提出了新的挑战。
4.1.3 场景多样化
      随着人们对安全、信息化等数据需求的不断增加,视频监控被更多领域的企事业单位和个人关注,目前除了国家及城市管理系统、公安系统、交通系统外,已经拓展到银行系统、医疗系统、大型企业、学校、幼儿园乃至个人家庭。视频监控的应用范围越来越广泛,安装及使用环境更加复杂。各种场景和环境都需要部署视频监控网络,所以设备及接入方式能够适合多样化的场景也成为了亟待解决的问题。
4.2.PON技术在监控系统中的优势:
4.2.1 安全可靠
      应用在多个领域的PON技术,已经有着成熟的自身安全性和可靠性。双路由物理层线路保护,保证网络的可靠性,而基于IP的传输方式,可以采用MAC地址绑定,有效的防止摄像头被篡改更换,从而保证视频数据的可靠性和安全性。
4.2.2 可提供高速带宽
      分辨率为720P/1080P的视频监控所需要的带宽为8M/16M,目前OLT设备的单端口上行带宽为1.25G,如果按照分光比为1:64,带宽可以达到19.5M,这样OLT设备的一个PON端口完全可以满足64路1080P高清视频监控的带宽需求。而且目前主流厂商均配置QOS技术,可以有效保障视频监控获得足够的带宽,从而保障视频的质量。
4.2.3 设备型号丰富
      由于视频监控的场景和所处的环境多种多样,近年来随着PON技术的不断发展完善,运营商在其他领域对PON的应用起到了很好的示范作用,使得目前ONU设备可以灵活的适应各种复杂环境。供电方式可以采用AC、DC和POE供电方式,在光缆无法敷设的环境,还可以采用无线接口的ONU设备,而且室外箱均带有防雷保护装置,确保ONU设备和视频监控设备的安全可靠。
5.PON在监控系统中的应用及场景分析
      从国家级的城市管理系统、公安系统、交通系统到银行系统、医疗系统、大型企业、学校、幼儿园以及个人家庭,视频监控系统作为实时监控和日后采集信息的重要工具,在上述领域得到了广泛的应用。近年来PON技术有了突飞猛进的发展,成本下降,技术成熟,支撑力更强,它被越来越多地被应用到视频监控的传输网络中。
      下面介绍一个利用PON组网的集中控制型监控系统。网络结构如图2所示
图2  PON组网监控系统
      图中粗实线为核心网络,细实线为PON网络,虚线为模拟线路部分。实现视频流传输的网络均为PON组网方式。如果监控摄像头为IP摄像机,则只需要在ONU与摄像机之间选择适当的线路即可实现视频流的回传和对摄像机的远程控制。如果是模拟摄像头,则需要另外一种设备EC(视频编码器),将模拟信号转化为数字信号,从而实现在PON网络上的视频流回传和远程控制。
从网络结构图清晰的看到,在具有一定规模的数字化监控系统中,PON网络可以完美的实现视频信号的回传和控制,结合现有核心网络,达到无缝连接。通过将监控网络接入互联网,可以实现远程控制、实时监控、回放等功能。如果在核心网、EC或交换机上增加存储设备、部署服务器后,监控系统可实现云监控。
      典型应用场景:
(1)城市、公安、交通等大型专属监控网络
      从安全角度出发,各城市公安、交通等部门不惜重金部署平安城市等一系列的监控网络。以沈阳市为例,早在2007年,市政府就开始部署“平安和平”监控网络,一期工程仅在试点的和平区就部署摄像头700余个。当时采用的还不是PON网络,每个摄像头都需要单独的上联光缆资源,为此政府和运营商都付出了大量的人力、物力敷设单个摄像头连接到监控中心的光缆。而现在,PON网络对于部署大型专属监控网络有着得天独厚的优势,当监控点越多,分布越密集,PON的组网优势越能被发挥,表现在前期的组网便利性、网络的可描述性、后期的维护便利性,都较原有传统网络有了大幅提升。以2007年沈阳市和平区的700个摄像头计算,如果使用PON组网,在摄像头分布较好的情况下,按照1:32分光比,上联的光缆就可以减少为原来的三十二分之一,大大节约了网络资源。
(2)医院、大型企业、幼儿园、住宅小区等中型私有监控
      一般在这些中型监控网络中,摄像头数量相对较多,监控的区域不是非常集中,甚至有些企业会要求同时监控多个相隔很远的区域,如分厂、多楼宇等,而且要求监控网络不对外,即私有监控网,通常还会设置监控中心,监控中心由电脑和监视器构成的。按照图2右侧区域所示的方式组网,可以在交换机上连接电脑和监视器,通过二次分光来实现对不同区域的监控并达到节约光缆资源的目的。
(3)个人家庭用户监控
      目前个人用户对自身家庭监控需求不断提高,在通信运营商的大力推动下,PON在个人网络接入方面占有的比重不断提高,在以PON为网络载体的监控系统下,个人用户只要接入到互联网,并将网络摄像头接入家庭ONU设备上,即实现了一个小型的监控网络。在软件的支持下,还可以实现远程实时监控。
6.结束语
      PON技术在网络结构上很好的解决了目前视频监控需要的网络化、高清化和场景复杂化等问题。随着各运营商大力推广,PON的应用会更加多元化,而部署PON网络成本不断降低,使PON能够更好地应用在视频监控领域。
参考文献
陈雪 《源光网络技术》北京邮电大学出版社 2006年
梁笃国《网络视频监控技术与智能应用》人民邮电出版社 2013年
中国通讯网《PON技术助力视频监控走向网络化和高清化》
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