视频监控系统中EPON的应用经验

　　随着EPON技术的发展，EPON网络凭借其带宽高、传输距离远开始和数字视频监控系统结合，承担起基础传输网络的功能。EPON系统的传输网络使用无源器件，不需要供电，所以具备线路简单、故障少、维护量小和适合恶劣环境的特点，特别适合室外的应用场合。
　　
　　EPON网络是从接入网技术中发展起来的，数字视频监控系统的网络结构特点和数据传送特点和接入网不同，如何在视频监控系统中用好EPON网络是进行数字视频监控系统设计和实施时必须要注意问题。
　　
　　丰润达在本文中结合EPON技术在小区视频监控系统中的工程应用，通过分析解决工程实施中碰到的问题，提出了系统设计实施中要遵循的一些指导原则，从而避免在工程实践中走弯路，充分发挥EPON系统的技术优势。
　　
　　1EPON技术简介
　　
　　PON（无源光网络技术）的网络传输*是由无源器件构成的，具有无需维护、极少故障的优点，所以得到了快速发展，已经在电信接入网中开始规模应用，逐步取代以铜导线为传输介质的xDSL技术。
　　
　　EPON网络是在PON网络上的以太网技术，它将以太网和PON光网络结合，构成可以广域分布的以太网网络。从结构上看EPON网络分为三个部分，一部分是OLT（线路终端），安装在中心；中间部分是光缆和无源的分光器，构成传输网络；末端部分是ONU（光线路单元），安装在用户端，提供用户接入的接口。
　　
　　EPON系统的光网络是双向网络，采用波分复用技术在一根光纤上提供双向的通路。下行采用广播方式，通过修改以太网的前导码可以在广播中某个下级节点的地址，从而实现和某一下级节点的点对点通信。上行采用时分复用技术，下级节点按不同的时隙共享带宽。
　　
　　EPON系统的光网络是无源网络，传输使用的是光缆和无源的分光器，不需要外部供电，也不需要特别的维护，所以EPON网络特别适合于在室外环境下使用，故障率很低。虽然EPON的网络是无源的，但是由于使用光通信技术，在没有任何中继的情况下，EPON网络也有10～20km的通信距离。而且EPON网络采用了多路复用的技术，所以在一根纤芯上能支持多个用户，减少了布线，这使得部署EPON网络的成本大大降低了。
　　
　　2EPON网络在小区项目中的应用
　　
　　2.1项目概况
　　
　　在某城市生活小区视频监控项目中，采用了EPON光网络作为数字视频监控系统的传输网络。该项目包括26个生活小区，每个小区的出入口、围墙、重要通道、公共活动场所都要安装摄像头，数个小区的图像集中传送到临近的某一小区的分控中心，暂不设置总中心，留待将来完成。根据小区地理情况设置监控点的位置，小区摄像机的数量在30～60之间，整个项目约需要安装1000个摄像机。
　　
　　考虑到小区的分布范围和系统未来的建设，在该项目中采用EPON网络非常适合，到每个小区只需敷设一根多芯光缆，在小区中通过分光器连接各终端摄像机，工程成本低、实现简单，将来建设总中心时也可以很方便地汇接。
　　
　　2.2系统结构
　　
　　EPON技术目前已发展出10Gb对称带宽的设备，但是成本高，带宽也超出了小区视频监控系统的要求，考虑到小区视频监控系统必须把控制成本当成重要目标，所以在实际应用中选用了*代的1Gb对称带宽的EPON设备。这样的设备技术成熟、价格低廉，已经大量生产，适合用于视频监控系统。
　　
　　由于没有总中心，从分控中心到各小区设计了一层网络。OLT设备部署在分控中心，给每个小区提供1～2个PON口，每个PON口zui多32路分光，两路可以负载60个摄像机。从分控中心到下级各小区敷设一条4芯光缆，使用其中1～2芯提供小区的干路光通道，其他纤芯备用。在小区线缆分支的地方设置分光器，在设备端设置ONU，连接网络摄像机。在分光器的布置上，采用了树形的分级设置，从主光缆进入小区处开始，逐级分支，构成一个多级的树形结构。
　　
　　2.3系统运行中的问题
　　
　　为了积累经验，掌握EPON网络的特点，先在一个小区进行工程试点，摸索经验后再全面铺开。在试点小区完成施工后，进行了系统运行调试，过程中碰到了光路问题和系统带宽分配的问题，这两方面都和原设计中的理论计算有较大出入，通过对问题的分析和解决，摸索出了一些运用EPON网络的经验。
　　
　　3光路问题的分析和解决
　　
　　在系统加电运行后，大部分ONU都不能在OLT注册，通过对光路进行检查，光路不通的支路只占很小一部分，修正了不通的支路后，问题依旧。
　　
　　通过对原设计的分析发现，问题可能出在光路损耗上。在EPON网络中，OLT和ONU之间是无源光网络，两者接收的光线经过光网络的传输要满足光功率的要求，zui低-23dB，zui高-3dB，超过该范围需要衰减，低于该范围ONU在OLT上不能注册。从OLT到ONU的光损耗由光线经过的各级分光器损耗、接头熔接损耗、光缆损耗累计而成。
　　
　　考虑到光路损耗的因素，用光功率计和OTDR对分光器损耗、光缆损耗和接头损耗进行测试，计算实际的光路损耗，结果发现多级分光的实际损耗和理论计算有较大差距，其中分光器是主要的衰减源，而且同样的分光器损耗值分布区域较大，器件品质一般。
　　
　　在系统的原始设计中是根据摄像头的分布来设计网络分支的，由于摄像头的地理位置没有规律，为了节省管线长度降低施工难度，网络有多级分光，经计算符合光功率衰减的要求。但是在实际光路中，由于器件品质一般，熔接质量差强人意，分支级数较多时，接头多累计损耗大，分光器累计损耗大，使得实际损耗比计算损耗大，我们测得的zui大损耗达-37dB，不能注册的ONU都是光路损耗大造成的。
　　
　　在实际工程情况下，要解决这个问题比较麻烦，需要反复熔接和调换分光器，但是修改光路设计可以提高对各级损耗增大的容忍度，将原来就近分支的方法，改为按分组设计分光的方法；既先按摄像机的分布分组，每组设计一个分支；再在同一组中一次性分光到摄像机；这样只需要两级分光。经过这样的改变，并在注意控制熔接质量的情况下，系统顺利连接成功。
　　
　　4带宽问题的分析和解决
　　
　　小区视频监控系统的摄像机选用了1080P的网络高清摄像机，采用H.264的编码，平均带宽4Mb。在光路打通以后，从上传到分控中心的画面上看，有的画面出现了卡顿现象。系统中选用的EPON设备有效的数据带宽为1Gb，减去系统开销至少也有700Mb的带宽可供使用，小区摄像机zui多为60台，即使加在一起总带宽也才240Mb，远小于系统可用带宽，画面不应该出现卡顿现象。
　　
　　画面卡顿说明视频信号的传送出现了延时。通过对摄像机的码流进行测试，发现摄像机的码流并不固定，当画面变化时，码流会成数倍的增加，分析其原因是由于摄像机工作在画面优先模式，随着画面的变化，为了保证画面质量需要增加数据量；进一步的测试发现，经常出现很多摄像机同时出现数据量增大的情况，这时会造成数据传送延时。
　　
　　EPON系统中上行数据传输采用了时分复用技术，各个ONU向OLT发送数据时占用不同的时隙，在每个时隙中，只有一个ONU在通信。为了充分利用上行带宽，OLT根据ONU的数据传送请求动态分配带宽，给需要上传数据的ONU分配较长的时隙，使其得到较大的带宽。该功能在接入网中有很大作用，因为用户上行数据传送的随机性很强，呈现阵发的特点，使用动态带宽分配可以让需要带宽的用户得到比较大的带宽，而用户同时需要大的上行带宽的几率很低。但是在视频监控系统中，会出现多台摄像机同时需要增加带宽的情况，结果zui先请求的一台或多台摄像机得到满足并被允许尽可能多地传送数据，这样时隙延长就造成其他摄像机等待时间延长，出现了卡顿现象。这现象就像一个十字路口，如果两个方向都有大量的车辆要通行，的办法不是让一个方向尽量走，然后再允许另一个方向通行，而是要交错让两个方向通行，才能保证交通的畅通。
　　
　　明白了这个道理，就可以重新设置系统的带宽分配策略，将动态带宽分配改为固定带宽分配，每个摄像机分配一个固定带宽，这样即使多台摄像机的码流都增加时，也都可以得到机会传送数据，由于EPON系统上行带宽很大，固定带宽分配能满足实时显示的需要，不会使画面出现卡顿现象。
　　
　　5结语
　　
　　由于室外施工的条件比较差，光路损耗的指标会比理论指标大，所以在光路分光设计上尽量控制在两层。从小区视频监控的需求看控制在两层是可以做到的，先将小区摄像机分组，按分组进行*层分光；在分组内，进行第二层分光。
　　
　　在带宽的分配上要使用固定带宽的分配方式。虽然动态带宽分配技术是EPON网络比较*的特点之一，但是在设置不当的情况下可能造成不利的后果。
　　
　　在设备选型上，在满足成本要求的前提下尽量选用品质好的设备。小区视频监控系统不可能选用电信级的、的EPON设备，为了控制成本只能选用大量生产的普通产品，所以要注意品牌的选择，尽量挑选品质好的。比如分光器的选用，就是光路设计中重要的一环，如果有条件，要事*行一些测试，尽量挑选指标好的。
　　
　　OLT和ONU的选用也非常重要，EPON技术目前还没有统一的带宽分配的标准，允许各厂家自行选择算法，所以选型前要尽量了解有关技术内容。如果施工取电不便的，可以采用带PoE功能的ONU，如丰润达的EPS5081。带宽分配的问题经查询资料分析[2]，应该是所选用的设备在带宽分配算法上会出现一个设备较长时间占用信道的情况，这种算法可能适应接入网那种随机阵发传送上行数据的情况，但是在视频监控系统中所有设备都对时延敏感，在多台设备同时需要大数据量传送的时候就不适应。
　　
　　事实上，在小区视频监控系统中使用EPON网络，进行系统设计和配置时，不能简单只以理论为依据，要充分考虑工程实际情况。