王文杰

摘 要：在某住宅小區(qū)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目中引入了EPON網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)的信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)試點(diǎn)工程施工完畢進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，遇到了網(wǎng)絡(luò)分光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)帶寬分配的問(wèn)題，通過(guò)在工程實(shí)踐中解決上述問(wèn)題時(shí)認(rèn)識(shí)到，在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)用EPON網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其分光層次要控制在兩層以內(nèi)，并使用固定帶寬分配策略。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；EPON網(wǎng)絡(luò)；分光設(shè)計(jì)；帶寬分配

中圖分類號(hào)：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）04-0018-03

0 引 言

隨著EPON技術(shù)的發(fā)展，EPON網(wǎng)絡(luò)憑借其帶寬高、傳輸距離遠(yuǎn)開(kāi)始和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，承擔(dān)起基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)的功能。EPON系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)源器件，不需要供電，所以具備線路簡(jiǎn)單、故障少、維護(hù)量小和適合惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，特別適合室外的應(yīng)用場(chǎng)合。

EPON網(wǎng)絡(luò)是從接入網(wǎng)技術(shù)中發(fā)展起來(lái)的，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳送特點(diǎn)和接入網(wǎng)不同，如何在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中用好EPON網(wǎng)絡(luò)是進(jìn)行數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施時(shí)必須要注意問(wèn)題。

本文結(jié)合EPON技術(shù)在小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的工程應(yīng)用，通過(guò)分析解決工程實(shí)施中碰到的問(wèn)題，提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施中要遵循的一些指導(dǎo)原則，從而避免在工程實(shí)踐中走彎路，充分發(fā)揮EPON系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1 EPON技術(shù)簡(jiǎn)介

PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）的網(wǎng)絡(luò)傳輸完全是由無(wú)源器件構(gòu)成的，具有無(wú)需維護(hù)、極少故障的優(yōu)點(diǎn)，所以得到了快速發(fā)展，已經(jīng)在電信接入網(wǎng)中開(kāi)始規(guī)模應(yīng)用，逐步取代以銅導(dǎo)線為傳輸介質(zhì)的xDSL技術(shù)。

EPON網(wǎng)絡(luò)是在PON網(wǎng)絡(luò)上的以太網(wǎng)技術(shù)，它將以太網(wǎng)和PON光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，構(gòu)成可以廣域分布的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。從結(jié)構(gòu)上看EPON網(wǎng)絡(luò)分為三個(gè)部分，一部分是OLT（線路終端），安裝在中心；中間部分是光纜和無(wú)源的分光器，構(gòu)成傳輸網(wǎng)絡(luò)；末端部分是ONU（光線路單元），安裝在用戶端，提供用戶接入的接口。

EPON系統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)是雙向網(wǎng)絡(luò)，采用波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖上提供雙向的通路。下行采用廣播方式，通過(guò)修改以太網(wǎng)的前導(dǎo)碼可以在廣播中指定某個(gè)下級(jí)節(jié)點(diǎn)的地址，從而實(shí)現(xiàn)和某一下級(jí)節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。上行采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，下級(jí)節(jié)點(diǎn)按不同的時(shí)隙共享帶寬。

EPON系統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，傳輸使用的是光纜和無(wú)源的分光器，不需要外部供電，也不需要特別的維護(hù)，所以EPON網(wǎng)絡(luò)特別適合于在室外環(huán)境下使用，故障率很低。雖然EPON的網(wǎng)絡(luò)是無(wú)源的，但是由于使用光通信技術(shù)，在沒(méi)有任何中繼的情況下，EPON網(wǎng)絡(luò)也有10～20 km的通信距離。而且EPON網(wǎng)絡(luò)采用了多路復(fù)用的技術(shù)，所以在一根纖芯上能支持多個(gè)用戶，減少了布線，這使得部署EPON網(wǎng)絡(luò)的成本大大降低了[1]。

2 EPON網(wǎng)絡(luò)在小區(qū)項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

在某城市生活小區(qū)視頻監(jiān)控項(xiàng)目中，采用了EPON光網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)。該項(xiàng)目包括26個(gè)生活小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的出入口、圍墻、重要通道、公共活動(dòng)場(chǎng)所都要安裝攝像頭，數(shù)個(gè)小區(qū)的圖像集中傳送到臨近的某一小區(qū)的分控中心，暫不設(shè)置總中心，留待將來(lái)完成。根據(jù)小區(qū)地理情況設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)的位置，小區(qū)攝像機(jī)的數(shù)量在30～60之間，整個(gè)項(xiàng)目約需要安裝1 000個(gè)攝像機(jī)。

考慮到小區(qū)的分布范圍和系統(tǒng)未來(lái)的建設(shè)，在該項(xiàng)目中采用EPON網(wǎng)絡(luò)非常適合，到每個(gè)小區(qū)只需敷設(shè)一根多芯光纜，在小區(qū)中通過(guò)分光器連接各終端攝像機(jī)，工程成本低、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，將來(lái)建設(shè)總中心時(shí)也可以很方便地匯接。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

EPON技術(shù)目前已發(fā)展出10 Gb對(duì)稱帶寬的設(shè)備，但是成本高，帶寬也超出了小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求，考慮到小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須把控制成本當(dāng)成重要目標(biāo)，所以在實(shí)際應(yīng)用中選用了第一代的1 Gb對(duì)稱帶寬的EPON設(shè)備。這樣的設(shè)備技術(shù)成熟、價(jià)格低廉，已經(jīng)大量生產(chǎn)，適合用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

由于沒(méi)有總中心，從分控中心到各小區(qū)設(shè)計(jì)了一層網(wǎng)絡(luò)。OLT設(shè)備部署在分控中心，給每個(gè)小區(qū)提供1～2個(gè)PON口，每個(gè)PON口最多32路分光，兩路可以負(fù)載60個(gè)攝像機(jī)。從分控中心到下級(jí)各小區(qū)敷設(shè)一條4芯光纜，使用其中1～2芯提供小區(qū)的干路光通道，其他纖芯備用。在小區(qū)線纜分支的地方設(shè)置分光器，在設(shè)備端設(shè)置ONU，連接網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。在分光器的布置上，采用了樹(shù)形的分級(jí)設(shè)置，從主光纜進(jìn)入小區(qū)處開(kāi)始，逐級(jí)分支，構(gòu)成一個(gè)多級(jí)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行中的問(wèn)題

為了積累經(jīng)驗(yàn)，掌握EPON網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，先在一個(gè)小區(qū)進(jìn)行工程試點(diǎn)，摸索經(jīng)驗(yàn)后再全面鋪開(kāi)。在試點(diǎn)小區(qū)完成施工后，進(jìn)行了系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試，過(guò)程中碰到了光路問(wèn)題和系統(tǒng)帶寬分配的問(wèn)題，這兩方面都和原設(shè)計(jì)中的理論計(jì)算有較大出入，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析和解決，摸索出了一些運(yùn)用EPON網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗(yàn)。

3 光路問(wèn)題的分析和解決

在系統(tǒng)加電運(yùn)行后，大部分ONU都不能在OLT注冊(cè)，通過(guò)對(duì)光路進(jìn)行檢查，光路不通的支路只占很小一部分，修正了不通的支路后，問(wèn)題依舊。

通過(guò)對(duì)原設(shè)計(jì)的分析發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題可能出在光路損耗上。在EPON網(wǎng)絡(luò)中，OLT和ONU之間是無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，兩者接收的光線經(jīng)過(guò)光網(wǎng)絡(luò)的傳輸要滿足光功率的要求，最低-23 dB，最高-3 dB，超過(guò)該范圍需要衰減，低于該范圍ONU在OLT上不能注冊(cè)。從OLT到ONU的光損耗由光線經(jīng)過(guò)的各級(jí)分光器損耗、接頭熔接損耗、光纜損耗累計(jì)而成。

考慮到光路損耗的因素，用光功率計(jì)和OTDR對(duì)分光器損耗、光纜損耗和接頭損耗進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算實(shí)際的光路損耗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多級(jí)分光的實(shí)際損耗和理論計(jì)算有較大差距，其中分光器是主要的衰減源，而且同樣的分光器損耗值分布區(qū)域較大，器件品質(zhì)一般。

在系統(tǒng)的原始設(shè)計(jì)中是根據(jù)攝像頭的分布來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分支的，由于攝像頭的地理位置沒(méi)有規(guī)律，為了節(jié)省管線長(zhǎng)度降低施工難度，網(wǎng)絡(luò)有多級(jí)分光，經(jīng)計(jì)算符合光功率衰減的要求。但是在實(shí)際光路中，由于器件品質(zhì)一般，熔接質(zhì)量差強(qiáng)人意，分支級(jí)數(shù)較多時(shí)，接頭多累計(jì)損耗大，分光器累計(jì)損耗大，使得實(shí)際損耗比計(jì)算損耗大，我們測(cè)得的最大損耗達(dá)-37 dB，不能注冊(cè)的ONU都是光路損耗大造成的。

在實(shí)際工程情況下，要解決這個(gè)問(wèn)題比較麻煩，需要反復(fù)熔接和調(diào)換分光器，但是修改光路設(shè)計(jì)可以提高對(duì)各級(jí)損耗增大的容忍度，將原來(lái)就近分支的方法，改為按分組設(shè)計(jì)分光的方法；既先按攝像機(jī)的分布分組，每組設(shè)計(jì)一個(gè)分支；再在同一組中一次性分光到攝像機(jī)；這樣只需要兩級(jí)分光。經(jīng)過(guò)這樣的改變，并在注意控制熔接質(zhì)量的情況下，系統(tǒng)順利連接成功。

4 帶寬問(wèn)題的分析和解決

小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)選用了1080P的網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，采用H.264的編碼，平均帶寬4 Mb。在光路打通以后，從上傳到分控中心的畫面上看，有的畫面出現(xiàn)了卡頓現(xiàn)象。系統(tǒng)中選用的EPON設(shè)備有效的數(shù)據(jù)帶寬為1 Gb，減去系統(tǒng)開(kāi)銷至少也有700 Mb的帶寬可供使用，小區(qū)攝像機(jī)最多為60臺(tái)，即使加在一起總帶寬也才240 Mb，遠(yuǎn)小于系統(tǒng)可用帶寬，畫面不應(yīng)該出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。

畫面卡頓說(shuō)明視頻信號(hào)的傳送出現(xiàn)了延時(shí)。通過(guò)對(duì)攝像機(jī)的碼流進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)攝像機(jī)的碼流并不固定，當(dāng)畫面變化時(shí)，碼流會(huì)成數(shù)倍的增加，分析其原因是由于攝像機(jī)工作在畫面優(yōu)先模式，隨著畫面的變化，為了保證畫面質(zhì)量需要增加數(shù)據(jù)量；進(jìn)一步的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)很多攝像機(jī)同時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)量增大的情況，這時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)傳送延時(shí)。

EPON系統(tǒng)中上行數(shù)據(jù)傳輸采用了時(shí)分復(fù)用技術(shù)，各個(gè)ONU向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)占用不同的時(shí)隙，在每個(gè)時(shí)隙中，只有一個(gè)ONU在通信。為了充分利用上行帶寬，OLT根據(jù)ONU的數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求動(dòng)態(tài)分配帶寬，給需要上傳數(shù)據(jù)的ONU分配較長(zhǎng)的時(shí)隙，使其得到較大的帶寬。該功能在接入網(wǎng)中有很大作用，因?yàn)橛脩羯闲袛?shù)據(jù)傳送的隨機(jī)性很強(qiáng)，呈現(xiàn)陣發(fā)的特點(diǎn)，使用動(dòng)態(tài)帶寬分配可以讓需要帶寬的用戶得到比較大的帶寬，而用戶同時(shí)需要大的上行帶寬的幾率很低。但是在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)需要增加帶寬的情況，結(jié)果最先請(qǐng)求的一臺(tái)或多臺(tái)攝像機(jī)得到滿足并被允許盡可能多地傳送數(shù)據(jù)，這樣時(shí)隙延長(zhǎng)就造成其他攝像機(jī)等待時(shí)間延長(zhǎng)，出現(xiàn)了卡頓現(xiàn)象。這現(xiàn)象就像一個(gè)十字路口，如果兩個(gè)方向都有大量的車輛要通行，最好的辦法不是讓一個(gè)方向盡量走，然后再允許另一個(gè)方向通行，而是要交錯(cuò)讓兩個(gè)方向通行，才能保證交通的暢通。

明白了這個(gè)道理，就可以重新設(shè)置系統(tǒng)的帶寬分配策略，將動(dòng)態(tài)帶寬分配改為固定帶寬分配，每個(gè)攝像機(jī)分配一個(gè)固定帶寬，這樣即使多臺(tái)攝像機(jī)的碼流都增加時(shí)，也都可以得到機(jī)會(huì)傳送數(shù)據(jù)，由于EPON系統(tǒng)上行帶寬很大，固定帶寬分配能滿足實(shí)時(shí)顯示的需要，不會(huì)使畫面出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。

5 結(jié) 語(yǔ)

由于室外施工的條件比較差，光路損耗的指標(biāo)會(huì)比理論指標(biāo)大，所以在光路分光設(shè)計(jì)上盡量控制在兩層。從小區(qū)視頻監(jiān)控的需求看控制在兩層是可以做到的，先將小區(qū)攝像機(jī)分組，按分組進(jìn)行第一層分光；在分組內(nèi)，進(jìn)行第二層分光。

在帶寬的分配上要使用固定帶寬的分配方式。雖然動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)是EPON網(wǎng)絡(luò)比較先進(jìn)的特點(diǎn)之一，但是在設(shè)置不當(dāng)?shù)那闆r下可能造成不利的后果。

在設(shè)備選型上，在滿足成本要求的前提下盡量選用品質(zhì)好的設(shè)備。小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)不可能選用電信級(jí)的、高端的EPON設(shè)備，為了控制成本只能選用大量生產(chǎn)的普通產(chǎn)品，所以要注意品牌的選擇，盡量挑選品質(zhì)好的。比如分光器的選用，就是光路設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，如果有條件，要事先進(jìn)行一些測(cè)試，盡量挑選指標(biāo)好的。

OLT和ONU的選用也非常重要，EPON技術(shù)目前還沒(méi)有統(tǒng)一的帶寬分配的標(biāo)準(zhǔn)，允許各廠家自行選擇算法，所以選型前要盡量了解有關(guān)技術(shù)內(nèi)容。帶寬分配的問(wèn)題經(jīng)查詢資料分析[2]，應(yīng)該是所選用的設(shè)備在帶寬分配算法上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)設(shè)備較長(zhǎng)時(shí)間占用信道的情況，這種算法可能適應(yīng)接入網(wǎng)那種隨機(jī)陣發(fā)傳送上行數(shù)據(jù)的情況，但是在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中所有設(shè)備都對(duì)時(shí)延敏感，在多臺(tái)設(shè)備同時(shí)需要大數(shù)據(jù)量傳送的時(shí)候就不適應(yīng)。

事實(shí)上，在小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中使用EPON網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和配置時(shí)，不能簡(jiǎn)單只以理論為依據(jù)，要充分考慮工程實(shí)際情況。

參 考 文 獻(xiàn)

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