刘博斐 朱雨豪 陈锁 廖光文

摘要

近年来，随着公共安全视频监控建设效果逐步显著，人们对公共安全的治理能力要求和期望越来越高。公共安全治理体系和能力的建设正逐步成为政府实现公共安全治理目标的基础和保障，自党的十八大报告提出深化平安建设至党的十九大报告提出建设平安中国，加快社会治安防控体系以来，全国各地纷纷响应平安中国的建设，并在平安城市、平安校园、智慧交通、智慧机场、天网工程等领域不断加快视频监控系统的建设和优化，全面实现对重点公共场所、重点区域全天候的监控。目前，视频监控系统规模正在急剧扩张，网络架构也逐步从单一网络向多源异构网络发展，从单个系统向多个复杂系统扩展，监控点位从几十向成千上万，甚至上百万扩展.随着监控点位的急剧增长，网络传输带宽、存储空间等正逐渐成为瓶颈，如何突破这些瓶颈顺利完成各类高清视频的接入是其中的关键，基于EPON技术以其低成本、高传输带宽和较远传输距离的发展正符合当前快速发展的需要。

【关键词】公共安全 视频监控 平安城市EPON

1 引言

视频监控系统逐步从模拟化向数字化、网络化、智能化发展，这一发展对视频清晰度同步提出了更高的要求，高清晰度的视频意味着摄像机的像素高，对网络传输带宽、存储空间也提出了更高的要求。当前IP视频监控系统是一种综合性的多媒体应用系统，它同时并行运行24h实时音视频编码和存储等业务进程，与此同时，它还需兼顾录像回放、音视频解码、云台控制等业务进程。不同业务进程对于传输网络的需求也各不一样，在业务进程流量的方向、模型、特征上区别较大。传输网络带宽是前后端设备视频数据流的关键传输通道，视频数据流中主要包含视频、音频和控制信息三类数据，视频监控全天候24h实时运行。若按照30路视频监控点、30天的录像进行存储、8M/s的码率进行计算：

则网络带宽=1080P录像路数×1080P码率，由此可计算出30路视频监控点所需网络带宽为240M/s;

则全量录像存储裸容量=1080P录像路数×1080P码率×1080P录像天数×1024×1024×CBR×24×3600÷8÷1000÷1000÷1000÷1000，由此可计算出30路视频监控点位，在30天的存储量需要约82TB的存储资源进行存储。

因此网络带宽、视频存储的高要求是其发展的关键。由此可见IP视频监控系统在为客户提供更直观的交流及监控手段的同时，也给其基础层的IP传输网络、存储空间带来了巨大压力。

2 高清视频监控接入网现状

以平安城市（公安主导建设）中的视频监控为例，由于各派出所辖区前端监控分布较广，且覆盖不均匀，传输通道资源需进行有效合理的分配，然而，前端监控点与派出所监控中心传输距离通常较远，通常采用裸光纤方式实现前端监控点与派出所监控中心的互联，并经成对的光端机传输到接入层交换机进行汇聚，然而，由于传输距离的限制，点对点光纤通道的传输将需要一对光纤实现收发功能[2]，这样使得光纤资源的建设成本大大增加。另外，每路高清视频监控的平均码流可达到8Mbps，在密集高并发频繁调用的视频监控覆盖区，若网络带宽有限，则视频数据、控制数据流量的集中爆发将导致整个系统网络出现严重拥塞、延时、误码的概率也将急剧增加，在一定程度上促使整体性能急剧下降，因此当前组网方式对于快速发展的视频监控系统而言，仍存在大量弊端，具体表现在：

（1）点对点的传输主要通过光端机来完成一收一发即，意味着需要两对纤芯资源，这使得光缆网络主干纤芯资源被快速消耗，光缆资源日趋紧张。

（2）点对点传输主要通过光端机实现，然而放置在监控点的光端机的管理和维护成本较高，市场上近远端光端机的厂商较多，接口无法统一，后台系统还无法进行统一的管理，只能通过人工进行现场进行故障处理，这直接影响了系统的维护效率。

（3）点对点传输需要开通连接点较多，缺乏统一有效的保护措施，直接导致业务开通和障碍处理耗费大量人力，这在一定程度上直接增加了后期运维的压力和成本。

3 基于EPON技术的组网

EPON技术可满足当前高清网络视频监控系统的平台化、集中存储和远程多级调用的需求，前端摄像机数量以及网络组网可以实现无限扩展，大大降低了投资成本。

基于EPON的视频监控网络架构如图1所示。OLT放在机房，ONI放在前端监控处，为监控图像传输提供网络接口。ODN为OLT和ONU提供了数据传输通道。EPON由OLT（光网络终端）、ONU（光网络单元）和ODN（光分配网络）三大系统组成。

EPON网络通过波分复用技术（WDM）在一根光纤上实现双向传输（下行1490nm、上行1310mn），且在上行采用分组复用，可避免碰撞通过光分器即光分配网络（ODN）实现点到多点的传输网络架构。上行采用时分多址（TDMA）方式实现ONU向OLT的数据传输;下行采用广播方式实现OLT向所有ONU发送数据，ONU仅接收自己的数据帧。

EPON通过光信号进行数据传输，其传输结构采用“一对多”的方式;一方面，利用EPON的拓扑结构实现网络接入;另一方面，采用以太网协议实现数据传输。因此，EPON技术是既为监控网络提供了高带宽，又降低了成本。同时还具备较强的扩展性，且能接入以太网，方便管理。此外，EPON网络还具备以下优势：

（1）数据传输速率高，平均每条链路可达到1.25Gbps，每条链路最多可承载128个监控点位，即每个监控点位的数据传输速率可达9Mbps，该速率足以满足高清监控8Mbps的码流，即可支持高清视频数据的实时传输和调看;

（2）节约了建设和维护成本，光分配网络可为多个监控点位共享同一条主链路，且分路器对供电和环境并无太多要求，极大地节约了建设和维护成本;

（3）节约了电力成本，核心网与前端视频监控的互联采用无源光网络，可节省电力成本;

（4）组网灵活，可支持不同的网络组网架构，如树形、星形、网状型等;

（5）节约光纤资源，即单纤芯资源即可实现收发功能;

（6）传输距离远，OLT接1：32的分光器可传输最大距离为20KM。

4 基于EPON技术在平安城市中的设计方案

视频监控系统整体架构由前端视频采集层、网络传输层、后端的视频监控中心组成。如图2所示为基于EPON技术的视频监控系统设计方案，其中网络传输层可分为核心网络層、数据汇聚层和接入层。

在该系统架构中前端监控采集的视频数据通过ONI上联到ODN网络，ODN通过1：N分光器实现与各监控点位的ONI互联。编码压缩后的视频数据经无源光网络上传至监控中心。由此可见，传统高清视频监控网络方案相对于基于EPON监控网络的优势主要在组网灵活、方便，一方面可有效节约纤芯资源，同时ODN网络部分采用的均为无源器件，在一定程度上节约了电力成本和维护管理成本。相信在下一代的视频接入层，EPON会在平安城市、平安校园、智慧城市等信息化网络中具有更广阔的应用。

参考文献

[1]谢培新.“平安城市”高清视频监控系统监控资源接入网组网模式探讨[J].信息通信，2015（09）.

[2]洪伟鹏，孙耀波.EPON技术在高速公路视频监控系统中的应用研究[J].公路，2010，27（01）：102-105.

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[4]郎为民.EPON/GPON从原理到实践[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[5]胡玉辉.EPON将成IP视频监控应用主流[N].通信产业报，2009-02-23（07）.

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