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标题: EPON在弱电系统中的应用实例 [打印本页]

作者: flyinjinf 时间: 2015-1-12 16:02
标题: EPON在弱电系统中的应用实例

1 技术背景
“弱电智能化系统”是将传统的弱电科技与现代数字处理技术、通讯技术、计算机网络技术相结合，具有智能化程度高、处理速度快、存储容量大、数据查询快捷并且准确的特点。
“弱电智能化系统”建设的核心是建设以信息网和弱电监控网为中心的园区网络系统，通过高效、便捷、安全的网络系统实现弱电信息的高度集成与共享，实现安全环境监控和智能化监控。
所有的弱电系统都基于中心控制平台进行管理．这是弱电系统发展的趋势，也是最适合园区弱电系统的管理方式。中心管理控制平台首先是对各系统的信息进行收集、汇总．掌握现场情况，由控制中心人员对紧急情况进行处理，合理分配资源，提高弱电系统的效率，有效防止意外事件的发生。
基于EPON系统构建的IP数字弱电网络系统，将园区各组团弱电信息机房、安保中心机房和各建筑楼弱电间通过无源分光网络互连，为园区各弱电子系统提供网络数据支撑平台。
TCP/IP数字技术的广泛应用冲击着小区智能化产品市场，数字产品随着科技的发展，其生产成本越来越低，使得越来越多的智能化子系统采用TCP/IP纯数字网络构架。采用TCP/IP网络构架的智能化子系统有着统一的硬件接口（RJ45），有着统一的软件协议（TCP/IP），使得小区智能化的系统集成的应用更加容易实现，更加可靠。小区智能化的子系统使用统一的硬件接口、统一的软件接口，那么所有子系统就可以共用布线传输系统。小区智能化的布线传输系统使用TCP/IP网络（软件、硬件）为核心，以综合布线技术为支持，以得小区智能化获得高利用率、高性价比、高成熟性的布线传输平台。以EPON技术为网络构架的小区智能化布线传输平台更使小区智能化的承载能力（语音、数据、视频）、传输距离（20KM）、可靠性（无源传输）、传输容量（上下行各为千兆）等各方面均得到大幅提高。
2EPON无源光网络系统
EPON(Ethernet Passive Optical Network)（以太无源光网络）是一种新型的光纤网络技术，是PON技术中最新的一种，由IEEE802.3 EFM(Ethernet for the First Mile)提出。EPON采用一点到多点网络结构、无源光纤传输方式，中心端到设备末端最大距离为20公里，接入系统总的传输容量为上行和下行各155Mbps/622M/1Gbps，由各末端设备共享，每个末端设备使用的带宽可以以64kbps步进划分。特点是传输速率高，可以实现高速率的网络应用（音频、视频、高速数据传输等）。
中心机房汇聚交换机（OLT）(Optical Line Terminal)与终端设备（ONU）(Optical Network Unit)之间仅有光纤（Fiber）、光分路器(ODN)(Optical Distribution Network)等光无源器件，无需带电源的中继设备、无需配备电源及其维护人员。因此，可大大地减少运营维护成本。由于采用单光纤波分复用技术，上行波长1310nm，下行波长1490nm，仅仅只要一根单芯主干光纤和一台OLT，在终端设备ONU侧通过无源光分路器，就可以将信息分送给多达32个终端设备（ONU），因此可有效地降低OLT和主干光纤的建设费用。
典型的EPON系统由OLT、ODN、ONU组成

OLT(Optical Line Terminal)放置在中心机房，它即可以是一个交换机，或者是一台路由器。在上行方向上，OLT将提供GE(GigabitEthernet) ；在下行方向上，它提供面向无源光网络的光纤接口。未来10Gbit/s的以太网技术成熟后，OLT也将会支持类似的高速接口。OLT还支持ATM，FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口标准。在EPON系统的统一网络管理方面，由作为主要控制中心的OLT来实现网络管理的功能。在OLT上，通过定义网络带宽数据参数来控制通讯业务质量，通过编制访问控制列表来实现网络安全控制管理，通过读取信息库来获取系统状态信息，通过系统设置还可以提供有效的端口隔离。
(ODN)(Optical Distribution Network)是无源光纤分配网络，是一个连接OLT和ONU的无源设备。它的主要作用是收集上行数据和分发下行数据。可以灵活地安排无源分光器的位置，由于是无源作业，具有良好的环境适应能力，同时能够进行多级连接。
ONU(Optical Network Unit)光网络单元放置在终端侧，EPON中的ONU由于使用以太网协议，在通信过程中，不需转换协议，即可实现高速的数据转发，实现ONU对网络数据的透明传送。
3EPON业务划分
EPON是面向未来的技术，带宽分配灵活，服务有保证也是EPON不可忽视的一个方面。EPON可以根据需要对每个终端设备甚至每个端口实现基于连接的带宽分配(区别于普通交换机的基于端口的速率限制)。EPON通过划分VLAN（虚拟局域网）对连接到的ONU端口的各个弱电子系统进行逻辑分段，有效的解决了冲突域、广播域、带宽问题，避免了网络性能的下降和带宽资源浪费，实现了对广播风暴的控制，保证了网络安全。
VLAN与业务的对应关系及规划：
VLAN ID VLAN name 数据业务网关地址子网掩码
VLAN 101 Shipinjiankong 视频监控 192.168.1.1 255.255.255.0
VLAN 102 Fangdaobaojing 防盗报警 192.168.2.1 255.255.255.0
VLAN 103 Keshiduijiang 可视对讲 192.168.3.1 255.255.255.0
VLAN 104 Menjingyikatong 门禁一卡通 192.168.4.1 255.255.255.0
VLAN 105 Cheliangguanli 车辆管理 192.168.5.1 255.255.255.0
………… ………… ………… ………… …………
VLAN 254 GUANLI 管理VALN 192.168.254.1 255.255.255.0
IP地址分配原则：
IP地址采用网段区分业务，把各种不同的业务采用不同的VLAN承载。如视频监控系统在一个VLAN，可视对讲系统在另一个VLAN。
同一VLAN采用同一网段地址，如视频监控系统采用192.168.1.X网段。在同一网段内采用地址区段来分配。如：192.168.1.X段内，从192.168.1.2-200给PC和终端设备使用。192.168.1.201-250给DVR或是视频编码器使用。192.168.1.252-254给服务器和网络存储使用等等。
EPON技术很好的解决了目前弱电系统网络的诸多问题，它可以使弱电系统网络更可靠，更稳定，使得弱电系统实现在新一代网络上传输音频、视频、数据等信号。

4业务子系统
4.1CATV，语音，电信网络子系统
光纤到户方案一般采用单纤三波技术，1310nm/1490nm/1550nm实现数据，语音，电视的业务融合，是未来融合业务的发展方向。其中数据业务通过1310nm RX和1490nm TX传输，电视业务通过1550nm，利用波分复用技术复合到光纤上，1550nm电视业务在末端分离的时候可灵活采用多种实施方案.

方案特点：
1.OLT到ONU的ODN部分属于无源网络，避免了传统以太网设备的维护困难，雷击概率高的缺点;
2.EPON的带宽可达1.25G，高带宽可传输多种业务，并为宽带提速提供良好保障，长距离正好符合运营商的大规模运用方式;
3.EPON平台作为基础构建，传输距离可达数十公里，线路用户所有共享主干光纤，也可大幅度降低光缆采购和建设成本;
4.光分配网（ODN）接入，无需取电设置分机房，减少维护故障率和运维成本;
5.单纤三波技术采用FWDM合波技术，以太网业务和CATV业务共纤传输，进一步节约光纤资源;
6.易于运营维护管理，通过NMS实时自动发现新入网设备，支持设备的自动配置，实现新入网设备即插即用，实现远程集中配置管理、状态监测及故障排查等。
4.2PON光纤抄表子系统
PON网络远程抄表系统由位于电力局的配电中心和光线路终端(OLT)、分光器ONU、集中器、采集器、电能表组成（其中的一些器件可以根据组网方式的不同可以有所不同），上行接收来自终端电力载波信号或其他串口信号搭载的信息流量和指令输出，转化为光信号通过光纤发送采集信息及电表计量信息通过PON接入系统，由OLT接入核心数据网至信息中心或计费中心的数据库，下行接收来自信息中心或管理中心传来的通过OLT光信号搭载的信息流量和指令输出，转化为电力载波信号或者其他串口信号对电表数据进行采集，实现实时、高速的用电信息采集。

1.多业务接入： OLT可提供各种广域网接口，可与上连的IP网络设备相连；可提供千兆以太网接口，并能提供IP网络二、三层的交换与路由功能。ONU提供FE、RS232、RS485等业务接口；
2.业务QoS保障：EPON系统保证面向连接业务的低延时，低延时通过EPON的DBA算法和时隙划分的“低颗粒度”(TinGranularity)来保障。在EPON的上下行信道上，OLT、ONU分别建立不同业务队列来区分不同用户的服务等级；
3.网络和信息安全：为保证每个ONU数据的保密性，需要在下行方向对每个ONU的数据进行加密算法；上行方向，为了保证系统的安全性，需要对MAC控制帧和OAM帧进行加密；
4.保护倒换：提供骨干光纤保护倒换方式和光纤全保护倒换方式；
5.运行维护管理(OAM)：在OLT和ONU之间特别定义了OAM子层，提供在线的性能监测、各种故障告警和远端故障指示、远端近端环回等功能，OAM为网络管理员提供了监控网络以及快速故障定位和错误告警的能力。
4.3防盗报警系统
系统采用网络防盗报警产品,该防盗报警设备具有优良的品质及性能价格比。系统主要由前端红外/微波双鉴探测器、紧急按钮、键盘、报警控制主机、联网器、光纤网络及多媒体工作站等设备构成。
系统结构示意图:

通过联网器，可实现与闭路电视监控系统的通讯，每个报警与附近的摄像机联动，通过IP通讯的方式来实现报警与摄像机的联动。
当警情发生时，安保人员能通过报警画面知道警情的发生，了解警情发生的地点，若有必要，安保人员可通过按动紧急按钮将报警信息发往110联动报警中心。

4.4门禁，广播系统子系统
数字化技术的导入，不仅解决了传统彩色可视对讲系统中抗干扰能力差，传输距离受限，系统不能兼容等问题，并且使系统具有极强的扩展性。基于TCP/IP互联网技术和宽带技术的系统设计，在保证系统的传输容量和可靠性的同时，不仅可以实现楼宇可视对讲功能，还可以通过模块扩展的方式集成多种系统功能。
在本项目中，彩色可视对讲系统也是通过EPON网络传输音频、视频和数据信息。在安装使用时，只需将IP对讲终端设备连接到ONU的对应VLAN端口即可实现园区内部的数字楼宇对讲。
系统结构示意图:

各个单元主机通过IP转换器接入数字系统中，IP转换器完成模拟彩色可视对讲系统中音视频信号的编解码，并对其进行压缩和解压，同时对总线上的数据进行重新打包，采用标准的TCP/IP协议，通过网络传输音频、视频及控制协议。采用IP转换器，数据共享于宽带，保证数据的远距离传输，实现多通道实时数据交换，有效地避免通道占线，并且实现与纯数字系统的无缝对接。
系统采用G.711完成音频编解码，采用H.264完成视频编解码，实现户户间双向音视频传输、可视通话对讲、留影留言、电梯预约等功能。通过对H.264编解码算法的优化，提高编解码效率，有效地保证在低带宽的情况下楼宇可视对讲系统的稳定运行。

4.5 一卡通系统：
一卡通系统主要包括：一卡通系统平台、门禁系统、停车场管理系统、IC卡电梯控制系统。采用TCP/IP通信方式时，使用通信中心的设备检测软件可以检测并查找出所有网络上的控制主机，可以方便的修改控制器的运行参数（如控制器的IP、掩码、网关等）。
由于系统全面采用TCP/IP协议，通过EPON网络传输数据信息，可以避免许多串口信号先天性的问题（如总线信号易受干扰、通信速率低下、串口资源有限、需要专用布线等等），系统密钥认证机制杜绝了非法终端机连入系统数据网络。
通过一卡通系统可以实现人员的身份识别、门禁控制、电梯控制、车辆管理等综合应用，加强了对园区内人、财、物的有序及有效监控管理，提高了资源的共享利用率，减少了资源的浪费；避免了诸多人为因素的干预，提高了园区工作人员的工作效率和安全。
基于EPON网络的停车场管理系统采用3进3出配置，具有远距离读卡、可发临时卡、满位显示功能。
停车场管理系统由服务器、管理工作站、管理软件、出入口控制机、远距离感应卡、车辆检测器等设备组成，信号传输部分包括光纤传输网络、无源分光器（与弱电系统共用）、OLT（与弱电系统共用）。
停车场管理系统结构示意图:

采用EPON系统，具有开放性的体系结构，在设计中充分考虑到可移植性、易扩充性、互操作性和灵活性，做到模块化通信与接口标准化，使得纵向便于升级，横向易于扩展。
4.6IP监控子系统
长期以来，模拟电视监控因为技术成熟、产品齐全，使得其应用发挥得淋漓极致。但随着应用的日益升入用户想象力的不断提高，模拟电视监控也逐渐暴露出其先天上的不足：第一较难解决信号长距离传输问题、第二难于达到多点远程监控的要求、第三对各种电干扰的侵袭显得较无奈。
面临模拟监控的困惑，数字监控、网络监控应运而生，数字化网络监控能轻而易举地解决信号长距离传输的问题，能方便的实现多点远程监控，并抗干扰能力也大大增强。
数字视频处理技术和硬盘录像技术相结合的方式，系统数据传输依附于园区的EPON全光纤网络，即：系统前端摄像机摄取的数字图像视频信号通过超五类非屏蔽双绞线传输进入ONU的对应VLAN端口，由单模光纤再经过无源光分配网络进入中心机房OLT，由计算机管理系统对视频图像信号进行切换控制和画面处理，将数字视频信号通过监视器进行监视，并由计算机的大容量硬盘予以压缩处理记录。
EPON替代了原来模拟组网方案中的二/三层交换机，同时还节省大量的光纤收发器，并且不需要视频光端机设备。
视频监控类项目对上行带宽需求高，终端数量大，分布广泛，EPON覆盖距离广，节约光纤，带宽高，是实现数字化视频监控的合适技术。
系统结构示意图:

本系统的特点在于充分利用数字信号技术优势，通过数字信号进行光纤网络传输，信号到中心全由计算机来进行数字控制处理和记录。这样很好地发挥了数字信息处理、记录、检索灵活、可靠、方便的优点，从而达到控制成本的目的。
为了适应系统的特定环境，本系统的技术路线为纯数字视频监控系统，图像质量及录像回放图像质量为D1水平，图像存储为集中存储方式，图像存储时间为30天，存储设备集中放在弱电信息中心机房，以供查询。
2．1 系统结构
IP视频监控承载系统应是能覆盖整个城市的多功能、综合性网络系统，承载的主要是监控实时视频图像、报警和存储等业务。从系统构成的主体类型上可分成前端监控点、传输网络、监控中心和用户终端四个组成部分。承载网络在结构上可分为前端监控点接入网络、用户终端接入网络、监控中心互连网络三部分。
在各接入网络部分，根据接入规模大小、地理位置的分布，可以采用一级或多级级连方式。监控中心互连网络可以采用树型、环形、网状等多种拓扑方式。
2．2 技术特点
视频监控承载网络属于城域网，同样用户终端接入网络也属于城域网接入网。视频监控承载网络技术特点除包含一般城域网技术特点外，视频监控接入网还有其独特之处：
1、视频监控承载网络对网络的上行的带宽要求比较高，视频监控数据主要从监控点往监控中心传送，单路上行带宽在500K~3Mbps甚至更高，而目前主流的接入技术ADSL技术无法保证清晰视频的实时上传；
2、前端监控点分布广，并且呈不规则分布，这就需要网络能够覆盖到，对网络光纤线路的建设提出了较高的要求；
3、对于目前有较高视频监控建设需求的交通行业，组网需要利用最少的光纤资源组网，一般采用链形或树形组网，如沿主干道路每一公里左右路口或公共场所设几个接入点；这样采用传统的城域网以太网交换机的组网方式级连成本很高，维护将会非常困难；
4、接入点多，整个监控系统接入点少则几百个点，多则几万个接入点，这种情况下用传统的视频距阵切换监控点几乎不可能，IP技术成为必然的选择；
5、IP视频监控系统与IP应用紧密结合，由于存在着多个监控中心同时实时查看一个点的视频情况，一般会用IP技术解决; 要求网络具有极高的QOS支持能力。
2．3 IP视频监控系统采用EPON技术的必要性
就数据接入网而言，视频监控不同于普通用户的ADSL，下行带宽较大，上行带宽较小；而视频监控，上行信息用于将图像信息传递到监控中心，需求较大，每路视频业务的带宽需求往往在1～3M之间，下行带宽主要是控制信号，信息量小，带宽需求小。而且由于摄像头分布较为广泛，视频监控业务还呈现出多点对一点的特点。
鉴于ADSL难以满足视频监控发展需求，采用EPON平台作为基础构建，传输距离可达数十公里，线路采用一个无源分路器实现多个监控点共享光纤，也可大幅度降低光缆采购和建设成本。
而传统的以太网交换机由于在光纤资源、维护、投资等方面的因素，也不能够很好的满足视频监控接入网的需求。
另外，采用EPON构建视频监控平台，除在满足视频监控需求外，还符合了运营商的“光进铜退”策略。“全球眼”等网络视频监控业务正在向高清晰图像传输的方向发展，而基于EPON的FTTH正是这一发展方向的主要基础。
EPON解决方案无需额外的设备，网络结构简单，实施方便，而且该方案的接入速率可高达1000M，完全满足各监控点当前和未来扩容的容量需求。目前，各地在建设FTTx时，已经把视频监控业务作为推动FTTx业务发展的一个主要因素。
采用EPON技术实现IP视频监控的承载的解决方案，体现如下优势：
1）有效的保证了网络带宽和网络支持能力，解决了视频大容量传输要求
带宽分配灵活，服务有保证。对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。EPON可以通过DBA(动态带宽算法)、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等来实现对每个监控点进行带宽分配，并保证每个监控点视频流及用户的QoS。
2）提高了光纤资源的利用率，节省了大量光纤资源
由于EPON技术具有点对多点实现业务传输汇聚的特点，以及可以多级分光应用的应用模式，这使得基于主干道可以多级级联接入视频监控点，也就是说租用光纤的数量不再取决于监控点摄像机的多少，而是和整体其布局有关。
3）网络改造、扩容灵活方便、可靠性高
原网络中任意一段光纤均可插入新的监控点，原网络中任意光纤均可插入光分路器实现系统的扩容。同时，网络结构灵活，星形网络、链形网络、树形网络，系统扩展能力强。系统采用全无源ODN网络，无源光器件故障率低，不易受外界环境干扰，分光器无需供电和维护。
4）视频监控图像一次编码压缩传输，避免多次投资的浪费
基于EPON的视频监控解决方案由于在摄像机前端完成了图像的IP化，因此在网络的任何位置浏览它都是一次传输，一次解压的过程，高速的骨干网络完全可以保障对于时延的要求。这种解决方案模式与传统方案相比网络更加平面化，无需经过矩阵收敛后的二次电光转化才能将图像信息上传至上级分中心和总中心。
5）整个系统标准开放，灵活性高
基于开放标准的IP技术，用户可以在任何网络可达的地方部署视频监控点，在视频存储方面也可以快速便利的采用IPSAN的存储方式进行部署，标准IP化的技术也促使了利用视频监控平台来扩展全数字化应用平台。
6）实现一网多用，可以与OA网络、语音网络共用
基于EPON视频监控不仅仅只是体现在工程技术的革新，更重要的是它还丰富了语音等综合业务的发展途径。EPON视频监控解决方案不但解决了数字监控接入平台的需求，而且能够提供语音等综合业务，可以将各个监控点的图像信号传送到监控中心，还可以接入监控点的语音业务，更加适合在公安、消防、交通等部门的应用。

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作者: lqh611 时间: 2015-2-11 10:19
很详细的资料，图片怎么刷不出来了

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