EPON技术在高速公路视频监控中的应用

陈燕

（陕西交通职业技术学院 陕西 西安710018）

EPON技术在高速公路视频监控中的应用

陈燕

（陕西交通职业技术学院 陕西 西安710018）

为了分析与探讨EPON技术应用于高速公路视频监控的可行性，对EPON技术原理进行分析，并阐述高速公路视频监控中EPON技术的结构，对EPON技术应用与高速公路视频监控中的问题与措施展开论述。OLT设备在通信站内部采用以太网的方式向高速公路传输平台连接，以此使其和监控平台通信功能得以实现，在高速公路视频监控互联网传输中较为适用。高速公路视频监控中有效组合应用视频技术和EPON技术，对EPON技术的实际应用价值予以明确，为我国高速公路视频监控传输建设的有效性与可行性鉴定良好基础。

EPON技术；高速公路；视频监控；应用

Abstract:In order to analyze the feasibility and the application of EPON technology in Expressway video surveillance， the principle of EPON technology are analyzed， and described the structure of EPON technology of highway video surveillance，discusses on the problems and measures of application of EPON technology in video surveillance and highway.The OLT device is connected to the highway transport platform in communication station using internal Ethernet，so that the communication function is realized and the monitoring platform，are suitable for the video monitoring Internet transmission.The effective combination of video technology and EPON technology of highway video surveillance，EPON technology application value to be clear，for the effectiveness and feasibility of the appraisal foundation construction of our country highway video surveillance transmission.

Key words:EPON technology； expressway；video monitoring；application

对外开放后，我国经济实现迅猛发展，而且经济基础也逐渐雄厚，对我国相关事业进步与发展具有很大推动作用[1]。常言道，要想富，先修路，所以我国在近些年的道路建设实现历史性突破，对公路、铁路以及航空运输等丰富交通网进行创建，其中高速公路是我国道路交通中不可或缺的重要组成环节，而且在道路运输方面发挥着非常重要的作用[2]。在高速公路运行中，应该对视频监控进行建立，相对来说，我国高速公路的主要优势在于车速快、设立标准高、车流量大和线形好等，将视频监控创建在高速公路中，确保所存在问题的及时发现与解决[3]。BT实验室在1983年第一次将PON技术发明出来，PON本身属于纯介质网络，因为将用户端和局端间有源设备消除掉，可以有效避免来自外部设备的雷电影响或者电磁干扰，而且还能够在很大程度上节约成本。且PON存在较好的业务透明性，从原则上来说，PON在任何速率或者制式信号中都较为适用[3]。现阶段，以太网技术与IP技术得到广泛应用，所以，EPON选择点～多点结构，同时采用无源光纤传输模式，通过以太网将多种业务提供出来，目前EPON已经变成光纤接入网的一种有效通信方式。本研究主要分析与探讨高速公路视频监控中对EPON技术的实践应用。

1 EPON技术原理分析

EPON技术方面，无需复杂协议，只需要信号就可以想最终用户精确的传送相关信息，源于最终用户数据同样可以向中心网络集中传送。物理层方面，EPON选择1000ABSE以太PHY，而且在PON传输体系中，采用新设定的MAC控制命令对不同光网络单元和光线路中断间存在突发性的数据通信与TDM通信进行控制与优化[4]。协议第二层方面，EPON可以选择相对较为成熟、完善的全双工以太技术，对TDM加以应用，因为自身时隙中由ONU进行数据报的发送，所以并不存在碰撞现象，也不需要CDMA/CD，以此对宽带进行有效利用。除此之外，EPON在MAC内部实现802.1p，以提供类似于APON/GPON的Q0S。

1.1 EPON系统构成

EPON技术类似于其它PON技术，选择点～多点结构的用户网络拓扑结构，选择光纤使语音、数据以及视频等自动接入目的得以实现，图1为EPON系统结构示意图。

图1 EPON的系统构成

光网络单元（Optical Network Unit，ONU）、光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）以及无源分光器（Passive Optical Splitter，POS）共同组成 EPON 系统，其中OLT在EPON系统内部置于中心机房，也就是说，OLT一方面是路由器或者交换机，另一方面还是多业务的重要提供平台，主要提供基于无源光纤互联网的光纤接口[5]。而POS则属于无源光纤分支器，是对ONU与OLT进行有效连接的一种无源设备，其功能主要为对下行数据进行有效分发，同时对上行数据进行有效集中，无需电源，能够在宽松环境中搁置，通常情况下，POS分光比是128、64、32、16以及8等，同时能够实现多级连接[6]。而ONU置于用户设备端的周边，OLT PON设备端口中所连接最多ONU数量和该设备相关性极为密切，通常具有固定性，OLT与ONU在EPON系统内部的最远距离为20 km[7]。

从根本上说，EPON主要优势在于：1）具有较低的相对成本，便于维护，而且极易扩展，很容易实现升级。传输过程中，EPON结构无需电源，不存在电子部件，所以无需维护，且长时间管理成本与运营成本比较低[8]。EPON占用较少局端资源，具有较高模块化成都，系统初期具有较低投入成本，投资回报率比较高；2）所提供宽带比较高。现阶段EPON能够提供具有对称上下行的1 Gops宽带，同时随着相关以太网技术不断发展而想10 Gbps升级；3）较大的服务范围。作为点～多点的网络结构，EPON通过扇出结构降低CO资源成本，为更多用户提供服务[9]。

1.2 EPON的传输原理

将单芯光纤应用于EPON系统中，并在一根芯中进行上下行波的传送，EPON从若干ONU至OLT传输上行数据与从OLT至若干ONU传输下行数据存在很大差异性[10]，具体见图2。

OLT在EPON系统内部启动之后会在该端口的位置周期性的广播可以接入的相关时隙等信息，而且ONU在通电后依照OLT发布出来的可接入信息，将注册请求主动发动出来，OLT可以认证ONU，表示ONU可以接入[11]，同时将该OLT端口中的逻辑链路标识分配给请求注册的相关ONU。通过广播的形式将数据自OLT至若干ONU下行，依照IEEE802协议，各数据帧帧头主要包括在注册过程中所分配的逻辑链路标识[12]。而且分光器位置中，可以划分流量为彼此独立信号，各组向ONU内部载入的信号，在数据信号处于ONU的位置时，那么ONU能够依照LLID做出物理层面的有效判断，对其数据帧进行接收，将其它ONU数据帧摒弃。在上行数据方面，选择多址时分接入技术将上行流量传输至ONU中，在ONU成功注册后，那么OLT就会依照系统配置，将特定宽带分配给ONU，选择动态宽带进行调整过程中，OLT会依照ONU状态报告与制定宽带分配方式，向ONU动态分配宽带[13]。一个OLT端口之下，OLT和ONU端口间的时钟具有同步性，而且各ONU仅可以分配OLT的情况下展开，通过所分配的相关时隙长度进行数据的传输。

1.3 EPON传输安全保障

通过充分考虑安全性，在上行方向上，相关ONU无法向OUN上行信号直接接收，因此ONU间通信均需OLT参与，OLT应该设置禁止或者允许ONU通信，且缺省情况下处于禁止状态，因此不需要考虑其安全性。而在下行环节，因为EPON互联网，下行选择广播方式进行数据的传输，所以为确保信息安全，必须从以下环节入手：①接入ONU过程中，系统能够有效认证ONU，同时认证相关信息，能够为ONU唯一标识，ONU通过认证后才可接入；②特定ONU内部数据帧，位于物理层的其它ONU同样能够接收数据，对数据帧进行接收后，第一步会对比LLID是否为自己的；③加密。所有OLT和ONU间，能够对128位AES加密进行启用，各ONU密钥同样存在差异性[14]。

图2 EPON的上下行传输原理

2 高速公路视频监控中对EPON技术的有效应用

2.1 结构分析

从根本上说，高速公路的主要特点在于较高的设计标准、线形好、行车速度快以及较大交通流量等，视频监控对所存在问题的发现与排除、保证高速公路运行安全、正常极具重要作用。且高速公路视频监控系统组成部分主要包括服务区监控、隧道监控、道路沿线全程监控以及收费站监控等，以沿线所铺设的相关光纤作为视频监控系统的重要传输介质[15]。高速公路视频监控内部，EPON是视频监控系统的一个重要传输平台，因为EPON中OLT和ONU间最长的距离是20 km，所以，对两个以上的OLT设备进行设置，设备在高速公路公司通信站安装，而且OLT设备对PON口进行设置，确保沿线相关监控系统接入目的得以实现，图3为其结构示意图。

为在很大程度上降低光纤资源使用量，对于沿线监控应该选择95:5的逐级分光模式。且因为高速公路公司具有相对比较粉丝安的沿线监控点，比方说隧道内部，通常会将两个监控点的距离设置为200 m，所以一个ONU设备通常与一路的监控相连接，ONU设备采用视频监控和以太网编码器实现互联，并选择存在ONU功能的相应编码器能够在很大程度上降低设备单点故障发生率，对系统安全性与可靠性的提升极为有利。OLT设备在通信站内部采用以太网的方式向高速公路传输平台连接，以此使其和监控平台通信功能得以实现，而且EPON技术应该选择树形线性互联网连接，不同节点选择无源分光的方式，将1 Gbps宽带提供出来，在高速公路视频监控互联网传输中较为适用。

2.2 问题与措施

由于近些年不断提升对公路视频监控要求，高速公路视频监控互联网业务的特点是较高实时性与较大数据流量等，并有效结合数字视频技术，会出现报文大小改变导致的宽带拥堵问题，也就是说，峰值状态下，相关宽带不会对存储流实与视频传输质量产生影响。且宽带问题一方面会对互联网性能产生影响，同时还影响业务的正常运行，可以说是互联网中EPON传输机制是否可以正常实现、确保业务流畅的基础与前提。此外，EPON选择单芯传输模式，相关节点故障往往会造成EPON出现双向链路问题。基于以上宽带问题，应该选择组播技术加以解决，解决方法是，将组播透传与转发功能开启在ONU或者OLT端，同源并发模式下降低流复制导致的宽带压力。在EPON单芯故障方面，应该选择管道双线备份法加以解决。

图3 高速公路视频监控中EPON技术的结构示意图

3 结束语

高速公路视频监控中有效组合应用视频技术和EPON技术，对EPON技术的实际应用价值予以明确，为我国高速公路视频监控传输建设的有效性与可行性鉴定良好基础。

[1]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（1）:102-105.

[2]刘如峰.EPON技术在高速公路视频监控系统中的应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2013，3（2）：11-12.

[3]王东平.高速公路视频监控系统要点技术的分析[J].科学与财富，2016，15（3）:557-558.

[4]李立新.EPON技术在企业信息网络建设中的应用[J].黑龙江科技信息，2013，17（13）:146-147.

[5]Chu C，Liu Y，Gao P，et al.Performance evaluation of highway video surveillance networking system [C]//International Conference on Transportation Engineering.2013:1839-1844.

[6]王世文，谢波.EPON+PFTTH网络在智能小区应用[J].通信技术，2011，44（6）:100-101，104.

[7]赵丽花，樊俊青.EPON技术在高速公路通信系统中的应用研究[J].山东通信技术，2009，29（2）:23-25，33.

[8]Mu K，Hui F，Zhao X.Multiple vehicle detection and tracking in highway traffic surveillance video based on SIFT feature matching[J].Journal of Information Processing Systems，2016:111-112.

[9]郭晓峰，张跃进.基于MAX3656芯片的EPON系统中新型ONU的设计[J].光通信技术，2011，35（8）:76-78.

[10]Zhang W L， Gang L I， Wang Y X.HD intelligent video surveillance system architecture and functional design for highway[J].Journal of Chinese ComputerSystems， 2014，35（7）:1667-1670.

[11]嵇宇成，于金峰.湖州电信积极探索农村"光进铜退"之路——农村备电解决方案[J].通讯世界，2010（6）:66-68.

[12]陈昌府.WDM-PON技术在高速公路语音系统中的应用[J].中国交通信息化，2014，16（2）:90-91.

[13]王凡.基于以太网的无源光网络接入与带宽分配技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2010.

[14]王佳.10年磨一剑，烽火通信全面推动10G EPON规模化部署[J].通讯世界，2013，17（9）:42-43.

[15]周灵，杨盈昀，宋燕燕等.基于多网融合技术的信息化智能小区的设计与实现 [J].中国科技博览，2010，11（6）:236.

Application of EPON technology in expressway video surveillance

CHEN Yan
（Shaanxi College of Communication Technology，Xi'an710018，China）

TN99

A

1674－6236（2017）19-0064-04

2016-08-30稿件编号201608232

陈 燕（1981—），女，山东无棣人，硕士，副教授。研究方向：公路运输管理。