通信PON技术在平安城市建设中的应用研究

孙建国

（沈阳新杉电子工程有限公司，沈阳 110168）

1 引言

随着城市的高速发展，城市安全问题变得越来越突出，国家为了适应城市发展的需要，大力开展了平安城市建设，其以建设和谐、文明城市为主要目标，贯彻落实科技强警的发展战略。根据平安城市建设的具体需求，不断在建设模式上进行创新，构建出一套全面覆盖城乡的科技网络监控系统，积极对各种先进技术进行应用，对城市各主要区域进行全时段、全天候、全覆盖的监控，有效维护社会的稳定，及时开展各种违法犯罪打击活动，保证社会的平安与和谐。

2 需求分析

随着对通信发展需求的不断提高，宽带接入FTTX尤其是FTTH技术发展十分迅速，成为通信技术发展的热点。由于FTTH技术具有传输容量大、传输距离长、电磁环境适应能力强、维护成本低的特点，是未来宽带通信的一个主流发展方向之一。无源光网络PON技术是FTTH技术的重要组成部分，主要用于实现一对多的通信，其主要有以下的几个重要优势。

通信PON技术和当前的以太网兼容性比较强。经过多年的发展，以太网技术已经比较成熟，在各领域中的应用越来越多，并取得了非常不错的应用效果。GPON技术是对其中EEEE082.3通信协议的一些扩充，可以和传统的以太网有效兼容，这大大方便了该技术的实际运用。

该技术在实际运用过程中，可以提供更大的带宽，并带来更长的通信距离。在GPON通信的过程中，其可以以上千兆的广播通信方式进行数据传输，信息上传速度非常快，当前提供了上下对称的2.15Gbit/S的带宽，对带宽的利用率也非常高。此外，GPON通信系统的通信距离也非常长，最远可以达到50千米以上，能够满足城市点对点通信的需要。

有效降低CAPEX和OPEX。GPON是一种点到多的通信模式，拥有更加简化的网络结构，组网工作也非常简单，降低了对通信硬件的需要，大大节省了对光纤和光收发器的使用，整个网络的铺设成本得到大大降低，这时其它通信技术所无法比拟的。此外，GPON属于无源光网络，在网络中没有源电子器件，比传统基于有源器件通信的网络故障率得到了明显的降低，减少了对后期网络的维护费用，降低了对各种网络组件的使用，缩小了网络运营的成本。

随着技术专业人员的不断努力，GPON技术已经日渐成熟，系统在实际应用过程中稳定性可以满足一般的使用要求，复合当前通信技术市场的需求。由于其具有点对点传输距离远、通信速率高、后期维护工作量小的优势，非常适合在视频监控网络系统中进行应用。正是基于这种考虑，在未来平安城市发展中，越来越青睐对该技术的应用。

3 技术方案特点

高清网络视频监控系统的特点。高清视频网络对网络传输业务的需要，主要包括以下的几个特点：一是高清网络视频业务对通信量的需求非常大。由于视频通信的特殊性，尤其是城市安防系统的视频监控系统，采用的高清的视频信息，对网络带宽的占有量非常大，需要对网络接入设备至少提供8M以上的带宽，这样才能同时满足对视频监控设备的双向通信需要。二是接入设备需要有一定的QOS能力。三是由于城市规模非常大，需要视频监控的区域非常多，导致网络视频数据采集点的数量非常多，且这些设备的分布也非常广泛，很多都处于网络的末梢，对接入设备的灵活和快速布放能力，有较高的要求。

GPON通信技术的网络结构组成。GPON技术通常由OLT、ONU、ODN组成。OLT是整个通信系统的中枢，其经常位于市局的中心机房内，ONU是用户端设备，ODN是光配线网，其使用一个或者多个分光器来连接OLT和ONU，其主要负责对上下传输数据的分配管理，保证各种数据有序进行通信，保证整个通信网络的畅通。OLT如果从网络通信层面看，其是一个交换机或者路由器，但是从系统层面看，其由属于一个系统平台，可以提供面向无源光纤网络的接口。OLT除了提供传统的网络集中和接入功能外，还可以提供带宽分配、网络安全和管理的作用。分光器是整个网络通信的重要组成部分，其在实际工作过程中往往需要电源，可以提供多种分线率，还可以采用多个分线器串联使用的工作模式。在GPON通信技术的应用过程中，OLT到设备端的通信距离最远可到50公里以上，如果中间采用了光纤放大器，其通信距离还可以得到进一步的增加。

在GPON通信中，采用了比较成熟的以太网通信协议，能够保证通信的可靠性和兼容性，以太网第二层或第三层的通信成本也较低。在光纤到终端的接入方式中，ONU可以不采用交换的功能，这样能够在较低的成本下位终端监控设备分配足够的带宽。整个通信系统的使用也非常简单，其主要包括测距、带宽分配、时钟提取、同步及ONU认证等几种关键的技术。随着该技术的发展，技术已经很成熟，已经具备了大规模使用的条件。

4 组网方案介绍

在本次平安城市监控网路通信系统建设过程中，为了满足高清监控系统高带宽、高可靠性通信的需要，就采用了GPON通信系统。该网络在局部使用OLT设备，它们都是关键的网络通信节点，需要与视频监控平台直接相连接。分光器根据工程的实际需要，分配在比较合适的位置，并经过光纤来连接各种终端设备。在平安城市建设项目中，是将分光器布置在了汇接箱内，可以对这些分光器的实际使用状态进行及时的监控。在各个实际的监控点，通常采用ONU设备作为终端设备，通过各种标准以太网口和各种终端设备进行连接。如果区域内的视频监控点的密度比较高，给用户体用的是8FE/16FE/24FE和视频监控设备进行连接。

在整个视频监控系统的工作过程中，各种终端设备主要通过摄像头对视频信号进行采集，并采用高效的压缩软件，对这些视频信号进行压缩，通过网络以单播或者多播的形式进行发送，通过GPON网络通信系统，将这些采集到的信息发送到后台管理系统。还可以接受平台控制信号，再转发到RS232和RS485，来更加方便控制各种更加底层设备进行工作。

5 分光拓扑

在监控系统的组网过程中，需要根据管道情况和光缆的实际情况，来布放分光器，第三分光级数不应该过多，最多不应该超过3级，分光器一般安装在ODF架或者接线箱中。在实际使用过程中，应该根据工程勘察情况和ODN工程来选择合适的分光方式和分光器的布放位置。在分光器实际使用的过程中，应该将光缆延伸到每个监控点，用来连接ONU设备，为了便于后期工程的扩展，每个分光器都应该留有一定的多余端口。

分光网络通常是由光缆、无源器件、配线设备和线路辅助设施组成。它们可以分为馈线光缆段、配线光缆段和接入线光缆段构成。其中光纤配线架用于对光缆光纤架设的安装，为光缆传输网络和传输设备之间提供接入点。光纤分路器属于无源光纤分支器，其用于连接光纤路中段和光网络的分支单元，通过该器件的使用，能够对数据进行分时复用发送，在数据向上传输的过程也采用了分时向上传的技术。

6 IP地址规划的原则

在IP地址规划过程中，应保证分配的合理性，相对于业务VLAN和业务接口而言，各设备的管理接口应该独立于VLAN和IP网段。由于视频监控的特殊性，可以仅为其分配私网IP地址。

为了确保数据传播的安全性。在IP地址分配的过程中，应该根据不同的监控区域进行划分。为了更进一步提高网络数据传播的安全性，应该采用动态IP地址分配的方式，还能起到节省IP资源的作用。在IP地址分配中，应该尽量采用连续分配的方式，对业务相同和功能相同的，应该尽量分配成连续的IP地址，这样有利于路由聚合以及安全控制。

IP地址的规划和划分不仅影响满足当前对IP地址的使用要求，也应该考虑未来系统扩展时，对IP地址分配的需要，应该留有足够的地质段。对IP地址的分配也应该保持一定的灵活性，能够满足各种专线用户的实际需要。

要保证对监控网络系统的可维护性。在IP地址的分配过程中，往往是由各种具体的业务所决定的，按照业务量的大小来分配各地址段。在设备通信或者系统和底层设备通信的过程中，如果有公有地址应该尽量使用公有地址，尽量不使用与业务段相关的地址进行通信。也应该尽量将网络中的所有设备运维地质都分配在一个子网中。

7 VLAN规划的原则

在使用GPON技术进行组网的过程中，对VLAN的使用非常简单。对每个端口都应该采用一个VLAN方式，这样才能有效实现各业务之间的隔离，只需要对不同的业务分配不同的VLAN即可。在平安城市视频监控系统中，对每种业务都应该建立单独的VLAN通道，为每个业务预留不同的VLAN。为了最大程度对VLAN端进行利用，可以采用Stacking VLAN和Smart VLAN作为用户的服务VLAN。

8 技术方案优势

GPON技术属于一种无源通信技术，在整个通信网络中不使用有源电子器件，可以避免有源电子器件出现故障可能对GPON系统造成影响。此外，由于大大减少了网络组件的数量，系统故障率也能得到有效降低，可降低系统维护的成本。

GPON技术的应用可以满足视频监控系统对视频数据的传输需要。平安城市安防监控系统中摄像头分辨率要求非常高，对网络带宽的需求非常大，需要使用非常多的终端数量，各种终端设备分布也非常广泛。通过上面的介绍可知，GPON系统能够满足对监控系统数据传输的需要。GPON在保持全速的情况下，依然可以保持50公里以上的信息传输距离，这时传统的以太网技术和XDSL技术所无法比拟的，其系统的结构也非常简单，整个工程的施工量较少，大大降低了工程成本。系统后期的可扩充性也比较强，只需要在分光器上重新分配即可，整个方案的部署非常灵活，能够有效节省对于光纤的使用，非常适合应用在监控系统网络通讯之中。

系统的管理性好。GPON信息通信系统采用的集中运营的管理模式，支持对OLT、ONU的集中管理、远程管理、远程调试与维护，对系统软件的升级也非常方便，支持在线升级技术。

系统对环境的抗干扰能力强。随着时代的不断发展，各种电器的使用越来越多，尤其在无线网络迅猛发展的今天，电磁环境越来越复杂，如果采用传统的信息网络技术，则网络的故障率往往较高，会严重影响到整个系统的运转效率。由于GPON采用光纤通信的方式，且使用了大量的无源器件，这大大提高了系统通信的抗干扰性，外部复杂的电磁环境难以对网络的正常运行造成影响，具有非常强的环境适应能力。

GPON网络通信在实际使用中，组网非常灵活，只需要简单的软件配置，和添加一些必要的设备，就可以轻松完成对系统的扩容。这主要是因为在OLT和ONU之间是采用全无源连接的方式，这相当于省略了一层汇聚设备，网络的层次得到大大简化，后期扩容工作的开展变得更加简单，只需要增加相应的OLT业务接口和对PON接口进行扩充，并对分光器多余的端口进行利用即可，扩容操作非常方便。

在GPON技术应用过程中需要注意的问题。由于平安城市视频监控系统的特殊性，其对网络安全可靠性有着非常高的要求。其中各核心层的网络节点主要用于对大量数据的处理和传输，对设备的可靠性要求非常高。因此，对于网络当中的关键部件，例如主板、电源都应该采用热插拔和主备份的方式。在对核心设备的选择过程中，应该对扩容能力强、端口密度高的设备应该多进行选择，这样系统的扩容也非常简单，只需要使用相应的接口模块就可以完成相应的功能。如果在工程的初期选择了端口密度比较低的设备，在系统以后的扩容中，需要进行高密度设备的更换，这样不仅需要花费较长的时间和成本投入，还有可能造成网络的中断。因此，在建网的过程中一定要认真考虑扩网的需要。

9 结束语

随着时代的不断发展，城市环境变得越来越复杂，平安城市建设已经变得刻不容缓。视频监控系统是建立在网络通讯、硬件集成、软件集成基础之上的，在平安城市建设中具有重要地位。PON技术是建立在光纤通信技术之上的，其优势非常明显，具有系统结构简单、可靠性高、成本较低、后期扩容能力强等特点，可以建成一个更加立体的监控系统，满足平安城市视频监控系统对信息通信的需要，为平安城市建设可以打下坚实的基础，应积极推广应用。