EPON技术在视频监控中的应用.docx

EPON技术在视频监控中的应用.docx

《EPON技术在视频监控中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EPON技术在视频监控中的应用.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

EPON技术在视频监控中的应用

EPON技术在视频监控中的应用

邵斌

苏州亿迪电脑有限公司

一、EPON技术原理

1.1技术背景

光纤接入从技术上可分为两大类：

有源光网络（AON，ActiveOpticalNetwork）和无源光网络（PON，PassiveOpticalNetwork）。

1983年，BT实验室首先发明了PON技术；PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与用户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是运维部门长期期待的技术。

PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。

目前基于PON的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。

图1PON的两个主要标准体系

APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的PON技术，FSAN在2001年底又将APON更名为BPON，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。

为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟（EFMA）在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON可以支持1.25Gbps对称速率以及10Gbps。

由于其将以太网技术与PON技术完美结合，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。

对于Gbps速率的EPON系统也常被称为GEPON。

EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。

EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。

目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。

10Gbps以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。

在一个EPON中，不需任何复杂的协议，光信号就能准确地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。

在物理层，EPON使用1000BASE的以太PHY，同时在PON的传输机制上，通过新增加的MAC控制命令来控制和优化各光网络单元（ONU）与光线路终端（OLT）之间突发性数据通信和实时的TDM通信，在协议的第二层，EPON采用成熟的全双工以太技术，使用TDM，由于ONU在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，不需CDMA/CD，从而充分利用带宽。

1.2EPON的基本原理

与其它PON技术一样，EPON技术采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。

图2EPOP系统结构图

EPON的系统结构如图2所示。

一个典型的EthernetoverPON系统由OLT、ONU、POS组成。

OLT（OpticalLineTerminal）放在中心机房，ONU（OpticalNetworkUnit）放在用户设备端附近或与其合为一体。

POS（PassiveOpticalSplitter）是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据，并集中上行数据。

EPON中使用单芯光纤，在一根芯上转送上下行两个波（上行波长：

1310nm，下行波长：

1490nm，另外还可以在这个芯上下行叠加1550nm的波长，来传递模拟电视信号）。

OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，它提供面向无源光纤网络的光纤接口（PON接口）。

根据以太网向城域和广域发展的趋势，OLT上将提供多个1Gbps和10Gbps的以太接口，可以支持WDM传输。

OLT根据需要可以配置多块OLC（OpticalLineCard），OLC与多个ONU通过POS（无源分光器）连接，POS是一个简单设备，它不需要电源，可以置于相对宽松的环境中，一般一个POS的分光比为2、4、8、16、32、64、128，并可以多级连接，一个OLTPON端口下最多可以连接的ONU数量与设备密切相关，一般是固定的。

在EPON中系统，OLT到ONU间的距离最大可达40km。

在下行方向，IP数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的OLT，采用广播方式，通过ODN中的1：

N无源分光器分配到PON上的所有ONU单元。

在上行方向，来自各个ONU的多种业务信息互不干扰地通过ODN中的1：

N无源分光器耦合到同一根光纤，最终送到位于局端OLT接收端。

1.3EPON系统的主要优点

EPON的优点主要表现在：

1）相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。

EPON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大；EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高；EPON系统是面向未来的技术，大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择；

2）提供非常高的带宽。

EPON目前可以提供上下行对称的1Gbps的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gbps；

3）服务范围大。

EPON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构来节省CO的资源，服务大量用户；

4）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等来实现对每个用户进行带宽分配，并保证每个用户的QoS。

二、EPON技术与其他接入技术安全系对比

第2章

第3章

3.1普通以太网电口传输的安全性

目前的普通以太网电口传输是采用CSMA/CD机制的，此机制是采用明文方式进行数据传输的，

将要发送的数据包发往连接在同一台交换机上的的所有主机，在以太网包头中包含应该接收此数据包的主机MAC地址。

但是当攻击者或非法入侵者把主机工作在监听模式下，无论数据包中的MAC地址是什么，主机都将全部接收。

另一方面，基于以太网传输的双绞线链路很容易被物理扩展出多个以太网口，即使有802.1X认证也有可能破解假冒MAC地址而接入内部网络。

开放的物理接口容易被非法接入，从而让内部用户感染病毒，服务器群面临数据泄漏和DDOS攻击的风险。

3.2以太网SFP光纤传输的安全性

光纤通信的载体光波是在封闭媒质光纤的内部传输的，对光信号的窃听相对铜质电缆的以太网就变得困难，即便如此，使用光中继器或光电转换器同样可以实现对光纤窃听和非法接入，代价相比普通电缆也更高点，需要专用的光熔纤设备。

光纤内部的开放编码方式和基于双绞线的以太网开放帧结构一样，在攻破光纤介质后，SFP光纤传输变得透明，到这一层面上其安全风险与普通以太网电口传输都一样了。

3.3数字光端机传输&HD-SDI传输

点对点的数字光端机使用位同步与帧同步的串行信号通信机制，总线级联光端机使用CWDM（粗波分复用）机制。

数字光端机与HDSDI光端机都存在被窃听可能，窃听难度略大于光纤传输的以太网信号，难度主要在同步信号上的位同步与帧同步。

使用复用技术的数字光端机与HDSDI光端机也都存在被窃听可能，窃听难度大于前者，难度主要在复用信号的过滤。

所以有的数字光端机实现了端到端加密功能，但是HDSDI光端机暂未发现能加密的产品。

另外光端机只能通过DVR或者编码器的中继方式接入大安防的IP网络，最大16路数的数字光端机浪费光纤，无法充分利用带宽，拓展性差

3.4EPON系统的安全性

3.4.1可以防止ONU的非法接入

ONU上线前需要预先到OLT上注册，携带ONUMAC、ONU硬件型号等信息。

OLT上预先配置好ONUMAC地址、硬件型号，并绑定端口号；认证信息完全匹配后才允许ONU上线；

监控前端以ONU子卡的形式直连EPON网络，ONU子卡与监控设备通过内部总线通信，前端的监控设备没有电口暴露，规避了监控前端通过电口连接ONU存在电口被非法接入的安全隐患。

3.4.2可以防止ONU的假冒攻击

黑客想要假冒ONU进行攻击，只有修改ONU的MAC地址，目前ONUMAC和硬件型号是芯片固化的，且宿主系统和上层软件无法读取到、更无法写入，黑客无法通过设备串口读取和更改。

另一方面OLT对ONU的802.1x认证信息在ONU第一次上线后一次性下发到ONU寄存器、长期生效，以后ONU的再上线需要802.1x认证；黑客无法窃听

3.4.3ONU与OLT之间数据加密可以防止光路上的非法窃听

ONU与OLT之间启用128位的AES加密或者48位的三重搅动加密（中国电信标准），形成端到端的加密通道，各个ONU的密钥不同，10秒更新一次，远远超过破译时间

3.4.4ONU与ONU之间光路隔离可防止光路窃听

ONU和ONU之间的光路经过分光器后是相互隔离的，在光学层面ONU侧无法监听其它ONU的上行报文，ONU和ONU之间的通信全部通过OLT控制转发；即使有P2P模式也需要经OLT转发（缺省情况下P2P模式是禁止的）；

3.4.5监控中几种传输技术的对比

备注：

上表中★越多表示安全性越高

三、EPON产品

第4章

4.1H3CEPON产品——OLT

H3C的OLT设备，分为两大类，分别是框式设备S7500E和盒式设备S3600。

H3CS7500E系列EPON产品是杭州华三通信技术有限公司（以下简称H3C公司）面向融合业务网络推出的新一代高端多业务接入OLT设备，同时也是一台分布式高端路由交换机。

S7500EEPON产品产品主要面向电信运营商提供最后一公里光纤接入，大客户宽带接入解决方案，同时也适用于广电企业HFC双向改造，以及政府、公安、大型企业的高清晰视频监控传输和融合语音、视频综合接入的三网合一应用。

该产品基于H3C自主知识产权的ComwareV5操作系统，融合了MPLS、IPv6、网络安全、无线、无源光网络等多种业务，提供不间断转发、优雅重启、环网保护等多种高可靠技术，在提高用户生产效率的同时，保证了网络最大正常运行时间，从而降低了客户的总拥有成本（TCO）。

S7500EOLT可通过加配普通GE/10GE业务板来扩展上行带宽。

ONU提供到住宅用户和企业客户的最后一公里宽带接入。

S7500EOLT最大支持1：

64分光比，系统最大可支持10240个ONU，传输距离可达20km。

H3CS7500EOLT系列产品包括S7510E（12槽）、S7506E（8槽）、S7506E-V（垂直8槽）、S7503E（5槽）和S7502E（4槽）5款产品，所有产品均支持主控板及电源1+1备份。

H3CS7500E可广泛应用于城域网汇聚和边缘、园区网核心和汇聚以及配线间等多种网络环境，为用户提供了有线无线一体化、有源无源一体化的行业解决方案。

H3CS3600-2P-OLT 是杭州华三通信技术有限公司（以下简称H3C公司）推出的新一代盒式OLT设备，同时兼备EPON接入和二层交换机功能。

H3CEPON系列产品包括机架式光线路终端（OLT：

OpticalLineTerminal）设备和S3600-2P-OLT1U盒式OLT设备，及ET系列、S31系列光网络单元（ONU：

OpticalNetworkUnit）设备。

H3CS3600-2P-OLT设备提供上行2GE电口+2SFPCombo接口。

下行2个千兆EPON接口，分光器最大提供64个光分支，系统最大可支持128个ONU。

产品主要面向电信运营商提供最后一公里光纤接入，大客户宽带接入解决方案，同时也适用于广电企业HFC双向改造，以及政府、公安、大型企业的高清晰视频监控传输和融合语音、视频综合接入的三网合一应用。

该产品基于H3C自主知识产权的ComwareV5操作系统，充分考虑稳定性、维护性、易用性和可操作性，在提高用户生产效率的同时，保证了网络最大正常运行时间，从而降低了客户的总拥有成本（TCO）。

4.2ONU产品和分光器

ONU也分为两大块，H3C提供的盒式ONU设备以及宇视科技自己生产的ONU子卡，可以直接插在IPC上或EC编码器上。

范》

四、EPON在视频监控方案中的应用

第5章

5.1在平安城市方案中应用

在平安城市的部署中，由于其安全性因素，一般都要求IP不到路面，采用EPON方式接入是最合适的。

在平安城市的设计模型中，EPON的总线型和扇形覆盖都比较常见。

总线型覆盖主要应用在平安城市中的城市主干道路监控，而扇形覆盖则主要适用于一个园区的监控。

如下是一个扇形覆盖的示意图：

5.2在高速公路方案中的应用

在高速公路的应用场景下，一般是采用总线型的分光模式。

利用宇视科技的EPON长距离传输技术，可以覆盖到40公里的距离，如果是按照规范进行光纤施工，那么可以达到28公里13级分光，2公里的间隔部署一个分光器，如下

如果采取3公里的密度进行部署，可以进行11级分光，覆盖范围能达到36公里，各路节点的光损如下：

高速公路上的EPON总线型部署方案示意图如下：

5.3在小区解决方案中的应用

EPON方案用在小区中也有两种：

总线型覆盖和扇形覆盖。

总线型覆盖适用于智能周界的场景中。

而扇形覆盖主要定位在某一区域内有进行密集网络摄像机部署需求，采用1分32或者更高分光比的分光器进行分光。

在小区的智能周界部署方案中的应用示意图如下：

能够很大程度上来节约光纤，只需一根主干光纤就能达到高密度网络摄像机的部署需求。