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无源光网络传输(PON)的监控方案
2020-02-09 16:30  点击数:

PON技术介绍

PON(Passive Optical Network:无源光纤网络)。 PON(无源光网络)是指(光配线网中)不含有任何电子器件及电子电源,ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成,不需要贵重的有源电子设备。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端(OLT),以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元(ONUs)。在OLT与ONU之间的光配线网(ODN)包含了光纤以及无源分光器或者耦合器。

PON系统结构主要由中心局的光线路终端(OLT: Optical Line Terminal)、包含无源光器件的光分配网(ODN: Optical Distribution Network)、用户端的光网络单元/光网络终端(ONU/ONT Optical Network Unit / Optical Network Terminal)组成,其区别为ONT直接位于用户端,而ONU与用户之间还有其它网络,如以太网) 以及网元管理系统(EMS)组成,通常采用点到多点的树型拓扑结构。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无源光分配器分配到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无源光合路器耦合到同一根光纤,最终送到位于局端OLT接收端,类似于点到点的结构。

PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备,所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成。而且这种接入方式的前期投资小,大部分资金要推迟到用户真正接入时才投入。它的传输距离比有源光纤接入系统的短,覆盖的范围较小,但它造价低,无须另设机房,维护容易。因此这种结构可以经济地为居家用户服务。

  • 特征

PON的复杂性在于信号处理技术。在下行方向上,交换机发出的信号是广播式发给所有的用户。在上行方向上,各ONU必须采用某种多址接入协议如时分多路访问TDMA(Time Division Multiple Access)协议才能完成共享传输通道信息访问。目前用于宽带接入的PON技术主要有: EPON和GPON。

  • 标准

ITU-T G.983

APON (异步传输模式PON,ATM Passive Optical Network). 这是第一种被动式光网络标准,它基于ATM,主要用于商业应用。

BPON (宽带PON,Broadband Passive Optical Network) 这是一个基于APON的标准.这个标准增加了对WDM,动态和高速上联带宽分配,和耐久性的支持。BPON也创立了一个管理接口标准OMCI, 在OLT和ONU/ONT之间的授权混合供应商网络

IEEE 802.3ah

EPON or GEPON (以太网络PON Ethernet Passive Optical Network) 这是一个为使用以太网络包数据的IEEE/EFM标准。802.3ah标准现在是IEEE 802.3标准的一部分. 现在大约有一千五百万正在使用的EPON端口。2008年,中国大力发展EPON技术。据估算,截止至2008年底,中国总共有200万个EPON安装用户。

ITU-T G.984

GPON (千兆PON,Gigabit Passive Optical Network) 这是BPON标准的发展。GPON支持更高的速率,增强的安全性和可选择的第二层协议(ATM, GEM, Ethernet). 在2008年中旬,弗莱森电讯已经安装了80万条线. 英国电信(British Telecom)和美国电话电报公司(AT&T )正在进行高级试验。其他一些公司如独立光网络有限公司(Independent fiber networks LTD)正和服务提供商如See the Light合作提供更高速的GPON连接和光纤到户(FTTH-fiber to the home).

IEEE P802.3av

10G-EPON (10千兆以太网PON)是一个IEEE专门工程为了达到10Gbit/s的速率, 向下兼容802.3ah标准的EPON. 10GigEPON将会使用分隔波长给10G和1G下行。802.3av 将会继续使用单独波长TDMA隔离为在10G和1G间的上行. 10G-EPON也会被WDM-PON兼容(依据WDM-PON的定义). 这使得使用多波长在两个方向之间变为可能.

SCTE IPS910

RFoG (RFoverGlass)是一个SCTE的接口实践分委员会标准,应用于有波长计划兼容数据PON解决方案的点对多点(P2MP)操作,例如EPON,GEPON or 10GigEPON. RFoG 提供了一个光纤到户PON(FTTH PON)就像不一定要选择或者部署PON的MSOs架构。

PON技术现状与发展

  • PON技术现状

传统的PON系统下行数据流采用广播技术、上行数据流采用TDMA技术,以解决多用户每个方向信号的复用问题。传统PON技术采用WDM技术,在光纤上实现单纤双向传输,解决2个方向信号的复用传输。PON一般由光线路终端(OLT)、分光器(ODU)、用户终端(ONU)3个部分构成。目前在现网中广泛应用的PON技术包括EPON和GPON 2种主流技术,EPON上下行带宽均为1.25 Gbit/s,GPON下行带宽为2.5 Gbit/s,上行带宽为1.25 Gbit/s.

目前在实际的FTTx应用场景中,大多数EPON/GPON只配置了以太接口,可选配置POTS和2M接口。但从技术标准要求上,EPON/GPON均可实现IP业务和TDM业务等多业务接入,并可实现QoS分类。

EPON/GPON均可传递时钟同步信号,可通过OLT的STM-1接口或GE接口,从外部线路中提取频率同步信号,此时OLT需要支持同步以太网;也可以在OLT设备上从外部BITS输入时钟信号,作为该PON的公共时钟源,ONU与该时钟源保持频率同步。

  • PON技术标准的发展

虽然10G EPON和PON尚未大规模商用,但10 Gbit/s以上速率的PON技术是近2年ITU-T和FSAN研究的重点和热点。XG-PON1的相关技术标准已经趋于成熟,XG-PON1之后的NG-PON2标准框架也已基本完成。向多波长扩展是近期技术研究的重点,FSAN已经明确TWDM-PON是未来NG-PON2的技术选择,但在ITU-T SG15中规范多种技术的G.multi标准也已基本完成,这说明有关多波长扩展的多个技术流派之争远没有结束。

  • 优势

相对成本低

1) 相对成本低,维护简单,容易扩展,易于升级。PON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

纯介质网络

2) 无源光网络是纯介质网络,彻底避免了电磁干扰和雷电影响,极适合在自然条件恶劣的地区使用。

资源占用很少

3) PON系统对局端资源占用很少,系统初期投入低,扩展容易,投资回报率高

4) 提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽,并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。GPON则是高达2.5Gb/s的带宽。

5) 服务范围大。PON作为一种点到多点网络,以一种扇形的结构来节省CO的资源,服务大量用户。用户共享局端设备和光纤的方式更是节省了用户投资。

6) 带宽分配灵活,服务质量(QoS)有保证。G/EPON系统对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。可以实现用户级的SLA。

补充

pon无源光纤网络的英文缩写,与有源光接入技术相比,PON由于消除了局端与用户端之间的有源设备,从而使得维护简单、可靠性高、成本低,而且能节约光纤资源,是未来FTTH的主要解决方案。随着PON成本的逐步降低,不但在FTTB/FTTC场合PON有了一定的应用市场,而且利用PON来实现FTTH在日本等发达国家也取得了很大的进展。目前PON技术主要有APON、EPON 和GPON等几种,其主要差异在于采用了不同的二层技术。

监控传输网络结构设计

监控传输网络系统主要作用是接入各类监控资源,为中心管理平台的各项应用提供基础保障,能够更好的服务于各类用户。网络结构如下图所示:

基于无源光网络传输(PON)的监控方案网络设计

网络拓扑示意图

1) 核心层

Ø 数据中心核心网

核心层主要设备是核心交换机,作为整个网络的大脑,核心交换机的配置性能较高。目前核心交换机一般都具备双电源、双引擎,故核心交换机一般不采用双核心交换机部署方式,但是对与核心交换机的背板带宽及处理能力要求较高。

2) 接入层

Ø 前端视频资源接入

前端网络采用独立的IP地址网段,完成对前端多只监控设备的互联。前端视频资源通过IP传输网络接入监控中心或者数据机房进行汇聚。前端网络接入目前采用两种常用方式,通常为点对点光纤接入的方式和点对多点的PON接入方式。接入层需对NVR存储设备的网络接入提供支撑,确保NVR存储设备网络环境安全可靠。

Ø 用户接入

对于用户端接入交换机部分,需要增加相应的用户接入交换机,提供用户上网服务。监控中心部署接入交换机,通过万兆/千兆光纤链路接入到传输网络中。保证监控中心解码器及客户端的正常适用。

对于网络设计中存在两级架构如下图所示,具体设计这里不做详细介绍。

基于无源光网络传输(PON)的监控方案网络设计

二级网络结构设计图

  • 网络传输带宽要求

考虑到网络传输过程及其它应用的开销,链路的可用带宽理论值为链路带宽的80%左右,为保障视频图像的高质量传输,带宽使用时建议采用轻载设计,轻载带宽上限控制在链路带宽的50%以内。

3) 核心层交换机到接入交换机的网络采用光模块来传输,带宽需达到千兆以上;

4) 传输设备如光纤收发器到接入交换机之间的带宽建议达到百兆;

5) 传输设备如光纤收发器之间的传输带宽建议达到百兆;

  • 组网方案

视频监控项目采用万兆骨干环网,千兆汇聚接入的方式组建三级图像专用网络系统,通过分布式视频接入与存储的方式,建设数字视频监控点。

前端采用高清网络摄像机进行数字视频采集,通过PON光纤链路传输视频到分控中心进行统一接入。

分控中心做为网络三级节点负责所有前端视频接入数字视频专网,在分控中心部署集视频监控系统和存储系统为一身的集成化网络视频存储系统进行数字视频的接入、存储和转发,对图像进行为期30天的存储。

控制中心做为网络核心节点负责整网的视频实时调用和重点监控点的实时监看,做为视频业务的核心管理节点,部署视频管理平台,对全网的设备和用户进行集中统一的授权、维护和管理。

拓扑图如下:(PON)

基于无源光网络传输(PON)的监控方案网络设计

拓扑图

用无源光网络传输做监控架构的好处

1、PON设备的网络规划- OLT的部署。xPON建设初期,宜采用集中设置,在传输汇聚节点设置OLT节点覆盖一定区域内的零散用户。在xPON应用成熟期,宜采用分散设置的原则,将OLT设置在条件较好的有线接入或无线接入点机房,逐步向接入网接入和无线接入点相统一进行过渡,充分实现基础资源的综合利用。采用大容量的OLT设备,充分利用光接入的距离优势,减少局所,降低维护成本。

2、PON设备的网络规划-分光器的部署。分光器分光:目前PON可以采取两级分光方式来保证部署的灵活和端口的充分利用;当用户渗透率提高时,将二级分光调整为一级分光;就目前接入PON网络宜采用一级分光,尽量不超过两级分光。用户规模较小时,分光器应集中设置;用户规模较大时,分光器可适当分散设置,以便尽量靠近用户。分光器布放位置:分光器可以根据工程的实际情况布放在交接箱、小区机房、楼道和弱电井等地方。

3、PON设备的网络规划- ONU的部署。建设PON网络实现接入网/FTTB时,宜尽量选用内置语音模块的设备实现综合业务接入。ONU应根据FTTx网络的应用模式、业务需求进行设置。对于接入网应用,应尽量将ONU设置在用户家里,避免安装在门口或楼道内。对普通公众用户,可将ONU设置在用户终端智能盒内提供保护,或者放置于桌面(采用光纤信息插座)。对于FTTB应用,可选择将ONU设置在大楼楼道或竖井内机柜、室外光交接箱等不同位置集中放置。ONU原则上采用本地供电方式,尽量不采用远端供电方式。为保证断电时语音业务的正常开展,可以根据提供电池模块提供备用电源。

4、PON设备的网络规划-网管。集中建设厂家网管,开放北向接口,便于接入传输综合网管。

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