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    解決方案

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    智能建筑解決方案

    摘要:EPON的不排它性實現了多系統的弱電智能化接入得到應用,在承載網絡中EPON融合了覆蓋距離廣,節約光纖,帶寬高,支持fiberto-z 2.4G無線協議,zigbee無線協議,還具有有高可靠,抗干擾,維護方便的優點。
    關鍵字:監控中的應用、可視對講用、一卡通、停車場系統、EPON、多系統接入、弱電智能化多系統接入、EPON解決方案、工業級OLT。

    智能建筑解決方案(圖1)

     

    一.概述
    睿易安科技搭建的奧林匹克花園EPON網絡項目為例,園區配置的弱電系統主要包括:安防數字視頻監控系統、可視對講系統、報警系統、停車場系統。
    為了滿足小區未來發展的需要,結合智能建筑信息化、數字化建設的發展趨勢,我們設計的小區網絡系統是采用基于GEPON無源光分配技術的全光纖結構的IP網絡來實現弱電系統組網。超前設計為弱電系統的數字化提供了最有力的基礎保證。
    &ldquo;弱電智能化系統&rdquo;是將傳統的弱電科技與現代數字處理技術、通訊技術、計算機網絡技術相結合,具有智能化程度高、處理速度快、存儲容量大、數據查詢快捷并且準確的特點。
    &ldquo;弱電智能化系統&rdquo;建設的核心是建設以信息網和弱電監控網為中心的小區網絡系統,通過高效、便捷、安全的網絡系統實現弱電信息的高度集成與共享,實現安全環境監控和智能化監控。
    所有的弱電系統都基于中心控制平臺進行管理.這是弱電系統發展的趨勢,也是最適合小區弱電系統的管理方式。中心管理控制平臺首先是對各系統的信息進行收集、匯總.掌握現場情況,由控制中心人員對緊急情況進行處理,合理分配資源,提高弱電系統的效率,有效防止意外事件的發生。
    基于EPON系統構建的IP數字弱電網絡系統,將小區各組團弱電信息機房、安保中心機房和各建筑樓弱電間通過無源分光網絡互連,為園區各弱電子系統提供網絡數據支撐平臺。

     

    二.EPON無源光網絡系統
    1.EPON(Ethernet Passive Optical Network)(以太無源光網絡)是一種新型的光纖網絡技術,是PON技術中最新的一種,由IEEE802.3 EFM(Ethernet for the First Mile)提出。EPON采用一點到多點網絡結構、無源光纖傳輸方式,中心端到設備末端最大距離為30公里,接入系統總的傳輸容量為上行和下行對稱1.25Gbp。,由各末端設備共享,每個末端設備使用的帶寬可以以64kbps步進劃分。特點是傳輸速率高,可以實現高速率的網絡應用(音頻、視頻、高速數據傳輸等)。
    2.中心機房匯聚層(OLT)(Optical Line Terminal)與終端設備(ONU)(Optical Network Unit)之間僅有光纖(Fiber)、光分路器(ODN)(Optical Distribution Network)等光無源器件,無需帶電源的中繼設備、無需配備電源及其維護人員。因此,可大大地減少運營維護成本。由于采用單光纖波分復用技術,上行波長1310nm,下行波長1490nm,僅僅只要一根單芯主干光纖和一臺OLT,在終端設備ONU側通過無源光分路器,就可以將信息分送給多達32個終端設備(ONU),因此可有效地降低OLT和主干光纖的建設費用。

     

    典型的EPON系統由OLT、ODN、ONU組成:

     

    智能建筑解決方案(圖2)


    OLT(Optical Line Terminal)放置在中心機房,它即可以是一個交換機,或者是一臺路由器。在上行方向上,OLT將提供GE(GigabitEthernet) ;在下行方向上,它提供面向無源光網絡的光纖接口。未來10Gbit/s的以太網技術成熟后,OLT也將會支持類似的高速接口。OLT還支持ATM,FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口標準。在EPON系統的統一網絡管理方面,由作為主要控制中心的OLT來實現網絡管理的功能。在OLT上,通過定義網絡帶寬數據參數來控制通訊業務質量,通過編制訪問控制列表來實現網絡安全控制管理,通過讀取信息庫來獲取系統狀態信息,通過系統設置還可以提供有效的端口隔離。
    (ODN)(Optical Distribution Network)是無源光纖分配網絡,是一個連接OLT和ONU的無源設備。它的主要作用是收集上行數據和分發下行數據??梢造`活地安排無源分光器的位置,由于是無源作業,具有良好的環境適應能力,同時能夠進行多級連接。
    ONU(Optical Network Unit)光網絡單元放置在終端側,EPON中的ONU由于使用以太網協議,在通信過程中,不需轉換協議,即可實現高速的數據轉發,實現ONU對網絡數據的透明傳送。
    EPON是面向未來的技術,帶寬分配靈活,服務有保證也是EPON不可忽視的一個方面。EPON可以根據需要對每個終端設備甚至每個端口實現基于連接的帶寬分配(區別于普通交換機的基于端口的速率限制)。
    EPON通過劃分VLAN(虛擬局域網)對連接到的ONU端口的各個弱電子系統進行邏輯分段,有效的解決了沖突域、廣播域、帶寬問題,避免了網絡性能的下降和帶寬資源浪費,實現了對廣播風暴的控制,保證了網絡安全。


    VLAN與業務的對應關系及規劃:

     

    VLAN ID

    VLAN name

    數據業務

    網關地址

    子網掩碼

    VLAN 101

    Shipinjiankong

    視頻監控

    192.168.1.1

    255.255.255.0

    VLAN 102

    Fangdaobaojing

    防盜報警

    192.168.2.1

    255.255.255.0

    VLAN 103

    Keshiduijiang

    可視對講

    192.168.3.1

    255.255.255.0

    VLAN 104

    Menjingyikatong

    門禁一卡通

    192.168.4.1

    255.255.255.0

    VLAN 105

    Cheliangguanli

    車輛管理

    192.168.5.1

    255.255.255.0

    ------

    ------

    ------

    ------

    ------

    VLAN 254

    GUANLI

    管理VALN

    192.168.254.1

    255.255.255.0

     

    IP地址分配原則:
    IP地址采用網段區分業務,把各種不同的業務采用不同的VLAN承載。如視頻監控系統在一個VLAN,可視對講系統在另一個VLAN。
    同一VLAN采用同一網段地址,如視頻監控系統采用192.168.1.X網段。在同一網段內采用地址區段來分配。如:192.168.1.X段內,從192.168.1.2-200給PC和終端設備使用。192.168.1.201-250給DVR或是視頻編碼器使用。192.168.1.252-254給服務器和網絡存儲使用等等。
    EPON技術很好的解決了目前弱電系統網絡的諸多問題,它可以使弱電系統網絡更可靠,更穩定,使得弱電系統實現在新一代網絡上傳輸音頻、視頻、數據等信號。

     

    三.EPON在弱電智能化系統中的應用
    1.數字視頻監控系統:
    數字視頻處理技術和硬盤錄像技術相結合的方式,系統數據傳輸依附于園區的EPON全光纖網絡,即:系統前端攝像機攝取的數字圖像視頻信號通過超五類非屏蔽雙絞線傳輸進入ONU的對應VLAN端口,由單模光纖再經過無源光分配網絡進入中心機房OLT,由計算機管理系統對視頻圖像信號進行切換控制和畫面處理,將數字視頻信號通過監視器進行監視,并由計算機的大容量硬盤予以壓縮處理記錄。
    EPON替代了原來模擬組網方案中的二/三層交換機,同時還節省大量的光纖收發器,并且不需要視頻光端機設備。
    視頻監控類項目對上行帶寬需求高,終端數量大,分布廣泛,EPON覆蓋距離廣,節約光纖,帶寬高,是實現園區數字化視頻監控的合適技術。

    系統結構示意圖:

     

    智能建筑解決方案(圖3)

     

    本系統的特點在于充分利用數字信號技術優勢,通過數字信號進行光纖網絡傳輸,信號到中心全由計算機來進行數字控制處理和記錄。這樣很好地發揮了數字信息處理、記錄、檢索靈活、可靠、方便的優點,從而達到控制成本的目的。
    為了適應園區的特定環境,本系統的技術路線為純數字視頻監控系統,圖像質量及錄像回放圖像質量為D1水平,圖像存儲為集中存儲方式,圖像存儲時間為30天,存儲設備集中放在弱電信息中心機房,以供查詢。

     

    2.IP數字化可視對講系統
    數字化技術的導入,不僅解決了傳統彩色可視對講系統中抗干擾能力差,傳輸距離受限,系統不能兼容等問題,并且使系統具有極強的擴展性?;赥CP/IP互聯網技術和寬帶技術的系統設計,在保證系統的傳輸容量和可靠性的同時,不僅可以實現樓宇可視對講功能,還可以通過模塊擴展的方式集成多種系統功能。
    在本項目中,彩色可視對講系統也是通過EPON網絡傳輸音頻、視頻和數據信息。在安裝使用時,只需將IP對講終端設備連接到ONU的對應VLAN端口即可實現園區內部的數字樓宇對講。

    系統結構示意圖:

     

    智能建筑解決方案(圖4)


    各個單元主機通過IP轉換器接入數字系統中,IP轉換器完成模擬彩色可視對講系統中音視頻信號的編解碼,并對其進行壓縮和解壓,同時對總線上的數據進行重新打包,采用標準的TCP/IP協議,通過網絡傳輸音頻、視頻及控制協議。采用IP轉換器,數據共享于寬帶,保證數據的遠距離傳輸,實現多通道實時數據交換,有效地避免通道占線,并且實現與純數字系統的無縫對接。
    系統采用G.711完成音頻編解碼,采用H.264完成視頻編解碼,實現戶戶間雙向音視頻傳輸、可視通話對講、留影留言、電梯預約等功能。通過對H.264編解碼算法的優化,提高編解碼效率,有效地保證在低帶寬的情況下樓宇可視對講系統的穩定運行。

     

    3.防盜報警系統:
    系統采用網絡防盜報警產品,該防盜報警設備具有優良的品質及性能價格比。系統主要由前端紅外/微波雙鑒探測器、緊急按鈕、鍵盤、報警控制主機、聯網器、光纖網絡及多媒體工作站等設備構成。

    系統結構示意圖:

     

    智能建筑解決方案(圖5)


    通過聯網器,可實現與閉路電視監控系統的通訊,每個報警與附近的攝像機聯動,通過IP通訊的方式來實現報警與攝像機的聯動。
    當警情發生時,安保人員能通過報警畫面知道警情的發生,了解警情發生的地點,若有必要,安保人員可通過按動緊急按鈕將報警信息發往110聯動報警中心。

     

    4.一卡通系統:
    一卡通系統主要包括:一卡通系統平臺、門禁系統、停車場管理系統、IC卡電梯控制系統。采用TCP/IP通信方式時,使用通信中心的設備檢測軟件可以檢測并查找出所有網絡上的控制主機,可以方便的修改控制器的運行參數(如控制器的IP、掩碼、網關等)。
    由于系統全面采用TCP/IP協議,通過EPON網絡傳輸數據信息,可以避免許多串口信號先天性的問題(如總線信號易受干擾、通信速率低下、串口資源有限、需要專用布線等等),系統密鑰認證機制杜絕了非法終端機連入系統數據網絡。
    通過一卡通系統可以實現人員的身份識別、門禁控制、電梯控制、車輛管理等綜合應用,加強了對園區內人、財、物的有序及有效監控管理,提高了資源的共享利用率,減少了資源的浪費;避免了諸多人為因素的干預,提高了園區工作人員的工作效率和安全。
    基于EPON網絡的停車場管理系統采用3進3出配置,具有遠距離讀卡、可發臨時卡、滿位顯示功能。
    停車場管理系統由服務器、管理工作站、管理軟件、出入口控制機、遠距離感應卡、車輛檢測器等設備組成,信號傳輸部分包括光纖傳輸網絡、無源分光器(與弱電系統共用)、OLT(與弱電系統共用)。

    停車場管理系統結構示意圖:

     

    智能建筑解決方案(圖6)

     

    采用EPON系統,具有開放性的體系結構,在設計中充分考慮到可移植性、易擴充性、互操作性和靈活性,做到模塊化通信與接口標準化,使得縱向便于升級,橫向易于擴展。

     

    四、EPON在安防行業所表現的八大優勢:
    (1)相對成本低,維護簡單,容易擴展,易于升級。
    1、XPON點對多點的結構節省了大量的主干光纖資源。
    2、靈活的組網方式使得升級擴容非常方便,初期投入小。

     

    (2)大容量和長距離單線成本低。
    EPON分光1:32/1:64分光比、ONU可以實現MDU24口,單線路可實現32x24=768 線。

     

    (3)高可靠性的數據安全通訊可應用于高安全級別安防。
    XPON網絡通過三層攪拌方式產生密碼,時時更新密碼,加密通信。

     

    (4)高堅固性保護模式,可實現24小時全天候高服務保證。
    EPON  TYPEA/B/C/D  可實現斷光纖不斷網、壞光口不斷網、壞設備不斷網。

     

    (5)齊全產品形態,適合各種領域的全業務應用,最終實現全方案提供商。
    1、EPON  ONU涵蓋:SFU、HGU、MDU、MTU、MXU形態分類
    2、涵蓋端口:FE、GE、RF、XDSL、T1、E1、WIFI、USB、POE等
    3、適合布局:電信、企業、家庭、學校、酒店、銀行、公安、交通、電力、生產、物流等

     

    (6)極易擴展當前安防業務到 電信業務,最終實現服務提供商。
    1、EPON本身就是電信接入網設備和系統,支持電信業務接入與管理模式。
    2、安防業務與電信業務共用EPON業務上下行帶寬屬于珠聯璧合,節省資源與帶寬。

     

    (7)下一代智能家庭、物聯網時代的接入技術選擇。
    1、EPON的無線產品形態、電信業務的支持使他極易是物聯網接入主網最好選擇。

    (8)獨立的分布管理模式,極易后期增值業務的開發,最終實現業務提供商。
    1、EPON網絡通過OLT的網管系統和對ONU的OAM、TR069、SNMP管理極易管控業務與管理。

     

    五.結論與展望
    EPON 作為一種新興的網絡連接技術,它通過一個單一的光纖接入系統,實現數據、音頻及視頻的綜合業務傳輸,具有良好的經濟性。由于EPON網絡結構的特點,寬帶的特殊優越性,以及與計算機網絡天然的有機結合,使得無源光網絡成為解決弱電系統信息傳輸高速公路的最佳傳輸媒介。
    在實施&ldquo;光進銅退&rdquo;大的戰略背景下,采用EPON技術可以節省大量的銅纜和光纖資源,高性價比的多子系統融合承載解決方案,為弱電智能化系統提供強有力的支撐和保障。在實際運行過程中,園區的弱電系統狀況良好,性能穩定可靠,取得了理想的使用效果。
    EPON技術未來的發展前景廣闊,在大范圍遠距離弱電系統的信息傳輸中將發揮重要的作用。

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