卡口监控系统中的PON技术

卡口监控系统中的 PON技术

樊好志

中国电子科技集团公司第三十四研究所 ,广西 桂林 541004

摘要：主要介绍了卡口和PON技术的基本概念，通过分析EPON技术在解决道路卡口监控中应用的优势以及实际案例说明，便于读者更好的理解PON技术应用，为各种接入网应用场景提供一些参考。

关键词：卡口监控系统 接入网 PON技术

1. 卡口监控的基本概念

卡口监控也就是治安卡口监控，它的全称是道路交通治安卡口监控系统。主要用于城市道路或高速公路出入口、公路收费站等重点治安地段的全天候实时检测与记录。系统可以自动识别通过该卡口的车辆号牌、颜色、车内人员等特征，验证出车辆的合法身份，系统会自动核对黑名单库、自动报警。可对路口情况进行监控与管理，包括出入口车辆管理、采集、存储数据和系统工作状态，以便于相关部门对道路的安全进行监控。

治安卡口监控系统主要由四部分组成，就是前端子系统、传输系统、后端管理平台。前端子系统包括卡口单元、频闪灯、爆闪灯、地感线圈、雷达等实现车辆速度、图像、视频等的采集；后端管理平台通过软件分析，实现车辆识别、车牌提取、车辆轨迹、数据分析等，为管理人员决策提供数据支撑。传输系统作为整个系统实现的关键环节，为数据安全、可靠稳定的传输及系统安全提供了重要保障。

2. PON技术概述

无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的的特点，在光接入网中扮演着越来越重要的角色。PON技术作为一种广泛应用的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。

它由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）组成。一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA（时分多址接入）方式，而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构（典型结构为树形结构）。所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，因此其管理维护的成本较低。

3. EPON 的传输原理

EPON 给各个ONU发送数据的方式为 TDM 广播的方式，在PON的端口上，OLT周期性地将允许接入的时隙信息广播出来，在ONU上电之后，按 照 OLT广 播 情 况，对允许接入的 信息请求注册，在接收到注册请求之后，OLT 将一个逻辑链路标识LLID分配给ONU，允许ONU的接入请求。EPON的下行传输通过广播的方式将下行数据传送给ONU，按照 IEEE 802.3ah定义的标准，每一个数据的帧头中都含有ONU在注册的时候所分配到的LLID 标识，这个标识说明了这个数据发送给所有具有这个ID 的ONU。有OLT发出的数据，通过分路器以后，会以广播的形式发送给每一个 ONU，也就是说，所有的ONU都会接收到全部的数据信息。然而，ONU只会在 LLID 标识的基础上，接收属于自己的时隙内的数据包，丢弃其他的数据，同时通过认证、加密等方式以确保数据安全。

EPON的上行传输原理使用TDMA 技术进行上行数据的传输工作。每一个ONU发送数据的时间段不同，光分路器将不同时隙的数据以及来自不同ONU的数据合并到同一个光纤中。这种 EPON 的复用方式，必须保证所有的OLT与ONU保持严格的同步，所有的ONU只可以在OLT授予它权限的时间段进行数据的发送，通过这种方式来确保耦合到同一光纤中的不同ONU中的数据，每个数据之间不会互相干扰。

4. 卡口监控系统中的EPON应用及技术优势

在卡口监系统中，EPON 将无源光接入网（PON）技术与以太网技术相结合，形成了一个新型的技术，由于它使用的是无源器件，可以对光纤传输介质进行共享，因此降低了光网络的成本费用。并且，EPON 属于纯介质网络，消除了外部设备的 电磁干扰以及雷电带来的影响，防止了线路与外部设备故障 的发生，让系统更具可靠性，也降低了维护所需的费用。

EPON技术可以为用户提供1Gbps的共享带宽，接入距离可达10～20km。在卡口监控系统中它的主要优势表现在：

1. PON技术采用可级联的无源光分路器，不仅节约主干光缆，而且大大简化了网络结构，提高了网络健壮性；

2. 在部分感位置，配合PON技术卡口单元，可以有效防范恶意接入、提高后端管理平台的安全性；

3. 用PON技术的FTTC解决方案不仅具备光纤的高可靠性，而且非常适合广播/组播、视频/音频业务的开展，为后期其他业务的扩展提供可能。

5. 项目实际案例

XX用户位于国道附近，共有3个园区，各园区间间隔数十公里的国道、县道，部分道路为共用，平日有较多的内部车辆及社会车辆通行，路况较好，经常存在超速情况，给人员安全带来一定风险。同时因该用户属于特殊单位，时常发现有可疑车辆在周边活动，存在一定的安全风险。

用户园区之间原有业务采用直埋8芯光缆进行数据传输，业务占用为4芯，光缆资源较为紧张，如重新敷设涉及近10公里的光缆敷设，工作量较大、费用较高。

综合考虑安全性及光纤链路资源不足的现状，XX用户在相关路口建设了卡口监控系统，采用EPON技术格式卡口监控系统解决方案，对外来车辆进行有效管控和安全预警，系统实现了车辆测速、车牌识别、轨迹查询、黑名单预警等功能。

图一 系统拓扑结构

后端管理平台采用H3C S3210系列以太网PON OLT交换机，兼备EPON接入和二三层交换机功能。整机满配可支持1008个ONU终端，每个PON口支持1:64的分光比(最大接入63个ONU)，热拔插PON光模块设计，接收灵敏度-27dBm 最远支持20Km的传输距离。同时具备完善的安全保护机制，采用基于硬件的逐包转发，可针对特征报文进行有效检测和过滤，防止非法或者异常的流量进入网络，抵御多种病毒攻击，保证设备管理的安全。

前端监控配置智能交通900万卡口摄像单元及1080P星光级红外球机，发射光功率0.5-5dBm，配以窄波定位雷达、车道闪光灯、频闪灯，有效提取道路监控信息。

因现有光缆线路基本沿公路辐射，整个系统采用多级分光，主要采用1：2非等分光分路器，分光比为90：10 ，插入损耗为0.5dB/10.5dB，结合现场实际线路距离及现场拟建点位，经测算可接入20个卡口节点。最终综合考虑建设成本及监控效果，实际接入EPON卡口15处，星光球机12处（部分球机与卡口设备同杆建设）。

通过与地方交警卡口系统对接，最终实现了共管，极大的提升了道路及用户园区的安全性。

6. 结束语

伴随大量终端用户的宽带接入需求，PON 技术在众多领域得到广泛应用，发挥着非常积极的作用，光纤接入和高宽带已成为接入网的发展趋势。目前，基于 PON 技术的接入网技术已经取得了比较显著的成果，日后也将有更多应用搭载于PON网络之上，不断推动信息化技术发展并提升用户体验。

参考文献

[1]韦乐平 三网融合的思考[J].电信科学,2010.

[2]黄磊 PON技术及其在某天网工程中应用 低碳世界，2017，No.4 :43-44.

[3]成雨哲. 基于PON 技术的接入层通信线路设计[D]. 哈尔滨理工大学,2013.