丰富多样的前端接入

王军

在模拟监控时期，前端摄像机的输出接口千篇一律都是BNC，单一的接口使组网受到极大限制。在步入到信息时代的网络监控时期，前端摄像机的输出接口千篇一律的几乎都是RJ45，宇视科技在秉承深厚网络积累的基础上，贴近客户需求推出了丰富多样的前端接入产品与解决方案，前端摄像机/ 编码器无需借助第三方设备即可进行千变万化的组网，满足各行各业的实际需求。

以太光网络接入

随着铜缆等金属价格大幅上涨，继续使用金属等线缆作为海量的接入资源成本日渐走高，另一方面光纤光缆和光收发模块的价格却逐步降低，在“光进铜退”大趋势下，前端摄像机/ 编码器支持以太网光接口也是水到渠成。宇视科技是业界首家在前端网络摄像机/ 编码器上支持SFP 光口，勿需借助光电收发器就能解决在长距离下视频数据的回传，省去光电收发器减少单点故障，易于维护。典型的以太光网络接入拓扑如下图：

EPON光网络接入

光纤接入从技术上可分为两大阵营： 有源光网络(AON，Active Optical Network) 和无源光网络(PON，Passive Optical Network)。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，提高系统可靠性还能节省运维成本，是运维护部门期盼已久的技术。PON 的业务透明性较好，理论上可承载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。在各种PON 技术之争的过程中，EPON 脱颖而出，率先进入大规模商用阶段，这得益于EPON 融合了多种最佳技术和网络结构。宇视科技创新性的把EPON 技术引入到前端摄像机和编码器中，利用EPON 技术可以衍生出星型或总线型等诸多千变万化的组网，如下所示：

EPON总线型组网图

EPON星型组网图

EPON系统的优势：

■TCO 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，多个终端设备接入时只需占用一个局端设备端口；
■能提供高带宽。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平滑升级到10Gbps；
■提供高安全性的前端接入；

在常见的以太网中，对物理层和数据链路层安全性考虑甚少。以太网自身没有认证或安全机制，理论上一个以太网端口可以接入任何一台终端设备。而EPON则不然， 不是所有的终端设备都能随意的接入到EPON 网络，需要对终端设备的身份进行认证，只有合法的终端设备才能接入到EPON 网络中去。即使是经过合法认证接入后的设备，其通信过程启用了128位的AES 加密或者48 位的三重搅动加密，形成端到端的加密通道，而且各个终端设备的密钥都不同，每10 秒更新一次，其时间周期远远小于密钥破译所需时间，具有很高的安全性。

EPON的适用场景：

■平安城市中的高安全性接入
在平安城市的部署中，由于其安全性因素，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。

■在高速公路中的高可靠性接入
在高速公路的应用场景下，业界通用的方案是选用光端机采取手拉手的组网方案，此方案需要对光端机供电，而高速公路上供电稳定性无法保障，如果出现一台光端机设备掉电，则会导致后面所有节点的视频监控数据都无法回传，可靠性很差。

宇视科技创新性的把总线型分光模式引入到高速公路监控解决方案中，利用宇视科技独创的EPON 长距离传输技术，突破EPON 技术标准中20 公里限制，延伸一倍达到40 公里。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。而分光器是无源设备，根本无需考虑掉电风险。如下图所示：

RRPP（Rapid Ring Protection Protocol，快速环网保护协议）接入

环网技术简单而言，就是将设备连接到一起构成环状，实现相互通信的一种技术。为避免环网中产生广播风暴，最初业界普遍采用STP 协议环路保护机制。但实际应用中STP 协议的收敛时间受网络拓扑影响较大，在网络直径大时收敛时间较长，无法满足视频流传输的要求，迫切需要一种故障时收敛时间短的环网技术，故障切换时对视频图像基本无影响，RRPP 技术应运而生。RRPP 能为二层以太网络提供高可靠性的服务质量保证，可以防止环路上的广播风暴，链路故障时可以提供小于50ms 的快速收敛，基本不影响视频图像的连续性。

RRPP环网优势：

■每个节点都有双链路上行，并具环网保护机制
环网拓扑下，编码器为双端口接入，在一个端口down的情况下，依然可以保证数据的有效传输，对端口的光电属性无要求，可以是光电接口混合组网。

■环网拓扑避免了SRG(SharedRiskGroup共享风险组) 问题
环网拓扑下的网络由于节点间的光纤分别走不同的管道，不会存在SRG的问题。

■RRPP环网提供了50ms的快速保护倒换能力
RRPP是一个专门应用于以太网环的链路层协议，它在以太网环中能够防止数据环路引起的广播风暴；当以太网环上一条链路断开时，能迅速启用备份链路以恢复环网上各个节点之间的通信通路。和STP协议相比，RRPP协议具有拓扑收敛速度快和收敛时间与环网上节点数无关的特点。

■低成本的高可靠性接入方案
RRPP环网接入只需要2芯光纤即可完成环网的搭建，适用于光纤资源紧缺，核心设备端口资源紧张，要求成本控制，要求高可靠性的场景。

普通长距离以太网

无论是10Base-T和100Base-TX标准， 还是1000Base-T标准，都明确规定最远传输距离为100米。在综合布线规范中，也明确要求水平布线不能超过90米，链路总长度不能超过100米。也就是说，100米对于双绞线承载以太网而言是一个极限。为什么要规定100米的传输极限呢？原因有如下几个方面：

■信号在双绞线中传输时，由于电阻和电容的原因而导致信号衰减或畸变。累积的信号衰减将不能保证信号稳定传输。

■信号在导线传输过程中既会产生彼此之间的相互干扰，也会受到外界电磁波的干扰，当背景噪声过大时，误码率也将随之而增高。

■以太网络所允许的最大延迟为512比特时间（1比特时间=10纳秒）。也就是说，从信号发送到最后得到确认的时间差不能超过512比特时间，否则，将认为该信号在传输途中丢失，没有到达目的地。因此，最大延迟时间也在很大程度上制约着双绞线长度。

■根据IEEE802.3标准要求，网络设备和网卡端口的PHY芯片只保证驱动100米的铜缆，对更远的传输距离则不作硬性要求。

另一方面，在实际工程上总有部分点位距离是超过100米，目前业界常用的方案是采用光电收发器，该方案会增加后期的维护成本，且额外引入故障点，对整个监控系统的健壮性有一定的影响，并且还无法做到随路供电，能否在保持现有状态不变的前提下，突破100米距离限制并随路供电？宇视科技积极响应用户需求，通过严格的器件选型、缜密的电路设计来确保安防领域线路施工工程的便利性，具体采用如下方法：

■通信行业专用PHY芯片驱动能力和接收灵敏度更强

■定制变压器，特殊绕线工艺的转换灵敏度更高，可容纳的驱动电流更大

■PCB设计阻抗精准控制，电磁干扰小，信号保真度高

宇视科技采用如上技术，可以在普通超五类线下回传视频数据信号达到300米的距离，并且同时还能进行随路供电。

双链路上行组网

安装在重要点位的编码器，对可靠性很高，宇视科技在基于高质量元器件以及高稳定IMOS软件的基础，还考虑到链路级的冗余备份机制。如下图所示，当一条链路故障或者一台上行交换机故障或异常断电，视频流量能自动的迁移到另外一个网口或者链路上，视频监控流量不受影响。