宇视科技

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，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。