專利名稱：基于epon的模塊化監控終端設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及光接入網、安防監控、工業控制等領域，特別是涉及一種遠程監控多網融合 終端設備。
背景技術：
在工廠企業、智能建筑、家庭網絡等眾多的企業和行業應用領域，普遍存在遠程視頻監 控、遠程過程控制及抄表傳送、寬帶數據接入等多種業務應用需求。 一般的弱電系統都是由 通信與網絡系統、安防系統、設備監控系統等各自獨立的系統組成，很難滿足智能化系統集 成的要求，無法做到"統一規劃、統一施工、統一維護"。
EP0N (以太網無源光網絡)技術在寬帶多業務接入方面具有巨大優勢，它網絡結構簡單， 支持多種拓撲組網方式，具有強大的業務策略和完善的線路運維技術，可以實現多業務統一 維護管理，可以以較低的成本建設可運營、可管理的多網融合的業務網絡。
IP (因特網協議)技術已經廣泛應用于安防監控、工業控制等領域。在全國各地的平安 工程中，基于IP技術的端到端網絡視頻監控路線已經成為主流模式，基于EPON的視頻監控 平臺也己經有眾多應用案例。在視頻監控方面的應用，EPON技術明顯優于xDSL (數字用戶線 路)和點對點技術。在工業控制領域，過程控制系統的發展經歷常規儀表控制系統、集中式 控制系統、分布式控制系統、現場總線控制系統等幾個階段，正在逐步跟IP技術融合，以網 絡控制模式逐步取代傳統的集散控制模式。若采用EPON光纖接入網作為控制系統的承載通 道，將有助于建成一個開放的、標準的、可擴展的控制系統。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基于EPON的模塊化監控終端設備，本設備基于 EP0N技術，采用模塊化設計，適用于行業和企業領域中，需要提供遠程視頻監控、遠程抄表 傳送及過程控制和寬帶數據接入等綜合業務應用的場合。
本發明解決其技術問題采用以下的技術方案本發明包括包括機箱、0NU模塊、音視頻 編碼模塊、控制協議網關模塊，0NU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊均插入機箱 上的插槽，0NU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊分別提供對外接口， 0NU模塊還外 接EPON設備，ONU模塊通過網絡接口為音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊提供傳送功能。
本發明主要有以下優點
其一、本設備多業務應用一體化設計，集成EP0N接入、IP音視頻監控、控制協議轉換 等功能，適用于行業和企業領域中，需要提供遠程視頻監控、遠程抄表傳送及過程控制和寬 帶數據接入等綜合業務應用的場合。
其二、本設備釆用模塊化設計，保證不同應用場景的靈活組網；模塊化設計方式還使得 設備功能擴展和功能升級都相對更容易。
其三、本設備采用EPON技術實現寬帶接入，全面符合EPON相關的國際標準和國內中國電信等企業/行業標準，可以與公網和專網部屬的EPON OLT (光線路終端)設備互連互通。
其四、本設備集成IP音視頻編碼功能，音視頻編碼壓縮格式滿足H. 264/MPEG/G. 7xx等 標準，編碼功能完善，基于EP0N傳輸可以保證圖像分辨率達到Dl格式(分辨率為720X576)， 音視頻數據集中存儲和管理，滿足大規模視頻監控系統的要求。
其五、在各地的平安城市等應用中，IP視頻監控和基于EPON的接入已經成為主流應用。 本設備集成音視頻編碼功能，比單獨的0NU (光網絡單元)設備和單獨的IP視頻編碼設備的 應用，從性價比、可維護性等方面更有優勢。
其六、IP技術正逐步應用于工業控制領域，本設備集成控制協議轉換模塊，可以實現遠 程過程控制及抄表傳送等功能。本設備用于智能建筑、工廠企業等控制領域可以將網絡與通 信系統、安防系統、過程控制系統等統一到一個平臺，集成管理系統的實現也更容易。可以 實現以太網與串口 (如RS422/485、 RS232)和I/O (輸入輸出)模塊之間的數據協議轉換， 實現遠程抄表和過程控制功能。
其七、本設備集成完善的網絡管理功能。本發明基于O扁(操作管理維護)、SNMP (簡單 網絡管理協議)遠程網絡管理和WEB (網絡)本地管理；支持PPPoE (以太網點到點協議)、 IPoE (以太網IP協議)或靜態IP等寬帶接入應用方式。本發明在設備網管系統和業務管理 系統的支撐下，可以大規模組網應用，并實現對設備和業務的遠程訪問管理功能。
其八、本發明的設計充分考慮工程應用情況，機箱提供IIC (集成電路互聯總線)環境 變量監控接口， DC (直流電)12V供電，支持外接后備電池續航。
總之，本設備在集成度、可靠性、可維護性、可服務性方面，都具有明顯的優勢。本發 明多個系統統一平臺，具有廣闊的應用前景。


圖l是本發明設備功能框圖。
圖2是0NU模塊原理框圖。
圖3是音視頻編碼模塊原理框圖。
圖4是控制協議轉換模塊原理框圖。
圖5是本發明設備軟件架構圖。
具體實施例方式
本發明集音視頻編碼壓縮、控制協議轉換和數據傳輸為一體，主要功能是提供寬帶數據 接入，然后將音視頻信號、工業控制數據封裝為IP數據包，通過EPON接入網絡傳送到指定 的目的地址。因此本發明是一種多網融合終端設備。本發明須提供多種聯網接口寬帶數據 接口，如百兆以太網接口；音視頻監控接口，包括音視頻輸入/輸出接口、聯動報警I/0 (輸 入輸出)口、云臺攝像機控制接口 (RS422/485);工業控制接口，包括多路差分或單端模擬 量采集/輸出接口、多路數字量輸入/輸出接口、 RS485/232控制接口。
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步說明。
如圖1所示，基于EPON的模塊化監控終端設備，各模塊均位于機箱內。機箱可采用小型 盒式機箱。本終端包括ONU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊。機箱上提供上中下
43個插卡槽位。0NU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊均插入機箱上的插槽。ONU模 塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊分別提供對外接口，以實現聯網功能。聯網功能主 要實現本發明設備與外圍終端設備之間的連接，比如寬帶上網接口由ONU模塊提供，視頻監 控接口由視頻編碼模塊提供，模擬量和數字量的輸入輸出接口由控制協議網關模塊提供。
ONU模塊上聯EPON 0LT，以實現EPON寬帶接入功能。0NU模塊還通過網絡接口為音視頻 編碼模塊、控制協議網關模塊提供傳送功能。如圖2所示，ONU模塊包括快速以太網接口、 以太網交換芯片、內嵌處理器的ONUMAC (介質訪問控制)芯片、0NU光模塊、存儲器和電源 電路。
在EP0N系統中，為實現點到多點的雙向傳輸，必須使用突發模式千兆光收發合一模塊。 在0LT側，光模塊下行方向采取1490nm CW (連續波)發送模式(采用DFB，即分布反饋式激 光器；或者FP，即法布里-珀羅激光器)，上行方向采取1310nm突發式接收模式(采用PIN， 即P區和N區之間夾一層本征半導體的光電二級管；或者APD,即雪崩光電二極管)。在ONU 側，下行方向采用1490nm CW接收模式(采用PIN或者APD)，上行方向采用1310rnn突發式 發送模式(采用DFB或者FP)。
本發明的ONUMAC芯片能完成IEEE (國際電氣與電子工程師協會)802. 3—2005規定的 MPCP (多點控制協議)等協議轉換，選用的MAC芯片及其固件完全符合中國電信EPON設備技 術要求V2.1，支持CTC (中國電信)V2.10AM及其擴展，支持CTC規定的多種DBA (動態帶 寬分配)算法，可以與支持CTC V2. 1標準的EP0N設備互連互通。
具體而言，0而MAC芯片通過GMII (千兆媒體無關)接口接至以太網交換芯片，以太網 交換芯片通過雙絞線接至網絡變壓器，網絡變壓器與前面板的2個FE (快速以太網)接口、 背板的2個FE接口相連。背板的2個FE接口分別接至音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊 相應的網絡接口，從而實現遠程視頻監控、控制協議數據的IP包傳送。前面板的2個FE接 口對外提供寬帶上網接口。
ONU MAC芯片通過SerDes (串型器/解串器)接口接至ONU光模塊，ONU光模塊接至EPON 設備。ONU MAC芯片還通過控制信號線與ONU光模塊相連接。本發明的SerDes接口由ONU MAC 芯片內部集成的SerDes芯片提供，可以直接連接LVPECL (低電壓射級耦合)接口電平的ONU 光模塊，在光模塊的突發控制上，兼容低電平或高電平開啟的光模塊。本發明的ONU模塊支 持lOOOBase-PX20 (以太網千兆單模光纖，至少支持20km)的物理接口，完全適用于公網和 專網建設的EPON網絡。
O而MAC芯片還通過存儲總線接至存儲器，存儲器可采用SDRAM (同步動態隨機存取存儲 器)和Flash (閃存)存儲器。電源電路為ONU模塊提供電源轉換的功能。ONUMAC芯片可采 用頻率為125M的時鐘電路，并接有邏輯電路、指示燈。ONUMAC芯片還通過IIC接口接至IIC
通道擴展，nc通道擴展分別接至為前面板和背板的nc接口。背板的nc接口和音視頻編
碼模塊、控制協議網關模塊的IIC接口相連。前面板的IIC接口對外提供IIC環境變量監控端口。
如圖1所示，ONU模塊提供核心功能，包括地址功能，主要實現各業務模塊IP地址的
5獲得，支持PPPoE、 IPoE或靜態IP等寬帶接入應用方式；QoS (服務質量)功能主要實現多 業務流的分級處理及轉發；安全功能主要防止外部網絡對設備的非法訪問以及對各業務系統 的非法接入；遠程管理功能主要實現對設備和業務的遠程管理和控制，其中0AM負責EP0N接 入模塊功能的管理，SNMP負責其他業務模塊功能的遠程管理；WEB本地管理功能主要實現設 備的本地登錄管理和控制。
音視頻編碼模塊完成音視頻編碼，實現遠程音視頻監控，并提供報警聯動功能。如圖3 所示，音視頻編碼模塊包括媒體處理器、視頻編碼模塊、視頻解碼模塊、音頻編碼模塊。媒 體處理器還接至電源電路和存儲器，電源電路為音視頻編碼模塊提供電源轉換功能，存儲器 可以為Flash存儲器和SDRAM存儲器。音視頻編碼模塊還包括時鐘、復位邏輯電路、指示燈。
媒體處理器還通過ITU-656 (ITU指國際電信聯盟)接口和IIC接口接至視頻編碼模塊， 視頻編碼模塊接至模擬視頻輸入接口，該接口采用BNC形式，即同軸電纜卡環形接口。
媒體處理器通過ITU-656接口和IIC接口接至視頻解碼模塊，視頻解碼模塊接至模擬視 頻環回輸出接口，該接口也采用BNC形式。
媒體處理器通過IIS (內部集成電路音頻)接口接至音頻編碼模塊，音頻編碼模塊接至 音頻輸入接口 (MIC)。
媒體處理器通過總線接至NIC (網卡)，NIC再接至背板提供的一個FE接口， FE接口接 至0NU模塊的一個背板FE接口 。
媒體處理器通過IIC總線接至IIC緩沖，最后接至背板IIC接口，該接口與ONU模塊的 背板IIC接口相連。
媒體處理器通過UART (通用異步收發器)接口接至RS485 (或RS422)端口， RS485 (或 RS422)端口對外提供云臺攝像機控制接口。
媒體處理器通過GPIO (通用輸入輸出)接口接至光電隔離器，光電隔離器對外提供告警 聯動接口。
媒體處理器支持H.264/MPEG (動態圖像專家組)/G. 7xx的音視頻編碼壓縮格式，基于 EPON傳輸可以保證圖像分辨率達到Dl格式。媒體處理器還內置iSCSI (互聯網小型計算機系 統接口)模塊，可通過iSCSI協議在EP0N網絡上傳輸音視頻數據并保存至局端IP網絡存儲 系統中，從而實現音視頻數據的集中存儲和管理。
控制協議網關模塊實現以太網與串口 (如RS422/485、 RS232通訊接口)和1/0模塊之間 的數據協議轉換，實現遠程抄表和過程控制功能。如圖4所示，控制協議網關模塊包括CPU, CPU與外存儲器、網關電源電路均相連。CPU還外接有RS422/485接口、 RS232接口、數字量 輸出接口 、數字量輸入接口 、模擬量輸出接口 、模擬量輸入接口 ；控制協議網關模塊內置TCP/IP 協議棧，能實現以太網與串口和1/0模塊之間的數據協議轉換。
控制協議網關模塊的模擬量輸入接口可配置為2路差分或4路單端輸入。模擬量輸入接 口依次通過多路選擇器、抗混疊濾波電路和模數轉換模塊ADC、用于模擬量輸入的光電隔離 器接至CPU。各輸入通道可以接收土10v或士20mA信號，分辨率為16bit，采集精度優于滿量 程的0.02%，采樣速率達800次/s (總共)，足以勝任工業現場中通用電壓、電流控制信號的采集。
控制協議網關模塊的模擬量輸出接口為4通道，分為兩組。CPU依次接有用于模擬量輸 出的光電隔離器、兩個相同的數模轉換模塊DAC、與每個DAC相接的OP (運算放大器)輸出 接口和V/1 (電壓/電流)輸出接口。模擬量輸出接口的分辨率為12bit，各通道可單獨配置 為0 10V輸出或0 20mA、 4 20mA輸出，具備設定上電安全輸出值功能。此外，模塊還包 含4通道的數字量輸入接口、 4通道的數字量輸出接口。 CPU通過用于數字量輸出的光電隔離 器接至數字量輸出接口，數字量輸入接口通過用于數字量輸入的光電隔離器接至CPU。
CPU還通過用于本模塊的網卡提供一個FE端口，該FE端口位于背板，與ONU模塊的另 一個背板FE接口相連。CPU通過用于本模塊的IIC緩沖器提供IIC端口，該IIC端口位于背 板，與ONU模塊的背板IIC接口相連。CPU通過電氣隔離器接至RS422/485接口。 CPU通過電 平轉換器接至RS232接口。外存儲器可以為Flash存儲器和SDRAM內存。電源電路提供電源 轉換的功能。此外，CPU還接有EEPROM (電可擦可編程只讀存儲器)和看門狗電路。本模塊 也包含時鐘、復位邏輯電路、指示燈。
由于控制協議網關模塊整合了各種類型信號的采集，使得控制協議網關能夠為需要少量、 多種數據采集控制功能的應用場合提供單模塊的完整解決方案。模塊內部實現TCP (傳輸控 制協議)/IP協議棧，可以完成以太網與串口 (RS422/485， RS232)和I/O模塊之間的數據 傳輸，輕松實現設備間的互聯。這些設備可以為PLC (可編程控制器)、DCS (集散控制系統)、 HMI (人機界面)和各類儀器等。
本終端采用12V直流電供電，支持外接后備電池續航。
硬件平臺上的設備軟件架構圖如圖5所示。其軟件設計從最底層到最高層分為設備驅動 (包括ONU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊的驅動)、Linux嵌入式操作系統、基 礎支撐層、業務處理層和用戶操作界面。基礎支撐層在底層驅動和操作系統之上，封裝抽象 硬件訪問接口和系統接口；業務處理層采用中間件設計，完成音視頻和控制業務處理；用戶 操作界面提供SNMP、 WEB、 CLI (命令行界面)等交互式管理接口。設備支持PPPoE、 IPoE或 靜態IP等寬帶接入應用方式，支持點播、組播等組網傳輸方式。軟件系統在設備和業務管理 平臺(提供對業務和網絡的管理)的支撐下，可以大規模組網應用，并實現對設備和業務的 遠程管理和控制功能。
權利要求
1.基于EPON的模塊化監控終端設備，其特征在于包括機箱、ONU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊；ONU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊均插入機箱上的插槽；ONU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊分別提供對外接口；ONU模塊上聯EPONOLT設備，通過網絡接口為音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊提供傳送功能。
2. 根據權利要求l所述的監控終端設備，其特征在于ONU模塊包括快速以太網接口、 以太網交換芯片、內嵌處理器的ONU區C芯片、ONU光模塊，ONUMAC芯片通過以太網交換芯 片接至快速以太網接口， ONU MAC芯片通過ONU光模塊外接EPON設備。
3. 根據權利要求1所述的監控終端設備，其特征在于音視頻編碼模塊包括媒體處理器、 視頻編碼模塊、視頻解碼模塊、音頻編碼模塊；媒體處理器通過音頻編碼模塊接至音頻輸入 接口，媒體處理器通過視頻編碼模塊接至模擬視頻輸入接口，媒體處理器通過視頻解碼模塊 接至模擬視頻環回輸出接口，媒體處理器還接有云臺攝像機控制接口、告警聯動接口；媒體 處理器支持H. 264/MPEG/G. 7xx的音視頻編碼壓縮格式，內置iSCSI模塊。
4. 根據權利要求1所述的監控終端設備，其特征在于控制協議網關模塊包括CPU, CPU 外接有RS422/485接口、 RS232接口、數字量輸出接口、數字量輸入接口、模擬量輸出接口、 模擬量輸入接口；控制協議網關模塊內置TCP/IP協議棧，能實現以太網與串口和I/0模塊之 間的數據協議轉換。
5. 根據權利要求1 4中任一項所述的監控終端設備，其特征在于本終端采用Linux 嵌入式操作系統，基于0細、S麗P遠程管理和WEB本地管理，支持PPPoE、 IPoE或靜態IP的 寬帶接入應用方式。
6. 根據權利要求1 4中任一項所述的監控終端設備，其特征在于本終端的機箱提供 IIC環境變量監控端口，采用12V直流電供電，支持外接后備電池續航。
7. 根據權利要求2所述的監控終端設備，其特征在于PON接口釆用1000Base-PX20。
全文摘要
本發明提供了一種基于EPON的模塊化監控終端設備。本發明包括機箱、ONU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊；ONU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊均插入機箱上的插槽；ONU模塊、音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊分別提供對外接口；ONU模塊上聯EPON OLT設備，通過網絡接口為音視頻編碼模塊、控制協議網關模塊提供傳送功能。本設備集音視頻編碼壓縮、控制協議轉換和數據傳輸為一體，適用于行業和企業領域中，需要提供遠程視頻監控、遠程抄表傳送及過程控制和寬帶數據接入等綜合業務應用的場合。
文檔編號H04N7/26GK101651836SQ200910272128
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月18日 優先權日2009年9月18日
發明者葉勇剛, 吳廣生, 俊 李, 直 鄭, 灝 陳 申請人:武漢長光科技有限公司