【优秀论文文献】基于wimax的无线视频监控系统

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武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心 李 攀 周凤星
【摘要ｌ
平安工程中的视频监控点分布在城市的各个角落，部分
地区无法实现光缆的埋地敷设．必然会遇到。最后一公
里”的接入难题．采用无线技术进行视频监控信号的传
输就成为一种很好的选择．ｗｉＭＡｘ系统的无线传输特
性．可以保证视频流的传输质量．使监控系统在接入层
的部署更为快速，简便．本文探讨的ＩＰ智能监控解决方
案．采用ＷｉＭＡＸ宽带无线接入．基于ＩＰ的交换，视频．
存储等多维技术的融合．让监控变得简单．
【关键词】
ＷｉＭＡＸＩＥＥＥ８０２．１６无线视频监控
传统的视频监控系统基本都是定点监控．受制于硬件
及传输线路的连接．虽然利用现有的移动通信网络（ＧＳＭ
网络．ＧＰＲＳ网络．ＣＤＭＡＩＸ网络）．可以传输话音、数
据和视频．实现移动监控，但是普遍存在传输速率不高．传
输图像不稳定和传输的信息存在安全漏洞等问题。本文研
究了基于ＷｉＭＡＸ的无线视频监控系统的组网与应用，利
用其良好的非视距特性和高带宽，可以满足复杂城市环境
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ＤＩＧＩＴｃｗ绷艟
中的传输要求．能够很好地解决在对环境要求比较苛刻．
不易敷设线缆地方的视频监控．比如应急监控．工程现场，
旅游景点等。
一、ＷｉＭＡＸ系统概述及网络体系
结构
ＷｉＭＡＸ是一项基于ＩＥＥＥ８０２．１６空中接口标准的
宽带无线接入城域网（ＢＷＡＭＡＮ）技术。２００７年１０月，
国际电信联盟（ＩＴＵ）已批准ＷｉＭＡＸ宽带无线接入技
术为移动设备的全球标准，是继ＷＣＤＭＡ．ＣＤＭＡ２０００，
ＴＤ—ＳＣＤＭＡ后全球第四个３Ｇ标准。
Ｗ试脚（系统的通信实体包括移动用户台（ＭＳＳ）．接
入服务网络｛ＡＳＮ）、连接服务网络（ＣＳＮ）和应用服务提
供商（ＡＳＰ）网络或者因特网。有关非漫游模式端到端参
考模型如图１所示。
ＡＳＮ作为一个逻辑实体，它的功能是管理ｌＥＥＥ８０２．１６
　万方数据
ＳｐｅｃｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
专题技术
空中接口，为Ｗ懈用户提供无线接入，由基站（ＢＳ）和
ＡＳＮ网关构成。ＡＳＮ网关是ＢＳ和ＣＳＮ通信的管理通信实
体。ＡＳＮ作为ＷｉＭＡＸ系统的接入网．为ＷｉＭＡＸ用户提
供无线接入。
ＣＳＮ是一套网络功能的组合．为ＷｉＭＡＸ用户提供珀
连接。ＣＳＮ包含许多功能实体．例
如路由器、ＡＡＡ代理或者服务
器．用户数据库、互联网关等等。
协议接口位于两组功能之间．
两组功能则分别位于协议接口两
侧的功能实体中，协议接口两侧
的网络实体通过标准的协议接口
上的协议实现互操作。图１标识了
非漫游模式端到端模型定义的主
要接口。
二、ＷｉＭＡＸ系统采
用的关键技术｛
ＷｉＭＡＸ技术是新一代宽带无线接入技术，通过接入
核心网从而提供业务。与之前的宽带无线接入系统相比．
它的优势来源于所采用的空中接口技术．其技术优势可简
要概括为以下几点：
ｏ无线信号传输距离最远可达５０ｋｍ。
０能提供的最高接入速率是７０Ｍｂ／ｓ。
ｏ支持固定．游牧．便携和全移动多种场景。
ｏ基站对信道资源进行集中管理。实现了空口的ＱｏＳ
管理。
Ｗｉ眦采用了以下技术．使其优势得以充分的展现。
（１）ＯＦＤＭ《正交频分复用）多载波传输技术。它具
有频谱效率高．带宽扩展性强、抗多径衰落．频谱资源灵
活分配．实现ＯＦＤＭ技术较简单等优点。
（２）ＭｍＩｏ（多进多出）技术可以在不消耗额外空口
资源的基础上成倍地提高系统容量和频谱效率。
ｆ３）采用ＡＭＣ（自适应调整编码）作为基本的链路自
适应技术对调制编码速率进行选择。
三、ＷｉＭＡＸ在视频监控中的实际
应用
ＷｉＭＡＸ技术提供了灵活的ＱｏＳ机制，可以根据不同
的业务需求和特性配置不同的Ｑｏｓ策略，包括语音．视频
及互联网接入等，即保证了网络带宽的稳定性．同时又可
以有效地利用网络资源。ＷｉＭＡＸ网络承载包括两部分：无
线承载和Ｐ传输承载。无线承载通过ＩＥＥＥ８０２．１６的机制提
供端到端的ＱｏＳ服务，Ⅲ传输承载则采用ＤｉｆｆＳｅｒｖ和ＭＰＬＳ
等口网络的技术来保证ＱｏＳ。典型的Ⅲ智能监控解决方案
拓扑如图２所示。
图二 无线接入祝频监控解决万案绀网图
在实际组网中，根据视频监控点分布的位置，结合可
安装ＷｉＭＡＸ无线接入基站的机房资源．数据网络节点的
分布情况以及可用频率资源情况．选择合适的站址设立
ＷｉＭＡＸ中心站（基站），各监控点作为无线接入的远端站，
通过和基站问的空中链路实现和中心基站的连接，中心基
站通过１００Ｍｂ／ｓ端口接入ＩＰ承载网．这样各监控点的数据
通过ＷｉＭＡＸ无线接入的方式经过中心机房汇聚后接入监
控中心。
ＷｉＭＡＸ无线视频监控系统主要由视频采集前端系统．
无线传输系统、监控中心和远程监控四个部分组成。
由摄像头．监听头，对讲设备、报警探头和编解码器
等组成．其中的编解码器采用的是Ｈ３Ｃ的设备。当前端到
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∞∞．∞蠡字置信世再６１
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专题
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ＳｐｅｃｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
中心站的带宽足够，允许中心站存储时．前端配置ＥＣ编码
器；当带宽有限无法实现中心站存储时，采用支持前端存
储的ＥＣＲ编码器；当前端需要解码还原图像时，通过加装
的ＤＣ解码器，可以实现图像的现场查看。
ＥＣ编码器支持接入摄像头和监听的视音频信号．并将
其转换压缩为数字信号传送到监控中心。ＥＣ支持移动帧测
报警，支持通过ＲＳ４８５口对云台．球机的控制．支持接入
对讲设备和报警输入输出设备，满足视频监听．云台控制．
对讲和报警接收联动的基本需求。同时支持本地缓存．当
网络故障时可以保存图像信息。
ＥＣＲ编码器同样支持接入摄像头和监听的视音频信
号，并将其转换压缩为数字信号传送到监控中心。ＥＣＲ支
持通过ＲＳ４８５口对云合、球机的控制，支持接入对讲设备
和报警输入输出设备。内置最大８个盘位和支持ＲＡＩＤ５的
ＮＡＳ盘阵，可以提供高可靠的本地存储，ＥＣＲ还可以为局
域网环境下的其他ＥＣ编码器提供ＮＡＳ存储服务，通过ＥＣ
编码器扩展ＥＣＲ的编码能力。
ＤＣ编码器用于接收中心站指令，将系统中任何一路
编码的图像解码还原成模拟的视频音频信号接入现场电视
机或者其他影像设备．用于展示实时视频信息或视频指挥。
所有编毹码器都可以被监控中心的集成监控中心主机
统一配置．认证和网管。
通过ＷｉＭＡＸ的远端站ＣＰＥ（客户端设备），将前端系
统采集到的视频等数字信号处理为射频信号后发往基站．
再由基站通过以太网或光纤传输到视频监控中心统一监视．
管理。
由于无线传输信道的开放性．使得ＷｉＭＡＸ系统必须
具有很好的安全机制保证网络的安全性。ＷｉＭＡＸ安全规
范的核心基于ＭＡＣ层协议栈的安全子层．大部分的算法
和安全机制都以ＭＡＣ控制信息的形式存在于此。ＷｉＭＡＸ
可以自由地选取工作在７层模型中更高层（如网络层．传
输层、会话层等）上的安全机制．这些机制包括ＩＰ安全
（ＩＰＳｅｃ）协议．传输层安全（ＴＬＳ）协议和无线传输层安全
（ＷＴＬＳ）协议。该子层提供接入控制，通过电子签名的双
向设备认证机制，并且应用密钥变换进行加密以保证数据
传输的机密性。当两个设备建立连接，协议发挥了确保机
密性和认证设备的作用。
监控中心的核心设备包括集成监控中心主机和集成监
控中心辅机。作为整个系统的核心管理服务器，可以对前
端和中心所有的编解码器进行统一配置．认证和网管．对
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所有用户访问进行统一认证，对报警．云台控制．解码输
出控制的输出指令进行接收．转发和联动处理。主机内置
防火墒功能可以杜绝恶意入侵，保障系统信息安全。
集成监控中心主机作为整个系统的Ｗｅｂ服．务器为用户
提供Ｗｅｂ客户端访问服务，通过Ｗｅｂ客户端可以实现对前
端编解码器的统一配置和网管，还可以接收解码前端编码
器传输过来的数字视音频信号，实现图像语音监视监听．
图像查询回放．报警接收等功能。Ｗ曲客户端还可以通过
主机发送指令给中心解码器解码输出视频信号上电视墙，
实现数字矩阵的功能。集成监控中心主机配合辅机可以作
为ＮＶＲ网络视频录像机使用，主机和辅机均可以接收指定
编码器传送上来的视频存储流，内置的８个盘位ＮＡＳ存储
空间可以提供高质量的存储服务，同时提供ＲＡＩＤ５保护。
主机内置了丰富的人机界面接口可以接入显示器，监
视器、专业键盘和鼠标，方便监控中心操作人员直接在主
机上监视、控制远程图像，并通过中心的视音频采集通道
和对讲通道实现和现场人员的可视对讲．广播。
远程监控中心可以通 过Ｗｅｂ客户端访问控制中心的主
机，在授权范围内实现基本视频功能．同时还可以通过远
程监控中心配置实现二级监控。
四、结束语
与传统有线视频监控系统相比，采用ＩＥＥＥ８０２．１６技术
标准，基于ＷｉＭＡＸ宽带无线接入的视频监控系统具有高
带宽．非视距．覆盖范围广等优点．突破了传统视频监控
系统中有线传输的限制．实现了”最后一公里”的无线接
入．有利于在光纤不易铺设的地方快速架设．组网。一
Ｉ
参考文献见ＷＷＷ．ｄｃｗ．ｏｒｇ。ｃｎ
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