【优秀论文文献】基于wimax技术的武警部队无线视频监控系统

【摘要】
本文通过分析ｗｉＭＡＸ技术特点及优势，介绍了基于
ｗｉＭＡｘ技术的武警部队无线视频监控系统．给出了该
系统的结构．组成和基本功能，并提出了系统建设中应
注意的主要事项。
【关键词】
ｗｉＭＡｘ ＩＥＥＥ８０２．１６ 视频监控 无线接八技术
陕西省武警消防总队 周蓉蓉
目前常用的无线接入技术包括ｗｉ—Ｆｉ、微波及ｗｉＭＡＸ
等。与其他技术相比．ｗｉＭＡｘ具有传输距离远．接入速
率高，带宽高等优点，可以保证视频流的传输质量．同时
使监控系统在接入层的部署更为快速．简便。本文结合武
警部队特点，提出了一种基于ｗｉＭＡｘ无线宽带接入技术
的监控系统设计方案，也适用于其他应急状态下组建监控
网络．并给出了系统建设中注意事项。
一、引言
二、ＷｉＭＡＸ系统及其应用
视频监控系统已广泛用于武警部队，有力提升了武警
部队的执勤备战能力。但武警部队驻扎范围广（如水坝．重
要仓库、矿产资源基地．桥梁、隧道等）．监控点分散且与
监控中心距离较远，利用传统有线网络的视频监控往往成
本高且难以实现，其次实时视频监控的需求越来越高，对
同一套系统的覆盖面和实施距离也提出了更高的要求。在
这些情况下．基于多种无线传输手段的移动视频监控体现
出了不可替代的优势。无线局域网和无线宽带接入技术．
可以将多个监控点和远端控制中心连接起来．能够在最短
的时间内快速建立起无线监控网络。
ｗ蝴是一项基于ⅢＥＥ８０２．１６标准的宽带无线接入
城域网（ＢｒｏａｄｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓＭｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎＡｒｅａ
Ｎｅｔ、ｊＩ，ｏｆｋ．Ｂｗ剐蛆ＡＮ）技术，它能提供面向互联网的高速
连接。ｗｉＭＡｘ技术具有较高的数据传输速率．最高可达
到７５Ｍｂ，ｓ；传输距离远．最大传输半径５０ｋＩｎ．其网络覆
盖面积是其他３Ｇ基站的１０倍。
ＷｉＭＡＸ网络体系结构如图ｌ所示．由核心网络．基
站．用户基站．接力站．用户终端设备及网管组成。通常
的ｗｉＭＡｘ系统包括一个基站和多个用户基站，也可以根
猢鹏鼓字通信世界６３
　万方数据
据需要设置若干个接力站．形成单点对多点或多点对多点
的体系结构。
（１）核心网络：ＷｉＭＡｘ连接的核心网络通常为传统
交换网或因特网。ｗｉＭＡｘ提供核心网络与基站间的连接
接口。
（２）基站：提供用户基站与核心网络间的连接．通常
采用扇形天线或全向天线，可提供灵活的子信道部署与配
置功能．并根据用户群体状况不断升级扩展网络。
（３）用户基站：属于基站的一种，提供基站与用户终
端设备间的中继连接，通常采用固定天线，并被安装在屋
顶上。基站与用户基站间采用动态适应性信号调制模式。
（４）接力站：通常用于提高基站的覆盖能力，即充当
一个基站和若干个用户基站（或用户终端设备）间信息的
中继站。
（５）用户终端设备：完成具体的应用功能．例如视频
监控。
（６）网管系统：用于监视和控制网内所有的基站和用
户基站．提供查询．状态监控、软件下载．系统参数配置
等功能。
武警部队所使用的视频监控系统，一般数百米内设一
个监控点，具有覆盖范围广．覆盖点多、质量要求高等特
点。目前．无线监控系统多使用基于ｗｉ—Ｆｉ的口无线监控
技术，其采用Ｉ髓Ｅ８０２．１１作为无线传输标准．传输距离仅
几百米；其数据传输率较低，Ｑｏｓ机制不够完整，这都限
制了Ｗｉ．Ｆｉ在武警部队中的应用。
ＷｉＭＡＸ的覆盖能力完全满足视频监控点的分布特点，
在一个ｗｉＭＡｘ基站覆盖范围内可存在多个连续设置的监
控点。同时．ＷｉＭＡＸ具有非视距传输的特性，可以满足
复杂环境中的传输要求。ｗｉＭＡｘ还可以作为有线网络接
入ｆＣａｂ】ｅ，ＤｓＬ）的无线扩展，方便地实现边远地区的网
络连接。
ｗｉ心采用面向连接方式．定义了完整的ＱｏＳ机制。
其ＭＡｃ层支持四种业务（非请求的宽带分配业务．实时轮
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Ｄ。ＧＩＴｃｗ舢鹏
询业务．非实时轮询业务．尽力而为业务）．向用户提供具
有Ｑｏｓ性能的数据．视频和语音服务，能够满足视频监控
所需的Ｑｏｓ要求。
采用ＩＥＥＥ８０２．１６ｄ标准工作在频分双工模式（ＦＤＤ）上
的ＷｉＭＡＸ．占用一对３．５ＭＨｚ频点，一个扇区可提供的上，
下行总带宽超过１５Ｍｂ／ｓ：每个ｗｉＭＡｘ客户端可提供最大
１０Ｍｂ，ｓ的吞吐量，能够满足各种带宽需求的监控要求ｊ按
照每个监控点ｌＭｂ／ｓ带宽需求。单个ｗｉＭＡｘ基站可支持
ｌＯ个左右的监控点视频传输需求。
三、基于ＷｉＭＡＸ的无线监控系统
武警部队无线监控系统由前端视频采集、网络传输及
视频信息管理三个子系统组成。前端视频采集子系统主要
用于信息监控：网络传输子系统以无线和有线方式完成监
控中心和前端视频采集的数据交换：视频信息管理子系统
主要完成视频信息的存储．转换．加密等。系统的整体结
构如图２所示．
前端视频采集子系统位于监控点，主要进行监控数据
的采集，包括无线摄像机，云台．解码器等设备。前端系
统的传输接入必须采用数字接入方式，在前端就将图像转
化成数字信号再传递到监控中心．以减少传输带宽。
本系统选用的无线摄像机是一种集视频压缩技术．网
络技术．嵌入式等多种先进技术于一体的数字摄像设备。
集成了镜头．光学过滤器，影像感应器，视频压缩卡．无
线网卡等设备，能够实现视频采集、视频压缩及无线网络
传输等诸多功能，这样无需计算机的协助便可独立完成监
控点的工作。无线摄像机有自己独立的ｍ地址，这样监控
中心及城域网上的用户使用标准的浏览器就可以根据口地
址对网络摄像机进行访问．观看实时图像和监测数据；授
．Ｔ
题羹！泓
专
　万方数据
ＳｐｅｃｉａＩＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
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权用户可以通过网管系统远程控制摄像机和云台镜头的动
作或对系统进行配置，从而可以对目标进行全方位的监控。
云台是安装和支撑摄像头的设备．分为固定云台和电
动云台两种。固定云台适用于监视范围不大的情况，在固
定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰角
度，达到最好的工作姿态后．只要锁定调整状态就可以
了。电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大
摄像机的监视范围，通过接收来自控制器的信号精确地运
行定位。
由于不同厂家的云台和控制设备所使用的协议都各不
相同，解码器主要用于中转控制端发出的数字信号。
网络传输子系统由ｗｉＭＡｘ客户端（ＷｉＭＡＸＣＰＥ）．
无线基站和ｍ承载网组成。ｗｉＭＡｘｃＰＥ作为ｗｉＭＡｘ网
络的无线客户终端，布设干监控点，使用小波束角定向天
线．完成与基站的数据相互交换。无线基站主要接入多个
ｗｉＭＡｘＣＰＥ设备．同时完成与Ｐ承载网的数据交换。单
个ｗ订儿～ｘ扇区站下可支持多个ｃＰＥ，每个ｃＰＥ负责接入
一个或多个视频监控前端。ｃＰＥ的射频模块将信号变频到
适宜的频率经天线发送到ｗｉＭＡｘ基站，实现对多个监控
点视频信号的汇聚。
视频信息管理子系统设在监控中心，主要由视频存储
服务器和监控管理服务器组成．完成视频信息的存储．管
理．查询．系统配置和实时监控等任务。监控管理服务器
为整个视频监控系统提供业务逻辑控制，完成监控中心的
视频图像切换或分发．对ｗｉＭＡｘＣＰＥ进行参数配置、实
时查看指定点监控信息，它是视频监控的核心业务实现平
台。数据库服务器完成视频监控信息的存储．管理与备份，
并为局域网的其他服务器和授权用户提供历史数据浏览．
检索等服务。
当视频信息传送到监控中心后，监控管理服务器首先
对视频信息进行分析．判断是否是授权用户所需要实时浏
览的监控信息，如果是则将其转发至指定用户，例如电视
墙或者网内其他用户，同时将视频信息传送至视频存储服
务器进行归档管理。同时，监控管理服务器接收管理人员
的管理指令，并将指令发送至指定的ｃＰＥ设备，进行监控
点参数配置等工作Ｉ见图３）。
四、系统建设时的注意事项
系统在建设和使用过程中还需要注意以下四点．以确
保系统的顺利应用。
专题技术
图３ 视频信息管理子系统
《１｝基站选址。应根据业务分布实际情况，选择业务
密集区中心的制高点（某铁塔上或山顶）作为中心基站的
站址．尽量提高无线链路的可靠性，避免地形或遮挡物等
造成的不良因素．保证视频信息传输质量。
（２）无线系统抗干扰能力。地面无线接入系统往往受
到来自于其他扇区的邻频或同频干扰。要想有效克服干扰
的影响，首先在施工中尽可能选用具有抗干扰技术设计的
设备．其次必须优化网络规划，认真选择基站位置和用户
端天线位置，方向等，以确保系统内各用户终端间的相互
干扰降低到最低限度。在工程中选用具有Ｂ，ＳＫ，ＱＰＳＫ，
１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ等多种调制方式自适应切换技术的系
统．可充分保证系统大容量数据传输支持能力和无线链路
的可靠性。
｛３）频率规划和负载均衡。系统规划之初要在已有频
率的基础上，充分考虑天线配置的灵活性和热点分布特点，
在满足覆盖和容量的前提下高效地使用频率。系统开通后，
仍需对各基站．各扇区的流量进行长期跟踪观测，实时调整
修正与实际容量不相适应的扇区。如一扇区按照１０Ｍｂ，ｓ的
容量进行设计，经观测发现，该扇区的需求量明显小于
１０Ｍｂ，ｓ．则从该扇区将多余的载波移到其他流量需求大的
扇区使用，以提高全系统的频率利用率，保持负载均衡。
（４）视频图像压缩技术。视频图像信息量庞大，而无
线信道带宽相对有限，正确选择压缩标准能够保证视频信
息流畅地传输。建议选用Ｈ．２６４技术，比Ｈ．２６３节约５０％左
右的传出码流．可以大大减小传输的 数据，很好地解决图
像信息和带宽之间的突出矛盾。
五、结束语
本文提出的基于ｗｉＭＡｘ无线宽带接入技术的视频监
控系统，具有监控范围广．安装方便．灵活性强等优点，适
合于武警部队进行大规模临时场所需要快速构建监控系统
或边远地区不易进行有线接入的地方应用．对提高武警部
队战斗力有着实际的意义。随着ｗｉＭＡＸ技术的日趋成熟．
它的应用将在实时监控系统中发挥重要的作用。■
参考文献见ｗｗｗ．ｄｃｗ．ｏ喀．ｃｎ
绷ＪＤＢ鼓字置信世界６５
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