WiMAX無線寬帶接入技術的監(jiān)控系統(tǒng)的應用方案

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 WiMAX無線寬帶接入技術的監(jiān)控系統(tǒng)的應用方案 視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛用于武警部隊，有力提升了武警部隊的執(zhí)勤備戰(zhàn)能力。但武警部隊駐扎范圍廣，如水壩、重要倉庫、礦產(chǎn)資源基地、橋梁、隧道等，監(jiān)控點分散且與監(jiān)控中心距離較遠，利用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控往往成本高且難以實現(xiàn)，其次實時視頻監(jiān)控的需求越來越多，對同一套系統(tǒng)的覆蓋面和實施距離也提出了更高的要求。在這些情況下，基于多種無線傳輸手段的移動視頻監(jiān)控表達出了不可替代的優(yōu)勢。無線局域網(wǎng)和無線寬帶接入技術，可以將多個監(jiān)控點和遠端控制中心連接起來，可以在 短的時間內(nèi)快速建立起無線監(jiān)控網(wǎng)絡。 目前常用的無線接入技術包括Wi-Fi、

2、微波以及WiMAx等。與其他技術相比，WiMAX具有傳輸距離遠、接入速率高、帶寬高等優(yōu)點，可以保證視頻流的傳輸質(zhì)量，同時使監(jiān)控系統(tǒng)在接入層的部署更為快速、簡便。本文結合武警部隊特點，提出了一種基于WiMAX無線寬帶接入技術的監(jiān)控系統(tǒng)設計方案，也適用于其他應急狀態(tài)下組建監(jiān)控網(wǎng)絡，并給出了系統(tǒng)建設中注意事項。 1 WiMAX技術特點和優(yōu)勢 WiMAX是一項新型的無線通信技術，全名為微波存取 互通（Worldwide Interoperability for Micro-wave Access），是基于IEEE 802.16標準的寬帶無線接入城域網(wǎng)（Broadband Wireless Access

3、 MetropolitanArea Network，BWAMAN），能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。WiMAX技術具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率， 高可到達75 Mbs；傳輸距離遠， 大傳輸半徑50 km，其網(wǎng)絡覆蓋面積是3G基站的10倍。 1.1 WiMAX系統(tǒng)組成 WiMAX網(wǎng)絡體系構造如圖1所示，其由 網(wǎng)絡、基站、用戶基站、接力站、用戶終端設備及網(wǎng)管組成。通常的WiMAX系統(tǒng)包括一個基站和多個用戶基站，也可以根據(jù)需要設置若干個接力站，形成單點對多點或多點對多點的體系構造。 網(wǎng)絡：WiMAx連接的 網(wǎng)絡通常為傳統(tǒng)交換網(wǎng)或因特網(wǎng)。WiMAX提供 網(wǎng)絡與基站間的連接接口。 基站：提供用戶基站與 網(wǎng)絡間的連

4、接，通常采用扇形天線或全向天線，可提供靈活的子信道部署與配置功能，并根據(jù)用戶群體狀況不斷升級擴展網(wǎng)絡。 用戶基站：屬于基站的一種，提供基站與用戶終端設備間的中繼連接，通常采用固定天線，并被安裝在屋頂上。基站與用戶基站間采用動態(tài)適應性信號調(diào)制模式。 接力站：通常用于提高基站的覆蓋能力，即充當一個基站和若干個用戶基站（或用戶終端設備）間信息的中繼站。 用戶終端設備：完成具體的應用功能，例如視頻監(jiān)控。 網(wǎng)管系統(tǒng)：用于監(jiān)視和控制網(wǎng)內(nèi)所有的基站和用戶基站，提供查詢、狀態(tài)監(jiān)控、軟件 、系統(tǒng)參數(shù)配置等功能。 1.2 WiMAX技術用于的武警部隊無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢 武警部隊所使用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一般數(shù)百米

5、內(nèi)設一個監(jiān)控點，具有覆蓋范圍廣，覆蓋點多、質(zhì)量要求高等特點。而目前無線監(jiān)控系統(tǒng)多使用基于Wi-Fi的IP 無線監(jiān)控技術，其采用IEEE 802.11作為無線傳輸標準，傳輸距離僅幾百米，其數(shù)據(jù)傳輸率較低，QoS機制不夠完整，這都限制其在武警部隊中的應用。 WiMAX的覆蓋能力完全滿足視頻監(jiān)控點的分布特點，在一個WiMAX基站覆蓋范圍內(nèi)可存在多個連續(xù)設置的監(jiān)控點。同時，WiMAX具有非視距傳輸?shù)奶匦?，可以滿足復雜環(huán)境中的傳輸要求。WiMAX還可以作為有線網(wǎng)絡接入（Cable、DSL）的無線擴展，方便地實現(xiàn)邊遠地區(qū)的網(wǎng)絡連接。 WiMAX采用面向連接方式，定義了完整的QoS機制。其MAC層支持4種業(yè)

6、務：非請求的寬帶分配業(yè)務、實時輪詢業(yè)務、非實時輪詢業(yè)務、盡力傳輸業(yè)務，向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻和語音服務，能夠滿足視頻監(jiān)控所需的QoS要求。 采用802.16d標準工作在頻分雙工模式（即FDD模式）上的WiMAX，占用一對3.5 MHz頻點，一個扇區(qū)可提供的上、下行總帶寬超過15 Mbs；每個WiMAX客戶端（即WiMAX CPEClient Produce Equipment，用戶端設備產(chǎn)品）可提供 大10 Mbs的吞吐量，能夠滿足各種帶寬需求的監(jiān)控要求；按照每個監(jiān)控點1 Mbs帶寬需求，單個WiMAX基站可支持10個左右的監(jiān)控點視頻傳輸需求。 2 基于WiMAX技術的武警部隊無

7、線監(jiān)控系統(tǒng) 本系統(tǒng)由前端視頻采集、網(wǎng)絡傳輸以及視頻信息管理三個子系統(tǒng)組成。前端視頻采集子系統(tǒng)主要用于信息監(jiān)控。網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)以無線和有線方式完成監(jiān)控中心和前端視頻采集的數(shù)據(jù)交換。視頻信息管理子系統(tǒng)主要完成視頻信息的存儲、轉(zhuǎn)換、加密等。系統(tǒng)的整體構造如圖2所示。 2.1 前端視頻采集子系統(tǒng) 前端視頻采集子系統(tǒng)位于監(jiān)控點，主要開展監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集，包括無線攝像機、云臺、解碼器等設備。前端系統(tǒng)的傳輸接入必須采用數(shù)字接入方式，在前端就將圖像轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號再傳遞到監(jiān)控中心，以減少傳輸帶寬。 該系統(tǒng)選用的無線攝像機是一種集視頻壓縮技術、網(wǎng)絡技術、嵌入式等多種先進技術于一體的數(shù)字攝像設備。集成了鏡頭、光學過濾

8、器、影像感應器、視頻壓縮卡、無線網(wǎng)卡等設備，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻采集、視頻壓縮以及無線網(wǎng)絡傳輸?shù)戎T多功能，這樣無需計算機的協(xié)助便可獨立完成監(jiān)控點的工作。無線攝像機有自己獨立的IP地址，這樣監(jiān)控中心以及城域網(wǎng)上的用戶使用標準的瀏覽器就可以根據(jù)IP地址對網(wǎng)絡攝像機開展訪問、觀看實時圖像和監(jiān)測數(shù)據(jù)；授權用戶可以通過網(wǎng)管系統(tǒng)遠程控制攝像機和云臺鏡頭的動作或?qū)ο到y(tǒng)開展配置，從而可以對目標開展全方位的監(jiān)控。 云臺是安裝和支撐攝像頭的設備，分為兩種固定云臺和電動云臺。固定云臺適用于監(jiān)視范圍不大的情況，在固定云臺上安裝好攝像機后可調(diào)整攝像機的水平和俯仰的角度，到達 好的工作姿態(tài)后，只要鎖定調(diào)整狀態(tài)就可以了。電動云臺適

9、用于對大范圍開展掃描監(jiān)視，它可以擴大攝像機的監(jiān)視范圍，通過接收來自控制器的信號 地運行定位。由于不同廠家的云臺和控制設備所使用的協(xié)議都各不相同，解碼器主要用于中轉(zhuǎn)控制端發(fā)出的數(shù)字信號。 2.2 網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng) 網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)由WiMAxCPE、無線基站和IP承載網(wǎng)組成。WiMAXCPE作為WiMAX網(wǎng)絡的無線客戶終端，布設于監(jiān)控點，使用小波束角定向天線，完成與基站的數(shù)據(jù)相互交換。無線基站主要接入多個WiMAXCPE設備，同時完成與IP承載網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。單WiMAX扇區(qū)站下可支持多CPE，每個CPE負責接入一個或多個視頻監(jiān)控前端，CPE的射頻模塊將信號變頻到適宜的頻率經(jīng)天線發(fā)送到WiMAx基站，

10、實現(xiàn)對多個監(jiān)控點視頻信號的會聚。 2.3 視頻信息管理子系統(tǒng) 視頻信息管理子系統(tǒng)設在監(jiān)控中心，主要由視頻存儲服務器和監(jiān)控管理服務器組成，完成視頻信息的存儲、管理、查詢、系統(tǒng)配置和實時監(jiān)控等任務。監(jiān)控管理服務器為整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供業(yè)務邏輯控制，完成監(jiān)控中心的視頻圖像切換或分發(fā)，對WiMAX CPE開展參數(shù)配置、實時查看指定點監(jiān)控信息，是視頻監(jiān)控的 業(yè)務實現(xiàn)平臺。數(shù)據(jù)庫服務器完成視頻監(jiān)控信息的存儲、管理與備份，并為局域網(wǎng)的其他服務器和授權用戶提供歷史數(shù)據(jù)瀏覽、檢索等服務。 當視頻信息傳送到監(jiān)控中心后，監(jiān)控管理服務器首先對視頻信息開展分析，判斷是否是授權用戶所需要實時瀏覽的監(jiān)控信息，如果是則將其轉(zhuǎn)

11、發(fā)至指定用戶，例如電視墻或者網(wǎng)內(nèi)其他用戶，同時將視頻信息傳送至視頻存儲服務器開展歸檔管理。同時，監(jiān)控管理服務器接收管理人員的管理指令，并將指令發(fā)送至指定的CPE設備，開展監(jiān)控點參數(shù)配置等工作，如圖3所示。 3 系統(tǒng)建設的注意事項 系統(tǒng)在建設和使用過程中還需要注意以下四點，確保系統(tǒng)的順利應用。 基站選址應根據(jù)業(yè)務分布實際情況，選擇業(yè)務密集區(qū)中心的制高點（某鐵塔上或山頂）作為中心基站的站址，盡量提高無線鏈路的可靠性，防止因地形及遮擋物等不良因素，保證視頻信息傳輸質(zhì)量。 無線系統(tǒng)抗干擾能力地面無線接入系統(tǒng)往往受到來自于其他扇區(qū)的鄰頻或同頻干擾。要想有效克服干擾的影響，首先在施工中盡可能選用具有抗干擾

12、技術設計的設備，其次必須合理網(wǎng)絡規(guī)劃，選擇基站位置和用戶端天線位置、方向等，以確保系統(tǒng)內(nèi)各用戶終端間的相互干擾降低到 低限度。在工程中選用具有 BITSK，QPSK，16QAM，64QAM等多種調(diào)制方式自適應切換技術的系統(tǒng)，可充分保證系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)傳輸支持能力和無線鏈路的可靠性。 頻率規(guī)劃和負載均衡系統(tǒng)規(guī)劃之初要在已有頻率的根底上，充分考慮天線配置的靈活性和熱點分布特點，在滿足覆蓋和容量的前提下高效的使用頻率。系統(tǒng)開通后，仍需對各基站各扇區(qū)的流量開展長期跟蹤觀測，實時調(diào)整修正與實際容量不相適應的扇區(qū)。如一扇區(qū)按照10 Mbs的容量開展設計，經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn)，該扇區(qū)的需求量明顯小于10 Mbs，則從該扇區(qū)將多余的載波到移到其他流量需求大的扇區(qū)使用，以提高整系統(tǒng)的頻率利用率，保持負載均衡。 視頻圖像壓縮技術 視頻圖像信息量龐大，而無線信道帶寬相對有限，正確選擇壓縮標準能夠保證視頻信息流暢地傳輸。建議選用H.264技術，比H.263節(jié)約50左