大規(guī)模組網(wǎng)無線頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)建議(共13頁)

1、大規(guī)模組網(wǎng)無線視頻監(jiān)控(jin kn)平臺系統(tǒng)建議根據(jù)(gnj)我們(w men)對無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的經(jīng)驗以及以往實施的類似項目，我們針對大規(guī)模組網(wǎng)無線視頻監(jiān)控平臺有如下建議供您參考，希望對您有一些幫助?；旌辖M網(wǎng)的模式解決傳輸問題無線視頻監(jiān)控具體采用哪一種、哪一個頻段的無線系統(tǒng)進行傳輸要根據(jù)整體方案性價比和系統(tǒng)擴充冗余來決定?？偟膩碇v有如下因素：覆蓋區(qū)域接入站點的數(shù)量現(xiàn)有的接入系統(tǒng)主要包括2.4G（802.11b 11Mbps）/5.8G(802.11a 54Mbps)兩種，具體采用何種方式要根據(jù)2個方面來決定。1）覆蓋區(qū)域所需的接入帶寬，覆蓋區(qū)域視頻監(jiān)控頭的數(shù)量以及監(jiān)控頭的壓縮比確定整個區(qū)域

2、所需的接入帶寬。以alvarion產(chǎn)品為例 11M的DS11系統(tǒng)每個中心基站提供的吞吐量為5.5-6Mbps，如果以每條視頻鏈路所需的傳輸帶寬為1Mbps，那么1個11M的無線基站系統(tǒng)可以同時接入4-5路視頻。54M的VL系統(tǒng)每個中心基站設備提供的吞吐量為33Mbps左右，可以同時傳輸2030路的視頻流媒體數(shù)據(jù)。如果一個接入?yún)^(qū)域的視頻監(jiān)控頭數(shù)量比較少可以采用2.4G系統(tǒng)，數(shù)量較多的話采用5.8G系統(tǒng)解決更為合理。頻率資源利用率大規(guī)模無線系統(tǒng)組網(wǎng)除了考慮系統(tǒng)吞吐量的問題以外，還要考慮整體組網(wǎng)的頻率資源的利用率。舉例來講，某區(qū)域需要有12個視頻監(jiān)控站點需要接入。如果采用2.4G/11Mbps系統(tǒng)來

3、解決傳輸問題，大致需要3套無線中心基站設備來提供接入帶寬，也就是說2.4G/11Mbps系統(tǒng)需要3個頻點來解決傳輸。如果采用5.8G/54Mbps系統(tǒng)來解決傳輸問題，使用1套無線中心基站設備就可以滿足視頻系統(tǒng)對帶寬的需求，也就是說1個頻點就可以解決傳輸問題。大規(guī)模城市范圍內(nèi)組網(wǎng)時頻點的使用有時候顯得非常重要。2.4G系統(tǒng)使用頻段從2.42.4835GHz共83.5MHz頻率資源，每套無線系統(tǒng)工作頻點需要22MHz的頻率資源，所以2.4GHz無線系統(tǒng)一共只有3個完全不重疊的工作頻點。5.8GHz無線系統(tǒng)使用頻段從5.725GHz5.850GHz共125MHz的頻率資源，每套5.8GHz的無線系統(tǒng)

4、工作頻點需要20MHz的頻率資源，所以5.8GHz無線系統(tǒng)可以有6個完全不重疊的工作頻點。另外一個重要的指標是 凈吞吐量/MHz。以alvarion的產(chǎn)品為例，2.4GHz 的DS11系統(tǒng)(xtng)6Mbps/22MHz，5.8GHz的vl系統(tǒng)33Mbps/20MHz。這些才是衡量無線系統(tǒng)資源利用率和性價比的重要參數(shù)。資源利用率越高，每套無線中心基站接入的遠端視頻監(jiān)控點的數(shù)量越多，總體的造價和系統(tǒng)頻率資源占用的越少。不同監(jiān)控場所可采用(ciyng)不同的等級的監(jiān)控設備對于公安系統(tǒng)來講應該針對不同的應用場合采用不同監(jiān)控設備和視頻分辨率。如一些需要(xyo)監(jiān)控現(xiàn)場人物面目特征比較重要的監(jiān)控場所

5、應該采用高分辨率、高清晰度的監(jiān)控設備，一些只需要監(jiān)控現(xiàn)場情況的場所我們可以采用普通的分辨率和清晰程度。這樣做有2個目的，其一可以節(jié)省系統(tǒng)錄像的存儲空間資源，其二可以減輕傳輸系統(tǒng)的傳輸壓力。無線傳輸系統(tǒng)的基本要求對于大規(guī)模的無線視頻系統(tǒng)應該具備如下幾個要求，才能夠大規(guī)模、大數(shù)據(jù)量的視頻流媒體應用需求。室外型的無線系統(tǒng)無線傳輸系統(tǒng)首先應該適應工作現(xiàn)場的環(huán)境要求，中國國內(nèi)地域遼闊各個地區(qū)的氣候條件各不相同、四季分明，溫差和濕度各不相同。這就要求無線傳輸系統(tǒng)必須要適應當?shù)貧夂驐l件，保證穩(wěn)定的鏈路傳輸。滿足長距離傳輸?shù)囊鬅o線系統(tǒng)的覆蓋的距離越長，需要架設的基站數(shù)量越少。決定系統(tǒng)傳輸距離的主要因素有幾個

6、方面：系統(tǒng)的發(fā)射功率、系統(tǒng)不同調(diào)制方式的接收靈敏、系統(tǒng)地延時處理機制。發(fā)射功率越高、系統(tǒng)接收靈敏度要求越低，系統(tǒng)的傳輸距離越遠。換句話講同樣的通訊距離的情況，系統(tǒng)可采用的天饋線系統(tǒng)越小，施工和維護更方便。發(fā)射功率和接收靈敏度是建立無線系統(tǒng)(xtng)連接的前提條件，真正保證系統(tǒng)穩(wěn)定傳輸?shù)臈l件是系統(tǒng)的延時處理(chl)機制。后面會詳細(xingx)介紹系統(tǒng)的延時處理機制對傳輸距離的影響。大規(guī)模組網(wǎng)的要求平臺級的無線視頻傳輸系統(tǒng)中組網(wǎng)能力也是主要考察的指標。影響組網(wǎng)能力的主要有如下幾個因素。首先是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換方式，無線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方式分為硬件實現(xiàn)和軟件實現(xiàn)2類。在點對點的簡單組網(wǎng)中這2種方式對

7、系統(tǒng)的性能影響不大，但是在點對多點的應用中兩者的性能差別很大。主要是點對多點的速率跳水問題。例如軟件交換方式的無線系統(tǒng)在超過3個遠端站點的情況下，每個遠端點所得到的數(shù)據(jù)帶寬就不是 總吞吐量/3的關系，而是遠遠低于這個數(shù)值。而硬件交換方式的無線系統(tǒng)就不會有這個問題。這是大規(guī)模組網(wǎng)的基本要求。其次是無線系統(tǒng)的ATPC（自動發(fā)射功率控制）功能，這對有區(qū)域內(nèi)遠端站點較多和OFDM系統(tǒng)有至關重要的意義。每個無線遠端站點可以根據(jù)之間的信號強度來調(diào)整設備本身的發(fā)射功率，來避免整個系統(tǒng)由于遠近效應產(chǎn)生的干擾。再次是無線傳輸系統(tǒng)對VLAN的支持。由于網(wǎng)絡規(guī)模的擴大以及系統(tǒng)業(yè)務應用的增加，我們不得不采用VLAN技

8、術來避免各個站點由于網(wǎng)絡協(xié)議產(chǎn)生的廣播風暴。提高整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的效率。最后無線傳輸系統(tǒng)要具有網(wǎng)管功能。因為整個系統(tǒng)中的站點非常多，所以我們需要有一套方便設備管理的網(wǎng)管平臺。網(wǎng)管系統(tǒng)應該包括設備的查詢、參數(shù)修改、故障診斷、用戶管理。一些的功能，方便我們對整個大網(wǎng)進行管理。對大規(guī)模視頻業(yè)務的支持無線傳輸系統(tǒng)對視頻業(yè)務的支持主要表現(xiàn)在2個方面。傳輸?shù)姆€(wěn)定性 無線傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性是無線視頻(shpn)應用成敗的關鍵，這是由于視頻業(yè)務的傳輸特性確定的。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸應用中，數(shù)據(jù)文件往往在數(shù)據(jù)服務器上留有備份，即使傳輸鏈路出現(xiàn)抖動和波動，網(wǎng)絡協(xié)議都可以通過重傳的機制來保證數(shù)據(jù)的完整性，不同的網(wǎng)絡傳輸性能只

9、是表現(xiàn)出傳輸時間的快慢，而不會影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴Ｒ曨l流媒體應用本身就不存在重傳機制，因為視頻應用大多采用UDP協(xié)議連接，并且重傳的數(shù)據(jù)由于視頻的變化也不是原來我們需要的數(shù)據(jù)，也會造成顯示系統(tǒng)(xtng)的馬賽克。所以只有通過解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性才是保證視頻流媒體傳輸?shù)母拘詥栴}。視頻(shpn)組播協(xié)議及組播控制協(xié)議的支持視頻流媒體應用采用組播的協(xié)議主要是為了節(jié)省網(wǎng)絡傳輸帶寬和簡化網(wǎng)絡傳輸結構。后面有詳細介紹視頻流媒體應用為何要使用組播協(xié)議的內(nèi)容方便施工和系統(tǒng)維護無線傳輸系統(tǒng)的結構和穩(wěn)定性覺得了工程的實施難易程度，這對于一個點數(shù)較多的無線工程顯得格外重要，方便的施工可以節(jié)約施工中的人力、物力、

10、財力。系統(tǒng)的穩(wěn)定性也決定了我們后期維護的成本，換句話講后期維護成本的減少也使得項目的利潤增加。視頻系統(tǒng)基本要求視頻編解碼器視頻編解碼器主要應該注意幾個方面：碼流限制功能、組播支持功能、同等帶寬的圖像效果。在無線傳輸系統(tǒng)中的網(wǎng)絡帶寬是最寶貴的資源，所以必須要求視頻編碼器能夠?qū)σ曨l碼流進行限制，如果出現(xiàn)設置1M碼流帶寬而突發(fā)碼流到2M或3M的話，無線系統(tǒng)的預留帶寬就無法進行設置。組播支持是為了更好的進行大規(guī)模的組網(wǎng)，后面會有詳細的介紹。同等帶寬條件下的圖像效果是衡量一個編碼器的一個重要的指標。視頻服務器軟件系統(tǒng)視頻服務器軟件(run jin)系統(tǒng)主要包括如下功能：軟件構架、組網(wǎng)能力、分屏顯示、軟件

11、矩陣、錄像管理、轉發(fā)模式。網(wǎng)絡(wnglu)流控優(yōu)化網(wǎng)絡傳輸效率網(wǎng)絡優(yōu)化主要是對一些中繼站點、監(jiān)控中心等核心交換站點的網(wǎng)絡交換機進行合理的配置來保證(bozhng)整體網(wǎng)絡的傳輸效率。主要措施包括不同業(yè)務網(wǎng)絡VLAN隔離廣播域、單播路由、組播路由、訪問控制列表。分布式存貯、集中式管理分布式存儲、集中式管理是將整個視頻錄像存儲任務分級存放。這樣做有2點好處，首先可以減輕監(jiān)控中心的存儲壓力，其次可以減輕主干傳輸鏈路的壓力。在上級中心需要觀看下級中心所屬圖像的時候才會產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，避免主干鏈路的數(shù)據(jù)堵塞。整體拓撲結構設計我們覺得把眾多視頻監(jiān)控點統(tǒng)一集中到一個監(jiān)控中心的拓撲接口可能存在一些問題，所以建議

12、使用二級分中心的方式來解決。如下圖所示：傳輸(chun sh)路徑問題由于(yuy)大規(guī)模組網(wǎng)視頻(shpn)平臺都是在覆蓋范圍、傳輸距離都是相對復雜的，采用1個監(jiān)控中心很難滿足覆蓋所有監(jiān)控站點的需求。所以采用中繼站點的方式是一個很好的解決方案。頻率資源的分配、接入中心的接入容量需求由于我們整個網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控業(yè)務類型比較復雜。特別是視頻監(jiān)控應用對傳輸鏈路的網(wǎng)絡帶寬的要求比較高，所以必須保證每條鏈路的傳輸帶寬（每條鏈路我們預計分配11.5Mbps帶寬），這樣對整個數(shù)據(jù)中心的接入容量要有非常高的要求。換句話講就必須要求接入中心安裝更多的中心基站設備來提高整個接入中心的數(shù)據(jù)吞吐量，這樣對接入中心頻率

13、資源的規(guī)劃帶來很大的問題。58G頻段本身自由125MHz的頻率資源可以使用，每套系統(tǒng)占用20MHz的頻率資源，而且還要考慮到頻段之間的邊緣效應和天線隔離比造成的系統(tǒng)間干擾，所以沒有辦法為接入中心提供這么高的接入容量。如何設計接入中心所負責遠端站點的接入數(shù)量接入中心可以接入的遠端站點的數(shù)量取決于如下幾個因素。每個遠端站點承載業(yè)務的帶寬需求每個遠端站點所承載業(yè)務的帶寬需求是一個很大的因素。以我們的案例為例：每個遠端站點的業(yè)務類型有視頻業(yè)務、報警數(shù)據(jù)采集業(yè)務、音頻業(yè)務3種。其中視頻業(yè)務是最為占用網(wǎng)絡帶寬的業(yè)務，一般在500kbps4000bps之間。常規(guī)的圖像質(zhì)量的情況下一般按照800kbps100

14、0bps來設計。數(shù)據(jù)采集業(yè)務的數(shù)據(jù)流量可以根據(jù)A/D采集的位數(shù)、模擬量/開關量的數(shù)量、數(shù)據(jù)采樣頻率計算出來，一般的工業(yè)控制的數(shù)據(jù)量都是非常小的（一般在X k的數(shù)量級）。視頻編解碼器上都有語音的通道一般都有音頻通道，根據(jù)音頻壓縮格式的不同大都在20kbps左右。綜上所述的各種承載業(yè)務并且加網(wǎng)絡通訊的附加開銷來計算，每個遠端站點預留1.21.3Mbps左右的帶寬是可以滿足業(yè)務運行的需求。接入中心的數(shù)據(jù)接入容量組成接入中心的設備數(shù)量以及每臺設備的凈數(shù)據(jù)(shj)吞吐量直接決定了接入中心的數(shù)據(jù)接入容量。例如(lr)同樣都是54M的無線設備，但是各種設備的凈數(shù)據(jù)吞吐量各不相同。所以必須參照無線設備的凈數(shù)

15、據(jù)吞吐量而不是(b shi)無線設備的協(xié)議速率。無線設備設計的接入容量由于各個無線廠家針對點對多點的控制協(xié)議和實現(xiàn)方式不同，所以也會影響到每個接入中心所接入的遠端站點的數(shù)量。主要是2個方面：1、控制協(xié)議、實現(xiàn)方式、設備的處理能力導致各個廠家的無線設備點對多點接入數(shù)量的差異。2、控制協(xié)議、實現(xiàn)方式、處理能力導致的遠端站點實際經(jīng)吞吐量的衰落，最后每個站點得到的數(shù)據(jù)吞吐量不是 總吞吐量/N 的結果，有可能遠遠小于這個值。綜上所述遠端站點的接入數(shù)量一般 = 接入中心的數(shù)據(jù)接入容量/每個遠端站點的帶寬需求。但是對于視頻業(yè)務部可以按照這個理論來計算，設備對視頻組播控制的支持與否起到確定性的因素。下面我會對

16、視頻業(yè)務的特點做一個介紹。視頻業(yè)務接入容量設計的根本性決定因素視頻流媒體組播傳輸?shù)膬?yōu)勢和必要性視頻應用基本都是采用組播的方式傳輸，因為視頻監(jiān)控項目一般都有多個單位和部門對前端視頻進行監(jiān)控和控制。以公安系統(tǒng) 為例，一般有基層派出所、公安分局、總局、外協(xié)單位、上級主管部門。等單位都有可能需要對前端視頻點進行監(jiān)控。組播傳輸可以最大限度的節(jié)省有限的網(wǎng)絡資源。如下圖所示視頻碼流網(wǎng)絡帶寬情況即使沒有這么多單位需要觀看(gunkn)視頻圖像信息，在網(wǎng)絡監(jiān)控中心也會存在計算機軟件解碼觀看視頻和硬解碼上電視墻同時觀看的問題。另外我們前期做的監(jiān)控單位較少，但是隨著網(wǎng)絡的擴充和完善，都會牽涉到網(wǎng)絡消耗的問題。組播傳

17、輸可以最大限度的節(jié)省有限的網(wǎng)絡帶寬資源。視頻(shpn)組播傳輸對無線傳輸設備提出的更高要求由于視頻采用組播的方式進行傳輸，所以要求無線傳輸設備具有針對組播包的控制和管理功能(gngnng)。如果設備不具有組播識別和控制的功能，在無線點對多點傳輸視頻的情況下（如下圖所示）每個遠端站點發(fā)送的視頻包都會轉發(fā)到其他遠端的視頻監(jiān)控點。以下圖1對6點為例，我們需要每條鏈路傳輸?shù)氖?路視頻碼流，但是實際上每條鏈路傳輸1X6路的視頻數(shù)據(jù)碼流，這樣會產(chǎn)生廣播風暴導致網(wǎng)絡系統(tǒng)癱瘓。無線設備具有組播的控制(kngzh)和管理的功能?？梢院芎玫目刂茢?shù)據(jù)流向，避免產(chǎn)生廣播風暴，更好地進行視頻業(yè)務(yw)的傳輸。（如下

18、(rxi)圖所示）。視頻組播傳輸對網(wǎng)絡設備提出的更高要求因為視頻組播傳輸?shù)姆绞?，所以要求交換節(jié)點上的網(wǎng)絡交換設備必須支持組播管理功能。在整個視頻網(wǎng)絡中，各個分中心點、視頻監(jiān)控中心點放置的網(wǎng)絡交換機必須支持組播管理功能（IGMP協(xié)議）。IGMP協(xié)議可以根據(jù)每條主干鏈路的視頻請求復制一個視頻流媒體數(shù)據(jù)包給需要觀看視頻圖像的網(wǎng)絡端口。我們項目中曾經(jīng)用到的交換機型號有：D-LINK 3226S、華為 3526E、CISCO3550等等，都可以實現(xiàn)這樣的功能。每個遠程監(jiān)控點可以使用普通網(wǎng)絡交換機。針對視頻存儲備份，我建議采用多種中心存儲方式。而且要考慮存儲格式來選擇各個點的存儲容量，總的監(jiān)控中心對于監(jiān)控

19、采用實時聯(lián)接前端攝像機方式。備份視頻數(shù)據(jù)采用遠程調(diào)用分中心點的視頻存儲方式。減少整條鏈路的數(shù)據(jù)流量。由于網(wǎng)絡規(guī)模比較大，必須考慮各個核心交換設備的配置問題。各個中心節(jié)點的網(wǎng)絡設備選型、參數(shù)配置等等。主要是配置好單播路由、組播路由，做好前期的網(wǎng)絡規(guī)劃。特別注意一點的是在大規(guī)模的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中必須要求無線傳輸設備和網(wǎng)絡交換設備同時都具有組播的識別、管理控制的功能，因為網(wǎng)絡交換機只能管理到自身網(wǎng)絡端口內(nèi)的組播傳輸，不能管理到網(wǎng)絡交換機所連接的無線系統(tǒng)內(nèi)組播產(chǎn)生廣播風暴。設備(shbi)的接受靈敏度、發(fā)射功率以及(yj)傳輸(chun sh)鏈路的帶寬保證設備的發(fā)射功率和接收靈敏度無線設備接收靈敏度對

20、比AlvarionIEEE 802.11a54Mbps & 19dBm(80mW)48Mbps & 21dBm(125mW)36Mbps & 21dBm(125mW)624Mbps& 21dBm(125mW)54Mbps & 13.5dBm(22.4mW)48Mbps & 14.0dBm(25.1mW)36Mbps & 14.0dBm(25.1mW)624Mbps& 18.0dBm(63.1mW) 無線設備發(fā)射功率對比802.11aAlvarion速率-65dBm-66dBm-70dBm-74dBm-77dBm-79dBm-81dBm-82dBm-70dBm-72dBm-77dBm-81dBm

21、-84dBm-86dBm-87dBm-88dBm54Mbps48Mbps36Mbps24Mbps18Mbps12Mbps9Mbps6Mbps無線設備的接收靈敏度和發(fā)射功率參數(shù)是傳輸質(zhì)量非常重要的指標。特別需要指出的是目前的54M無線設備發(fā)射功率都會隨著速率的改變產(chǎn)生變化，主要是因為不同的速率采用不同的調(diào)制方式。在低速率情況下設備一般采用BPSK、QPSK兩種單純調(diào)整相位的調(diào)制方式，所以設備的平均功率不會改變。高速率情況需要采用16QAM、64QAM的高效率的調(diào)制方式，但是這兩種調(diào)制方式是調(diào)相、調(diào)幅相結合的方式，所以造成高效率調(diào)制方式下平均功率的下降。由于各個無線廠商對射頻技術的專業(yè)程度導致在Q

22、AM調(diào)制情況下功率下降幅度和不同速率設備的接收靈敏度各不相同。發(fā)射功率越大、接收靈敏度月底在相同的傳輸距離才可以表現(xiàn)出更好的傳輸效果，同樣的天線增益情況下傳輸更遠。從另外一個角度講，發(fā)射功率越大、接收靈敏度要求越低在相同的傳輸距離情況下需要外加的天線尺寸越小，安裝越方便。設備的延時處理機制無線通訊中天線的方向校正、有足夠的鏈路衰減冗余是能夠進行通訊的前提條件。無線通訊設備的延時機制是整個通訊效果好壞的關鍵因素。不同傳輸距離、不同的傳輸鏈路情況下鏈路傳輸?shù)难訒r時間也是不一樣的，所以設備必須能夠根據(jù)不同傳輸情況來修正自身的發(fā)包延時時間。如果設備的延時無法修正或者是一些針對室內(nèi)短距離傳輸?shù)臒o線設備在

23、長距離、復雜環(huán)境傳輸時會因為實際的延時時間大于設備本身的延時時間而造成通訊的數(shù)據(jù)重傳率大大增加，使實際的通訊效果大打折扣。嚴重的情況根本無法建立起傳輸鏈路，這也是有些無線設備在加大天線增益、增加功放的情況下仍然無法進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?。Alvarion設備的通訊延時時間自動學習，能夠保證在各種傳輸?shù)那闆r(qngkung)下都可以有非常好的傳輸效果提高(t go)吞吐量機制和帶寬保證機制Alvarion設備(shbi)有自己專有的提高數(shù)據(jù)傳輸吞吐量的技術（串聯(lián)機制），設備會將數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€小數(shù)據(jù)包封裝成1個大的數(shù)據(jù)包進行傳輸，這樣大大減少了網(wǎng)絡傳輸時的協(xié)議開銷，提高整體的數(shù)據(jù)吞吐量。另外alvarion設備有自己專有的帶寬保證和QoS機制，可以根據(jù)不同站點業(yè)務數(shù)據(jù)量的大小分配不同的帶寬?？梢愿鶕?jù)MIR(最大通訊帶寬)和CIR（最小保證帶寬）2種機制來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和網(wǎng)絡帶寬的利用率。視頻監(jiān)控中心結構圖監(jiān)控(jin kn)中心一共包括視頻顯示系統(tǒng)、矩陣控制系統(tǒng)、硬件視頻解碼系統(tǒng)、網(wǎng)絡交換系統(tǒng)、軟件視頻解