高速公路无线监控方案.doc

北京莱宝时代数字技术有限公司无线网桥解决方案（初步） 2010-7-9第一章 项目概述一、系统概述在许多情况下，一些用户，特别是电力、电信、机场、港口、码头、油田、矿山，小区等不方便布线部门，在建设监控工程时，往往受到特殊地理环境的限制，造成布线工程周期长，甚至根本无法实现的困难。采用无线视频、音频、数据传输设备可以摆脱线缆的束缚，凸现安装周期短、维护方便、扩容能力强，不用破土，架空，不破坏现场环境且成本投资低，能迅速收回成本等优点。采用无网络方案有很多优点，与有线方案相比较具体有以下几点：容易架设。在监控中心楼顶架设接收端，在前端监控点架设发射端，两端只要在可视范围内就可以，信号以无线电波的方式传输。维护简单，方便转移。在网络上任何节点可进行远程管理，设备可以很方便的转移到其它监控点。工期短成本相对低。采用有线方案实际的成本开销很大，比如架设线路的施工费及以后的线路维护费用。无线网络视频监控系统作为企业单位综合业务管理系统的一部分，能将被监控点的图像信息准确、清晰、快速地传送到监控中心，监控中心通过监控软件，能够了解和掌握各个被监控点的情况，并及时对发生的情况做出反应和处理。该系统基于最为广泛使用的TCP/IP协议，采用MPEG4编码方式，实现单播、广播、组播功能，可在LAN、WLAN、WAN和INTERNET上纵横驰骋，完全顺应网络发展趋势，将监控的功能与网络技术完美结合，具有高可靠性，高集成度。产品具有体积小、功能强、易使用、易安装，网络化管理等特点。 在微波通信系统中，信号的传输信道主要是利用微波的视距传输。我们的无线扩频产品工作的频率在2.4GH或5.8GH，属于微波扩频专用频段。在无线扩频组网时原则上要求各连接点之间没有阻挡，即要求可视传输。在监控中心处架设全向或扇区天线，前端设备通过定向天线与中心设备相连。由于天线一般安装位置较高，所以要考虑避雷措施。馈线要先接避雷器（避雷器要作好接地，或在天线处直接连接避雷器），然后再接无线网桥设备。二、需求分析通过初步了解，本工程要求实现对某高速公路施工安全实行全方位的视频监控。主要监控区域为施工现场，为了实现全方位监控，共设计视频与数据采集点12个。监控点距离中心机房2千米，每个监控点配置高性能室外全天候彩色摄像机，通过无线传输方式直接将现场视频图像传至候机楼监控中心。因现场环境复杂，监控点之间的比较分散，而且布线不宜实现，所以推荐采用无线网络连接。由于视频监控需要网络带宽大、网络稳定性强，所以我们推荐无线链路采用5.8G无线网桥的方式来实现整套网络。三、设计原则远程监控系统应基于以下设计原则：1）、先进性：系统采用基于WEB嵌入式的视频服务器为核心的视频监控系统，该系统采用专用视频压缩芯片，图像清晰，视频压缩效率高，是基于第三代嵌入式技术的网络视频监控产品。2）、实用性：系统支持用户的网络监控需求，可多用户多画面实时监控、远程控制、集中录像（如果业务需要的话，系统将来还可以可连接多种报警设备、报警可定时布防撤防）等功能。3）、兼容性：系统应采用B/S结构，可与内部网络的MIS系统相结合。4）、扩展性：系统软、硬件系统应采用模块化设计，用户系统升级时，只需要增加前端的服务器，并升级相应的系统软件即可，不用额外添加或者废弃原有设备。5）、灵活性：系统组网灵活，适合在局域网、广域网和无线网络中使用；在网络中的授权用户可通过IE浏览器实时监控前端现场，客户端无需添加任何硬件。6）、实时性：系统采用专用的RISC视频压缩芯片，最高可传输30帧/秒的清晰图像。 7）、可靠性：系统应采用性能稳定可靠的产品，其MTBF（无故障时间）值超过100，00小时，该系统可以在无人、少人维护的环境中运行。四、莱宝远程无线系统无线远程监控系统是结合了现代视频技术、网络通讯技术、计算机控制技术、流媒体传输技术的综合解决方案，莱宝开发的无线远程监控系统是目前最先进的第三代视频监控的产品。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色。系统前端视频信号采集采用CCD摄像机+解码器/云台控制器/网络视频编码器+太阳能电池（现场无电源时配置），由于该系统强大的数据处理和系统集成能力，可以实现在一个平台上完成数字图像监控采集、压缩、存储、传输、防盗报警监控管理、远程控制等功能，从而降低系统的造价、提高了监控维护的效率并降低了使用难度。网络视频编码器(Network Video Encoder)是采用通信、计算机、互联网技术和标准，基于最先进的MPEG-4视频压缩技术开发的最新一代嵌入式网络视频编码器。它主要完成模拟视音频信号的数字化，数字化后的视音频信号采用MPEG4视频压缩算法和G.729音频压缩算法进行压缩编码，然后通过IP网将编码后的音视频数据以IP包的形式传送给监控服务器或远端用户，实现视音频信号的网络传输、网络监控和网络存储，同时可以支持远程的云镜控制和远程报警管理。监控服务器提供了对前端采集工作站的分层次管理，对用户的分级权限管理；用户可以根据需要通过网络将前端音视频数据实时存储在中心服务器上；服务器数据库记录了所有视频资料信息（视频文件可以是分布在各个采集工作站或服务器）、报警信息、监控点信息、其它数据信息，一般用户通过WEB登陆服务器，可以在统一的界面查询任何对他授权的信息；对于前端和中心之间不支持多播的网络环境，服务器提供了单播到多播的数据转发，这样中心的多个人员查看前端的实时流大量节省带宽。系统特色及核心技术（1）MPEG-4多媒体应用标准MPEG-4标准是目前最新的视频格式标准之一。完整的MPEG-4标准是一个多媒体通信的框架和规范协议，其中的视频编码算法的设计思想是在基于视频内容编码等技术的基础上，提供极低带宽和可变输出码率（10Kbit/s到1Mbit/s）的条件下提供尽可能好的图象质量。（2）实时传输和QoS技术研究和实现了RTP/RTSP（实时传输协议），实现了多媒体信息在IP网络中的实时通信，为实时交互提供了通信基础；利用时间戳等技术研究和实现了减小多媒体信息传输延迟抖动和丢失的质量保证方法；研究和实现通信量整形和排队技术，提供对网络传输质量的保证手段。（3）异构网络通信平台实现自适应编码技术，实现在多种网络条件下的自适应编码和传输，提供异构网络进行通信的手段。（4）嵌入式系统芯片技术、DSP技术、RTOS的发展使得传统需要一台计算机实现的功能在一块嵌入式板子上就可满足。嵌入式监控前端以最小化设计实现监控所需功能，刨除了不必要的硬件设计，使得系统的成本大大降低，系统的稳定性和可维护性大大提升。（5）网络传输时延控制对于实时视频应用，等待时间和抖动必须保持在一定的限度内，标准建议可接受质量的单向最大延迟是400ms（网络传输本身延迟不包括在内）。对于音视频需要同步的应用，必须限制视频相对于音频的延迟。我公司无线监控系统已经做到单向延迟小于100ms，在国内同类产品中绝对领先。（6）网络传输差错控制网络的不稳定性会经常导致视频包的丢失，而实时视频传输又不允许无限制的重传，而MPEG-4是连续编码算法，丢失一帧数据会导致后续若干帧解码错误，导致“马赛克”现象。我们在传输层通过独有的差错检测、错误隔离、限制延迟重发、强制恢复等一系列差错控制技术，使得“马赛克”现象尽可能少。（7）网络带宽自适应调整在网络带宽经常变动的信道中，使编码率与信道带宽相匹配很重要，我公司专门设计的算法可以实时检测网络带宽的拥塞程度，并可以动态对编码器进行码流整形，调整输出码率以匹配网络带宽。系统实现的功能(1) 系统为标准的嵌入式平台该设备采用先进的嵌入式硬件设计和嵌入式操作系统，设备体积小，视频处理速度快，稳定性高，全天24小时现场工作；设备有自动恢复功能，当前端发生掉电加电后，可自动启动，无需人工维护。(2) 网络化、数字化系统采用标准的TCP/IP协议，内置HTTP服务器，提供RJ-45以太网接口，能架构在局域网、广域网、INTERNET和无线网络之上，节省了铺设长距离线缆的成本。可任意设置网关，完全支持跨网段、有路由器的远程视频监控环境。系统提供单播、组播、服务器组播功能。(3) 高清晰度图像图像压缩采用MPEG-4 图像编码标准，图像清晰度高，在低带宽或者多次路由的条件下，传输每秒30幅画面的高质量图像，不会出现 “马赛克”的现象。(4) 多权限功能和监控服务器配合可以对用户分配不同的控制权限。使用者在权限允许的监控区域和监控点，可分别实现对远程现场的实时监控、对镜头、云台进行控制或浏览。系统保护8级权限控制，具有完善的冲突检测和权限剥夺机制。支持PELCO-D等多种控制协议。(5) 远程报警及联动控制 可提供报警输入接口，当发生报警时，可联动多个设备协同工作。当监视点发生报警时，系统自动启动各种对应的联动设备，并将视频切换到相应的摄像机，开启灯光，自动录像。监控中心可弹出报警信息，并有声音报警和短消息提示。(6) 良好的可扩容性当系统扩容时，前端只需将设备接上网线、视频线，做些简单配置就可以做到即插即用；在监控中心，管理人员只需要将增加的监控设备加入监控地点组别，这样就完成了全部的系统升级扩容工作。(7) 保密性能优越系统硬件、软件具有加密功能，使该系统的保密性能优越于其它视频监控系统。同时，还可以为用户配套额外硬件加解密设备，即在摄像机与网络连接处加加密设备，在网络监控中心的服务器器加解密设备。使监控网络的保密性最优。第二章 方案设计一、设计方案概要根据项目的需求，结合当前无线领域中的成熟技术，我们提出了先进高性价比的解决方案：如图一：监控区分布在公路施工现场。详细介绍如下：在监控点安装摄像机与无线设备并架设天线，在监控中心楼顶对应架设高性能中心基站，用来接收和发射信号，已前端监控点实现点对点，点对多点，实现监控中心与前端摄像点数据的双向通讯。每个前端点和中心基站需安装避雷针，并和避雷带做等点位连接。在整个监控系统中通过安装无线网桥建立高带宽无线链路把视频传输到监控中心。由于客户对图像的质量要求比较高，我们建议前端安装高清晰摄像机，视频编码采用D1格式，设备安装环境复杂、电磁干扰严重、带宽要求高等，所以我们在选用设备时要充分考虑到信号的延时以及系统稳定性。二、网络结构图图一：效果图图二：监控点连接图图三：监控方案示意图根据对实际情况的了解，我们提出了设计：为了保证带宽减少信号延迟，设备选用美国莱宝公司的产品，所有视频传输都使用定向天线采用点对点方式。监控区域到监控中心组网模式：点对点，点对多点。4个中心基站（BSU）；6多个前端基站（SU）无线网桥使用莱宝的LB-210A来实现远程数据传输任务。LB-210A是莱宝公司的专业无线网桥设备，基于802.11a协议，工作在5.8G频段，点对点最远传输距离15公里。LB-210A具有高效的传输效能，较高的抗干扰能力，稳定可靠的传输质量。由于采用正交频分复用技术（OFDM），对天气状况不敏感，各种非极端的天气状况下都可以正常工作。并且由于使用5.8G频段，抗干扰能力较强；5.8G频段现在国内使用较少，可以避开拥挤的频段，抗干扰能力较强，同频段的干扰源少，不会对链路通讯产生大的影响，并且其可以改动的信道较多，它的安全性、可塑性和可升级能力也较高。三、工程所用主要的产品性能介绍LB-210A产品编号：559251016产品名称：LB-210A高速率无线网桥规格：产品备注：产品类别：5.8G微波LB-210A产品使用了先进的OFDM 调制技术，工业级零件生产，让设备在远距离传输性能上有卓越的表现。LB-210A多功能室外覆盖网桥是构建企业网络、校园网络、WLAN热点和新一代宽带无线接入的理想选择。是在室外-4070温度下提供性价比极高的无线宽带接入的无线局域网传输设备。无线网桥工作在2.4/5.8GHz频段，符合IEEE802.11a/b/g标准，采用OFDM（正交频分复用）技术，具有速率高、距离远等优势。LB-210A提供多种安全机制保证你的数据在公共网络的安全性，具有独特的防水防尘设计，配备POE远程供电，尤其适合室外桥接之应用。此系统提供点对点及点对多点无线桥接射频方案并支持54 Mbps传输速率，使用OFDM技术。产品特色l ISM 5.8GHz IEEE 802.11a/gl OFDM技术l 54Mbps无线局域网(软件可调)l 支持11a网桥模式+11g覆盖模式l 实际速率最高可达30Mbps l 网桥模式可达15公里传输距离l AP覆盖半径1公里范围内l 100mW输出功率l 采用GUI界面简化管理l 广泛操作温度从-40到70Cl 支持STP生成树协议/环路备份l 支持路由/NAT技术l MAC地址控制l 152bit WEP加密l 内置23dbi天线（可外接天线）l 支持IEEE 802.3af POE以太网供电l 防水室外单元IP66国际A级防水l 可支持1点对8点网桥模式l 可支持1点对24点覆盖模式设备接口以太网接口: IEEE 802.3 10/100 Base T ( RJ-45 )射频接口: N母型射频接口 (外接天线型 )无线网络连接频率范围: 2.4002.485/ 5.1255.850GHz传输率:自动可达54Mbps 吞吐量:最大 30Mbps可选频道: 13 channels (11g/b )18 channels(11a )调变: 64QAM / 16QAM / BPSK / QPSK / CCK输出功率: 100mW内置天线频率：5GHz增益：23dbi水平波瓣：20垂直波瓣：20协定安全: WEP Encryption 64-bit / 128-bit / 152-bit 支持802.1x认证系统/MAC捆绑网络: SNMP(MIB-), TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI网络架构PTP 连接 ( 点到点 )PTMP 连接 ( 点到8点 )电力需求输入: AC 100264V, 5060Hz, 15W尺寸/重量(310长 310 宽 100 高) 毫米; 3KG操作环境操作温度 : -40 70 储存温度 : -45 80湿度范围 : 95%, 无水珠凝结下保证一年有限保证产品特性l OFDM非视距无线系统l 提供高性能的点对点、点对多点解决方案l 经济、完善的商业级别的最后一公里解决方案l 安全、可靠的LAN扩展l 易于实施的无线网络，用于安全和监控技术参数接口以太网接口以太网10/100BaseT（RJ-45）局域网协议IEEE 802.3（CSMA/CD）无线接口标准N性接口无线特性频道5.25-5.35 GHz; 4 个通道, 5.47-5.725 GHz; 11个通道, 5.725-5.850 GHz; 5个通道频道带宽20 MHz调制技术OFDMMA层协议无线户外路由协议（WORP）误码率（BER）小于10-5输出功率Output power St-N connector (Channels)54 Mbps48 Mbps36 Mbps6-24 Mbps5.25-5.35 GHz (52,56 and 60)14.5 dBm15.5 dBm17.5 dBm17.5 dBm5.25-5.35 GHz (64)12.5 dBm12.5 dBm12.5 dBm17.5 dBm5.47-5.725 GHz (100, 104, 108, 112, 116, 120, 124, 128, 132, 136, 140)14.5 dBm15.5 dBm17.5 dBm17.5 dBm5.725-5.850 GHz (149, 153, 157, 161)13.5 dBm15.5 dBm17.5 dBm17.5 dBm5.725-5.850 GHz (165)12.5 dBm15.5 dBm17.5 dBm17.5 dBm接收灵敏度(10% PER with 3200 byte packets)正常模式54 Mbps (-69 dBm); 48 Mbps (- 73 dBm); 36 Mbps (- 77 dBm); 24 Mbps (- 81 dBm);18 Mbps (- 84 dBm); 12 Mbps (- 86 dBm); 9 Mbps (- 87 dBm); 6 Mbps (- 88 dBm)接收灵敏度（只是FCC）Turbo模式 (Sensitivity)108 Mbps (- 66 dBm); 96 Mbps (- 70 dBm); 72 Mbps (- 74 dBm); 48 Mbps (- 78 dBm);36 Mbps (- 81 dBm); 24 Mbps (- 83 dBm); 18 Mbps (- 84 dBm); 12 Mbps (- 85 dBm)输出功率设置（发射功率减少）Max (0 dB); One Half (-3 dB); One Quart (-6 dB); One eight (-9 dB); Minimum (-10 dB)物理尺寸体积215 mm x 175 mm x 40 mm (8.46 in x 6.89 in x 1.57 in)重量108公斤环境特性温度湿度工作/储存0 55C（室内单元） / -20 to 75C最大95%（非凝结）供电方式110/220v交流供电或者以太网供电（遵循IEEE 802.3af标准）网络管理遵循SNMP MIB v2c, TFTP 、Telnet CLI、HTTP距离5.725-5.850 GHz 4 Watt EIRP at both sides of the link108 Mbps (Turbo) - 4.2 miles (6.9 km); 54 Mbps - 6 miles (9.7 km); 36 Mbps (Turbo) - 13.5 miles (21.8 km);36 Mbps - 9.6 miles (15.4 km); 12 Mbps (Turbo) - 21.5 miles (34.6 km); 12 Mbps - 24.6 miles (38.8 km)第三章 辅助设备技术指标我公司提供的所有设备均有一份使用维护说明书，说明书清楚的描述了设备的产品名称、型号、性能指标、重量、出厂日期、制造厂家的名称以及其它有用的资料。视频编码服务器技术规格：支持PAL或NTSC格式支持CIF、HalfD1、D1高清晰MPEG4视频压缩和MP3音频压缩视频码率32Kbps-4Mbps连续可调，帧率1-30 (1-25)连续可调视频流占用平均带宽200kbps(分辨率352x288,25帧)画面延迟小于200毫秒（局域网）嵌入式Web服务，支持IE浏览、配置、升级支持动态域名、局域网、广域网 支持双向语音对讲报警预录功能 5 秒 -30 秒 , 支持报警上传支持图像抓拍、录像支持网络断线自动连接功能支持异常情况自动重启恢复功能第四章 技术服务1.1基本技术服务1) 我方提供的资料使用国家法定单位制即国际单位制，语言为中文。2) 资料将组织结构清晰、逻辑性强，资料内容要正确、准确、一致、清晰、完整，满足工程要求。3) 我方资料的提交将及时充分，满足工程进度要求。4) 我方提供的技术服务一般可分为投标阶段，我方设计阶段，设备监造检验，施工 调试、试运行、性能验收试验和运行维护等四个方面。我们提供的技术资料将满足以上四个方面的具体要求。5) 对于其它没有列入合同技术资料清单，却是工程必需的文件资料。一经发现，我方也及时免费提供。6)贵方要及时提供与合同设备设计制造有关的资料。1.2 资料提交的要求1) 贵方提供下述文件：系统平面布置图。2) 我方将提供下述文件：系统原理接线图 系统设计方案及系统功能说明书 主设备技术说明书 设备、材料和工程量清单 施工作业指导书 工程造价明细表 用户使用手册1.3 培 训为使合同设备能正常安装和运行，由双方共同拟定培训计划，我方免费提供相应的技术培训。1.4 设计联络工程设计联络、计划会议拟定1-2次，有关设计联络的计划、时间、地点和内容要求由供需双方商定1.5 其 它 其它未尽事宜，供需双方本着为工程负责的态度，通过联络会议或其它方式协商解决微波设计计算无线微波工程在施工之前必须对整个传输进行设计计算。计算根据实地环境勘测结果在保证传输质量的基础上进行。计算的内容应包括如下几点：1. 天线规格2. 天线极化方式3. 天线安装高度4. 天线方位角天线规格根据传输距离、使用的频段、使用设备的发射功率、接收灵敏度、使用天馈线系统的规格、长短等进行计算。计算公式如下： Pr=Pt-Ltl+Gta-Ltm+Gra-LrlLtm=92.5+20logf+20logdPrSrPr=接收功率 Pt=设备的发射功率Gta=发射天线的增益 Gra=接收天线的增益Ltl=发射端传输线路衰耗 Lrl=接收端传输线路衰耗 Ltm=传输空间衰耗 f=使用频率Sr=设备的接收灵敏度 d=两站之间的距离 PrSr的预留程度应根据实地电磁环境的复杂程度、链路之间的物理环境和通信距离来定。 一般在近距离的情况下，最少应预留3dBm以上。传输距离越远预留增益应越大。天线极化方式天线的极化与实地的电磁环境关系比较大，应尽量与当地其他同频段的天线极化方向错开，将外来干扰减至最小。还应进行分析在尽量避免外来干扰的情况下还要考虑到自己内部的干扰。在同一地点同时放多面天线时，同极化的天线尽量不要安装在同一个方向上，且天线之间应进行隔离。该隔离的大小可根据使用天线的规格和使用的频率进行计算。天线安装高度天线的安装高度应保证相连的两站点之间完全可视。根据实地勘测和相关地图的测量，可计算出天线安装的最佳高度，在计算时应注意对费涅尔区（费涅尔区是围绕电磁信号中心线周围的一个区域）的计算。在费涅尔区内不能有障碍物。如果费涅尔区内有障碍物的话，就会造成信号的衍射和衰减，降低信号强度。如果地形条件特殊时还可以进行特殊考虑，如链路之间有断面等。天线方位角计算出天线的理论角度有利于对整个无线传输路径进行设计，避免干扰和降低工程的施工难度。计算天线的角度可用带有投影坐标的5万分一地图进行计算，可在图上标出站点的具体位置和查出各站点的经纬度。计算公式如下： AQ=(tg-1(|y1-y2|/|x1-x2|)+Q1 x1是发信站的纬度坐标 y1是发信站的经度坐 x2是收信站的纬度坐标 y2是收信站的经度坐标 AQ是通信方位角（以真北为始线顺时针旋转的角度） Q1是地图坐标线与真子午线的坐标夹角（一般在5左右）。微波天馈线系统防雷接地技术方案建议系统工程防雷接地设计中首先要充分考虑和利用现有计算机室的接地系统、供电系统防雷保护装置等的有效利用，还应根据微波天馈线系统的安装高度、安装的环境条件（铁塔、楼顶等的接地条件）馈缆的架设、设备自身的耐压水平，选用防雷装置的特性以及防雷系统的装置装设后对设备的正常工作是否生产不允许的影响，雷击发生后的反应和自复能力等复杂的因素进行综合考虑。防雷工程设计中既要达到技术先进、安全可靠、同时还应考虑经济合理。要使整个网络防雷防护系统达到较高的满意效果，应遵守“三条防线”的原则： 1.将绝大部分雷电流直接引入地中泄散； 2.阻塞侵入波沿引入线进入设备的过电压； 3.限制被保护物上雷电过电压的幅值。三条防线，互相配合，各行其责，缺一不可。 等电位连接和共用接地系统思想在防雷装置的设置上人们往往比较注意外部防雷装置和内部的电涌保护，容易忽视等电位连接在雷电防护的重要作用。防雷等电位连接是将分开的导电装置各部分用等电位连接导体或电涌保护器（SPD）做等电位连接。它包括在内部防雷装置中，其目的是减小建筑物金属构件与设备之间或设备与设备之间由雷电流产生的电位差。防雷等电位连接区别于电气安全的等电位连接，最主要是将不能直接连接的带电体通过电涌保护器做等电位连接。等电位连接网络 是对一个系统的外露各导电部分做等电位连接的各导体所组