0 引 言

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(luò)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)控體現(xiàn)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(shù),，可以將多個監(jiān)控點和遠端控制中心連接起來，可以在最短的時間內(nèi)快速建立起無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),。

目前常用的無線接入技術(shù)包括Wi-Fi,、微波以及WiMAX等。與其他技術(shù)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(jié)合武警部隊特點,，提出了一種基于WiMAX無線寬帶接入技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案,，也適用于其他應(yīng)急狀態(tài)下組建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，并給出了系統(tǒng)建設(shè)中注意事項,。

1 WiMAX技術(shù)特點和優(yōu)勢

WiMAX是一項新型的無線通信技術(shù),，全名為微波存取全球互通(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 MetropolitanArea Network,，BWAMAN),，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。WiMAX技術(shù)具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率,，最高可達到75 Mb／s,；傳輸距離遠，最大傳輸半徑50 km,，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G基站的10倍,。

1．1 WiMAX系統(tǒng)組成

WiMAX網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，其由核心網(wǎng)絡(luò),、基站,、用戶基站、接力站,、用戶終端設(shè)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(shè)置若干個接力站,，形成單點對多點或多點對多點的體系結(jié)構(gòu),。



核心網(wǎng)絡(luò)：WiMAx連接的核心網(wǎng)絡(luò)通常為傳統(tǒng)交換網(wǎng)或因特網(wǎng)。WiMAX提供核心網(wǎng)絡(luò)與基站間的連接接口,。

基站：提供用戶基站與核心網(wǎng)絡(luò)間的連接,，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(luò),。

用戶基站：屬于基站的一種，提供基站與用戶終端設(shè)備間的中繼連接,，通常采用固定天線,，并被安裝在屋頂上?；九c用戶基站間采用動態(tài)適應(yīng)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(shè)備)間信息的中繼站,。

用戶終端設(shè)備：完成具體的應(yīng)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,、軟件下載、系統(tǒng)參數(shù)配置等功能,。

1．2 WiMAX技術(shù)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)百米內(nèi)設(shè)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(shù),，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(yīng)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(shè)置的監(jiān)控點,。同時，WiMAX具有非視距傳輸?shù)奶匦?，可以滿足復(fù)雜環(huán)境中的傳輸要求,。WiMAX還可以作為有線網(wǎng)絡(luò)接入(Cable、DSL)的無線擴展,，方便地實現(xiàn)邊遠地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)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)務(wù)：非請求的寬帶分配業(yè)務(wù),、實時輪詢業(yè)務(wù)、非實時輪詢業(yè)務(wù),、盡力傳輸業(yè)務(wù),，向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻和語音服務(wù),，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 Mb／s,；每個WiMAX客戶端(即WiMAX CPE——Client Produce Equipment,，用戶端設(shè)備產(chǎn)品)可提供最大10 Mb／s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 Mb／s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(shù)的武警*無線監(jiān)控系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)由前端視頻采集、網(wǎng)絡(luò)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(luò)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)的整體結(jié)構(gòu)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,，主要進行監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集，包括*,、云臺,、解碼器等設(shè)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*是一種集視頻壓縮技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),、嵌入式等多種先進技術(shù)于一體的數(shù)字攝像設(shè)備。集成了鏡頭,、光學過濾器,、影像感應(yīng)器、視頻壓縮卡,、無線網(wǎng)卡等設(shè)備,，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻采集、視頻壓縮以及無線網(wǎng)絡(luò)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,。*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(luò)攝像機進行訪問,、觀看實時圖像和監(jiān)測數(shù)據(jù),；授權(quán)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)進行配置，從而可以對目標進行全方位的監(jiān)控,。

　　云臺是安裝和支撐攝像頭的設(shè)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,，達到最好的工作姿態(tài)后,，只要鎖定調(diào)整狀態(tài)就可以了。電動云臺適用于對大范圍進行掃描監(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精確地運行定位。由于不同廠家的云臺和控制設(shè)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(luò)傳輸子系統(tǒng)

　　網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)由WiMAx　CPE、無線基站和IP承載網(wǎng)組成,。WiMAX　CPE作為WiMAX網(wǎng)絡(luò)的無線客戶終端,，布設(shè)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WiMAX　CPE設(shè)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,，實現(xiàn)對多個監(jiān)控點視頻信號的匯聚,。

　　2．3 視頻信息管理子系統(tǒng)

　　視頻信息管理子系統(tǒng)設(shè)在監(jiān)控中心，主要由視頻存儲服務(wù)器和監(jiān)控管理服務(wù)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(wù),。監(jiān)控管理服務(wù)器為整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)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進行參數(shù)配置,、實時查看指定點監(jiān)控信息，是視頻監(jiān)控的核心業(yè)務(wù)實現(xiàn)平臺,。數(shù)據(jù)庫服務(wù)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(wù)器和授權(quán)用戶提供歷史數(shù)據(jù)瀏覽,、檢索等服務(wù),。

　　當視頻信息傳送到監(jiān)控中心后，監(jiān)控管理服務(wù)器首先對視頻信息進行分析,，判斷是否是授權(quán)用戶所需要實時瀏覽的監(jiān)控信息,，如果是則將其轉(zhuǎn)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(wù)器進行歸檔管理,。同時,，監(jiān)控管理服務(wù)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(shè)備,，進行監(jiān)控點參數(shù)配置等工作，如圖3所示,。

　　3 系統(tǒng)建設(shè)的注意事項

　　系統(tǒng)在建設(shè)和使用過程中還需要注意以下四點,，確保系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

　　基站選址應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)分布實際情況,，選擇業(yè)務(wù)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，避免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技術(shù)設(shè)計的設(shè)備,，其次必須合理網(wǎng)絡(luò)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最低限度。在工程中選用具有BIT／SK,，QPSK,，16QAM，64QAM等多種調(diào)制方式自適應(yīng)切換技術(shù)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基礎(chǔ)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)的流量進行長期跟蹤觀測,，實時調(diào)整修正與實際容量不相適應(yīng)的扇區(qū),。如一扇區(qū)按照10 Mb／s的容量進行設(shè)計，經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn),，該扇區(qū)的需求量明顯小于10 Mb／s,，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(shù) 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(shù),，比H．263節(jié)約50％左右的傳出碼流，可以大大減小傳輸?shù)臄?shù)據(jù),，很好地解決圖像信息和帶寬之間的突出矛盾,。

　　4 結(jié) 語

　　本文提出了基于WiMAX無線寬帶接入技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，具有監(jiān)控范圍廣,、安裝方便,、靈活性強等優(yōu)點，適合于武警*進行大規(guī)模臨時場所,，需要快速構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)或邊緣地區(qū)不易進行有線接入的地方應(yīng)用,，對提高武警*戰(zhàn)斗力有著實際的意義。隨著WiMAX技術(shù)的日趨成熟,，它的應(yīng)用將在實時監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用,。