平安城市无线视频监控方案.docx
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平安城市无线视频监控方案
平安城市无线视频监控
技术方案
第1章、需求分析
第2章、无线网络监控介绍
监控系统主要用于对重要区域或远程地点的监视和控制，在银行、金融、水利、航运、大型企业、治安、消防、小区安保等领域具有举足轻重的地位。
一套优秀的监控系统可以实时动态地汇报被监测点的情况，及时发现问题并进行处理，完整的备份资料可以随时进行分析调查。
传统的视频监控系统采用模拟视频传输和存储技术，可以实现令人满意的图像质量，成本也相对较低。
随着数字视频编码技术以及互联网技术的发展，出现了基于以太网为传输介质的数字视频监控系统，也就是将原来的模拟信号采用数字编码压缩技术，并且通过计算机互联网络传输。
网络监控系统的优势在于视频数据通过以太网进行传输，监控范围非常广泛，且在高带宽环境下，依然可以提供高质量视频，同时视频内容存储检索非常方便。
无线以太网的出现，给监控系统带来了新的应用方式。
无线数字监控系统在原有的以太网监控系统的基础上，抛弃了网络电缆，用无线微波进行数据传输，降低了网络布线的成本，大大增强了监控系统的灵活性和可扩充性。
随着无线技术的日益发展，无线网络的应用越来越被各行各业所接受。
无线网络监控作为无线网络的一个特殊使用方式也逐渐被广大用户看好。
其安装方便、灵活性强、性价比高等特性使得更多行业的监控系统采用无线的方式，建立被监控点和监控中心之间的连接。
无线网络监控技术已经在现代化小区、交通、运输、水利、航运、治安、消防等领域得到了广泛的应用。
无线网络监控和传统的监控方案相比，具有以下三大优点：
1、综合成本低，只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合；在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。
这时，采用无线网可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。
2、组网灵活，可扩展性好，即插即用，网络管理人员可以迅速将新的监控点加入到现有网络中，不需要为新建传输铺设网络、增加设备，轻而易举地实现远程视频监控。
3、支持移动视频监控，全面提升视频监控水平，为公安、消防和政府应急部分提供应急移动宽带通信解决方案。
4、维护费用低，无线网络维护由网络提供商维护，前端设备是即插即用、免维护系统。
无线网络监控系统是计算机、无线网络和视频编码技术的结合，它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到监控中心，并自动形成视频数据库便于日后的检索。
在监控系统中，监控中心需要实时得到被监控点的视频信息，并且该视频信息必须是连续、清晰的。
在被监控点，通常使用摄像头对现场情况进行实时采集，摄像头通过视频服务器与无线网桥设备相连，并通过由无线桥接器组成的无线网桥将数据信号发送到监控中心。
该设备可以广泛应用于范围广、分布散的安全监控、交通监控、工业监控、家庭监控等众多领域。
第3章、用户需求
平安城市市区范围约20公里*30公里，共有1000路视频监控点，每路视频监控点需要2Mbps带宽。
主要面向城区内主要街道、广场、关键的市政建筑等，视频监控点主要有两种类型:
●主要街道和交叉路口放置固定视频监控点
●警车和应急车辆上的移动视频监控点
考虑到整体光纤组网成本高、周期长、受布线位置限制、不支持移动等缺点，方案采用光纤网络与无线宽带网络结合方式进行组网–即在街道沿线楼宇和灯杆处架设无线基站，通过无线组网就近汇聚到光纤网络，最后各个分局通过无线汇聚到市局的中心机房。
在确定采用无线网络解决方案实现平安城市视频监控的基础之上，本方案建议采用Strix无线Mesh移动宽带解决方案作为第三代WLAN无线局域网技术研发和推广的主要厂家，StrixSystems在北美、欧洲和日本等国家和地区进行了无线城市、交通、能源等领域下的大规模部署；StrixSystems革命性的Mesh技术提供了高速移动和快速漫游切换的能力，满足了室外大规模无线组网的需要。
StrixAccess/One无线Mesh网络作为多业务平台（Multi-ServicePlatform），网络具有自我组织、自动配置、性能自动调节、链路自动修复等特性，支持负载均衡和冗余备份功能，为无线监控、移动无线监控等视频和语音服务提供了稳定可靠的承载平台。
第4章、Strix公司和无线Mesh解决方案
4.1、Strix公司介绍
美国Strix系统公司总部位于美国加州洛杉机，由风险基金于2000年投资建立并拥有业界的强大合作伙伴，如Intel,Atheros和三星。
作为高性能无线Mesh（网状网格）网络接入系统的领先厂商，Strix系统公司根据无线网络发展的趋势所提出的Access/One™Network架构及系列产品，可以完全摆脱对线缆部署和传输资源的依赖，建立起真正意义上的无线局域网络，引领着Wi-Fi业界一次新的革命。
Strix系统公司致力于新一代Mesh无线局域网、城域网技术和产品的研发和制造，并在全球范围内推广。
从2005年开始，StrixSystems连续至今蝉联全球Mesh市场销售额第一名。
2007年2月，Samsung战略性投资StrixSystems，双方计划通过就Wi-Fi和WiMAX两种无线城市技术进行合作，满足近期项目需求以及远期技术发展和融合的要求。
在7年时间里，StrixSystems得到了来自于风险投资6500万美金的投资，并且将于2008年达到4.5亿美金的融资规模。
2008年10月，Strix引入了全球投资者的战略投资，以进一步促进公司在美国和国际市场的加速成长、快速扩张和新技术开发，提高Strix在美国和国际销售及支持组织的规模，扩大其市场和教育资源，为无线网状网络在全球范围内的采纳推波助澜。
同时，Strix在印度设立了研发中心建立了全新的工程设计机构，从而增强公司的全球研发和技术支持网络。
Strix中国区代表处成立于2004年6月，是业界最早在国内推广无线Mesh技术的先驱。
多年来，Strix中国区为运营商和非运营商客户提供了高质量的无线Mesh网络部署实施。
Strix中国积极的推进本地市场和建立本地支持。
网络产品和方案广泛的用与电信运营商市场、如上海移动、江苏移动、宁夏电信、新疆电信等多个大型的城市、园区网络部署；并且为非运营商市场中的高质量用户提供了大规模的组网实施，包括北京市政府、北京市西城区公安分局、奥运安保、阳泉煤矿集团、神华煤矿集团、东风本田等城市级别、区域级别的无线Mesh网络；被业界普遍认可为最适合高性能高可靠性、大规模大范围、高速移动漫游的无线Mesh解决方案。
4.2、Strix产品介绍
Strix提供了无线Mesh业界最全面的产品线，下图为产品示意图：
Access/One产品家族共包括：
●室内型Mesh设备–IWS（IndoorWirelessSystem）
●室外型Mesh设备–OWS（OutdorWirelessSystem）
●Wifi-11N系列-AIN5600
●移动CPE设备–MWS（MobileWirelessSystem）
●Hot-spot设备–HSx（Hot-SpotSystem）
●专业可定制板卡–OWS-11AG-XX
●网络管理系统–Manager/One
其中，
●IWS产品基于模块化设计，支持4种类型的不同RF配置，满足室内Mesh组网需要
●OWS包括2个系列共5个型号，支持2模、4模和6模，是业界性能最高的无线Mesh基站产品
●AIN5600系列，采用MIMO3*3技术，高带宽；
●MWS产品作为移动车载设备，满足了公共安全、应急和军队等行业应用需求
●HSx产品是业界唯一的低成本双模Mesh设备，用于热点、区域、城域组网和覆盖，或作为监控采集应用中的室外Mesh边缘设备
●Strix为OWS设备提供专业的板卡定制服务，满足不同类型用户的特殊应用需求
●Manager/One专业的Mesh网管系统，提供批量配置、统一管理能力
4.3、Strix产品特点
Ø二层Mesh组网技术
⏹业界最稳定、高效的二层Mesh组网协议
⏹避免了三层Mesh组网协议自动组网速度慢、网络拓扑收敛慢、协议负荷高等多个问题
⏹性能和组网收敛速度均优于三层Mesh组网协议
Ø多无线技术、多频点、多扇区的高性能Mesh网络
⏹StrixAccess/One多射频技术、多频点、多信道的OWS室外型基站设备
◆单Mesh基站支持2.4GHz、4.9GHz和5.8GHz，可任意用于设备无线互联和用户无线覆盖
◆Mesh基站最多支持6模配置，是业界容量最高的无线基站设备
⏹多模块技术、多跳组网能力强
◆为无线Mesh互联组网提供多个802.11a无线模块，每个模块都可以工作与4.9GHz频段或者5.15-5.85GHz频段
◆确保每跳无线网络的带宽损耗低于6%，支持15跳以上的无线组网
◆单跳最远距离可达40公里，15公里后提供8Mbps稳定带宽
⏹根节点位置使用多扇区组网技术（3扇区、6扇区等），充分的将光纤点的带宽资源注入到无线Mesh网络
⏹多网关备份能力，充分的利用传输资源，负载均衡冗余备份
⏹抗干扰能力
◆利用StrixOWS设备的智能频点扫描和多频点规划能力，避免无线Mesh网络系统内的干扰问题
◆配合扇区和定向天线，减少Mesh组网和覆盖受到外界干扰的机会
Ø自动修复能力和自动性能调整能力
⏹采用二层Mesh技术组网，分布式智能快速建立Mesh拓扑和收敛网络
⏹Mesh网络的自动修复能力和自动性能调整远胜于三层Mesh组网协议
⏹每基站均根据信号强度、链路质量、跳数、性能、时延等多种参数的加权平均值建立具有多个Mesh链路的路径表，根据网络可达性和链路指标进行自愈和自动链路性能调整
⏹网络自愈或者Mesh链路切换不会造成用户业务中断，毫秒级切换对用户完全透明
Ø灵活组网–空间多层次组网
⏹多个射频技术和频段灵活使用，2.4GHz、5.8GHz和4.9GHz均可用于无线覆盖和无线互联
⏹多层次组网--无线Mesh网络由三层组网，形成立体的、有层次的分布式无线Mesh网络架构
◆无线建筑物楼顶铁塔高度的Mesh汇聚层
◆街道沿线灯杆高度的Mesh分布层
◆道路、小区和园区、热点和室内的Mesh接入层
⏹支持配合不同类型的天线-全向天线、板状天线、扇区天线和抛物面天线等实现无线Mesh设备互联和网络覆盖，都可以通过选择相应的外接天线和调整天线垂直角度，以实现最大化的组网灵活度和多层次的组网
Ø高速移动、快速切换支持
⏹支持300公里时速高速移动下的快速切换
⏹满足高速移动下视频、语音和数据等业务的传输
Ø安全性
⏹无线Mesh网络内建可信机制、保证Mesh设备统一认证和互信
◆系统统一认证无线Mesh设备，管理人员在网络管理系统中可通过一次性的操作批量认证和授权Mesh设备
◆未经认证授权的Mesh节点将自动阻断用户数据，保证网络数据私有性
◆AES强制加密方式实现MeshAP之间的链路安全性
⏹面向用户接入的多种安全机制
Ø管理性
⏹跨三层网络的统一网管系统，可针对整个网络、子网和设备等3个级别进行批量配置、统一配置
⏹支持统一SNMP网管，支持事件和告警等多种功能
4.4、Strix解决方案优势
ØStrix专利的DMA二层Mesh组网协议：
同样覆盖区域同样成本的情况下，Strix无线Mesh网络提供最高带宽、最低时延，更适合视频、语音和数据Triple-Play业务。
DMA二层Mesh算法解决了传统二层算法的广播问题、以及三层算法的收敛速度和切换问题，能最有效的利用无线Mesh网络资源，提供业界性能最佳、稳定性最高的组网。
ØStrix业界最高的性能满足大规模、大范围的无线组网
Strix最高提供6模块的室外无线Mesh基站设备，支持15跳以上的多跳组网，提供40公里远距离无线链路等技术，为室外城市、城区、园区组网提供了高性能、大范围的成熟组网方案。
Ø支持高速移动和快速切换
StrixDMA协议支持300公里时速的高速移动和快速切换，在铁路、高速公路等交通领域有着广泛的应用，能够满足用户对于移动组网、临时组网的需求。
StrixSuperCloud技术也为跨子网漫游提供了无缝切换能力。
Ø管理性和安全性
Strix提供了专用网管系统Manager/One并且支持，提供对整个网络的全面管理、批量配置功能。
Strix的Virtual/Strix技术提供了强大的用户安全性和Mesh组网安全性。
第5章、技术解决方案
第6章、技术分析
目前视频监控解决方案也有一些不足，这是由固定监控和有线网络监控解决方案所决定的，主要存在以下三个问题：
1.固定监控依然存在盲点
2.如果采用有线光纤方式解决，固定监控实现全覆盖的监控，每添加一个点都要再施工布线，而且如果租用电信的专线每年要缴纳很大一部分的费用
3.对于突发事件，临时监控是个大问题，每次都要出动大批的警力，采用移动视频监控，可以有效地发现问题和隐患并及时排除
根据以上分析，平安城区的视频监控方案应该满足如下条件：
●摄像头可以根据实际情况临时增加、改变安放位置
●在安装一个新的摄像头时，可以不铺设线缆，不受光纤点位置的限制
●可以临时布监控点
●支持移动监控--在警用车辆或者应急车辆内对现场进行实时监控并回传传输视频
综上所述，固定监控＋无线监控＋移动监控都是现实生活需要的监控模式，只有把这些方式都结合起来才能更好地满足城市的需求。
视频监控方案包括：
●有线网络/无线网络
●数字摄像头/无线数字摄像头
●硬盘录像机
●监控软件
StrixAccess/One无线网络具有自我组织、自动配置、性能自动调节、链路自动修复等特性，支持负载均衡和冗余备份功能，为区域范围内的无线监控和移动无线监控提供了稳定可靠的承载平台。
基于Mesh技术的Access/One无线网络支持完全无线的方式进行网络建设，可以迅速地进行无线网络搭设，具有高机动性、快速部署展开的特点；同传统的有线和无线网络技术相比极大地降低了初期的安装和部署成本；仅需要在网络边缘加入新的Strix无线节点设备，就能达到网络扩容的要求，因此，有效地降低了网络建成后的运营维护成本以及网络的扩容和升级成本
第7章、无线系统特性
第8章、系统介绍
本方案采用StrixMesh无线组网解决方案，实现城域无线网络覆盖，对固定监控、移动监控和应急临时监控提供宽带无线接入。
室外无线基站对区域进行无缝的无线覆盖，保证无线摄像机在运行过程中一直处于无线连网状态，视频信号传输不中断。
公安和应急工作人员可使用宽带无线网络，对摄像监控信息进行远程查询，提高城市平安水平和网络使用效率。
系统特性
Ø区域中的固定基站采用A1N5600系列产品，每基站提供直径为1~2km的无线覆盖（视具体监控摄像机的密集度而提供的覆盖范围有所不同）
Ø固定基站的系统骨干连接采用11A/N无线的方式和有线方式相结合，配合高增益的定向天线，节省光纤架设和租用成本
Ø固定基站与远端站配合，可采用有线方式直接连接摄像头，然后通过无线多跳组网进行回传，如下图所示：
Ø远端站和车载站点均采用A1N5200产品，该产品是硬件指标与Mesh基站相当，非常适合作为远端设备与A1N5600基站配合组网
Ø如果需要考虑车辆移动视频监控“动中通”组网的支持，两个固定无线基站的间距不超过2公里，部分狭窄路段或者多树木路段，两个固定无线基站间距不超过1公里；这样
⏹两个相邻的固定基站具有15%左右的重叠区域，车辆移动到重叠区域，自动的、快速的完成切换，保证了流畅的视频（切换时间小于100ms）
⏹对移动车辆进行无缝的无线覆盖，系统支持的移动速度高达150km/h，完全可以满足系统需要,沿线中继点架设：
Ø在视频传输的同时，该无线系统还同时支持其他的应用
⏹数据传输
⏹语音功能
⏹以上应用可以和视频监控同时传输
第9章、工作方式
无线基础架构系统由StrixAccess/One网络节点，使用multi-channel、multi-radio的方式组建Mesh无线网状网络。
⏹Mesh拓扑结构保证任何两个之间链路视距可达，基站就近相连
⏹每无线网络节点内置多个功能不同的模块，分别处理用户接入和Mesh骨干业务，每跳带宽损耗低
⏹每无线网络节点可采用多个不同的信道同时工作，全网充分利用了2.4GHz和5GHz频段，提供效能并且避免大规模覆盖的干扰
⏹支持高速移动和快速切换
Mesh基站配置
无线宽带系统中主要使用三种Mesh基站:
Ø监控中心–A1N5600（6模）
Ø中继节点–A1N5600（双模）
Ø边缘节点–A1N5200
根节点或中继点AIN5600
Access/OneNetwork（A1N）5600室外无线方案采用3x3MIMO技术，提供高达300Mbps的带宽，单基站同时支持多个射频频段（2.4GHz,4.9GHz,5GHz），专门为多业务、多应用、实时应用、高清视频和语音并发而设计的。
Strix系统架构较其他无线解决方案有着明显的优势--多射频数据链层交换架构，为无线Mesh骨干网络提供近似全双工的上下行传输能力，并且结合多个专用的射频模块分别处理用户接入，从而提供了可持续的多跳高吞吐量和低时延；与单射频、双射频无线Mesh方案每跳50%的衰耗相比，Strix多射频架构Mesh方案10跳吞吐量后吞吐量衰耗小于50%。
Ø特性
⏹业界最高的带宽，提供低成本的光纤替代方案
⏹业界最高的容量和性能
⏹成熟稳定的产品架构
⏹适合大规模部署，网络管理简单
⏹冗余和容错
⏹高速移动特性
⏹高安全水平和QOS优化
⏹A1N5600有线接口与站点处的交换机相连—100兆以太网
Ø设备安装
⏹抱杆安装，安装高度取决于现场勘测结果
⏹具体安装设备和天线参考安装手册
Ø供电选择
⏹设备支持本地交流或直流供电，交流电压范围110-240V，直流供电范围12-24V
设备接口和天线配置如下图所示：
固定Mesh基站安装在专用的抱杆之上，配合5.8GHz定向天线进行设备无线互联和无线接入。
如下图所示：
边缘节点A1N5200
边缘节点采用A1N5200设备与中继节点和根节点相连，将现场监控信息回传。
A1N5200设备内置1个5.8GHz802.11a/n无线模块，支持无线链路的建立，设备提供1个10/100兆以太网接口，与监测设备相连。
设备配置如下：
Ø内置1块5.8GHz11a/n模块
✧用于Mesh上行无线链路
✧10/100兆网口连接本地监测设备-接入其他视频、语音和数据终端
Ø供电直流范围：
12-48VDC，正常工作耗电量12W
9.1.1、Mesh网络时延估算
操作
时延
回程数据包转发时间（基于2000pps）
0.8ms
1500字节数据包传输（基于带宽为24Mb/sec以上的无线网络）
0.6ms
AP数据包转发时间（基于2000pps）
0.8ms
1500字节数据包传输（基于带宽100Mb/sec以上的有线网络）
0.6ms
总计
~3.0ms
基于以上的数据，在采用无线互连的无线网络节点之间传输1500字节的数据包将带来3ms左右的延时，也就是说在传输1500字节的数据包的情况下，每跳最多带来3ms左右的延时。
9.1.2、链路信号强度预算
通常说来，由于较多的高大建筑物的影响，在城市范围内部署无线网络都会遇到非视距（LineofSight）问题，导致无线网络的中心基站与边缘基站之间存RF射频衰减因子模型为：
节点之间的连接最大范围基于明确的视线条件，在天线波束（FresnelZone）路径中没有任何障碍物。
实际应用中，使10dB的LinkMargin，保证99.97%的无线传输可靠性。
基于RF衰减公式和经验数据，对实际的射频情况进行精确的计算和规划设计。
在长距离的桥接的情况下，必须考虑地球的曲率引起的地表障碍。
应该架高天线，减小信号与地表接触所引起的信号削弱的可能，同时由于无线信号的传送不是完全直线的（FresnelZone现象）,在架设天线的时候还必须考虑到Fresnel半径问题。
因此天线的高度必须结合这两种因素来确定，保证无线连接的稳定高效。
9.1.3、多普勒效应
对于高速移动和快速切换的应用中，需要考虑多普勒效应的影响。
当波源与接受方存在速度差异时，频率会有不同程度的“扭曲”，这就是多普勒效应。
多普勒效应对电磁波（RF信号）同样具有影响。
波源静止，观察者相对于媒质运动
O
如上图,当观察者O向着波源运动时（v0＞0）时，在单位时间内，原来处在观察者处的波面向右移动u的距离，同时观察者自己向左移动了v0距离。
这就相当于波通过观察者的总距离为（u+v0），因此，在单位时间内，观察者接收到的“完整波”数目等于（u+v0）距离内的完整波数目，即观察者收到的频率为
式中υ为波的频率。
由于波源在媒质中静止，波的频率等于波源频率，因此有
这表明，当观察者以速度v0向着静止波源运动时，接收到的频率为波源频率的（1+v0/u）倍。
当观察者背离波源运动（v0＜0）时，上式仍然适用，只要将v0以负值带入即可，那时观察者接收到的频率要小于波源频率。
当v0=－u时，则υ0=0，相当于观察者随着原来的波阵面一起运动，也就接受不到振动了。
Strix无线设备可以有效地处理多普勒频移效应带来，无线模块可以有效的控制多普勒频移带来的高误码率。
9.2、无线基站分布
无线基站分布图如下：
●根据网络容量要求，共需20条光纤传输点
●每条光纤点处放置1台A1N5600根节点设备；共需20台根节点设备，根节点设备需要1条千兆以太网接口
●根据城市范围进行估算，预计共需要无线中继点150台，具体数量需实际现场勘测设计
●摄像头侧的无线边缘设备选择A1N5200边缘Mesh设备，数量1000台
在实施前的现场勘测阶段将根据初步设计，进一步的充分听取用户的建议，并且考察安装、供电的工程因素后，以决定具体的安装位置和安装方式。
9.3、方案解决的问题
点到多点的拓扑限制问题
通常说来，传统的网桥在大范围内部署无线网络都会遇到远距离的限制问题，处于网络边缘的基站不能就近连接，必须与处于无线网络的中心基站进行介入，为远距离的大范围无线建网以及未来的网络扩展带来很多的限制。
StrixMesh拓扑结构引入了网状网络的概念，完全不需要所谓的中心点-任意两个无线节点之间都可以连接，对于每个无线节点都有一条到多条的无线链路可供选择。
Mesh无线网状网的特性轻易地解决了点到多点的拓扑限制问题问题。
光纤成本和Mesh多跳后的吞吐量损耗问题
利用Mesh拓扑结构的特点，在进行大规模无线网络所遇到的阻挡问题，可以非常容易进行规避。
但是，Mesh拓扑将在无线网络中引入更多的无线跳（hop，每经过一个无线设备叫做一跳）；如果每跳带来的吞吐量损耗过大（如single-radioMesh单无线射频网状网每跳
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