摘 要：無線局域網(wǎng)在城市組網(wǎng)時(shí)具有布線少、對市容影響小、便于施工等優(yōu)點(diǎn)，通過一個(gè)實(shí)際工程案例，介紹了基于無線局域網(wǎng)的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和優(yōu)化過程。通過專業(yè)軟件測試，系統(tǒng)性能達(dá)到了預(yù)期的要求。為了克服城市復(fù)雜地形對傳輸信號引起的多徑快衰落現(xiàn)象，研制雙極化天線用于城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的傳輸性能。

關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；城市無線視頻監(jiān)控；雙極化天線

中圖分類號：TN949292 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)09-026-03

City Video Monitor System Based on Wireless Local Area Network

LIU Tingting，LI Bonian，ZHANG Jinsheng，WANG Duoyin

(Department of Information Science Engineering，Lanzhou University，Lanzhou，730000，China)

Abstract：WLAN is easy to constructing in the city，making little effect to the appearance of the city and so on.In this paper，based on the advantage above，through a real project，introduces the design，debugging and optimization process of a whole wireless video monitoring system in detail.The performance of the system achieved the planning requirement by using the special text software.In order to overcome the multipath effect which is caused by the complicated landform in the city，researching dual-polarization antenna to improve the data transmission speed.

Keywords：WLAN;net pattern;city wireless video monitor;dual-polarization antenna

視頻監(jiān)控技術(shù)以其直觀、方便、信息豐富的特點(diǎn)，近年來在銀行、重要建筑區(qū)、人流密集區(qū)等場合有著廣泛的應(yīng)用。無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是智能監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的新階段，隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無線視頻監(jiān)控技術(shù)也在迅速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。

1 無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在城市管理中的應(yīng)用

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，數(shù)字化城市的建設(shè)也在加快腳步，下面介紹甘肅某城市建立的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

系統(tǒng)功能：

(1) 對被監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行全天候(24小時(shí))監(jiān)控；

(2) 監(jiān)控中心對各監(jiān)控點(diǎn)的圖像進(jìn)行存儲，以便日后隨時(shí)回放和圖像處理。

[BT3]1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

部分監(jiān)測點(diǎn)分布如圖1所示，其中(2)號監(jiān)測點(diǎn)所在的位置是城市中的最高位置，與指揮中心之間無障礙物，(1)號監(jiān)測點(diǎn)與指揮中心之間有障礙物，(3)號監(jiān)測點(diǎn)與指揮中心之間有正在施工的工程，所以，綜上考慮，我們在(2)號監(jiān)測點(diǎn)設(shè)立中繼，采用如圖1所示的傳輸方式。

系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。[LL]



圖1 監(jiān)測點(diǎn)分布圖

圖2 系統(tǒng)組成框圖

[BT4]1.1.1 監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)：攝像機(jī)等配套設(shè)施

指揮員通過矩陣鍵盤進(jìn)行控制，矩陣主機(jī)將控制命令通過無線網(wǎng)橋傳給前端的視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器將控制命令轉(zhuǎn)換成RS 485控制信號，然后通過云臺解碼板控制兩臺步進(jìn)電機(jī)，以此來控制云臺和鏡頭左右和上下的轉(zhuǎn)動，鏡頭的變焦。

[BT4]1.1.2 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)：高功率帶寬無線網(wǎng)橋系統(tǒng)

網(wǎng)橋的傳輸方式有兩種：一種是點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸方式，一種是中繼方式。點(diǎn)對點(diǎn)傳輸距離比較遠(yuǎn)，但是由于2.4 GHz的穿透能力和繞射能力比較弱，所以在無線組網(wǎng)時(shí)一定要在“可視”的環(huán)境下架設(shè)才能發(fā)揮其優(yōu)越性。如果在目標(biāo)兩點(diǎn)間有阻礙的話，選用中繼技術(shù)來解決信號傳輸?shù)恼趽酰瑢?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)鏈接。

無線局域網(wǎng)是干擾受限系統(tǒng)，同頻干擾會帶來接入點(diǎn)(AP)的性能下降，需盡量將兩個(gè)相鄰AP設(shè)定在頻率不相交疊的信道上。802.11 b/g頻率范圍為2 400～2 483.5 MHz，通信帶寬83.5 MHz，載頻間隔為5 MHz，共13個(gè)頻點(diǎn)。2.4 GHz WLAN工作時(shí)，每個(gè)信道占用帶寬約為22 MHz，所以相隔5個(gè)信道，可基本滿足頻率互不交疊的要求。為了盡量減少干擾，我們在設(shè)置AP的信道時(shí)選用了信道1，6，11。

1.1.3 監(jiān)控中心系統(tǒng)

包括矩陣主機(jī)，視頻編解碼系統(tǒng)，碼分配器，畫面液晶顯示器等設(shè)備。

前端攝像機(jī)把所拍攝到的移動變化的圖像經(jīng)視頻服務(wù)器編碼，再通過無線網(wǎng)橋以 TCP/IP 數(shù)據(jù)包的形式傳到監(jiān)控中心，由碼分配器進(jìn)行碼速變換之后進(jìn)入矩陣主機(jī)，再由相關(guān)軟件進(jìn)行處理。 

在監(jiān)控指揮中心，可以及時(shí)準(zhǔn)確地掌握所監(jiān)視重點(diǎn)建筑物、重點(diǎn)路段周圍的車輛、行人的狀況，為指揮人員提供迅速直觀的信息，從而對監(jiān)控現(xiàn)場所發(fā)生的意外狀況做出準(zhǔn)確判斷并及時(shí)進(jìn)行處理，以免造成更大損失。

1.3 鏈路分析

無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離受諸多因素的影響，比如通信設(shè)備性能、收發(fā)天線的增益和方向性、架設(shè)高度等。設(shè)定在室外無線網(wǎng)橋的發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線的增益為GT，工作頻率為f，網(wǎng)橋的接收功率為PR，接收天線的增益為GR，網(wǎng)橋接收靈敏度為SR，那么在無環(huán)境干擾的情況下，傳播途中的無線電波損耗Ls可通過下式計(jì)算：

.4 系統(tǒng)優(yōu)化[CD2]雙極化天線

世界通信界總結(jié)出這樣一個(gè)規(guī)律：“網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)天線投資僅占整個(gè)投資的3%~4%，而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率可提高30%~40%”，具有很高的投入產(chǎn)出比。城市里高樓云集，行人和車輛密集，多徑快衰落現(xiàn)象更加明顯，信號傳輸?shù)乃p嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。

分集技術(shù)是克服多徑效應(yīng)的有效方法，針對以上情況，研制開發(fā)的雙極化天線是雙饋源、雙極化、高增益的板式定向天線，具有抗干擾能力強(qiáng)，增益高，副瓣小，前后比大，隔離度系數(shù)高，吸收話務(wù)量大，可以下傾或?qū)?zhǔn)高層建筑上傾，安裝方便、快捷，可以滿足現(xiàn)代城市通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化的要求。

其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

(1) 節(jié)省天線數(shù)目。由于采用雙極化、雙饋源，所以一副雙極化天線可相當(dāng)于兩副單極化天線使用，節(jié)省投資。

(2) 抗干擾能力強(qiáng)。本天線的±45°極化正交特性，提供極化分集，抗多徑衰落和其他干擾效果顯著。

(3) 阻抗匹配良好。

(4) 雙極化天線的波束有方向性，可更好地控制輻射的范圍，降低同頻、鄰頻干擾，方便網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。

其中一個(gè)極化方向的駐波系數(shù)如圖5所示。

圖5 極化方向的駐波系數(shù)

雙極化板式天線其中一極化方向H面方向圖如圖6所示。

圖6 極化方向H面方向圖

1.5 數(shù)據(jù)測試

系統(tǒng)構(gòu)建完成，通過相關(guān)軟件進(jìn)行性能測試，得到的結(jié)果如表1所示。

熱穩(wěn)定性測試，結(jié)果見表2。

抗干擾能力測試，結(jié)果見表3。由指揮中心視頻圖像檢測結(jié)果和數(shù)據(jù)測試結(jié)果分析，系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，傳輸率滿足設(shè)計(jì)要求。

2 結(jié) 語

通過以上的設(shè)計(jì)和實(shí)施，成功組建了基于WLAN的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)搭建合理，傳輸速率滿足實(shí)際需求，圖象質(zhì)量高，進(jìn)行位置切換、多屏顯示和變焦等操作時(shí)畫面延遲小，圖象清晰，符合實(shí)際的需求。同時(shí)，雙極化天線的設(shè)計(jì)更是使得系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。

由于本系統(tǒng)具有不需要布線、結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)，因此不僅適用于廣場、學(xué)校等面積很大、人流密度很大的區(qū)域進(jìn)行無線視頻監(jiān)控，也適用于對存放危險(xiǎn)品的庫房、存放貴重物品的場所、關(guān)鍵通道的門衛(wèi)、移動性強(qiáng)的值班崗位的監(jiān)視。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］明亮，謝桂海，齊子元，等.基于無線網(wǎng)的遠(yuǎn)程視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)\\[J\\].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007，33(5):266-268.

［2］曹貝貞，李志康，薛松.基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)\\[J\\].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007，33(1):247-249.

［3］劉乃安，李曉輝，張聯(lián)峰，等.無線局域網(wǎng)(WLAN)[CD2]原理、技術(shù)與應(yīng)用\\[M\\].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

［4］楊軍，李瑛，楊章玉.無線局域網(wǎng)組建實(shí)戰(zhàn)\\[M\\].北京:電子工業(yè)出版社，2006.

作者簡介

劉亭亭 女，1986年出生，江蘇連云港人，本科，就讀于蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院通信工程專業(yè)。研究方向?yàn)闊o線局域網(wǎng)的技術(shù)及其應(yīng)用。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。