【正文】 自豪。 5 結(jié)束語 經(jīng)過近半個學(xué)期我們小組終于完成了《 基于無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)》畢業(yè) 設(shè)計 ，從開始接到 設(shè)計 題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到 設(shè)計 文章的完成，每走一步對我們小組來說， 25 都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。 無線 Mesh 網(wǎng)視頻監(jiān)控的技術(shù)展望 經(jīng)年來無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展迅猛，但是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶寬容量低、 WLAN接入的覆蓋范圍有限等缺點是人們在大范圍視頻監(jiān)控中很少使用無線網(wǎng)絡(luò)，無線 Mesh網(wǎng)（ WMN）作為有一種新型大容量、高帶寬、高速率的分布式無線網(wǎng)絡(luò)，擁有提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、易于管理等特點，它擁有改善現(xiàn)在我們視頻監(jiān)控的潛力，發(fā)展后勁十足。（如圖 19） 24 圖 19 密碼設(shè)置界面 視頻監(jiān)控的實現(xiàn) 通過 IP地址的配置，將無線網(wǎng)絡(luò)攝像頭和筆記本電腦連接到該模擬的無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)中，通過配置實現(xiàn)互聯(lián)互通。實驗拓?fù)鋱D如下（圖 12）： 18 圖 12 實驗拓?fù)鋱D 實驗選用的設(shè)備 設(shè)備名稱：無線寬帶路由器 品牌型號： TPLINK 路由器 設(shè)備數(shù)量： 4 設(shè)備名稱：無線網(wǎng)絡(luò)攝像頭 設(shè)備數(shù)量： 1 設(shè)備名稱：帶有無線功能的筆記本電腦 設(shè)備數(shù)量： 2 Tplink 無線路由器的橋接功能配置 1. 在瀏覽器地址欄中輸入“ “ admin”和密碼“ admin”（如圖 13） 圖 13 登陸路由器界面 MAC地址查看如 (圖 14) 19 圖 14 路由器 MAC地址查看界面 3. 在 WAN口中設(shè)置當(dāng)前 inter接入方式，試驗中輸入 PPPoE（如圖 15） 20 圖 15 inter接入方式設(shè)置界面 4. 設(shè)置無線的基本信息，將默認(rèn)的 SSID改為 AP1，開啟 Bridge功能，在下列框中輸入AP AP AP4的無線 MAC地址。 圖 9 系統(tǒng)前端設(shè)備 系統(tǒng)主要功能 攝像頭具有夜視的特點，具有高質(zhì)量，高清晰畫面的特點，視頻分割顯示及切換功能，相關(guān)圖像能上下左右旋轉(zhuǎn)，電動變焦鏡頭可將圖像局部放大或縮小，圖像可 24 小時錄像，并帶有時間日期顯示，一臺硬盤攝像頭可同時記錄多幅圖像 ，并可實現(xiàn)單畫面回放。 支持多用戶同時訪問同一個監(jiān)控前端 在基于網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的大型網(wǎng)絡(luò)視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控中心通常設(shè)置了多個監(jiān)控客戶端，往往存在同一時間段訪問某一個前端監(jiān)控網(wǎng)點并發(fā)出實時監(jiān)控或錄像調(diào)用請求的情況。 MPEG4的特點使其更適于遠(yuǎn)程監(jiān)控，采用 MPEG4壓縮算法，圖像壓縮比較高，錄像每小時 100200M空間，圖像清晰度高，網(wǎng)絡(luò)傳輸占用帶寬小，能通過各種傳輸方式進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻圖像傳輸。 MJPEG壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)源于 JPEG圖片壓縮技術(shù)，是一種簡單的幀內(nèi) JPEG壓縮，壓縮后圖像清晰度較好。 遠(yuǎn)程視頻傳輸?shù)难訒r性 雖然說，傳輸延時對任何一種網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器都是不可避免的，但是不同的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的延時值不同。在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，特別是在有多臺攝像頭組成的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，一般都不是一臺監(jiān)視器對應(yīng)一臺攝像頭進(jìn)行顯示，而是通過畫面分割器把幾臺攝像頭送來的圖像信號進(jìn)行合 成同時顯示在一臺監(jiān)視器上，也就是在一臺較大屏幕的監(jiān)視器上，把屏幕分成幾個面積相等的小畫面（四畫面、九畫面、十六畫面），每個小畫面顯示一個攝像頭送來的圖像。 、上下 100176。隨機(jī)附帶專用遮陽板，以確保設(shè)備在高溫烈日情況下穩(wěn)定工作。內(nèi)置以太網(wǎng)防雷、電源防雷，各組件均采用高等級 的工業(yè)級器件。 多個具有路由功能的路由器互聯(lián)構(gòu)成 Mesh網(wǎng)，在各點接人范圍內(nèi)分布有多個視頻監(jiān)控終端，完成現(xiàn)場視頻采集和壓縮，并將視頻流經(jīng)最近的 Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器傳輸?shù)脚c監(jiān)控主機(jī)相連的目標(biāo)節(jié)點；監(jiān)控主機(jī)匯集了所有監(jiān)控終端的視頻流，進(jìn)行解壓、處理和同步播放，同時實現(xiàn)本地存儲或通過網(wǎng)絡(luò)完成視頻轉(zhuǎn)發(fā)。雖然 Mesh構(gòu)架中的基站位置是固定的，相應(yīng)的路由選擇也近似固定，但是無線環(huán)境、負(fù)載的變化，同樣會導(dǎo)致重選最佳路由的處理開銷。眾所周知，無線通信很容易受到被動攻擊 (如竊聽 )，以及主動攻擊 (如信息篡改、拒絕服務(wù)攻擊 )。 IEEE 工作組為支持這兩種結(jié)構(gòu)制定了新的規(guī)范。其中，IEEE 802. 11， IEEE 802. 15 以及 IEEE 802. 16 等都建立了為無線 Mesh網(wǎng)制定新標(biāo)準(zhǔn)的工作組。 組網(wǎng)模式 本次組建的無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)是在點對多點模式下，系統(tǒng)有一個或多個 Mesh網(wǎng)路由器作為網(wǎng)關(guān)， 所有的信號都被匯聚到該接入點中，因此無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性依賴于 Mesh網(wǎng)路由器和終端之間 射頻 連接的質(zhì)量。 無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是計算機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)和視頻編碼技術(shù)的結(jié)合，它可以將不同地點的現(xiàn)場信息實時通過無線通訊手段傳送到監(jiān)控中心，并自動形成視頻數(shù)據(jù)庫便于日后的檢索。 無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控和傳統(tǒng)的監(jiān)控方案相比，具有以下三大優(yōu)點： 綜合成本低，只需一次性投資，無須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠(yuǎn)及已裝修好的場合；在許多情況下，用戶往往由于受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制，例如山地、港口和開闊地等特殊地理環(huán)境，對 有線網(wǎng)絡(luò)、有線傳輸?shù)牟季€工程帶來極大的不便，采用有線的施工周期將很長，甚至根本無法實現(xiàn)。無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控作為無線網(wǎng)絡(luò)的一個特殊使用方式也逐漸被廣大用戶看好。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢在于視頻數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，監(jiān)控范圍非常廣泛，且在高帶寬環(huán)境下，依然可以提供高質(zhì)量視頻，同時視頻內(nèi)容存儲檢索非常方便。隨著校園網(wǎng)的不斷發(fā)展、信息化建設(shè)的不斷深入，教育行業(yè)對學(xué)校內(nèi)部信息平臺的建設(shè)非常重 視，大多大數(shù)學(xué)校已經(jīng)專門鋪設(shè)了內(nèi)部的局域網(wǎng)，并且已經(jīng)或者逐步轉(zhuǎn)向利用網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)信息處理速度快和資源共享的優(yōu)勢，注重在老師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)、校園管理等領(lǐng)域充分使用信息化手段。 （ 6）兼容性和互操作性 支持對于無線 Mesh網(wǎng)來說，最好不僅能支持 Mesh終端，還能支持傳統(tǒng)的無線終端。而對于 Mesh終端，則需要采用類似 Ad hoc的路由協(xié)議。其次， Mesh路由協(xié)議要提供網(wǎng)絡(luò)容錯性和健壯性支持，能夠在無線 11 鏈路失效時，迅速選擇替代鏈路避免業(yè)務(wù)提供中斷。 （ 3） Mesh拓?fù)溥B接的維持無線 Mesh網(wǎng)的很多技術(shù)特點和優(yōu)勢來自于其 Mesh網(wǎng)狀連接，Mesh連接的維護(hù)也就成為無線 Mesh網(wǎng) 的 MAC和路由協(xié)議設(shè)計中的一個關(guān)鍵。 11WLAN的 MAC機(jī)制在無線鏈路跳數(shù)達(dá)到四跳時，性能下降非常大。此外，為了進(jìn)一步改善無線射頻性能以及高層協(xié)議的控制，更先進(jìn)的可重配置無線電、感知無線電、甚至軟件無線電技術(shù)都已開始在無線系統(tǒng)中有所運用。 終端節(jié)點已經(jīng)不是僅僅支持 VLAN的普通設(shè)備，而是增加了具有轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能的 Mesh設(shè)備，設(shè)備之間可以以 Ad Hoc方式互聯(lián)，直接通信。移動終端通過 Mesh路由器的路由選擇和中繼功能與網(wǎng)關(guān)形成無線鏈路，網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過路由選擇及管理控制的功能為移 10 動終端選擇與目的節(jié)點通信的最佳路徑，從而形成無線回路。 多級模式 如圖 6 所示無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的典型多級結(jié)構(gòu)，分為上層和下層兩個部分。終端用 戶自身配置有 RF裝置，通過無線信道的；連接形成以點對點的網(wǎng)絡(luò)。圖中所示節(jié)點均為對等結(jié)構(gòu)，具有完全一致的特性，每個節(jié)點具有相同的 MAC、路由、管理和安全協(xié)議，既具有客戶端節(jié)點的功能，也具有能夠轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)的路由器節(jié)點功能。與傳統(tǒng)的路由器相比較， Mesh路由器在很多方面都做了增強(qiáng)，增加了多跳環(huán)境下的路由功能，對 MAC協(xié)議、功率控制等也有所改進(jìn)。但是根據(jù)具體要求和配置的不同，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)也不一定包含以上所有節(jié)點。意味著每個終端都能通過相鄰終端或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的路由和轉(zhuǎn)發(fā)而與距離較遠(yuǎn)的其他終端或者網(wǎng)絡(luò)接入點 進(jìn)行通信。了前期的基站勘測，建設(shè)基站等基礎(chǔ)設(shè)施的昂貴費用，對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商來說，前期投資很低。這樣，在設(shè)計 Mesh 路由器的物 理層， MAC 層以及網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議時，基本可以不考慮功耗限制，這大 大簡化了協(xié)議設(shè)計，同時還可以采用性能較高的設(shè)計方案。而在無線 Mesh 網(wǎng)中，雖然 Mesh 終端也有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，但是主要還是由 Mesh 路由器來執(zhí)行路由和配置功能，大大減輕了普通 Mesh 終端的負(fù)載。 6) 集成性 無線 Mesh 網(wǎng)可以通過 Mesh 路由器的網(wǎng)關(guān) /橋接功能，整合現(xiàn)有多種無 線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如 ， ， 3G 移動通信等。 與同樣具有自組織，自管理以及多跳無線 Ad hoc 拓?fù)涞? Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)相比，無線 Mesh 網(wǎng)也有自己與 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)不同的特點 。此外，把無線 Mesh 網(wǎng)技術(shù)與其他無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合， 可以通過無線 Mesh 網(wǎng)給這些無線網(wǎng)絡(luò)的終端用戶提供無線接入業(yè)務(wù)。多跳 Mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，無線鏈路間更短，發(fā)射功率更小， 節(jié)點間干擾更少和頻率重用效率更高，這樣可以在不犧牲信道容量的 前提下獲得更高的系統(tǒng)容量。 WMN可以作為解決無線接入“最后一公里”新方案。 圖 3 無線 Mesh網(wǎng)通信 Mesh 網(wǎng)絡(luò)概念 WMN是從移動 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中分離出來的，并承襲了 WLAN的技術(shù)。 6 圖 2 蜂窩移動通信 無線 Mesh網(wǎng)（ 如圖 3）在實質(zhì)上屬于移動 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)， WMN與 Ad hoc的主要區(qū)別在于Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)對于用戶終端相對于 WMN移動性較低，然而 WMN不作為一個獨立的網(wǎng)絡(luò)而存在，而是因特網(wǎng)核心的一個延伸。對于用戶移動性較大、不適合建立永久性的大功率的基站的場合，例如未來戰(zhàn)場中的臨時通信。 傳統(tǒng)的基于基站的無線通信如圖 1 為用戶提供無線接入服務(wù)，但是隨著無線用戶的數(shù)量的增加，系統(tǒng)有限的資源制約著系統(tǒng)的通信容量。 3 無線 Mesh 網(wǎng)技術(shù)簡介 無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的起源 Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在寬帶無線接入領(lǐng)域，各種無線通信技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時，一種新的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) —— 無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)也逐漸發(fā)展起來，引起了人們廣泛的注意。 另外，當(dāng)前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)已相當(dāng)普及，涉及到各行各業(yè)，比如金融網(wǎng)點、企事業(yè)單位、政府機(jī)關(guān)、購物廣場、零售商店、旅游景點、學(xué)校等等，我們要認(rèn)識到圖像的接入僅僅是一個方面，更重要的是圖像如何作為一個資源共享的公共信息，供其他政府管理部門共享。 視頻智能檢索則力求通過檢索目標(biāo)照片，方便地檢索到該目標(biāo)在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的所有活動的錄像或基于目標(biāo)的重要特征 (如身著紅色衣服的女子、黑色的小轎車 )檢索指定時間、活動范圍內(nèi)的錄像資料，從而大大節(jié)省辦案人員挖掘線索、辦案取證的時間、人力、物力和財力，提高案件的偵破率和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效能。如何支持高級別的安 全性、豐富的權(quán)限管理功能、數(shù)據(jù)的高共享性已成為亟需解決的一個重要課題。 視頻智能存儲、智能檢索成為關(guān)注熱點 在當(dāng)前主流的視頻 監(jiān)控應(yīng)用中，存儲的視頻數(shù)據(jù)不再是簡單的錄像數(shù)據(jù)，而是視頻監(jiān)控資源使用部門對圖像進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)源。 無線移動更 具有優(yōu)勢 但是能 擺脫線纜的束縛，安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)，使用簡單方便，高性能仍然是人們追求和關(guān)注的焦點。 高清晰監(jiān)控深受人們追求 高 清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控需求突顯“讓我們看得更寬廣，讓我們看得更清楚，讓我們看得更舒服”，這已是視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)非常迫切的需求。 無線監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控和無線傳輸技 術(shù)的結(jié)合，它可以將不同地點的現(xiàn)場信息實時通過無線通訊手段傳送到無線監(jiān)控中心，并且自動形成視頻數(shù)據(jù)庫便于日后的檢索。 組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，即插即用。對于有線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，需要考慮到線纜布局的合理性，比如特殊地理環(huán)境、工作內(nèi)容、開闊地等環(huán)境，鋪設(shè)線纜將耗費大量人力與物資或者無法布線等。無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控由前端圖像采集系統(tǒng)，無線傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控管 理中心等組成。如果監(jiān)控中心同時觀察網(wǎng)絡(luò)中攝像頭的個數(shù)有限的話，我們不需要提高網(wǎng)絡(luò)帶寬也能增加網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)控設(shè)備。在網(wǎng)絡(luò)中圖像、語音等數(shù)據(jù)都實現(xiàn)了綜合控制和使用。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化的硬盤存儲及視頻壓縮功能，可以完整記錄下攝像頭的高清晰畫面，使畫面實時回放并也能達(dá)到極高的清晰度。 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)是新型產(chǎn)品，它將數(shù)字化視頻圖像記錄與多畫面圖像顯示功能和智能報警功能緊緊的融合在一起，它將取代傳 統(tǒng)的模擬式多畫面分割和長時間錄像，具有靈活的方便的特點。 切換設(shè)備在模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，一般包括視頻切換矩陣，音頻切換矩陣。 數(shù)字傳輸又可以分為通過電話線傳輸， DDN線路傳輸， ISDN線路傳輸，光纖信道傳輸，無線信道傳輸，衛(wèi)星線路傳輸，現(xiàn)在隨著 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬越來越大，越來越多的通過 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。解碼器是接收控制主機(jī)的控制信號，對云臺和鏡頭進(jìn)行控制，以達(dá)到控制云臺的運動方向以及控制鏡頭的焦距從而保證監(jiān)控中心對現(xiàn)場可以進(jìn)行全方位的實時監(jiān)控。后端監(jiān)控設(shè)備，包括有視頻監(jiān)控主機(jī)，數(shù)字視頻矩陣，監(jiān)視器等設(shè)備。由于安全的要求性提高，視頻監(jiān)控已經(jīng)以其鮮明的特點深入到了人們的心中 。針對我們小組對無線網(wǎng)絡(luò)的興趣，結(jié)合現(xiàn)在人們對網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的需求，深入分析了無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)和主要特點，提出了一種利用多個單獨視頻終端節(jié)點構(gòu)建基于無線 Mesh技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 關(guān)鍵字： 視頻監(jiān)控，