【正文】 ............................... 24 5 結(jié)束語 ................................................................................................................................ 24 1 1 引言 隨著科技的進(jìn)步和信息技術(shù)的發(fā)展，日益發(fā)展的社會需求使得視頻監(jiān)控越 來越多的應(yīng)用于交通、校園、住宅小區(qū)、醫(yī)療等場所。從而 論證了在無線 Mesh 網(wǎng)上實(shí)現(xiàn) 視頻 監(jiān)控的可行性 、實(shí)效性、前瞻性。 利用無線 Mesh 網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)、特性，把視頻監(jiān)控技術(shù)融入到該無線網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì) 了基于無線 MESH 網(wǎng)的 大學(xué) 校園 視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 基于無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要 無線 Mesh 網(wǎng)（又稱無線網(wǎng)狀網(wǎng) WMN） 是近年被高度重視和快速發(fā)展的新型 無線 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持寬帶高速多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)。 本文 結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控發(fā)展的新方向， 介紹 視頻 監(jiān)控的發(fā)展 歷程和人們對無線視頻監(jiān)控提出的新需求 ，深入分析了無線 Mesh 網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及 基礎(chǔ)知識。在網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室利用無線路由器的橋接構(gòu)建簡單無線 Mesh，實(shí)現(xiàn)了簡單的小范 圍的視頻監(jiān)控。 隨著未來無線分布技術(shù)和無線分布網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基于無線 Mesh 網(wǎng) 的 視頻 監(jiān)控將會成為未來無線監(jiān)控的主力軍，為 視頻監(jiān)控 的發(fā)展提供更為廣闊的空間 。但現(xiàn)有的基于有線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)存在著一定的弊端，如網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的效果與實(shí)時(shí)監(jiān)控存在著一定差距、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)缺乏智能技術(shù)應(yīng)用、視頻數(shù)據(jù)不能真正實(shí)現(xiàn)共享等缺點(diǎn)。由于它具備組網(wǎng)迅速、結(jié)構(gòu)靈活、傳輸速率大、可靠性強(qiáng)、成本低等突出的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)是解決“最后一公里”問題的關(guān)鍵技術(shù)之一，很 快適應(yīng)了市場對網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的新需求，勢必拓寬視頻監(jiān)控的應(yīng)用范圍。 2 視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展概述 經(jīng)濟(jì)、科技的進(jìn)一步發(fā)展，各種安全問題已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。例如：交通安全防范、社會治安安全防范、廠礦安全防范、教學(xué)系統(tǒng)監(jiān)控、病人病房監(jiān)控等。 視頻監(jiān)控系統(tǒng)也稱為電視監(jiān)控系統(tǒng)，它是安全防范的組成部分，是防范能力強(qiáng)，先進(jìn)的綜合的系統(tǒng)。 視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為前端監(jiān)控設(shè)備，包括有云臺，護(hù)罩，攝像頭，支架，鏡頭，解碼器等設(shè)備。 前端監(jiān)控設(shè)備的功能有：攝像頭采集視頻信號或者圖像。鏡頭可以調(diào)整攝像頭的焦距，從而起到調(diào)整圖像的清晰度和圖像的遠(yuǎn)近。 后端監(jiān)控設(shè)備的功能有：視頻監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)對前端監(jiān)控設(shè)備發(fā)送指令，獲取前端監(jiān)控設(shè)備的反饋的一些參數(shù)，從而達(dá)到控制前端監(jiān)控設(shè)備的作用，監(jiān)視器則是用來顯示視頻信號的設(shè)備。 視頻監(jiān)控信號進(jìn)行傳輸可以分為模擬傳輸和數(shù)字傳輸，現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)更加深入的各行各業(yè)，數(shù)字技術(shù)的日益發(fā)展，模擬傳輸現(xiàn)在已經(jīng)基本淘汰。 2 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也隨 著時(shí)間的推移發(fā)生著翻天覆地的變化，縱觀真?zhèn)€過程我國的視頻監(jiān)控發(fā)展經(jīng)歷了以下三個(gè)過程： 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)階段 傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)一般由前端設(shè)備、傳輸電纜、切換控制設(shè)備以及顯示設(shè)備幾個(gè)部分組成。顯示設(shè)備包括示圖像的監(jiān)視器、顯示傳感狀態(tài)信息的報(bào)警器。由于模擬監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控 中心不可能，當(dāng)然也不需要對每一個(gè)前端的攝像頭均配置相應(yīng)的視頻監(jiān)視器，所以往往需要在同一個(gè)監(jiān)視器上對若干攝像頭進(jìn)行輪循顯示，視頻切換就版主用戶完成該功能。尤其是在信息化、數(shù)字化的沖擊下，模擬監(jiān)控系統(tǒng)正慢慢的退出人們的生活。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，高檔次的計(jì)算機(jī)、 pc工作站或 pc服務(wù)器都發(fā)揮著重要作用。利用簡單的操作完成最大的控制。圖像經(jīng)過壓縮調(diào)制解調(diào)后可以通過電話線、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)進(jìn)行傳輸，在通過軟件解壓后 實(shí)現(xiàn)視頻重現(xiàn)。全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用 IP地址來標(biāo)示網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中采用網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議（ TCP/IP）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互和流通。 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)化和全數(shù)字化，其主要特點(diǎn)： 覆蓋范圍廣闊 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)沒有了電纜長度、信號衰減的限制，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控是一個(gè)沒有距離里的概念。 系統(tǒng)具有無限的擴(kuò)展能力 所有的設(shè)備都是由網(wǎng)絡(luò) IP 地址進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)識，增加設(shè)備只需要至網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行 IP地址擴(kuò)充，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級提高網(wǎng)絡(luò)帶寬即可。 3 可以組成復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng) 由于網(wǎng)絡(luò)中的信號已經(jīng)完成了模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，采用統(tǒng)一的協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，系統(tǒng)具有良好的兼容性，可以滿足用戶任何特殊的、靈活的、復(fù)雜的要求。無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對重要區(qū)域或遠(yuǎn)程地點(diǎn)的監(jiān)視和控制，無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)在電力系統(tǒng)、電信 機(jī)房、工廠、城市交通、水利系統(tǒng)、小區(qū)治安等領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用。 無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展前景 未來監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的整體方向是：數(shù)字化、智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及市場應(yīng)用環(huán)境的逐步成熟，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展方向。 無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)不需布線，組網(wǎng)方式靈活，具備遠(yuǎn)距離監(jiān)控，良好的擴(kuò)充性，可管理 性，易于與其它系統(tǒng)集成等優(yōu)勢。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。根據(jù)用戶實(shí)際情況采取點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)模式組網(wǎng)，最大限度地使用鏈路帶寬，管理人員可以迅速將新的無線監(jiān)控點(diǎn)投入到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，不需要為新建的傳輸鏈路鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)、增加設(shè)備，輕而易舉地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控。無線設(shè)備管理方式以及安裝非常便利，前端設(shè)備是即插即用、免維護(hù)系統(tǒng)。 監(jiān)控中心的交換機(jī)必須具備組播轉(zhuǎn)發(fā)控制功能，防止廣播風(fēng)暴發(fā)生。 目前人們對監(jiān)控系統(tǒng)的主要需求 目前，高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、基于 3G的移動監(jiān)控、視頻智能分析、視頻智能存儲、異構(gòu)系統(tǒng)的整合、綜合應(yīng)用平臺等成為大家共同關(guān)注的熱點(diǎn)，這些技術(shù)如何走向?qū)嵱茫玫胤?wù)各行業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，引發(fā)了大家的共同思考。美國權(quán)威 IT市場調(diào)研公司的總裁馬克由此我們可 4 以看到，這四大技術(shù)因素中的百萬像素?cái)z像頭、高性能編解碼器以及 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，都與高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控密切相關(guān)，代表了高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中采集、編解碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸方面的發(fā)展趨勢。 在移動監(jiān)控系統(tǒng)中，微波、 CDMA、 GSM、 3G等網(wǎng)絡(luò)主要扮演連接監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心數(shù)據(jù)傳輸鏈路的角色。相對于傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控來說，移動監(jiān)控采用了更新的技術(shù)和方法，不受山川、河流、橋梁道路等復(fù)雜地形限制，無需布線，建設(shè)周期快，維護(hù)方便，可較好滿足靈活機(jī)動的應(yīng)用需求。隨著安防系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，各地建設(shè)的監(jiān)控點(diǎn)已數(shù)以千計(jì)、萬計(jì)，系統(tǒng)保存的圖像信息可以說是海量的，但由于傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺乏智能因素，錄像數(shù)據(jù)通常采用分布式存儲，無法被有效的分類存儲，最多只能打上時(shí)間標(biāo)簽，因此圖像檢索及其耗時(shí)，并且很難獲得需要的、有價(jià)值的信息。如何對海量圖像信息快速、有效的進(jìn)行檢索、回放 。 眾所周知，智能化技術(shù)能夠及時(shí)、自動地從原始視頻信息中提取大量有價(jià)值信息，完成視頻信息的保存和檢索，也可以驅(qū)動其他數(shù)據(jù)、觸發(fā)其他行為，從而大大增強(qiáng)系統(tǒng)功能，提高系統(tǒng)應(yīng)用的成效。并在控制中心建立視頻數(shù)據(jù)庫，存儲每個(gè)錄像的索引信息，如目標(biāo)進(jìn)入、離開、出現(xiàn)于警戒區(qū)域，目標(biāo)奔跑、快速移動，人員聚集等，為智能檢索、回 放提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。 綜合應(yīng)用平臺引領(lǐng)信息全面整合 目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、管理和應(yīng)用平臺產(chǎn)品已非常普遍，國內(nèi)外很多行業(yè)用戶的監(jiān)控管理綜合性解決方案。但大部分平臺產(chǎn)品更多的偏重于圖像接入、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、綜合管理等方面的功能，真正貼近行業(yè)用戶的業(yè)務(wù)，可較好滿足其行業(yè)性應(yīng)用需求的產(chǎn)品較少，對系統(tǒng)效能的提升程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 因此，如何整合其他社會圖像監(jiān)控資源，建立 圖像監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，綜合利用各種圖像監(jiān)控資源，包括音視頻監(jiān)控設(shè)備、報(bào)警探測設(shè)備，在城市范圍內(nèi)構(gòu)建能夠?qū)υO(shè)防區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控和歷史圖像查閱以及報(bào)警聯(lián)動的功能全面、反應(yīng)靈敏、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的城市圖像信息綜合應(yīng)用平臺，為政府行政部門的管理和決策提供基礎(chǔ)信息支撐顯得尤為重要。 高清網(wǎng) 絡(luò)監(jiān)控、移動無線監(jiān)控、視頻智能分析等新技術(shù)和產(chǎn)品，在目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)中建設(shè)中已占據(jù)越來越重要的位置，只有盡快解決其進(jìn)一步推廣和大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，才能不斷創(chuàng)造新的價(jià)值，逐步為市場所接受和認(rèn)可，從而更好服務(wù)用戶，也引導(dǎo)視頻監(jiān)控系統(tǒng)新的發(fā)展。 無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)（ WMN， Wireless Mesh Network），又稱作無線網(wǎng)狀網(wǎng)，無線網(wǎng)格網(wǎng)。 WMN的出現(xiàn)不是偶然的，它的出現(xiàn)于其他的新技術(shù)有著一樣的背景，它的出現(xiàn)是技術(shù)發(fā)展和需求的結(jié)果。于是出現(xiàn)了空間資源復(fù)用概念的蜂窩移動通信系統(tǒng)出現(xiàn)了，大大緩解了用戶的信息需求與系統(tǒng)資源之間的矛盾。投資角 度來看，它只適合運(yùn)用在人口稠密的地區(qū)、擁有永久性業(yè)務(wù)需求的地區(qū)。然而 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一直和蜂窩移動通信技術(shù)一樣快速發(fā)展，然而 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)由于其應(yīng)用環(huán)境和技術(shù)成本不適合應(yīng)用于現(xiàn)代民用通信領(lǐng)域。運(yùn)營商于是通過布置熱點(diǎn)（ AP ，Access Point）將 WLAN技術(shù)推向了市場， 3G 家族（ WCDMA cdma2020 TDSCDMA）在近幾年的帶了人們的重視，得到了快熟發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)也在各個(gè)城市的到了很好的覆蓋， 4G通信在市場上還沒有得到商業(yè)化的推廣，僅僅在實(shí)驗(yàn)室的到了驗(yàn)證。它通常會存在一個(gè)或者幾個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（ Get way）與因特網(wǎng)高速相連。這樣就實(shí)現(xiàn)了大范圍的覆蓋，這種方式組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了廉價(jià)，不需要網(wǎng)絡(luò)昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)?？傊?Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種無線多跳網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，是一種非常有前途的無線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)它與移動 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)相似、但是網(wǎng)絡(luò)中的大部分節(jié)點(diǎn)基本靜止不移動，拓?fù)渥兓?；在單跳接入上?WMN可以視為一種特殊的 WLAN。 7 無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)其他無線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別 與傳統(tǒng)的無線接入技術(shù)相比，無線 Mesh 網(wǎng)具有一些新的特點(diǎn) : 1) 無線 Mesh網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的目標(biāo)是在不犧牲信道容量的情況下，擴(kuò)展現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，不可避 免的要采用多跳 Mesh網(wǎng)絡(luò)。 2) 支持 Ad hoc方式網(wǎng)絡(luò)互連，具有自組織，自管理，自愈能力 無線 Mesh 網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，易于部署和配置，容錯(cuò)以及網(wǎng)狀連 接多點(diǎn)到多點(diǎn)通信等特點(diǎn)，使得無線 Mesh 網(wǎng)的初始部署成本相當(dāng)?shù)停? 并且可以根據(jù)需要逐步擴(kuò)容。 3) 多種類型的網(wǎng)絡(luò)接入 在無線 Mesh 網(wǎng)中，既支持無線終端接入骨干網(wǎng)，又支持無線終端之間的對等網(wǎng)絡(luò)通信。 4) 移動性以及能耗限制與節(jié)點(diǎn)類型相關(guān) 無線 Mesh 網(wǎng)中， Mesh 路由器一般為靜止不動的設(shè)備，而 Mesh 終端可以 是移動或固定設(shè)備。這樣， MAC 以及路由協(xié)議需要針對 Mesh 路由器和 Mesh 終端設(shè)備分別設(shè)計(jì)和優(yōu)化。 5) 具有無線基礎(chǔ)設(shè)施骨干網(wǎng) 無線 Mesh 網(wǎng)內(nèi)，由 Mesh 路由器組成一個(gè)無線骨干網(wǎng)，專門用于給終端 客戶提供可靠網(wǎng)絡(luò)連接。反觀 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)則是基于各個(gè)不可靠的終端 用戶來進(jìn)行通信，不存在專 門提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)的基礎(chǔ)骨干網(wǎng)，這給 Ad hoc 的應(yīng)用帶來了很大的限制。這樣，通過 Mesh 路 由器組成的無線骨干網(wǎng)，可以把多種不同無線網(wǎng)絡(luò)連接到一起，形成一個(gè) 無線互聯(lián)網(wǎng) 。 7) 路由和配置功能的專門化 在 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)終端用戶設(shè)備都要為所有其他節(jié)點(diǎn)執(zhí)行路由和 配置功能。 8) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)中，由于終端用戶的移動性和不可靠性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦B接的變化較大，使得路由協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)配置和部署帶來了很大的挑戰(zhàn)。 9) 功耗限制減少無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)中， Mesh 路由器一般為靜止不動的設(shè)備，與 Ad hoc 網(wǎng)中的移動終端相比，基本沒有功耗限制。 無線 Mesh網(wǎng)與 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)、 WLAN和無線寬帶接入網(wǎng)（ WBAN）技術(shù)（比如 WMAN和 WWAN）的關(guān)系如圖 4 8 圖 4 Mesh網(wǎng)與 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)、 WLAN和無線寬帶接入網(wǎng)（ WBAN）的關(guān)系 無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) （ 1）高帶寬： 由于在無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)以無線多跳的方式傳輸，可選用較短 的傳輸鏈路，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到 6Mbit/s。支持非視距傳輸， 構(gòu)建無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要目標(biāo)就是為那些沒有直接視距鏈路的用戶提供非視距連接 WMN 采用無線多跳方式，用戶即便不在基站接入點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)，也可以通過其他節(jié)點(diǎn)以無線多跳方式接入到目的網(wǎng)絡(luò)前期投資少鋪設(shè)一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，首先考慮的是覆蓋范圍在無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)中不需要基站少 。 (3) 健壯性 ：由于 Mesh網(wǎng)絡(luò)不需要建立大型基站及發(fā)射塔，并且具有自我修復(fù)的功能，因此消除了因各別通訊設(shè)備，如基站及發(fā)射塔的故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)通訊受阻的隱患。 (4) 自動平衡負(fù)載：由于 Mesh網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都可作為其他設(shè)備的路由和轉(zhuǎn)發(fā)器。因此，在某些用戶密集的地區(qū)當(dāng)接入點(diǎn)負(fù)載過重的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會利用路由和轉(zhuǎn)發(fā)的功能自動地將一部分用戶的通信鏈接轉(zhuǎn)移到其他的接入點(diǎn)上，從而平衡了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。一般上無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)由客戶端節(jié)點(diǎn)、 Mesh路由器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成。 通常 Mesh客戶端節(jié)點(diǎn)可以是筆記本電腦、 PAD、 wifi手機(jī)、無線傳感器、無線控制器等 。 一般為了提高無線 Mesh網(wǎng)的靈