基于无线mesh网络的视频监控系统的设计与实现

基于无线mesh网络的视频监控系统的设计与实现内容摘要：

征 (如身着红色衣服的女子、黑色的小轿车 )检索指定时间、活动范围内的录像资料，从而大大节省办案人员挖掘线索、办案取证的时间、人力、物力和财力，提高案件的侦破率和视频监控系统的应用效能。 综合应用平台引领信息全面整合 目前，视频监控系统联网、管理和应用平台产品已非常普遍，国内外很多行业用户的监控管理综合性解决方案。 平台大都采用分级分布式架构，可在复杂的网络环境下实现对数十万甚至上百 万台摄像头进行图像显示、管理、存储、转发，且具有广泛的设备兼容性。 但大部分平台产品更多的偏重于图像接入、系统联网、综合管理等方面的功能，真正贴近行业用户的业务，可较好满足其行业性应用需求的产品较少，对系统效能的提升程度远远不够。 另外，当前视频监控系统的建设已相当普及，涉及到各行各业，比如金融网点、企事业单位、政府机关、购物广场、零售商店、旅游景点、学校等等，我们要认识到图像的接入仅仅是一个方面，更重要的是图像如何作为一个资源共享的公共信息，供其他政府管理部门共享。 因此，如何整合其他社会图像监控资源，建立 图像监控网络，综合利用各种图像监控资源，包括音视频监控设备、报警探测设备，在城市范围内构建能够对设防区域进行实时图像监控和历史图像查阅以及报警联动的功能全面、反应灵敏、高效运转的城市图像信息综合应用平台，为政府行政部门的管理和决策提供基础信息支撑显得尤为重要。 各个政府管理部门根据职能的 5 不同，管理要求、管理对象的不同，通过城市图像信息综合应用平台，各取所需，各尽其职，共同提高城市公共安全常态管理和重大事件保卫或突发事件应急处置能力，确保城市平安和社会和谐，这是视频监控系统建设下一步需要重点思考的问题。 高清网 络监控、移动无线监控、视频智能分析等新技术和产品，在目前视频监控系统中建设中已占据越来越重要的位置，只有尽快解决其进一步推广和大规模应用的瓶颈，才能不断创造新的价值，逐步为市场所接受和认可，从而更好服务用户，也引导视频监控系统新的发展。 3 无线 Mesh 网技术简介 无线 Mesh 网络的起源 Mesh网络技术在宽带无线接入领域，各种无线通信技术蓬勃发展的同时，一种新的无线网络技术 —— 无线 Mesh网络也逐渐发展起来，引起了人们广泛的注意。 无线 Mesh网络（ WMN， Wireless Mesh Network），又称作无线网状网，无线网格网。 在上世纪 90年代中期出现了这个名词，直到前几年才引起了人们的特别关注。 WMN的出现不是偶然的，它的出现于其他的新技术有着一样的背景，它的出现是技术发展和需求的结果。 传统的基于基站的无线通信如图 1 为用户提供无线接入服务，但是随着无线用户的数量的增加，系统有限的资源制约着系统的通信容量。 于是出现了空间资源复用概念的蜂窝移动通信系统出现了，大大缓解了用户的信息需求与系统资源之间的矛盾。 图 1 基于基站的无线通信 蜂窝移动通信系统如图 2 在其应用中也有它的局限性。 投资角 度来看，它只适合运用在人口稠密的地区、拥有永久性业务需求的地区。 对于用户移动性较大、不适合建立永久性的大功率的基站的场合，例如未来战场中的临时通信。 然而 Ad hoc 网络技术一直和蜂窝移动通信技术一样快速发展，然而 Ad hoc网络由于其应用环境和技术成本不适合应用于现代民用通信领域。 无线局域网（ WLAN ， Wireless Local Area Network， WiFi ）的发展技术已近相当成熟，它有效的延伸了因特网的覆盖范围，赋予了用户一定的移动性。 运营商于是通过布置热点（ AP ，Access Point）将 WLAN技术推向了市场， 3G 家族（ WCDMA cdma2020 TDSCDMA）在近几年的带了人们的重视，得到了快熟发展，网络也在各个城市的到了很好的覆盖， 4G通信在市场上还没有得到商业化的推广，仅仅在实验室的到了验证。 6 图 2 蜂窝移动通信 无线 Mesh网（ 如图 3）在实质上属于移动 Ad hoc网络， WMN与 Ad hoc的主要区别在于Ad hoc 网络对于用户终端相对于 WMN移动性较低，然而 WMN不作为一个独立的网络而存在，而是因特网核心的一个延伸。 它通常会存在一个或者几个网关节点（ Get way）与因特网高速相连。 用户通过自身的无线接入点与网关节点相连实现信息交互，如果用户自身的节点在网关节点覆盖范围外，用户节点就负责中继和转发。 这样就实现了大范围的覆盖，这种方式组网实现了廉价，不需要网络昂贵的基础设施建设。 图 3 无线 Mesh网通信 Mesh 网络概念 WMN是从移动 Ad hoc网络中分离出来的，并承袭了 WLAN的技术。 总之 Mesh网络是一种无线多跳网状拓扑网络，是一种非常有前途的无线接入网络技术。 严格的将讲， WMN是一种新型宽带无线网络，是一种高容量、高速率的分 布式网络，它与传统的无线网络有很大的差别。 拓扑结构它与移动 Ad hoc 网络相似、但是网络中的大部分节点基本静止不移动，拓扑变化小；在单跳接入上， WMN可以视为一种特殊的 WLAN。 WMN可以作为解决无线接入“最后一公里”新方案。 7 无线 Mesh 网络其他无线网络的区别 与传统的无线接入技术相比，无线 Mesh 网具有一些新的特点 : 1) 无线 Mesh网技术开发的目标是在不牺牲信道容量的情况下，扩展现有无线网络的覆盖范围。 另一个目标是在不具有直接视距无线链路的用户之间，提供非视距连接。 为了实现这些目标，不可避 免的要采用多跳 Mesh网络。 多跳 Mesh网络架构中，无线链路间更短，发射功率更小， 节点间干扰更少和频率重用效率更高，这样可以在不牺牲信道容量的 前提下获得更高的系统容量。 2) 支持 Ad hoc方式网络互连，具有自组织，自管理，自愈能力 无线 Mesh 网具有网络结构灵活，易于部署和配置，容错以及网状连 接多点到多点通信等特点，使得无线 Mesh 网的初始部署成本相当低， 并且可以根据需要逐步扩容。 自组织自愈能力使得无线 Mesh 网不需要 网络管理员来手工配置网络，而可以自动发现新节点，自动完成配置过 程，自 动维护网络正常运行，在出现节点链路故障时也可自动调整完 成网络自愈。 3) 多种类型的网络接入 在无线 Mesh 网中，既支持无线终端接入骨干网，又支持无线终端之间的对等网络通信。 此外，把无线 Mesh 网技术与其他无线网络相结合， 可以通过无线 Mesh 网给这些无线网络的终端用户提供无线接入业务。 4) 移动性以及能耗限制与节点类型相关 无线 Mesh 网中， Mesh 路由器一般为静止不动的设备，而 Mesh 终端可以 是移动或固定设备。 同时， Mesh 路由器一般没有能耗的限制，而 Mesh 终端则需要采用能耗较小 的网络通信协议。 这样， MAC 以及路由协议需要针对 Mesh 路由器和 Mesh 终端设备分别设计和优化。 与同样具有自组织，自管理以及多跳无线 Ad hoc 拓扑的 Ad hoc 网络相比，无线 Mesh 网也有自己与 Ad hoc 网络不同的特点。 5) 具有无线基础设施骨干网 无线 Mesh 网内，由 Mesh 路由器组成一个无线骨干网，专门用于给终端 客户提供可靠网络连接。 这个无线骨干网在无线域内提供了大覆盖范围，连通性以及健壮性。 反观 Ad hoc 网络则是基于各个不可靠的终端 用户来进行通信，不存在专 门提供网络连接服务的基础骨干网，这给 Ad hoc 的应用带来了很大的限制。 6) 集成性 无线 Mesh 网可以通过 Mesh 路由器的网关 /桥接功能，整合现有多种无 线网络技术，如 ， ， 3G 移动通信等。 这样，通过 Mesh 路 由器组成的无线骨干网，可以把多种不同无线网络连接到一起，形成一个 无线互联网。 而 Ad hoc 网络由于是用户终端自组网，而用户终端一般不具备这种网关桥接的功能。 7) 路由和配置功能的专门化 在 Ad hoc 网络中，每个终端用户设备都要为所有其他节点执行路由和 配置功能。 而在无线 Mesh 网中，虽然 Mesh 终端也有路由转发功能，但是主要还是由 Mesh 路由器来执行路由和配置功能，大大减轻了普通 Mesh 终端的负载。 8) 拓扑结构的相对稳定 Ad hoc 网络中，由于终端用户的移动性和不可靠性，网络拓扑和连接的变化较大，使得路由协议和网络配置和部署带来了很大的挑战。 无线 Mesh 网中， Mesh 路由器一般是静止不动设备所以且较用户终端可靠的多。 9) 功耗限制减少无线 Mesh 网络中， Mesh 路由器一般为静止不动的设备，与 Ad hoc 网中的移动终端相比，基本没有功耗限制。 这样，在设计 Mesh 路由器的物 理层， MAC 层以及网络层路由协议时，基本可以不考虑功耗限制，这大 大简化了协议设计，同时还可以采用性能较高的设计方案。 无线 Mesh网与 Ad hoc网络、 WLAN和无线宽带接入网（ WBAN）技术（比如 WMAN和 WWAN）的关系如图 4 8 图 4 Mesh网与 Ad hoc网络、 WLAN和无线宽带接入网（ WBAN）的关系 无线 Mesh 网络的特点 （ 1）高带宽： 由于在无线 Mesh 网络中数据以无线多跳的方式传输，可选用较短 的传输链路，数据传输速率可达到 6Mbit/s。 (2 ) 兼容性 ： Mesh 网络可以通过相应的网关与 Inter 、 WiFi 、局域网 、公共电话网等网络相连， Mesh网络中的无线终端用户也可以连接到其他网络。 支持非视距传输， 构建无线 Mesh 网络的一个重要目标就是为那些没有直接视距链路的用户提供非视距连接 WMN 采用无线多跳方式，用户即便不在基站接入点的覆盖范围内，也可以通过其他节点以无线多跳方式接入到目的网络前期投资少铺设一个新的网络，首先考虑的是覆盖范围在无线 Mesh 网络中不需要基站少。 了前期的基站勘测，建设基站等基础设施的昂贵费用，对网络服务商来说，前期投资很低。 (3) 健壮性 ：由于 Mesh网络不需要建立大型基站及发射塔，并且具有自我修复的功能，因此消除了因各别通讯设备，如基站及发射塔的故障而导致整个系统通讯受阻的隐患。 这样在发生任何重大的意外事件或自然灾害时，即使一部分网络设备受损时，也不会造成整个网络的瘫痪。 (4) 自动平衡负载：由于 Mesh网络中的设备都可作为其他设备的路由和转发器。 意味着每个终端都能通过相邻终端或其他网络设备的路由和转发而与距离较远的其他终端或者网络接入点 进行通信。 因此，在某些用户密集的地区当接入点负载过重的时候，网络系统会利用路由和转发的功能自动地将一部分用户的通信链接转移到其他的接入点上，从而平衡了整个网络的负载。 无线 Mesh 网络的体系结构 无线 Mesh网络的结构与传统意义上的移动 Ad Hoc网络结构有一定的差异。 一般上无线 Mesh网络由客户端节点、 Mesh路由器节点和网关节点组成。 但是根据具体要求和配置的不同，无线Mesh网络也不一定包含以上所有节点。 通常 Mesh客户端节点可以是笔记本电脑、 PAD、 wifi手机、无线传感器、无线控制器等。 Mesh路由器可以是普通 Pc机，也可以是专用的嵌入式操作系统（如 ARM）等。 一般为了提高无线 Mesh网的灵活性，通常 Mesh路由器拥有多个无线接口，各个接口可以是相同的，也可以是不同的。 与传统的路由器相比较， Mesh路由器在很多方面都做了增强，增加了多跳环境下的路由功能，对 MAC协议、功率控制等也有所改进。 Mesh客户端也可也分为两类，一类普通的用户节点，这类节点不具有信息转发功能，只作为普通终端接入网络；另一类是既具有普通终端的接入功能，又具有路由和信息转发功能，但是通常不具有网关和网桥节点的功能。 若 按节点的不同层次，网络可以分为平面结构、多级结构和混合结构，一下分别介绍。 9 平面结构 如图 5 所示为无线 Mesh网络最简单，最基础的一种结构 — 平面结构。 图中所示节点均为对等结构，具有完全一致的特性，每个节点具有相同的 MAC、路由、管理和安全协议，既具有客户端节点的功能，也具有能够转发业务的路由器节点功能。 这种结构用于节点数目较少且不需要接入到核心网络的场所应用。 图 5 无线 Mesh 网 的平面结构 该网络结构也称为终端设备网络结构。 网络中的节点是具有 Mesh路由功能的增强终端构成。 终端用 户自身配置有 RF装置，通过无线信道的；连接形成以点对点的网络。 是一种任意网络拓扑结构，节点可以任意移动，拓扑结构可以任意变换。 但是在这种环境中由于通信节点的无线覆盖范围有限，两个无法直接通信的用户终端可以借助其他终端的分组转发功能进行数据通信。 它可以不利用现有网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境。 多级模式 如图 6 所示无线 Mesh网络的典型多级结构，分为上层和下层两个部分。 在这种结构中，终端节点可以是普通的无线笔记本电脑、普通的 VoIP手机和无线 PDA等。 这些终端节点设备通过 Mesh路由 器接入到上层 Mesh结构网络中，实现网络节点的互连互通。 图 6 无线 Mesh网的多级结构 该模式在接入点（ Mesh路由器）与终端用户之间形成无线回路。 移动终端。