摩托罗拉林业局森林防火无线视频监控.docx
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摩托罗拉林业局森林防火无线视频监控
林业局森林防火视频监控
技术方案
摩托罗拉（中国）电子有限公司
CanopyTM无线宽带产品部
2004年11月
一．项目概述
林业局需要建立一套视频监控系统，用于森林防火。
其中，每路视频采用1Mbps的流量，共35个视频监控点，覆盖范围在14公里以内。
二．设计方案
2.1方案描述
由于实际链路状况不清楚，我们暂且假设系统中所有链路均为视距链路LOS。
由于，每路视频流量为1Mbps，因此，我们建议采用1AP对2SM方案。
设备数量和站点类型如下所示：
站点类型
站点数量
设备类型
设备数量
中心点
3
AP
18（每个中心站采用6个AP）
远端点
35
SM
35
考虑到该项目今后的扩容，为了避免系统内自干扰问题，我们建议用户采用CMM模块保证系统内所有设备的同步。
集群管理模块（CMM）通过接收GPS卫星的时钟信号来保证所有设备的时钟严格同步，同时还提供数据交换机和电源模块，大大降低了设备安装的复杂性。
此外，为了有效避免外界电磁干扰，Motorola建议用户在用户端SM采用反射板天线，从而有效保证系统的稳定性。
2.2设备配置
1个6扇区（AP）中心点配置：
设备名称
描述
数量
报价
5700AP
5.8GHz接入点模块
6
300SS
浪涌抑制器
6
ACPSSW-02
90-230VAC/50-60HZ电源模块-包括欧洲插头（CEE7/16）适配器
6（不选择群管理模块时必须配置）
1008CK-2
集群管理模块
1（可选）
SMMB1
通用安装托架
1（可选）
35个用户端站的配置：
设备名称
描述
数量
报价
5700SM
5.8GHz用户模块
35
300SS
浪涌抑制器
35
27RD
反射天线套件
35（可选）
SMMB1
通用安装托架
35（可选）
ACPSSW-02
90-230VAC/50-60HZ电源模块-包括欧洲插头（CEE7/16）适配器
35
三．MotorolaCanopy系统描述
3.1点对多点，中心站覆盖范围：
当用户端站与基站距离不超过3.2公里时，用户端SM无需采用反射板天线。
当用户端站与基站距离超过3.2公里时，用户端SM需采用反射板天线。
此时，基站最远覆盖距离可达16公里。
因此，我们可以覆盖如下两种接入区域：
最小：
×3.2公里×3.2公里＝32平方公里
最大：
×16公里×16公里＝803.84平方公里
3.2点对多点链路性能计算
Canopy系统采用BFSK的调制方式，提供10Mbps的空中接口速率。
对于点对多点的中心接入点模块AP它的有效传输带宽是6.3Mbps。
由于Internet服务的非对称性，绝大部分的流量都是从Internet流向用户端。
Canopy系统支持上下行带宽的调整，因此我们建议将系统的下行流量设置为75％。
这样可以更好的满足用户的实际需求。
链路性能如下：
∙有效带宽：
每个接入点（AP）流量是6.3Mbps
下行带宽：
6.3Mbps×75％＝4.7Mbps
上行带宽：
6.3Mbps×25％＝1.6Mbps
6扇区（AP）基站的总流量是37.8Mbps
其中，下行带宽比例为75％
∙覆盖半径：
基站周围3～16公里
系统连接图如下：
3.3点对点传输距离
当两端均采用反射板天线时，MotorolaCanopyBH和BH20的传输距离均可超过50公里，最远可达56公里。
3.4点对点链路性能计算
两种Canopy点对点设备分别采用BFSK和4FSK的调制方式，提供空中10Mbps和20Mbps两种接入速率，有效传输带宽分别是7.5Mbps和14Mbps。
Canopy的点对点链路也可以调制上下行速率比例。
当使用Canopy点对点设备传输E1业务时，我们须将点对点链路设置成上下行速率相等，即上下行各占50％。
链路性能计算：
1）CanopyBH
∙峰值速率：
10Mbps
∙有效速率：
7.5Mbps
上行速率：
7.5Mbps×50％＝3.75Mbps
下行速率：
7.5Mbps×50％＝3.75Mbps
∙传输距离：
56公里以内
2）CanopyBH20
∙峰值速率：
20Mbps
∙有效速率：
14Mbps
上行速率：
14Mbps×50％＝7Mbps
下行速率：
14Mbps×50％＝7Mbps
∙传输距离：
56公里以内
点对点接入示意图：
3.5网络频率规划
3.5.1MotorolaCanopy点对多点频率规划
由于Canopy系统具有1~3dB的低C/I值，同时采用了GPS时钟同步、定向天线等多种技术手段提高系统的抗干扰能力。
因此Canopy的频率规划很简单，不需要使用专门的软件进行频率规划。
Canopy的每个信道带宽是20MHz，因此频率间隔不应该设置得比20MHz小。
Canopy模块允许运营商以5MHz为间隔来选择频率。
因此在同址安装其他设备时，运营者可以根据互用性来制定频率规划。
我们推荐使用4个不重叠的信道。
（注释：
一个6扇区基站实际只需3个信道。
）这四个信道也可以在回传点到点链路中使用。
∙5.745GHz
∙5.765GHz
∙5.785GHz
∙5.805GHz
在本期的网络建设中，每个单接入点集群频率都是在180度偏移的扇区中复用，每个中心基站使用6个AP组成一个6扇区的接入点集群。
6个扇区我们建议按下表进行频率规划和扇区ID的分配：
接入点扇区的方向
频率
扇区ID
符号
北—（00）
5.745GHz
0
A
东北—（600）
5.765GHz
1
B
东南—（1200）
5.785GHz
2
C
南—（1800）
5.745GHz
3
A
西南—（2400）
5.765GHz
4
B
西北—（3000）
5.785GHz
5
C
所以在两个接入点集群（APCluster）每个集群只需要使用3个频点（5.745GHz，5.765GHZ，5.785GHz）。
每个频点做二次复用就可以正常工作。
3.5.2MotorolaCanopy点对点频率规划
对于高带宽用户的需求我们可以架设一个点对点的链路，这样可以更好的利用带宽。
由于Canopy系统可以使用4个不重叠的信道，当架设一个360°覆盖的中心站的时候，每个60°方向上只使用了一个信道，因此我们可以为在这个方向上的点对点链路使用另外3个信道。
以避免同频干扰。
如果两个设备与点对多点基站同址架设我们建议使用点对点BH设备使用5.805GHz中心频点。
3.5.3频率规划原则
对于多中心多扇区的无缝覆盖，我们推荐按照下图的方式来排列集群。
Canopy系统支持四个无干扰的信道，因此对于单个扇区，我们可以最多架设四个Canopy设备。
4个Canopy设备分别使用5745MHz，5765MHz，5785MHz和5805MHz中心频点。
3.6系统域名和IP地址规划
根据用户要求分配Canopy的IP地址即可。
Motorola的Canopy5.8GHz无线宽带接入设备非常简单，它对于用户的网络来说是一个透明设备，像是一个HUB，如果不给Canopy模块设置IP地址就使用默认IP地址169.254.1.1Canopy模块也能正常工作，但是为了全网的管理方便，并且跟网管系统的结合，我们可以采用同现有网络上其它网络设备相同地址段的IP地址，其中给每个AP和BH（Master）设备一个上面使用的IP地址即可。
我们据此设立具体IP地址规划可以和现有网络相结合。
最好所有网络设备采用私有地址段10.0.0.0。
这样可以防止外部无关人员非法进入网络设备。
Canopy的用户模块（SM）可以不用设置IP地址，这样可以防止用户非法进入到用户模块中去。
管理员可以通过AP使用私有IP地址来管理SM。
如果我们希望通过网管系统管理用户模块（SM）那么我们可以给SM设置一个同AP同网段的IP地址即可。
Canopy设备不需要配置域名，它只是一种网络设备，本身只提供网络接入服务，因此不必一定要配置域名。
如果我们希望采用域名方式以方便的进行管理，我们建议对于Canopy设备定义统一的域名格式。
比如我们可以采用如下统一格式：
其中{locationn}是每个安装地点的名称，如果同一个地点安装了多套设备以序列号n做区分。
例如我们在医药大厦上面安装了一个AP和两个BH，我们可以定义如下域名：
{YiyaoAP1}和{YiyaoBH2}
3.7MOTOROLACanopy无线宽带接入系统特性及功能
Canopy是Motorola公司在5.8GHz（UN-II）频段，使用非线性调频技术，以点对点、点对多点方式进行数据接入的固定无线接入系统.
3.7.1Canopy系统主要特点如下
∙一体化设计，结构紧凑，系统集成度高
∙安装简便、快速
∙抗干扰能力强，工作效率高，适合5.xGHz频段工作要求
∙性能稳定，在大用户量接入的时候吞吐率不下降
∙延时稳定，不管用户数量多少，保持20ms稳定的延时
∙覆盖范围广，点对点工作加无源反射天线距离可达56公里
∙上联接口直接为10/100BaseT以太网接口，适用范围广
∙系统容量大，单扇区AP可以最大接入200个用户模块
∙系统管理配置简单方便，界面友好
∙Canopy无线宽带系统可以提供高达10Mbps的空中传输速率
∙Canopy无线宽带系统可以提供两种工作模式，点对点和点对多点方式
∙Canopy无线宽带系统的BAM（BandwidthandAuthenticationManage）软件可以提供完善的带宽控制和用户认证功能。
3.7.2系统结构、设计和组网
Canopy的基本模块有3种类型接入点模块（AccessPointModel），用户端模块（SubscriberModel）和回传模块（BackhaulModel）。
通过这些模块，Canopy无线宽带系统可以提供两种工作模式：
点对点和点对多点方式。
一个基本的点对点接入服务链路由Backhaultimemaster和BackhaultimeSlave组成。
集群管理模块（clustermanagementmodule）是Canopy系统中的关键模块。
BackhaulTimingMaster必须和集群管理模块相连接这样GPS的时钟脉冲才可以同步它们的传输周期。
通过点对点的无线链路接入服务，我们可以提供一个空中速率达到10Mbps的高速专线链路给用户。
一个基本的点对多点无线宽带覆盖由一个接入点模块（AP）和若干个用户端模块（SM）组成，通过AP/SM模块可以对周围的用户提供无线宽带网络服务。
同样我们可以通过多个接入点模块（AP）组合成一个接入点集群（APCluster）提供一个全向覆盖的无线宽带接入网络。
集群管理模块是Canopy系统运行的关键。
在每一个接入点集群站点或整个系统，集群管理模块为每一个模块提供GPS定时脉冲，这样他们的发射周期就可以达到同步。
如果有一个接入点模块没有同步，那么它就可能在其它模块的接收周期内发送而使接收器的灵敏度降低。
点对点和点对多点设备不仅可以各自使用，我们还可以在网络中组合使用，这样通过点对点和点对多点的双重工作方式完成一个复杂全无线网络的无线宽带接入系统。
如下图示：
3.7.3Canopy无线宽带的技术优势
摩托罗拉公司Canopy系统采用了非线形FM技术，这项技术在世界上已经使用了70年，至今仍在广泛的应用，它的最大特点就是抗干扰能力强、可靠性高，因此非常适合在室外复杂的无线环境下应用，作为室外无线宽带接入系统Canopy选择这项技术来保证在干扰环境下的工作可靠性。
其次Canopy无线宽带系统采用了定向天线，可以保证在小发射功率下最大限度的提高无线接入的覆盖范围，减小干扰影响。
Canopy的无线模块都是60覆盖角，因此我们可以采用6个接入点模块（AP）组成一个接入点集群模块（APCluster）来提供360全向覆盖。
为了提高抗干扰能力Canopy系统还采用了GPS信号作为系统的时钟同步保证了全系统内的Canopy无线模块做到同收同发，把干扰降到最低。
在媒体接入控制（MediaAccessControl）上面Canopy系统通过减小帧大小，减小报头的方式，有效降低了丢包的数量，它的空中帧只相当于802.11b帧的1/24。
有效的提高了传输效率。
采用了TDD/TDMA工作方式，同802.11系统相比，系统的收发都有中心站控制，避免了多用户时由于争抢信道资源带来的冲突和性能的下降。
使得系统的吞吐率在单用户和大用户量的时候都保持非常高的效率。
参看下图。
摩托罗拉公司的Canopy系统同时支持两种工作协议，点对点协议和点对多点协议。
采用Canopy系统就可以同时提供不同类型的服务，可以完成复杂的网络配置。
摩托罗拉公司还为Canopy系统开发了一套带宽和认证管理系统（BandwidthandAuthenticationManage）。
通过这套系统可以帮助运营商精确的控制用户购买的带宽，可以开发出更多的业务模式。
3.8系统的硬件设备及配置
Canopy5.8GHz产品提供了两种工作方式的产品，点对点产品（BackhaulModule）和点对多点产品（AccessPointModule和SubscriberModule）。
并且同时提供了各种配件，包括电源模块，天线套件，安装托架，集群管理模块，浪涌抑制器等等。
产品
5700APAccessPointModule接入点模块
5700SMSubscriberModule用户模块
5700BHRFBackhaulModulewithReflectorKit回传模块包括反射天线套件
27RDReflectorKit反射天线套件
1008CK-2ClusterManagementModule集群管理模块
SMMB1UniversalMountingBracket通用安装托架
300SSSurgeSuppressor浪涌抑制器
ACPSWW－0290-230V/50-60Hz电源模块
BAM001-CDBandwidthAndAuthenticationManagerCanopy认证服务器软件CD（单处理器服务器）
说明
1008CK－2-ClusterManagementModule（集群管理模块）
内置GPS接收机
内置以太网交换机
AC电源模块，负责6个AP模块和回传模块的供电
群管理模块是Canopy系统运行的关键。
在每一个群站点或整个系统，群管理模块为每一个模块提供GPS定时脉冲，这样他们的发射周期就可以达到同步。
如果有一个接入点模块没有同步，那么它就可能在其它模块的接收周期内发送而使接收器的灵敏度降低。
5700AP-CanopyAPModule（接入模块）
体积：
29.9cmx8.6cmx8.6cm
CanopyAP（接入模块）是一个基站，它可以和1到6个AP组合。
每个模块采用一个60的定向天线对一个区域进行覆盖。
它采用独特的时分双工方法，使带宽的使用具有很高的自适应性。
每个室外AP模块通过CMM模块采用GPS信号使网络上面的Canopy模块进行时钟同步，使干扰降到最小。
一个AP模块可以覆盖3.2公里的区域，如果用户端加反射天线可以覆盖16公里。
它的空中速率是10Mbps。
每个AP模块提供一个以太网接口。
5700SM-CanopySMModule（用户模块）
体积：
29.9cmx8.6cmx8.6cm
用户模块是用户终端设备，它可以和AP进行通讯，通过接收AP的信号进行同步和控制。
SM开机后会对可使用信道进行扫描，对可使用的AP进行注册。
SM通过以太网与用户终端相连。
5700BH-CanopyBackhaulModule（回传模块）
回传模块是一个点对点的传输设备。
每个BH采用高度定向天线，在一个BH链路中一端的BH模块设置为Master设备，另一端设为Slave设备。
通过使用反射天线一套BH模块可以提供最远56公里的链路，链路的空中速率可以达到10Mbps和20mbps。
当使用CMM模块的时候，可以把BH模块作背靠背连接，进一步扩展链路的传输距离。
300SS-CanopySurgeSuppressor（浪涌保护器）
保护以太网连接不受浪涌影响
浪涌保护器提供对雷电的防护，避免雷电影响用户的网络安全。
BAM001-CD-Canopy认证服务器软件
提供完善的带宽控制能力
提供可靠的用户认证及传输加密能力
3.9网络管理
3.9.1MOTOROLACanopy系统自身的网络管理功能
Canopy设备是一个简单易用的设备，当系统配置好以后几乎不需要在对它进行任何管理配置，因此维护使用非常简单。
Motorola的Canopy5.8GHz无线宽带接入模块都可以通过WEB页面方式进行配置，管理。
通过WEB页面方式，系统管理员可以获得Canopy模块的工作状态，事件日志，RF信息等等。
管理员通过可以在IE中输入需要管理的Canopy设备的IP地址，然后就可以进入到Canopy设备的管理页面。
在AP/BHMaster模块中通过WEB方式我们可以获得系统模块的如下信息：
状态，事件日志，Sessions，GPS状态，以太网状态，扩展状态等等。
如下图所示：
状态
GPS状态
以太网状态
在SM/BHSlave模块中，通过WEB方式我们同样可以获得系统模块的如下信息：
状态，事件日志，以太网状态，扩展状态等等。
如下图所示：
事件日志
3.9.2通过SNMP协议实现与外部网管系统的结合
Motorola的Canopy5.8GHz无线模块都支持标准的SNMP协议，通过SNMP协议，可以方便的使用外部网管系统监控、管理Canopy设备。
外部网管系统通过SNMP协议集中监控、管理管理Canopy设备。
我们建议直接利用现有的网络管理工作站，如HPOpenView通过在其网络管理系统上添加Canopy系统的企业MIB库，设置Canopy实体来实现对Canopy系统的监控。
而不必添加专门的网管工作站，简化管理的复杂性。
Canopy系统的EnterpriseMIB库包括5个文件，包括TextualConventionsMIB这里包括详细的文本约定RegistrationsMIB。
这里包括全部的Canopy相关条目的注册信息，例如产品身份，产品构成和其它MIB相关的条目：
∙BOXMIB包括Canopy设备或模块级别（AP，SM和BH）的MIB定义
∙APsMIB包括Canopy接入点模块和主回传模块详细MIB的定义
∙SMMIB包括CanopySM和从回传模块详细MIB的定义
通过配合使用3个标准的MIBs库（SNMPv2-CONF.txt，SNMPv2-SMI.txt，SNMPv2-TC.txt）我们可以完成对Canopy模块的状态的监测，系统的配置等功能。
当在AP/BHMater模块配置页面中设置好CommunityString参数，就可以允许外部网管服务器管理查看Canopy模块。
为了保证安全，Canopy模块还允许设置AccessingSubnet参数，当设置了这个地址，就只能允许这个网段的服务器通过SNMP协议与这个Canopy设备通讯。
Canopy设备也支持Trap消息的发送，当设置好Trap服务器地址后，Canopy设备的Trap消息就会发到这个服务器上面，它可以发送包括同步状态和session状态的Trap消息。
注：
Canopy模块的软件版本3.2.5以上支持企业MIB库。
3.10带宽管理，用户认证和安全加密
无线宽带服务的用户越来越多，不同的用户有着不同的带宽需求和价格要求。
摩托罗拉Canopy系统提供了一套用户认证带宽管理软件（BandwidthandAuthenticationManager）。
BAM提供两种功能，带宽控制和用户认证。
●带宽控制：
每一个用户模块可以被设置持续带宽和突发带宽。
这可以让运营商可以以不同的价格给不同的用户多种多样的接入带宽。
例如我们可以卖给用户2.5Mbps的突发带宽，持续带宽为128kbps等。
通过使用BAM运营商可以通过基于用户带宽的使用率开发书更多新的服务。
●用户认证：
BAM系统使用128bits密钥和BRAID加密算法认证SM，给运营商、用户提供一个高级别的网络安全。
BAM系统软硬件需求：
•mySQL3.23.53aServer（i386）
•RedHatLinux7.3
•Intel-basedCPUs
我们建议采用IntelPentiumIII处理器和256MB内存的DellOptiPlexGX150
由于Canopy采用无线方式提供接入服务，因此我们需要考虑到数据安全的问题。
Canopy5.8GHz产品在设计之初就已经详细的考虑了这个问题，它主要通过以下几个方面来保证传输数据的完整性和安全性。
首先，不象传统的模拟电话的传输那样，因为复杂的密码算法Internet上面的数字传输是非常困难被截取得。
第二，Internet上面的应用如安全电子邮件和网页浏览，用户可以使用很多安全程序来防止传输过程中的偷听而不管这种安去程序是安装在连着到用户链路的最后一公里处还是在Internet上面。
另外，Canopy提供了空中加密的方式，空中所传送的数据都被加密，当信号被截获得时候也不能获得传送的信息。
Canopy采用了DES加密方式。
DES（数据加密标准）是一种密匙加密方案。
DES的基础是它利用一把秘匙对数据块执行一系列比特变换，替代和重新组合。
在Canopy系统中，空中链路的DES加密是由每一个接入点模块或回传定时主模块完成，并不影响系统的性能或者流量。
这些Canopy模块具有独特的工厂编程的密匙，可以建立起加密链路。
最后，由于Canopy的空中接口是私有的，因此很难被截获和分析。
由于5.8GHz的无线接入产品没有一个统一的空中接口方式，因此各家产品采用的空中接口方式都不尽相同。
有的采用的OFDM方式，有的采用了扩频/跳频的方式，有的采用了802.11a的方式，还有的采用了自己开发的私有协议。
Canopy产品采用的空中接口是Motorola自己开发的，它不是开放的标准因此无法采用通用的设备进行监听截获，当被截获得时候由于不知道编码的格式，因此也很难被破译。
3.11Canopy系统的升级和扩容
摩托罗拉公司的Canopy系统支持软件升级，通过升级软件，可以提供更多功能，解决系统Bug。
摩托罗拉公司的Canopy系统一年一般发布2次新版本软件。
当前最新版本是近期发布的4.0以上版本。
Canopy系统扩容分为用户端扩容，单扇区扩容，中心基站扩容，点对点设备扩容。
Canopy用户端模块提供标准的以太网接口，用户如果有多个网络终端需要连接，可以通过数据交换机提供更多的数据端口，连接更多的网络终端。
Canopy接入点（AP）的扩容也很简单，因为CanopyTM设备抗干扰能力很高，C/I值是3dB的情况下就可以正常工作，同时因为CanopyTM
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