平安城市无线监控系统解决方案1207.docx
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平安城市无线监控系统解决方案1207
第一章项目概况
1.1前言
平安城市项目是一个特大型、综合性非常强的系统，随着现代城市多职能化发展，城市布局日趋复杂，地面监测点在上百个、几百个甚至上千个，城市视频监控中视频监控点的设立是根据城市治安重点而设立的，这些布控点主要集中在商业金融街、社区、娱乐场所、主要路段、交通枢纽区等。
布控点以图像采集、音频采集及报警信息采集等设备为主。
主要是通过图像来了解布控在城市各个敏感区的实时状况，实时传输的图像要保证图像的清晰，同时要求图像的连贯性高，不能出现拖尾、马赛克的情况发生，保证职能部门的管理员是在第一时间掌握实时的、清晰的高品质视频图像。
城市治安视频监控系统一方面要做到事件即时处理，另一方面也要给城市管理职能部门保留数据信息，这就要求在图像实时浏览的同时，对图像进行全天候的录像。
对于城市视频监控这样一个庞大的应用系统，对于存储的设计要求尽善尽美，可多级存储与分布式存储并存，以适合城市不同的需求。
面对以上城市视频监控共性及个性化需求，我公司针对平安城市的推出了一套先进的无线视频监控系统,可以很好的解决带宽问题、链路安全问题、综合无线网络管理问题，实现实用化的无线监控系统，是城市信息采集和智能化管理的优质解决方案。
该系统融合了最先进的无线通讯技术，移动视频传输技术,二层链路聚合技术,智能网络管理技术,视频监控技术,智能控制技术,使得系统具有极高的稳定性和可用性。
1.2用户需求分析
平安包头数字化城市监控管理系统工程在稀土高新开发区内初步选定130个监控区域，共需安装150个视频监控点，通过无线传输方式，将这些监控点视频经由中继传回到稀土高新区公安分局的监控指挥中心，所有视频图像存储就地存储于分局监控指挥中心。
1.2.1系统整体需求分析
首先，平安城市监控系统是一套覆盖整个城市的大型联网监控系统，随着系统的不断深入建设，未来，系统的监控点将数以千计、万计，因此，对系统整体上有如下要求：
1）必须具有强大的接入能力，以实现大规模、大范围的监控点覆盖；
2）必须支持灵活的接入方式，以适应各个监控点网络传输条件的差异性；
3）必须能够整合已有的、分散的各个监控网络，以保证最大程度的利用现有资源，避免重复投资；
4）必须具有集中管控功能，以保证整个系统可控制、易管理。
其次，平安城市监控系统需要完成各类应用的整合与调用，包括：
1）监控图像的录制、存储与点播；
2）传统报警系统的视频化改造；
3）与110、119等报警系统的联动；
4）GIS系统的融合；
5）GPS系统的结合；
6）图像识别、移动侦测等。
这就要求系统必须具备灵活的扩展能力和强大的整合能力。
第三，平安城市监控系统需要结合分级、分层、分权的管理机制进行图像资源的合理化调用，不同级别、不同层次的用户对图像资源的使用权限、优先次序是不同的。
这就要求系统必须支持分层组网架构，且具有灵活的用户管理能力。
第四，作为一个资源共享的平台，平安城市监控系统需要保证资源的保密性、运行的稳定性，因此系统必须具备可靠、强大的安全特性。
1.2.2功能需求分析
（一）信息采集功能
前端监控系统应能够采集视音频信息、报警信息和巡检信息等，并按照传输信息格式要求进行编码和打包处理，使之成为能够传输的数据包。
（二） 信息传输功能
控制信息、巡检信息、报警信息和视频信息等，按照工作流程在网络系统各级传输。
（三）权限管理功能
为保证平安城市监控系统的正常运行，应对系统用户进行分类，并综合考虑各种因素制定合理的权限管理策略，实现对用户访问的控制。
（四）信息存储和备份功能
前端监控设备、各级监控中心，均应对巡检、报警、视音频、系统日志等信息予以存储。
公安机关的相应部门应按照规定的格式，存储报警信息及与报警关联的视音频信息。
存储和备份的报警、巡检等历史数据信息，可在网络系统中依据授权进行访问。
（五）系统控制功能
依据授权将网络用户发出的控制命令传送到前端监控设备，实现监控中心及授权用户对前端任意一路监控图像的调用和控制。
（六）自动巡检功能
具有系统定时自动巡检和人工自动巡检两种方式。
人工自动巡检优先级别高于系统定时自动巡检，定时自动巡检功能和人工自动巡检功能由各级监控中心实施。
要求巡检结果和内容能够按公安机关管理要求以统计报表形式上报备案。
第二章设计依据与原则
2.1设计依据
考虑到一些关键性问题和固有特点，我们提供用户的方案应该尽量采用国际上先进而成熟的无线网络技术和标准的网络协议（TCP/IP、CSMA/DS、SNMP）等，坚持开放性，采用国际标准（如ISO、CCITT、IEEE）、国家标准、工业标准等。
2.1.1遵循标准
在网络通讯中，我们为了保证网络整体的运行可靠和保持可兼容性、可扩展性，我们严格遵循：
✓IEEE802.310BASE-T；
✓IEEE802.3uEthernet（100BASE-T）；
✓ANSIFDDI/TPDDI100Mbps；
✓IEEE802.11a/b/g。
✓H.264编码标准
2.1.2安装与设计规范
✓信息产业部综合规划制定“YD/T5097-2005固定无线接入工程设计规范”
✓通信工程系统防雷技术规定
✓中国网络通讯工程化协会规定的标准“网络通讯系统工程施工及验收规范”
✓计算机网络建设标准
2.2设计原则
为了确保用户的投资利益与应用需求，我们在系统设计时充分考虑到系统的先进性、实用性、可扩充性和可维护性,保证系统运行的可靠与安全保密，建立经济合理、资源优化的系统。
2.2.1先进性原则
✓采用OFDM通信技术，使系统安全性、无线信道抗干扰能力、抗衰落能力大大增强，并提高了无线信道的传输速率。
✓采用开放、透明的无线网技术：
产品的设计参数应符合无线网IEEE802.11标准的，同时也符合在全球范围内免许可证的有关规定，因此能够保护投资和保证与未来符合标准的其他厂商的无线局域网络产品进行互操作。
✓硬件与协议透明：
在有线网方面，符合IEEE802.3标准。
可以顺利的和其他网络连接。
2.2.2实用性原则
设备接口与网络操作系统的透明性，无论对系统现行安装与今后的需求扩展都提供方便性与可操作性。
2.2.3可扩充、可维护性原则
组网后如果需要增加新点，不需要对正在使用的设备做任何改动，只需要做新增加的设备的安装即可。
对设备的维护也应非常简单，通过远程控制就可以看到每一个无线设备的工作情况，并可修改参数，改善无线信道传输性能。
2.2.4可靠性原则
抗干扰性强、故障率低、接收灵敏度高、室外安装防风雨老化性要强、要有很强的抗高低温能力。
2.2.5经济性原则
所使用产品具有一次性投资永远受益的特点,建立无线网络系统时要最大限度地提高资金的利用率，使其具有方便、经济的扩充和裁减的功能。
第三章方案设计
3.1技术要点阐述
3.1.1无线接入的经济性
无线的接入方式是性价比最高的一种接入方式，远比光纤和其他无线技术节约投资，一次性投资，而无须支付昂贵的租用费用；
网络视频技术的应用使系统具备了足够的灵活性，可以方便的进行扩充，任意的调整；
无线监控最大的优势在于设备可以重复使用，当中心站调整以后，所有的设备都可以重新搭建使用，不影响任何使用效果；
使用无线基站技术可以充分的保护用户的投资，提高政府部门的办公效能，使之达到最佳的投资收益比。
3.1.2无线传输技术概述
根据客户建设宽带无线监控系统的现实情况和具体需求，我们将遵循可靠性高、运行速度快、安全保密性好、扩展性强、维护简单、成本较低的原则选择最新的高稳定性的OFDM技术实现视频图像和实时数据的高速稳定传输。
OFDM（正交频分复用）技术实际上是MCM（Multi-CarrierModulation，多载波调制）的一种。
其主要思想是，将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰（ICI）。
每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。
而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
802.11a是一种新技术的代表，与802.11g/b互不兼容。
它工作在5GHz的频带，采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术；最大传输速率为108Mbps。
其优点是：
高带宽；5GHz频段存在干扰少；8个不重迭信道，具有更高的部署灵活性。
非常适合搭建无线主干传输链路或者传输视频。
选择无线通讯技术最好是流行的，大量使用的，安全的，成熟的，价格比较适中的技术。
802.11a完全满足我们这个方案的所有技术要求：
1．技术比较成熟：
标准建立于1999年，2005~2007年大量使用；
2．抗干扰能力：
由于独特的OFDM技术整合定向天线技术，使无线传输具有很强的抗干扰能力；
3．躲避干扰的灵活性：
基站要具有比较宽的频率使用范围5.125GHz~5.85Ghz共28个信道，使其具有规避干扰的灵活性；
4．5GHz频率为非WiFi上网频率，所有躲避了大量民用设备的干扰，入侵；
5．支持桥接技术，和SuperA技术，使其具有极强的技术扩展能力。
启用SuperA技术，可以使带宽翻倍（在链路较多的情况尽量不使用，因为这个技术降使用比较宽的频率）；
6．在此无线监控方案中，采用802.11a的技术可以建立足够多的传输链路，保证未来更多监控点的需要。
频点和信号参见下图：
3.1.3视频传输技术对比分析
随着无线网络技术的进步，将无线技术应用于监控领域可以为用户提供更高的投资收益比。
视频传输技术对照表
比较项目
无线视频监控
有线模拟传输
有线视频监控
传输方式
无线，OFDM
有线视频电缆
光纤
施工难易
只需架设无线基站和天线，即可在无线覆盖范围内任何地方安装视频点
需要挖沟布线，挖墙钻洞，甚至破坏建筑原装修
需要挖沟布线，挖墙钻洞，甚至破坏建筑原装修
可扩展性
可以随时添加新的监控点
增加传输点需要进行布线施工，比较烦琐
增加传输点需要进行布线施工，比较烦琐
可扩展性
可以随时添加新的监控点
增加传输点需要进行布线施工，比较烦琐
增加传输点需要进行布线施工，比较烦琐
使用方便
在网络中任何一台电脑上均可收看图像，甚至在移动中也可监控远端
必须在机房才能集中看到传输图像
必须在固定点才能集中看到传输图像
标准化
遵循全球统一的通信技术标准和协议TCP/IP
模拟传输系统之间彼此兼容性较差，很难互通
遵循全球统一的通信技术标准和协议TCP/IP
传输范围
50最远可达百公里以上、可提供从64Kbps到54Mbps的通信速率
当传输距离大于1000米时，信号容易产生衰耗、畸变、群延时，并且易受干扰，使图像质量下降
2到10公里
维护管理
复杂，出现问题，需找专业人员解决
复杂，出现问题，需找专业人员解决
复杂，出现问题，需找专业人员解决
录像存储
数字化信号，任何一台联网电脑都可以存储、检索和回放录像，也可配置专门的服务器及相应软件来进行统一集中存储和管理，图像质量不会受保存时间的影响
模拟信号，需用专用录像机和磁带进行存储，保存时间长了，存储的图像质量会受影响
可配置专门的服务器及相应软件来进行统一集中存储和管理，图像质量不会受保存时间的影响
设备成本
距离越远，成本越低
成本低
距离越远，成本越高
接口方式
标准以太网
模拟接口
转换为以太口
图像质量
实时、可以达到接近DVD效果
实时、可以达到VHS录像带效果
实时、可以达到DVD效果
多点监控
支持
只能点对点
支持
3.1.4编码技术阐述
视频监控应用已经从早期的模拟视频监控，到数字视频监控，再到今天的IP数字化智能监控，经历了三个阶段。
基于IP的数字化视频监控是建立在全球高速发展的全面数字化基础上的系统。
简单的说，网络数字监控就是将传统的模拟视频信号转换为数字信号，通过计算机网络来传输，通过智能化的计算机软件来处理。
在未来的高速发展的视频监控应用中，数字化将成为视频监控体系产业链的基础，因为基于IP的视频监控体系架构具有前两代体系无可比拟的优势。
基于IP的流媒体方案采用H.264编码技术，也称为MPEG-4（Part10）或高级视频编码（AVC），是H.263开发小组和MPEG-4开发小组合并后推出了新的下一代视频压缩标准。
该标准只增加了有限的编码复杂度，用于实现极高的数据压缩，该标准在比原先压缩标准的比特率小很多的条件下仍可提供高质量的视频。
国内市场新推出的网络摄像机，很多都采用了H.264编码方案，由于编解码计算复杂度高，能提供实时视频流的网络摄像机很少。
很多的网络摄像机生产厂商都看好H.264编码方案，随着各种优化技术的成熟，H.264编码方案为市场的主流。
AVS编码方案是中国具备自主知识产权的第二代信源编码标准，编码效率比MPEG-2高2-3倍，与H.264相当，而且技术方案简洁。
AVS通过一站式许可政策，解决MPEG-4/H.264专利许可问题。
2006年2月22日，国家标准化管理委员会颁布通知AVS视频部分正式成为国家标准，一些IT厂商对该编码方案已经开始测试。
虽然AVS标准已经包含视频会议与视频监控优化工具，但目前市场上还没有出现采用AVS编码的网络摄像机。
由于其目的是绕开国外高额的专利授权费用，受到国内音视频设备上游生产厂商的关注。
以上编码方案各有优缺点，H.264编码方案，同等质量图像H.264编码产生的比特流比MPEG-4少20-40%，并且内建针对流媒体和无线网络的优化工具。
3.2无线产品选型
3.2.1Bitwave无线产品
无线通讯产品品牌Bitwave凭借在众多无线视频监控应用中所积累的成功经验及丰富的无线链路规划经验，已经在监控无线传输领域拔得头筹：
Ø高速率、高稳定性的无线网络设备
无线技术和标准的不断发展，使无线传输设备能够提供日益稳定的无线传输性能。
在Bitwave的无线基站系列产品中，可以为用户提供满足任何需求的无线基站设备。
Bitwave高可靠性和稳定性的基站可以提供单一链路带宽20M、40M、60M、80M，最大百兆以上的带宽，单一设备可以实现稳定传输。
Bitwave系列产品符合工业级设计，适应各种复杂恶劣的室外环境，具有独特的防水防尘设计，配备支持远程供电，低损耗纯银射频线设计，高接受灵敏度，极好的抗干扰能力，数据传输稳定可靠。
Ø专业无线传输视频处理系统
单凭强大的无线传输是不能建立完美的智能视频网络的，还需要有功能强大且稳定的视频处理设备。
无线技术不同于有线技术，相比较更容易受到外界环境变化的影响，比如同频干扰，或强电场，无线传输链路一但受到影响，必然会产品生链路带宽的抖动，如果视频编码设备内部的传输机制不是针对无线进行设计的，图像有可能会产生马赛克、图像连续性变差，严重的出现编码器死机。
Bitwave产品方案为无线传输提供了抗干扰能力更强大、带宽抖动更小的特性，同时视频编码器和中心控制软件设计独特的算法和视频流堆栈技术，更加适合无线视频应用。
Ø独特的设计实现非视距传输
建筑物或屏蔽遮挡是无线传输最大的问题，如何避开遮挡，搭建有效的无线网络需要丰富的链路规划经验，以及对不同无线设备特性深入了解和应用。
在遇到遮挡环境中，通常可以采用穿透、反射、有源中继、无源中继或者绕射等多种方案，合理避开遮挡物。
在特殊环境中实现无线传输，这就需要专业无线传输产品、优异的产品特性和具有丰富经验的链路规划设计，Bitwave凭借高性能的设备，丰富的技术经验，可以满足任何无线的需求。
Ø实现更远距离的无线传输
在Bitwave的无线网络设备中，可以实现远距离稳定传输。
在一些如油田、高速公路、电力等行业。
无线设备可以通过跳接的方式延伸无线传输距离，可以采取多跳实现更远，多跳后会严重影响传输带宽。
针对这一问题，Bitwave研发出高性能的超远距离无线产品BWB510，采用Bitwave专有的无线路由技术使无线传输轻松达到上百公里，而带宽损耗非常小，可以满足任何行业的远距离无线传输需求。
Ø无线链路的高带宽聚合技术
多路视频传输或中继应用对干路带宽的要求较高，尤其是多点视频监控系统汇聚后带宽传输更高，有的达到上百兆或几百兆。
为满足应用需求，对于高带宽的干路，用户不得不耗费高昂的费用购买高带宽的基站，开销往往远超过用户的预算。
针对这一难点，Bitwave开发了专有的无线聚合交换机（BWS1000、BWS1026），采用聚合的方式将若干条无线链路带宽进行物理捆绑，搭建高带宽的无线链路，可以满足几百兆的带宽需求，最重要是费用预算远低于单一高带宽的基站。
同时，无线聚合交换机可以实现双链路备份功能，以保证系统的高可靠性。
Ø网格网络技术支持城市级无线应用
针对一些大型的无线应用需要特殊的无线组网技术，如平安城市，需要安装几百甚至几千个无线监控摄像头；公交监控系统，需要在几百个车站或者几百辆公交车上安装上千个摄像头，如果采用有线网络，这个难度是非常大的，而无线传输可以克服任何难度，但是单纯凭借目前802.11a/b/g的产品或者无线MESH的产品是无法实现上面功能的。
Bitwave为了解决上面的问题，推出了具有先进特性的无线网格网络系统，该系统可以组建网格状网络，实现主干带宽的任意叠加，主干链路中断后实现自动愈合，自动计算视频流等数据的最短路由路径，配合智能网络管理系统，实现针对无线链路的自动化管理，使无线视频语音等传输稳定流畅。
Ø无线网络应用延伸
无线网络搭建成功后，用户除实现视频监控外，可以在此平台上应用众多的延伸性需求，如图像智能识别分析、宽带上网、工作人员定位、流动警务、交通指挥、智能手持设备数据收发、WiFi-Phone无线通话、还有移动办公等应用。
3.2.2Bitwave产品技术特点
Ø全天候的工作环境温度适应范围
Bitwave设备通过选择品质高的芯片、元器件以及工艺设计，工作温度范围为：
-40--+70℃，可以胜任全国各地的室外安装。
Ø分体式结构设计
Bitwave设备分为室内、室外两个单元，室内主要是供电模块，基带调制和射频处理都集成在室外单元。
因为室外单元可以直接接天线，最大程度避免了射频衰减。
室内单元到室外单元之间使用室外双绞线，施工方便
Ø高的频率资源利用率
每个工作频段占用20MHz无线带宽，通过64QAM调制方式调制出54M协议速率。
有利于更好地进行频率规划，避免系统自身相互影响。
Ø专门针对视频传输应用的组播/广播控制功能
Bitwave设备具有专门针对视频应用设计的远端站点间组播传输控制功能，可以对各个远端视频监控点的视频组播包进行隔离控制，是各个远端站之间的传输互补影响。
Ø支持VLAN和IEEE802.1Q封装
支持trunk、access以及混合模式等多种封装，可以进行大规模的网络规划。
对大的网络进行vlan划分，路由设置等数据流控规划。
Ø针对室外应用的自动延迟时间机制
Bitwave系统有专门针对室外长距离通讯的延时机制，系统可以自动修改传输距离参数的设定来间接修改低层的延迟时间，来改善长距离通讯的重传率。
ØQoS带宽分配功能
可以根据用户的需求限制每个远端站点的上下行网络带宽（最小单位为：
128kbps），有效分配网络带宽资源。
避免由于竞争机制造成的带宽消耗。
Ø数据包优先级功能
可以根据用户的传输需求实现语音、视频、数据的优先发送，可以根据数据包的协议进行区分。
Ø增强改进型的802.11a技术
Bitwave系统采用改进型的802.11a技术，每个不同速率等级的接收灵敏度都比标准版提高5-7个dBm。
Ø多扇区基站的灵活配置
Bitwave系统基站设备分为定向及60度扇区的配置，可以根据现场情况灵活配置组网。
Ø多种远端站的灵活配置
Bitwave系统远端站设备可以对6M~54M传输速率进行设定，有效降低系统成本
Ø多种网络管理平台
Bitwave系统支持telnet、snmp、网管软件等多种方式进行设备管理维护，支持远程管理，可以在同一个网管平台软件中管理所有的设备，大大降低管理成本。
Ø串联机制，提高吞吐量
Bitwave系统具有自己都有的串联机制，能够将两个数据帧打包成一个的数据帧在无线链路中传输。
这种特性降低了无线传输中的开销从而大大提高了有效吞吐量。
3.3方案设计
在市区选定150个监控区域，共需安装150个视频监控点，用于视频采集；通过无线传输方式，将这些监控点视频经由中继传回到高新区公安分局的监控指挥中心，所有视频图像存储就地存储于分局监控指挥中心。
在现今的网络体系中，构建无线网为视频数据的远距离传输、智能化管理提供了强有力支持。
合理地解决复杂环境的视频传输，无线网络以其高度的灵活性、便捷性、移动性、低成本、保护用户投资等特性成为平安城市视频监控的最佳网络解决方案。
3.3.1方案说明：
方案设计剖析：
考虑到前端各个监控点与监控中心的不可视性，根据现场实际情况，整个系统选取了部分无线中继点，将前端各个点汇聚到各个中继楼。
方案设计为在每个中继点放置高性能双模块电信级无线网桥设备，每台双模无线网桥相当于多台普通级单模电信级无线网桥，并通过交换机连接起来，双模设备的设计选型不仅仅保证了各个链路的带宽，更加节省了成本。
无线设备各个端口分别以点两三点，点对三点的方式把前端各个监控点位接入网络。
再通过远距离高带宽的无线链路传回中心。
前端每个监控点配置一台无线设备、一台网络摄像机。
视频服务器的主要功能是对监控点视频图像进行数字化处理，并采用业界最先进的H.264标准进行压缩，然后封装成标准的IP包，通过无线网传输给监控服务器。
在业界处于领先地位的H.264视频压缩算法，可保证我们的产品在相同的视频质量下，输出占用更低的网络带宽；在相同的网络带宽下，拥有更好的视频质量。
用户在实际使用中，就可以依据网络状况和实际需求，在保证监控需求得到很好满足的前提下，最有效的利用网络传输带宽。
由于系统采用分布式的设计，完全可以根据现场情况，随时添加相应的网络摄像机，而中心端不需任何调整。
这种经济实用、操作简便、扩展灵活的解决方案，相信能够很好地为房产项目的信息化建设提供服务。
监控中心系统包括监控服务器，以及相应的监控软件和电视墙。
我们使用的监控软件是一个功能强大的网络视频监控软件，实现了网络视频监控软件的复杂配置和管理的极致简单化。
它基于开放式系统构架，使内部的各个功能模块相互独立，可实现独立升级。
这些特点决定了其强大的兼容性，并支持多级分层联网，可以在任意指定的网上分布存贮、浏览和检索，同时其管理站点的数量理论上可以接近无限值，还可以实现自由的电子地图配置方案，实现多级分层电子地图。
主控服务器的主要功能有：
1．完成对各个监控点的实时监控；
2．对远程访问的用户进行身份认证、授权；
3．将视频图像转发到通过身份验证的客户端，供客户端进行浏览；
4．管理功能，包括对各个监控网点设备管理、用户管理、安全管理等；
5．录像（音视频同步）、录像回放及存储功能；
3.3.2无线主干链路传输系统
在高新开发区内，初步拟定选择11个高楼作为中继点，用于无线信号转发，经过中继将前端监控信息传回到高新区公安分局监控指挥中心。
监控系统主干链路如下图。
在BITWAVE的无线网络体系中，主干链路使用远距离高带宽的BWB-310和BWB-650无线网桥设备进行搭建,并可以采用双联路聚合技术保障主干联路的稳定性，
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