Moto的MESH技术 移动视频监控.docx
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Moto的MESH技术移动视频监控
1采用2.4G/5.8G无线视频传输系统建设
每套系统的前端需要具备4套视频采集、无线接入设备、传输单元和供电蓄电池组单元，在后端设置1套视频图像显示及存储单元系统采用最新的无线自组网技术，具有网络自动组织、自动愈合、多跳传输、高带宽、支持高速移动等特点。
采用2.4G/5.8G无线传输，实现系统视频无线传输。
系统主要由以下几个部分组成：
Ø视频采集单元
Ø无线接入传输单元
Ø移动充电蓄电池组单元
Ø视频控制存储单元
Ø上级指挥中心互联单元
1.1系统功能要求
前端视频采集单元采用网络高速智能球机，前端设备供电采用供电蓄电池组的方式进行现场供电，通过无线传输设备传输至监控室，通过监控终端进行显示、录像；系统能够通过网络端口连接专用网络，传送至上级监控中心，监控中心可通过网络方式调用现场的监控视频图像。
1）视频采集单元
前端视频采集部分需要考虑到日常的安装、移动等，前端移动视频部分由红外夜视网络一体化枪机、红外夜视网络一体快速球机、无线接入设备、传输及移动式供电设备组成。
每套系统配置3台红外夜视网络一体化枪机、1台红外夜视网络一体快速球机，配备相关防雷及移动支架等设备，根据现场实际情况进行安装部署。
Ø视频监控与图像信号采集
视频监控设备应能适应现场的照明条件．环境照度不满足视频监测要求时，应配置辅助照明。
视频监控设备的防护措施应与现场环境相协调，具有相应的设备防护等级。
视频监控设备应与观察范围相适应，必要时，固定目标监视与移动目标跟踪配合使用。
2）无线接入设备、传输单元
采用无线自组网2.4G/5.8G无线接入设备，无线接入设备通过远距离覆盖或桥接，建立点对点或点对多点的星型、树型、星树形结合型无线网络实现系统视频无线传输。
系统设备需支持IEEE802.11A/N模式，工作在2.4G/5.8G许可频段,支持802.11a/n协议的5.8G高性能、高带宽、多功能无线设备。
单路射频输出，发射功率最大400mw，带宽能够达到300M。
3）蓄电池供电单元
前端视频监控设备及视频传输设备的供电采用蓄电池供电方式，按照前端设备功率配备满足供电要求的蓄电池，以及相关的电源配件。
所配备的蓄电池容量能够满足前端设备连续工作至少24个小时间；保证设备长时间连续使用的稳定性。
4）视频控制存储单元
每套移动式无线视频监控系统在后端配备的监控显示、管理终端、无线接收设备均需采用移动便携式设备箱，将监控显示、管理设备、图像存储、无线接收设备等集成至该设备箱内，方便用户根据实际需要，临时快速组建监控系统。
Ø图像显示
系统应能清晰显示摄像机所采集的图像。
即显示设备的分辨率应不低于系统图像质量等级的总体要求。
系统应有图像来源的文字提示，日期、时间（精确到秒）和运行状态的提示。
显示屏尺寸不小于17英寸，分别预览不同多画面分割图像；预览和回放图像可在显示屏上分别操作；支持多画面分割下不同通道并行预览与回放。
Ø视频信号的处理和记录／回放
采用数字硬盘录像机，集成至终端移动式设备箱，可使用U盘拷贝方式备份硬盘中的历史数据／图像，数字硬盘录像机应能全实时录像／回放，并且可支持局域网上的访问、监控，同时应具有密码控制等必要的安全措施。
全部4路视频录像需至少满足D1格式全实时录像，且支持有线信号接入，录像存储时间至少为30天。
Ø控制
根据系统使用需求，系统应能对前端视频信号进行监测，并能给出视频信号丢失的报警信息。
系统应能手动或自动操作，对摄像机、云台、镜头等的各种动作进行遥控。
系统应具有存储功能，在电源中断或关机时，对所有编程设置、摄像机号、时间、地址等信息均可保持。
系统应具有与音频同步切换的能力。
系统联动响应时间应不大于3s。
5）上级指挥中心互联单元：
每套系统后端能够提供网络接口和3G模块，可通过有线、无线专网，将视频图像信息传送至上级指挥中心，根据需要，指挥中心可调取每套系统的监控视频图像。
系统能够提供SDK开发包，方便与第三管理平台进行对接管理。
1.2系统构成
1.2.1概述
采用最新的无线Mesh自组网技术、成熟的网络视频监控技术和电子围栏产品的有效结合和创新集成，满足现场快速部署指挥通信网络的需求。
使用先进的宽带移动自组织网络为核心网络技术，采用一组无线通信设备在现场自动形成一个多媒体指挥IP专网，具有网络自动组织、自动愈合、多跳传输、高带宽、支持高速移动等显著技术特点。
无线自组织网络为分布式网状结构，没有中心基站，每个网络节点既是组网设备又是接入设备。
同时在应用上则具有设备体积小、部署速度快、抗干扰能力强、网络扩展性强、兼容性好、简单易操作、功耗低等鲜明特点，较好地满足了各种条件下对指挥通信系统的要求。
视频监控解决方案的容量，对专用于监控和确保安全的许多网络的性能而言至关重要。
采用摩托罗拉的2.4G/5.8G双频无线接入AP，具有超强的多用户承载能力，单台AP接入点设备可承载80路带宽为1M码流的视频图像，采用3×3MIMO（多入多出）技术，提供更高的数据吞吐量。
数据速率高达300Mbps，可确保高性能和更佳传输质量。
没有瓶颈，语音应用不存在延迟问题，并且视频流不会出现抖动的情况。
可配全向、定向以及各种增益的外接天线，适用于各种场景的覆盖。
支持多mesh节点连接，双以太网口方便连接摄像头。
为协助在摄像头设备所在位置部署视频监控网络，所采用的产品提供了频段解锁的射频灵活性，让用户可以选择相应射频频段，包括2.4Ghz、5Ghz和4.9Ghz频段。
本系统建议采用5.8G作为干线连接，具有300M吞吐率的回传带宽支持，并具有高的抗干扰能力，而采用2.4G作为Wlan迷你高清摄像机接入。
1.2.2系统特点
✓快速部署
✓可视化指挥控制
✓大容量现场任务专网
✓多路高清视频回传
✓无线MESH网
–前端AP设备具有IP67防尘防水，适应最为严酷的室外环境,工作温度范围-40～70度，湿度5%～100%
–纯二层的mesh技术，无需配置复杂路由
–有6个LED灯分别显示各个无线端口、有线端口的工作状态或故障提示。
–快速的路径选择，速率自恢复技术（ORLA），智能自愈的网络
–支持WIPS,支持对无线非法设备的监测，对无线攻击的防御
–提供最多16跳的mesh连接，可建立127个mesh邻居节点，自组建1000台设备的mesh网络。
–802.11n3×3MIMO设计
–单跳2.2ms的超低延时，低于1.2%的路由开销
–支持快速漫游，最高达到120km/h
–支持对AP发射功率和信道的自动/手动调整（发射功率调节步长为1dB）
–通过图形方式查看各MESH子节点与根节点之间的连接状态和mesh链路质量
–除2.4G/5.8G双频外，还设定第3频无线设计，独立的天线进行24小时全天候接入检测，探测无线环境，无需维护人员现场定位问题
✓监控设备箱
–采用独特的双显示屏设计，预览和回放可同时进行，分屏显示，互不干涉。
–多路视频存储，最高达16路D1或8路720P的图像处理能力
–设置有云台控制手柄，可使用鼠标、键盘、三维手柄、旋钮、遥控器等多种方式实现对箱内硬盘录像机、前端摄像机云台与镜头控制实现操作。
–具有对讲功能，监控设备箱可以对前端摄像头处进行警示、指挥等语音对话
✓多级指挥，监控设备箱通过3G或有线专网与上级指挥中心相连接
✓采用标准Wlan和MESH技术，兼容性好
✓扩展性强，可以在本项目MESH专网里扩充许多Wlan摄像机，监控设备箱预留有16路处理能力
✓前端采集单元可方便扩充红外探头、对讲MIC警示喇叭、其它告警接入和其它开关量控制
✓安全保密
1.2.3系统组成
为了快速灵活部署警戒，并满足更高图像质量要求和更多图像源的采集需求，采用无线Mesh自组网通信技术。
每套产品由4个前端设备无线接入主节点、一个便携视频监控设备箱组成。
设备体积小、重量轻、现场部署快捷。
无线接入主节点相当于无线基站，可以接入多个Wlan支节点。
本期项目只配置主节点，将来可以根据需要，方便扩充Wlan支节点。
无线接入主节点由Mesh无线接入AP、红外高速球机/定焦枪机、电池箱、三脚架和设备包装箱等组成。
包装箱用于球机/枪机、无线接入AP、5.8G/2.4G天线、相关线缆及附件等的收藏。
便携视频监控设备箱可通过有线以太网线或Wlan无线方式与接入主节点AP连接，提供多画面显示、录像、有线/3G回传上级指挥中心后台等主要功能。
图15：
系统工作原理
可以扩充简易低成本的的Wlan前端支节点，由无线Wlan摄像机、电池、包装箱等组成。
由于Wlan摄像机体积小，可提供包装箱立杆、三脚架、顶杆、抱杆夹具、尼龙扎扣捆扎、磁吸、粘接、吸盘等多种固定方式。
利用Mesh网的高吞吐率，枪机采用720P130万像素高清筒机。
Wlan前端可以采用迷你高清卡片机和半球机。
Mesh主节点由三脚架、设备箱、电池箱等三件物品组成，适合外场快速安装和部署。
便携箱显屏尺寸为19寸，预览多画面分割图像；预览和回放图像可在显示屏上分别操作；支持多画面分割下不同通道并行预览与回放。
支持至少8路720P高清、16路D1标清的录像；支持500万像素高清网络视频的预览、存储与回放；支持最大16路D1实时同步回放；支持预览图像与回放图像的电子放大。
视频监控设备箱通过以太网或5.8G无线与Mesh网连接，能与上级指挥中心后台软件无缝对接，并能通过3G回传图像到指挥中心。
根据需要，电力猫可内置，从而方便使用。
1.2.4前端采集单元
1.2.4.1前端系统架构
前端由双频无线接入节点AP、高清红外网络筒机（夜视100米左右）/4寸标清网络球机、电池箱、三脚架等构成。
图16：
无线接入AP基站
1.2.4.2设备选型
✓视频采集单元：
海康DS-2DF1-402H标清4寸网络高速球机。
海康DS-2CD864FWD-E（W）/B130万1/3"CMOS超宽动态ICR日夜型枪型智能网络摄像机。
✓无线接入设备、传输单元：
使用2.4G/5.8G双频无线接入AP设备，采用摩托罗拉室外802.11N网状网接入点AP7161。
✓前端设备支架：
选用3米高灯光三脚架。
✓蓄电池供电单元：
无线AP采用48VDC的POE供电方式，功耗小于30W。
网络摄像机工作于24VAC，功耗小于15W。
为了满足24小时供电，采用两副48VDC、10AH锂电池单元并联（采用低压降二极管做反向保护）供电。
锂电池单元本身按照室外使用环境要求设计，为了进一步提高锂电池的室外使用防护等级，再配备一个电池箱，将两副电池安放其中使用。
电池箱可直接供电前端设备，也可将电池箱中的两副电池单元取出，安装在三脚架底部，以增加支架的稳定性。
一副电池单元可保证12小时以上使用，两副电池单元并联可保证24小时以上使用，采用独特电路设计，现场更换电池单元时不会中断业务。
1.2.4.3使用说明
4个站点的球机/筒机及其安装支架整体拆装，无线接入AP与安装机构整体拆装，整体放置在一个航空箱中，锂电池组单独一个航空箱，这样便于现场快速拼接搭建。
摄像机、无线AP设备上架后，把摄像机连接出来的网线（为POE方式，带48V供电）连接到无线AP的GE1端口，而从摄像机连接出来的电源连接上48VDC电池箱即可。
在摄像机支撑臂里安装有48VDC转换为12VDC的DC/DC转换器，为摄像机供电。
48VDC电池箱外表设置有防水输出插座和输出电源开关，可以直接连接来自于摄像机的电源。
可从电池箱里取出两副锂电池单元单独使用，电池单元采用尼龙扎扣而捆扎在支架立柱上，可增加三角支架底座的稳定性，还便于电池搬运。
两副电池并联，可保证视频采集单元、无线接入单元在需将电池单元拿回驻地充电更换电池单元时，不中断视频的无线传输业务。
图18：
电池单元单独绑扎在立柱上效果
图19：
前端设备收藏效果
1.2.5视频监控设备箱
1.2.5.1设备箱构成
以上前端采集单元需满足1～2天的任务执勤，任意AP节点可有线/无线MESH连接到移动监控设备箱。
移动监控设备箱由网络硬盘录像机、19寸显示器、3G路由器等构成，对本地多路（每台至多8路）图像进行录像，显示分屏画面。
上述设备安装在安全箱中，并预留对讲MIC、喇叭等。
1.2.5.2设备选型
移动监控设备箱集成有：
✓图像显示：
19寸LED显示器，具有VGA输入接口。
✓视频信号的处理和记录／回放：
海康最新型的DS-7616N-ST硬盘录像机，为DS-7600系列NVR。
✓无线MESHAP模块：
摩托罗拉室内型Ap-7131，并配置全向杆状天线和板状定向天线。
✓3G无线路由器：
采用双卡3G产品，外插USB3G无线模块。
✓移动便携式设备箱：
选用万得福PC-5013安全箱。
1.2.5.3使用说明
网络硬盘录像机可通过地面Eth网电路连接到上级指挥中心，或通过公网3G路由器将硬盘录像机输出的CIF副流图像传输到上级指挥中心。
各端站可根据需要选装具有红外感应探头、告警喇叭、对讲MIC、告警频闪灯、RF卡刷卡机等功能的电子围栏产品。
1.2.5.4连接原理
1.3WLANMESH技术说明
1.3.1Mesh技术概述
无线Mesh网络（无线网状网络）也称为“多跳（multi-hop）”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。
"Mesh"这个词原来的意思就是指所有的节点都互相连接。
无线Mesh网是一种基于多跳路由、对等网络技术的新型网络结构，具有移动宽带的特性，同时其本身可以动态地不断扩展，具有自组网、自管理、自动修复、自我平衡等特性，可以保证音频、视频等信号在出现外来影响或内部故障时不至中断。
无线Mesh技术利用无线宽带接入，可覆盖校园、市区或整个城市。
基于此，Wi-Fi应用还可以扩展到无线视频、无线VoIP、无线远程监控等更多领域。
无线Mesh技术是一个飞跃。
以前的AP都是需要有线连接，但是现在每个AP之间可以无线从空中连接，这是最大的突破点。
从图中我们可以看出，在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。
这种结构的最大好处在于：
如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。
依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。
这样的访问方式就是多跳访问。
无线Mesh网络是一种新型的无线网络架构，它的核心指导思想是让网络中的每个节点都可以发送和接收信号，传统的WLAN一直存在的可伸缩性低和健壮性差等诸多问题由此迎刃而解，无线Mesh技术的出现，代表着无线网络技术的又一大跨越，有极为广阔的应用前景。
它为网络用户提供更大的覆盖范围、更高的吞吐率和更好的故障恢复性能。
无线Mesh是一种非常适合于覆盖大面积开放区城（包括室外和室内）的无线区域网络解决方案。
1.3.2MESH网络五大优势
采用无线Mesh网络具有5个无可比拟的优势：
✓快速部署和易于安装
用户可以很容易增加新的节点来扩大无线网络的覆盖范围和网络容量。
Mesh的设计目标就是将有线设备和有线AP的数量降至最低，因此大大降低了总拥有成本和安装时间，仅这一点带来的成本节省就是非常可观的。
无线Mesh网络的配置和其他网管功能与传统的WLAN相同，用户使用WLAN的经验可以很容易应用到Mesh网络上。
✓非视距传输（NLOS）
利用无线Mesh技术可以很容易实现NLOS配置，因此在室外和公共场所有着广泛的应用前景。
与发射台有直接视距的用户先接收无线信号，然后再将接收到的信号转发给非直接视距的用户。
按照这种方式，信号能够自动选择最佳路径不断从一个用户跳转到另一个用户，并最终到达无直接视距的目标用户。
这样，具有直接视距的用户实际上为没有直接视距的邻近用户提供了无线宽带访问功能。
无线Mesh网络能够非视距传输的特性大大扩展了无线宽带的应用领域和覆盖范围。
✓网络无中心，抗毁性强
实现网络健壮性通常的方法是使用多路由器来传输数据。
如果某个路由器发生故障，信息由其他路由器通过备用路径传送。
Mesh网络比单跳网络更加强壮，因为它不依赖于某一个单一节点的性能。
在单跳网络中，如果某一个节点出现故障，整个网络也就随之瘫痪。
而在Mesh网络结构中，由于每个节点都有一条或几条传送数据的路径。
如果最近的节点出现故障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。
✓结构灵活
在单跳网络中，设备共享AP。
如果几个设备要同时访问网络，就可能产生通信拥塞并导致系统的运行速度降低。
而在多跳网络中，设备可以通过不同的节点同时连接到网络，因此不会导致系统性能的降低。
Mesh网络还提供了更大的冗余机制和通信负载平衡功能。
✓高带宽
无线通信的物理特性决定了通信传输的距离越短就越容易获得高带宽，因为随着无线传输距离的增加，各种干扰和其他导致数据丢失的因素随之增加。
因此选择经多个短跳来传输数据将是获得更高网络带宽的一种有效方法，而这正是Mesh网络的优势所在。
在Mesh网络中，一个节点不仅能传送和接收信息，还能充当路由器对其附近节点转发信息，随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的增加，总的带宽也大大增加。
此外，因为每个短跳的传输距离短，传输数据所需要的功率也较小。
既然多跳网络通常使用较低功率将数据传输到邻近的节点，节点之间的无线信号干扰也较小，网络的信道质量和信道利用效率大大提高，因而能够实现更高的网络容量。
比如在高密度的城市网络环境中，Mesh网络能够减少使用无线网络的相邻用户的相互干扰，大大提高信道的利用效率。
1.3.3MESH网络部署
每个MESH的AP都有两条链路，绿色为主用链路，红色为备用链路。
有三个级别的站点AP，分别是Basebridge、ClientBridge和Repeater。
BaseBridge是“根”节点，通过Ethernet接口接入有线IP网络，其余MeshAP通过无线链路连接至这些“根”节点，将用户数据经由“根”节点转发至有线网络，这种节点被称为ClientBridge。
BaseBridge与ClientBridge在硬件配置上完全一样，只是软件配置上略有区别。
另外还可以将某个AP可以同时配置为BaseBridge和ClientBridge，这种节点我们称为Repeater。
以上图为例，绿色的节点代表根节点，也就是Basebridge，连接有线网络，如3号节点和5号节点。
黄色的节点代表中继节点，也就是Repeater，它可以通过Mesh连接上联到根节点，也可以接受其他节点的上联请求。
红色的节点为Client节点，只能通过Mesh连接上联到根节点，不能接受其他节点的上联请求。
所有Mesh节点通过最优的路径到有线网络。
最优路径可以使静态计算也可以动态得到。
我们可以看到每个节点都有两条以上的上联链路，以红色的Client节点1为例，绿色链路代表主用链路，红色链路代表备份链路。
因此正常情况节点1的主用链路为节点2，节点2的主用路径为节点3，然后到达有线网络。
在节点1和节点2之间的链路出现故障时，节点1选用备用路径到达节点4，然后通过节点4的主用路径到节点5进入有线网络。
本方案建议以三跳左右的MESH组群作为一个单元进行无线网络的设计。
在每个单独的Mesh组群里都有一个或多个根节点AP接入有线网络，最边缘的MESHAP节点最多不超过3跳就可以接入有线网络，而且每个AP节点都有主用和备份的链路。
布控室外区域的Mesh网络将由这样的高可靠的而且保证带宽的Mesh组群组成。
周界防范部署方案设计原则
✓可靠性
考虑到承载业务的重要性，所以网络的可靠性在方案中应优先考虑。
任何网络的单点失败都可能对用户和服务提供商造成损失。
所有整个无线网络的拓扑设计、设备配置、协议支持都必须充分体现出对高可靠性的支持。
无线网状网络不仅本身就具有高可靠性，而且还有高适应性。
它的运行类似于Internet，如果某个路由器停止工作，数据包则经其他的设备，选择另一个链路传送数据。
与此相似，如果无线网状网络中某个节点或链路失灵，数据包也会自动选择其他的路径。
一两个节点的丢失,不会影响到整个无线网络的运行。
无线网状网具有自愈的能力，并不需要网络管理员重新手动完成路由设置。
网状网中，冗余是节点密度带来的基本功能。
为了实现可靠性,需要精心设计的系统在网格中只要多几个节点便完成。
每个节点有多条链路，根据情况自动选择路由。
如图红线为节点冗余实现路由。
✓网络性能
1）确保无线网络的信道具有高吞吐量。
2）确保无线AP的高数据处理能力。
✓兼容性
1）要求能保证普通Wi-Fi终端平滑接入，支持802.11a、802.11b、802.11g、802.11n。
2）要求设备接口均采用标准接口。
✓可扩展性
1）网络规模在满足当前需求的情况下，还应具有一定的扩展空间。
2）设备软件应支持在线升级，适应网络技术发展需要。
✓QoS
所有的设备应支持基于策略的多层次的QoS保证措施，如802.1p、IPCOS等。
保证无线视频会议、无线视频监控和Wi-Fi电话等多媒体应用。
✓投资保护
系统设计采用成熟的网络通信技术，按照国际标准和工业界标准建立一个独立于应用，长期稳定和可靠，具有灵活性的开放系统，并能以较好的性能价格比实现与现有系统互连和向将来技术升级。
✓可管理性和可维护性
在一个网络系统中，网络管理已经越来越受到人们的重视。
因为它关系到网络系统的使用效率、维护、监控甚至系统资源的再分配。
网络管理对系统的重要性越来越大，这是由于系统对网络环境的依赖性不断增加而引起的，一方面由于网络中断而使业务被迫中止造成的损失会越来越大；另一方面由于越来越多的用户连入网络，对网络管理的要求提高了，以确保网络达到最高的效率。
✓关于开放性和先进性
在大型网中，用户的环境千差万别，应用平台和硬件平台各不相同，因此，遵循开放式标准是实现网络互连的最根本的保证。
系统具有开放性，意味着遵循一个大多数计算机系统所共同遵循的标准，小区无线网络应具备有与其它系统和网络互操作和互联的能力。
以实现内部各系统之间，以及有关其它领域的交流如：
与Internet互连，与各外地分支网络的互连等。
开放性还意味着更多的选择和最佳的性能价格比，有利于在众多满足同一开放性标准的硬件、软件系统中选择最符合要求的产品。
✓安全性
1）必须有专门的安全设备和完善的安全方案；
2）网络系统应具备多种可选安全机制，以适应不同应用情况下的需求；
3）支持多SSID和多Vlan划分
4）支持802.1X端口访问控制机制、支持最新无线安全标准802.11i；
5）必须具有安全的管理登录方式
6）能有效地预防广播风暴，防止因为病毒或入侵等原因引导起的网络不正常，而导致整个网络瘫痪。
1.3.4WLAN+MESH技术介绍
无线局域网（WLAN）的发展一定程度解决了有线网络的问题。
但随着布网区域的扩大，WLAN对每个接入点需要有线连接要求使得其在某些缺乏有线基础架构的环境中遇到了诸多挑战和不便，尤其是缺乏有线基础且施工难度极大的城市道路、广场。
为了满足不断增长的WLAN覆盖的要求，同时也为了让用户在更大范围内享受到安全、稳定的无线网络接
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