主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
基于WiMAX技术的无线实时视频监控系统
小类:
信息技术
简介:
WiMAX技术,即全球微波互联接入,它是一种面向无线城域网的宽带无线接入技术。现在在美国、以色列等国家应用于城市广播电视信号传输等领域,而在中国,目前还少有这种技术的试验性应用。本课题组主要研发了一款符合802.16e标准的PCMCIA数据卡,试验性地将其应用于视频监控领域,并尝试在多种环境下进行快速组网,实现了对Wi-Fi、3G等移动通信网络在特殊环境下部分应用缺陷的弥补。
详细介绍:
WiMax技术,即全球微波互联接入,它是一种面向无线城域网的宽带无线接入技术。现在,在美国、以色列等国家应用于城市广播电视信号传输等领域,而在中国,目前还少有这种技术的试验性应用。本课题组在所属研究所引进国外芯片的基础上,主要研发了一款符合802.16e标准的PCMCIA数据卡,试验性地将其应用于视频监控领域,并尝试在多种环境下进行快速组网,弥补了wifi、3G等移动通信网络在特殊环境下部分应用缺陷。接下来我将分别从WiMax技术的原理、核心部件PCMCIA数据卡的研制、实验室测试结果和实际应用效果对比三个部分展示我们的研究成果,最后对WiMAX的应用前景进行展望。 首先介绍WiMax技术的原理,WiMax也叫802•16无线城域网或802.16。研究工作中所采用的标准是802.16e。其模型主要由物理层和MAC层组成。MAC层独立于物理层,能够支持不同的物理层规范,以适应各种应用环境。物理层则完成WIMAX的传输功能,目前采用的主流技术是OFDM。它是一种多载波调制技术,具有频谱利用率高、抗干扰能力强等优点,这也直接使得WiMAX在实现无线接入时具有很好的性能,通过与3G、Wi-Fi等无线技术的比较,可以看出WiMAX具有传输速率高、覆盖范围广等优点。 第二,基于这些优点,将其应用在无线监控系统中,根据模拟的系统框图,利用实验室已有的设备进行实物搭建。为能够顺利搭建出整个系统,根据需要,自主设计研制了符合802.16e标准的PCMCIA数据卡,该数据卡的构成模块与WiMAX基站基本相似,只是功能、使用场合方面有所区别。主要分为射频收发模块,基带处理模块,MAC层协议处理模块,接口存储及一些支持系统。 第三,在完成了PCMCIA数据卡的设计研制的情况下,首先在实验室搭建了一对一、一对多等不同模式的监控视频实时传输的系统。 (1)在发送端,接入用于监控的摄像设备(可以是电脑自带的摄像头或从外部接入的摄像头) ,用于采集和播放摄像视频信息的终端设备(比如PC,其中播放器选用VLC),用于无线发送视频信息的CPE或PCMCIA数据卡; (2)在接收端,配置WiMAX基站,用于显示接收到的摄像视频的终端设备。在实际应用中,可根据需要,将发送端置于需要监控的区域,而将接收端放置于监控室中,并与现有的监控中心连接起来,实时地传送控制等信息,以增强监控的能力。 (3)测试效果分析。在软件配置完成后,通过开启iperf软件,测试监控视频传输的具体情况,包括数据传输的实时速率,抖动,丢包率等性能指标,总体传输的性能非常良好。 在实验室中试验成功之后,在校园这样一个更大的范围内进行性能测试,携带发送端设备拍摄学校的某片区域,而将接收端设备置于实验室内,收发两端间隔约500米,考虑到无线信号在远距离传输时强度会衰减,在中间架设外部天线,以确保信号强度。信号传输性能同样良好。这也证明了WiMax技术在同等信号传输性能下,发射半径超过Wifi。 随后又在移动的情况下,测试了系统的传输性能,在低速时,性能基本保持良好,在高速时,性能下降比较明显,说明移动WiMAX虽然数据传输速率更高、覆盖范围更广,基本 可以实现非常便捷的快速组网,在特殊环境下可以替代3G作为另一种信号发送渠道。但在移动性方面,较3G等技术还有差距,有待完善。

作品图片

  • 基于WiMAX技术的无线实时视频监控系统
  • 基于WiMAX技术的无线实时视频监控系统
  • 基于WiMAX技术的无线实时视频监控系统
  • 基于WiMAX技术的无线实时视频监控系统
  • 基于WiMAX技术的无线实时视频监控系统

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

本作品研究WiMAX无线技术的主要目的就在于根据现有的WiMAX设备制作出用于接收WiMAX数据的PCMCIA卡,并在此基础上,在实验室、校园等不同环境下搭建WiMAX无线网络,将其用于实时视频的监控。 本项目的创新点有以下几点: (1)根据WiMAX无线宽带测试基站的主要性能参数制作出了相应的PCMCIA数据卡,该数据卡可以实现WiMAX数据流的发送和接收,并通过技术验证,符合IEEE802.16e的国际标准。 (2)在此基础上,在实验室中将WiMAX基站和PCMCIA卡与摄像头和电脑等设备有机结合起来,搭建出基于WiMAX技术的无线实时视频监控系统,依次在实验室、校园范围内进行性能测试,最后在终端移动的情况下测试性能,。 (3)充分发挥VLC播放器的功能作用,将其与WiMAX技术相结合,在整个系统硬件搭建成功之后,可以通过对VLC中相关参数的设置来实现收发两端的互通,省去了很多基站与接收卡之间通信协议方面的编译工作。 (4)由于监控系统的收发两端配置的都是便于携带的小型设备(比如笔记本电脑,小型的WiMAX基站,CPE,PCMCIA卡),这极大地增强了整个系统的移动性能,可以在应急、救灾等对监控环境要求特殊的场合中应用。 监控视频信息的无线实时传输的速率平均可以达到9.00Mb/s,图像视频不存在抖动,且丢包率很低,基本稳定为0%,总体传输的性能非常良好。

科学性、先进性

该系统的科学性与先进性体现在以下几点: (1)运用WiMAX技术构建无线网络可节约资金,有效规避投资风险。 (2)基于WiMAX技术构建的无线视频监控系统具备非视距传输、高容量可扩充升级等优点。 (3)基于WiMAX技术构建的无线视频监控系统非视距条件下传输距离远,最大的传输距离可达50公里。 (4)WiMAX无线通信技术采用了OFDM、OFDMA空中接口物理层技术,网络频谱利用率得到大大提高、支持非视距通信和实现无缝覆盖。 (5)采用WiMAX无线网络作为视频监控系统的传输网络,可以摆脱线缆的束缚解决难以施工区域的视频实时监控问题。

获奖情况及鉴定结果

PCMCIA数据卡在2009年12月10日通过“工业与信息化部通信计量中心”性能测试。

作品所处阶段

实验室阶段

技术转让方式

作品可展示的形式

实物、演示

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

按照需要进行软件配置,在现有基础上对发送端CPE或PCMCIA数据卡的接口进行扩展,赋予每台发射主机不同的IP地址,相应的在接收端也赋予每台接收设备不同的IP地址,在各自的VLC设置好发送或接收的方式、地址和其它相关参数,即可实现。 该系统改变了传统监控系统通过有线电缆传输视频信息的方式,而是采用了无线的方式来解决,这就打破了监控系统对地理、环境等因素的影响,极大增强了系统的灵活性,也节省铺设电缆等人力和财力的消耗。 该系统采用的无线接入方式是具备先进性能的WiMAX技术,相比现今的3G,Wi-Fi等无线技术,拥有更快的传输速率,更广泛的覆盖范围,更灵活的部署方案,更强的安全性措施。 在实际的市场运营上,上海嘉定新城采用Wi-Fi与WiMAX相结合方式的嘉定区无线视频监控应用系统试点建设在新成路街道,使得所有监控的得以实现无铜传输,嘉定新城的成功表明将WiMAX集成到视频监控系统是可行的。

同类课题研究水平概述

国内的一些学者也对WiMAX技术和无线视频监控系统的应用进行了深入的研究,主要可以概括为: 田劲等人对WiMAX的技术特点、应用前景进行了分析,首先对802.16标准的内部结构进行介绍,又对利用该技术的组网方式进行了分析,最后得出了WiMAX技术在我国具有良好的应用和发展前景的结论。 柯恩峰等人对WiMAX技术在视频监控系统中的应用进行了论述,认为WiMAX技术为承载视频监控业务提供了一种更为经济灵活的手段,并就WiMAX的应用特点、网络整体架构进行了阐述,给出了基于WiMAX的无线IP视频监控系统的可行的解决方案,并指出了工程中需要注意的一些问题。 尹明对WiMAX技术在无线IP视频监控中的应用进行探究,并介绍了WiMAX的技术特点和市场推广情况,以富士通系统芯片为代表探讨了WiMAX在无线IP视频监控系统中应用,展望了WiMAX技术对视频监控应用发展的影响。 章坚武等人研究了基于WiMAX技术的实时视频监控系统设计,分析了WiMAX的技术特点和安全性, 探讨了其在实时视频监控系统中应用,提出了基于Inter WiMAX Connection 2250技术的实时视频监控系统设计方案。 梁飞对基于CDMA1X的无线视频监控技术进行了研究,介绍了CDMA技术, 并对基于CDMA1X的无线视频监控系统进行了技术分析, 论述了CDMA1X组网方案。 田明峰对WiMAX技术进行了分析,重点介绍WiMAX技术,包括WiMAX的网络结构、频谱规划、应用模式和组网方案,分析了WiMAX在中国实施所面临的3种挑战,这就是频谱资源、政府部门的监管、市场及运营定位存在的风险。
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