基本信息
- 项目名称：
- 基于WiMAX技术的无线实时视频监控系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 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。
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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
- 无
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。
