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公路/隧道无线监控方案
来源:深圳市华旭创新科技有限公司  发表时间:2018/11/23 21:32:45  点击:663 次

第一章无线局域网技术概述

   无线网络自诞生以来,已被公认为可为用户提供前所未有的灵活性、便利性及显著提高工作效率,在减少工作压力、改善生活水平乃至提高用户社会地位等方面都具有得天独厚的优势。
   随着Internet的蓬勃发展,信息的获得更为便利。信息的及时交换与传递显得非常重要,很多企业相继开办了分支机构,第二厂区等多个办公,生产点。而随着企业管理上的需求,需要将这些分散的点的计算机组成一个局域网,WLAN无线桥接就应运而生,以安全、方便、快捷、经济多项优点受到人们青睐,成为多点联网的首先方案。

1.1无线局域网标准简介

IEEE 802.11b
IEEE 802.11 Task Group b于1999年底定IEEE 802.11b标准,以直序展频(又称DSSS;Direct Sequence Spread Spectrum)作为调变技术,所谓「直序展频」是将原来1个位的讯号,利用10个以上的位来表示,使得原来高功率、窄频率的讯号,变成低功率、宽频率。另外一方面,802.11b传输速率最高可达到11Mbps,频段则采用2.4GHz免执照频段,但目前已基本被淘汰。
IEEE802.11a
IEEE 802.11a由于传输速率可高达108Mbps,有五个独立频道,使用在点数比较多地环境下,有效带宽高,抗干扰能力强。可使用在更多的应用中,是目前最常使用的无线局域网络规格,802.11a选择具有能有效降低多重路径衰减与有效使用频率的OFDM为调变技术,并选择干扰较少的5GHz频段。
IEEE802.11g
由于下一代规格IEEE 802.11a与目前的802.11b规格之间,频段与调变方式不同使得其互相之间不能够相通,已经拥有802.11b产品的消费者可能不会在802.11a设备问世之后就立即购买;而802.11g就是为这段过渡时间所发展的规格,它建构在既有的IEEE 802.11b实体层与媒体层标准基础上,选择2.4 GHz频段、传输速率较54Mbps高,让已拥有802.11b产品的使用者能够以802.11g的产品达到一个速度升级的需求。
IEEE802.11n
IEEE802.11n传输速率达到300Mbps,采用多收多发MIMO技术。

1.2 无线技术的特性(802.11 标准)

  • 可靠的通信

抗射频干扰性能。理想的接收灵敏度,宽范围天线能提供强大的、可靠的无线传输。
 

  • 低成本

可以避免安装线缆的高成本费用,租用光纤线路的月租费用以及与设备需要经常移动,增加和改变相关的费用。
 

  • 灵活性

由于没有线缆的限制,您可以随心所欲的增加工作站或重新配置工作站。
 

  • 移动性

由于设置允许在任何时间,任何地点访问网络数据,而不是在指定的地点,所以用户可以在网络中漫游。
 

  • 快速安装

无须施工许可证,不需要开挖沟槽,安装无线网络所需的时间只是安装有线网络的零头。
 

  • 高吞吐量

可实现最高300Mbps 或更高的数据传输速率(未来) 高于T1、 E1 线路速率。
 

  • 保护用户投资

可实现向未来技术的平滑升级,无须更换设备重复投资。
 

  • 抗干扰性强

   抗干扰是扩频通信主要特性之一,比如信号扩频宽度为100 倍。窄带干扰基本上不起作用。而宽带干扰的强度降低了100 倍,如要保持原干扰强度,则需加大100 倍总功率,这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到,所以即使以同类型信号进行干扰。在不知道信号的扩频码的情况下,由于不同扩频编码之间的不同的相关性,干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰性质,美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。
 

  • 隐蔽性好

   因为信号在很宽的频带上被扩展,单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低,信号淹没在噪声之中,别人难以发现信号的存在,加之不知扩频编码,很难拾取有用信号,而极低的功率谱密度,也很少对于其他电讯设备构成干扰。
 

  • 抗多径干扰

   在无线通信中,抗多径的问题一直是难以解决的问题,利用扩频编码之间的相关特性,在接收端可以以相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号,也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强,从而达到有效的抗多径干扰。

1.3 无线技术和有线技术的比较

1、有线通信的开通必须架设电缆,或挖掘电缆沟或架设架空明线;而架设无线链路则无需架线挖沟,线路开通速度快,将所有成本和工程周期统筹考虑。无线扩频的投资是相当节省的。
2、一般有线通信的质量会随着线路的扩展而急剧下降,如果中间通过电话转接局,则信号质量下降更快,到4、5公里左右已经无法传输高速率数据,或者会产生很高的误码率,速率级别明显降低,而对于无线扩频通信方式,50公里内几乎没有影响,一般可提供从64K到25M的通信速率,误码率小于10-10。
3、有线通信受地势影响,不能任意铺设;而无线通信覆盖范围大,几乎不受地理环境限制。
4、有线通信铺设时需挖沟架线,成本投入较大,且电缆数量固定,通信容量有限;而无线扩频则可以随时架设,随时增加链路,安装、扩容方便。
5、有线通信除电信部门外,其它单位的通信系统没有在城区挖沟铺设电缆的权力;而无线通信方式则可根据客户需求灵活定制专网。
6、有线链路的维护需沿线路检查,出现故障时,一般很难及时找出故障点,而无线扩频通信只需维护扩频电台,出现故障时则能快速找出原因,恢复线路正常运行。
7、建设通信线路时一般需要备份,如果主备通道皆为有线线路,往往会存在相关故障点。若一条有线中断,另外一条很可能由于整个电缆被挖断或被破坏、配线架损坏、电话转接时突然断电等原因,同时中断。如果有线通信线路利用无线扩频进行备份,当有线线路中断,时则可将通信链路切换到无线链路上,仍可保证通信线路的畅通。
8、无线扩频通信可以迅速(数十分钟内)组建起通信链路,实现临时、应急、抗灾通信的目的,而有线通信则需要较长的时间。
9、在安全性能方面无线扩频通信本身就起源于军事上的防窃听技术;有线链路沿线均可能遭搭线窃听。
10、与X.25和DDN 相比,无线扩频网具有速率高(1Mbps 2Mbps 4Mbps 11Mbps,54Mbps,108Mbps,150Mbps, 300Mbps),安装简单,运行费用低(无须租费,仅投入少量维护费用),无须申请频率资源,容易扩展、投资少等优点。另外,如使用X..25 或DDN 作为网间互连的链路,在链路两端要使用路由器,多路复用器等设备,而无线扩频产品有网桥、路由器、调制解调器等多种选择节省设备和投资,因此无线扩频网比X.25 和DDN 在数百公里范围内联网要有明显的优势。
综上所述,无线扩频通信在可靠性、可用性和抗毁性等很多方面超出了传统的有线通信方式,尤其在一些特殊的地理环境下,更是体现出了其优越性。当然,无论是选择有线还是无线通信手段,都应根据具体情况因地制宜,量体裁衣。

1.4无线局域网的未来

   有线LAN的技术发展历史可用一句话来概括,“更快、更好、更便宜”。无线LAN技术已经开始沿着同一条道路发展:数据传输速率从1兆位/秒增加到300兆位/秒,随着IEEE 802.11a/b/g/n标准的出现互操作性已经成为事实,而且价格已经大大降低。改进在目前看来还只是刚刚开始。

1.5价格

    不断下降的WLAN设备价格开创了一个全新的市场。随着数量的持续增加,制造效率得到提高,成本下降,价格将进一步下跌。尽管无线客户机适配器的价格不太可能与有线的客户机适配器相提并论(已计入布线和人工成本),但价格上的差别将变得越来越不重要。
 

第二章 无线局域网可行性分析

2.1安全可靠性原则

   802.11标准中与有线系统相当的保密性(WPA)选项只是满足客户安全需要的第一步。本公司产品能够提供目前无线网络可以达到的最高级别的安全性,可以提供128位加密功能,并可支持802.11标准的加密和身份验证选项。按照标准中的规定,使用了具有40或128位密钥的RC4算法。密钥用于在使用无线电波对数据进行传输之前对其进行加密。如果一个台站接收的数据包没有经过适当密钥的加密,该数据包将被丢弃,永远也不会被发送到主机上。

2.2先进性开放性及实用性原则

   在网络建设中,施工周期最长、对周边环境影响最大的,就是网络布线施工。在施工过程中,往往需要破墙掘地、穿线架管。而WLAN最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量,一般只要安装一个或多个接入点 (Access Point) 设备,就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。

2.3使用灵活性原则

   在有线网络中,网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而一旦WLAN建成后,在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。由于有线网络缺少灵活性,这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要,这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划,又要花费较多费用进行网络改造。而WLAN可以避免或减少以上情况的发生。

2.4可维护可扩展性原则

   WLAN有多种配置方式,能够根据需要灵活选择。这样,WLAN就能胜任从只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络,并且能够提供像"漫游(Roaming)"等有线网络无提供的特性。
 
 

第三章 无线方案设计

3.1 需求分析

    某公路在山体中同时开挖四条隧道,要实现隧道区域内的实时监控要求,共计有40个监控点,所有监控图像要在指定的位置项目部汇集。因各个监控端点位置分散,远近不一,环境复杂,布线难度较大,综合目前数字化网络化监控技术及无线局域网技术,决定采用具有较大灵活度和稳定性的数字无线网络监控系统来实现。

3.2 方案设计

 1、无线传输系统:为了保证整个无线网络的高稳定性,本方案建议采用2.4G和5.8G搭配的无线传输方式来实现。
 2、模数转换系统:因网桥传输为数字信号传输,故应将前段的模拟图像通过网络视频服务器压缩成数字信号。

3.3 方案设计图

    
 

3.4 方案说明

   如上图所示:四条隧道共40个监控点,其中每条隧道有10个监控点,监控点平均每80-100米一个。隧道内采用一点对多点方式进行视频传输,分别用一点对三点,一点对三点,一点对四点,计每条隧道用网桥13台,单路视频服务器10台。本方案中一共有一中心为项目部,一个中继点为D点,A1、A2、B1、B2四处图像直接到中心汇集,C1、C2两处由于与项目部中间有山体遮挡不能直接把图像传输到中心,所以通过D点中转,然后由D点到中心汇集。
   把所有的数据传输到项目部监控中心后,可以通过在服务器上安装软件对每路图像进行监控,录像,对云台进行控制;还可以通过视频解码器将网络数字信号还原成模拟视频信号并转接到监视器或大屏幕上,并能过矩阵对图像或云镜进行控制。

3.4 无线监控原理图


     前端网络视频服务器将摄像机输出的模拟视频信号,云台和镜头的控制信号打包编码成网络传输的TCP/IP数据包,再通过无线网桥将信号发回监控中心,监控中心通过视频解码器解码后还原成模拟视频信号和485控制线,再通过矩阵就可以对所有摄像点进行监看,录像,回放,对云镜进行控制。
   
 

3.5 前端连接图
实际安装图:

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