基于无线网桥的监控方案

李玉桃

摘 要：在目前的网络监控设备连接中，有线网络存在诸多缺点，例如有限的网络接入点限制了网络的灵活性和便捷性，网线、光缆的维护成本高而不便于网络扩展，3G费用昂贵且带宽有限，临时建筑重复布线等。为了实现系统的移动自由、布线容易、组网灵活，将无线网桥应用到监控系统中实现无线监控已经成为一种新趋势。

关键字：无线监控系统 无线网桥

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（C）-0000-00

一、绪论

随着监控系统的分布范围越来越广，有线网络的覆盖能力及传输能力已不能满足，无线监控应运而生。以厂区无线监控为例，高清摄像机作为前端、无线网桥作为传输，可以避免到处布线的问题，即高清摄像头的安装不受布线的限制，这样就大大减少了布线的工作量和布线错误的危险，同时也可以摆脱线缆长度和信号衰减的限制。本文将重点研究无线网桥的实际应用，进而延伸至以无线网桥为传输的无线监控。

二、监控系统

典型的电视监控系统主要由前端监视设备、传输设备、后端控制显示设备组成。前、后端设备有多种构成方式，它们之间的传输可通过有线网络（电缆、光缆）或无线网络等多种方式实现（图1），即形成了有线监控系统和无线监控系统。

2.1无线监控系统的优势

与传统的有线监控系统相比，无线监控系统具有如下优势：

（1）增加或变更监控点，无需布监控线且安装简单，扩展性好；

（2）跨马路，无需挖沟埋管，钉槽架线，节省安装成本，特别适合大范围、远距离监控，例如煤矿、钢铁冶炼等恶劣环境；

（3）全数字录像方便于回放和检索，用户可对录像进行播放、定位及快放、慢放等操作；

（4）除保安监控外，电脑、手机可以进行远程监看，并且可以设置用户权限和查看范围；

（5）清晰度高，传统监控通常采用CIF分辨率，无线监控可采用D1、高清720P或1080P。

2.2无线监控系统结构

（1）模拟摄像机+硬盘录像机+无线网络

模拟摄像机组建的视频监控系统的视频信号传输，一般都需用硬盘录像机对信号进行处理传输（图2）。

通过图像传感器，对图像信号进行采集并数字化，在专用的DSP芯片里进行一些图像处理后，编码成CVBS模拟信号进行传输，CVBS即复合视频信号，通过同轴电缆进行传输，后端的DVR（硬盘录像机）产品通过视频解码器，对模拟视频进行模数转换，编码成数字信号进行处理并输出（图3）。

这种数字到模拟，从模拟到数字的来回转换，带来了诸多的问题，目前安防工程中的一些缺陷即来自于这个模型，主要的问题有：图像进行模数、数模转换后，图像质量受损；图像分辨率固定为PAL或NTSC，无法满足更高清晰度、更高分辨率的监控要求；视频信号动态范围较小，难以满足各种特定要求的需求，比如低噪声、宽动态、高帧率等需求；无法实现分发、共享等需求。而且即使模拟信号能通过无线网络实现长距离传输，信号也会由于衰减严重而受干扰，图像质量不佳。

（2）网络摄像机+无线网络

网络摄像机的CMOS感光器内置了AD转换，光信号进入，数字信号输出，即从信号采集、处理、传输、存储等环节，采用全数字化的处理技术（图4），这样就不会因模拟和数字之间来回转换带来图像质量的损耗。

网络摄像机是一种结合传统摄像机和网络技术所产生的新一代摄像机，他可以将影像通过网络传至另一端，且远端的浏览者不需用任何专业软件，只要标准的网络浏览器即可监视其影像。网络摄像机内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过局域网、internet、无线网络传送到Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web浏览器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。

成熟的网络视频监控系统有网络硬盘录像系统、局域网传输硬盘录像系统、广域网传输硬盘录像系统。如果各个分支网络距离较远且布线困难，则可以采用无线链路实现。

（3）无线网络摄像机

随着无线网络技术的成熟，无线网络摄像机也开始在安防监控系统中开始逐渐使用。

无线网络摄像机即通过无线传输的网络摄像机，与普通网络摄像机的区别在于传输方式。其中无线网络摄像机有两种，一种是应用于局域网的无线wifi网络摄像机，一种是通过3G网络传输的无线3G网络摄像机。

无线网络摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D转换器、编码器、图像声音控制器、网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。其工作原理是：图像信号经过图像传感器（CMOS或CCD）及声音经过声音传感器（拾音器或麦克风），A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，通过编码器按一定的格式或者标准进行编码压缩，在控制器的管理、控制下，由网络服务器按照RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相关网络协议送上局域网或INTERNET，同时控制器还可以接收报警信号及向外发送报警信号，且按要求发出控制信号。

以3G网络为传输方式，直接为前端设备加无线模块的监控方式，其最大劣势是需向运营商支付传输运营费用，而且这种费用即便采用包月方式，长期算下来，资费也是相对高的。以wifi为传输方式的无线网络摄像头在使用中性价比更好，但是传输距离有限。如果要求远距离传输，无线网络摄像头并不是最佳选择。

三、基于无线网桥的无线传输系统所

无线网桥即无线网络的桥接，可在两个或多个网络之间搭起通信的桥梁。它可以用于连接两个或多个独立的网段，这些网段通常位于不同建筑内或较大厂区。无线网桥除了具备上述特点外，无线网桥工作在2.4G或5.8G的免申请无线执照频段，比其它有线网络设备更方便部署。无线网桥从通信机制上分为电路型网桥和数据型网桥。其中数据型网桥采用IP传输机制，接口协议采用桥接原理实现，组网灵活且成本低廉，多用于网络数据传输和监控类图像传输。无线网桥在无线监控系统中最常见的应用方案有点对点方式、中继方式、点对多点方式。

3.1点对点方式

可用来连接两个分别位于不同地点的网络，一般由一对无线网桥组成。该对网桥应设置成相同的频道，无线网桥支持同步信道的功能，只需改变一方的频道，另一方便会自动改变到相应的频道。在相距较远的两点间，为了取得更好的传输效果，则需内置增强型双极化自适应技术，这将扩大无线网桥的传输距离和在相同环境下多个设备之间的相互干扰，具体地可以在楼顶分别放置一台无线网桥和定向天线，两地的无线网桥分别通过馈线与本地天线连接后，两点的无线通讯就可迅速搭建起来。其中一楼顶通过网络硬盘录像机回传网络摄像机在该楼的视频信号（图5）。

3.2中继方式

当需要连接的两个局域网之间有障碍物遮挡而不可视时，可以考虑使用无线中继的方法绕开障碍物，来完成两点之间的无线桥接。无线中继点的位置应选择在可以同时看到左面监控中心的位置与右面监控点的位置，中继无线网桥连接的两个定向天线分别对准两边的定向天线，无线网桥的通讯通过中继无线网桥来完成。构建中继网桥可以有两种方式：

（1）单个无线网桥作为中继器和两个无线网桥背靠背组成中继点。单个无线网桥可以分别通过功分器连接两个定向天线或者一个全向天线。由于双向通讯共享带宽的原因，对于对带宽要求不是很敏感的用户来说，此方式是非常简单实用的；

（2）采用背靠背两个处于不同频段的无线网桥工作，这种模式对带宽要求较高的用户，可保证高速的无线链路通讯（图6）。

3.3点对多点方式

点对多点的无线网桥能够把多个离散的远程网络连成一体，结构相对于点对点无线网桥来说较复杂。点对多点无线网桥通常以一个网络为中心点发送无线信号，其他接收点进行信号接收。中心点的天线在不同的项目中会采用不同的中心天线配置方案：

（1）全向天线： 全向天线将信号均匀分布在中心点周围360度全方位区域，其最大增益无法做到很大，但是在安装部署两点之间位置时不需要考虑两端天线安装角度的问题，所以安装起来比较方便，适用于链接点距离较近，分布角度范围大，且数量较多的情况；

（2）扇面天线：扇面天线具有能量定向聚集功能，可以有效地进行水平180度、120度、90度、60度范围内的覆盖，因此如果远程链接点在某一角度范围内比较集中时，可以采用扇面天线；

（3）定向天线：定向天线的能量聚集能力最强，信号的方向指向性极好，可以将增益做到很高，一般方向性越尖锐的天线增益越高。因此当远程链接点数量较少，或者角度方位相当集中时，采用定向天线是最为有效的方案。但是方向性过于尖锐的天线在安装和调整的难度很大，必须对准特定角度才能保证信号的传输；

（4）组合天线：上述三种天线各具一定的特性，因此在实际项目中，经常会出现组合使用的情况，例如利用多幅扇面天线，或者扇面天线和定向天线相结合使用。

远程链接点通常会使用定向天线，通过精确的天线角度定位和设备自带的调试指示灯对准中心点天线，进行无线信号接收，完成无线桥接。

四、基于无线网桥的监控系统

以上基于无线网桥的监控系统均采用了二级架构系统，前端监控网点、集中监控总中心。该方案所有图像都是通过无线网桥经由无线网络传输，通过网络监控服务器实现多台客户端机器同时监控。这种方式可以将所有远端图像集中至中心监控，彻底实现前端无人值守。

4.1监控前端

（1）摄像机将数字化视频图像数据进行录像传输到监控中心；

（2）接收监控中心的远程指令，根据指令要求切换视频源或对云台和镜头等监控设备或其它开关设备进行控制；

（3）在监控前端，操作员能手动选择切换本地的任一摄像机作为监视视频源；能控制该监控前端的所有云台、镜头及灯光等设备；

（4）自动报警，监控前端无论处于何种状态，当该前端的某一监控点有报警信号时，自动将视频输入切换到该报警点，并立即把报警信号及图像传送到监控中心，监控中心启动录像。

其中后面三项功能都是网络存储服务器（NVR）实现的，它集中了对影像资料的管理、存储码流的分配、对网络摄像头的管理与设置、报警联动、用户权限认证与管理、WEB流媒体视频点播服务等多种功能，能够保证系统中的高清视频图像进行实时安全稳定的存储，并提供各种完善的网络接口，提供强大的网络远程设置、配置、视频点播、视频回放服务。

4.2通讯网络

（1）网络结构

远程监控前端的硬盘录像机通过交换机连接在一起，所有监控前端需要传输到监控中心的数据，经过交换机后，通过无线网桥传输到监控中心。监控中心本地监控前端通过交换机，接入中心图像监控局域网，不需任何其它协议转换设备。

（2）网络性能

无线网桥提供接入点（AP）、点对点、中继、点对多点、无线客户端、无线分布式客户端、多VLAN支持等无线功能，同时无线应用，具有无线漫游、虚拟AP等无线功能。可以实现全方位自动扫频，依周围无线环境状况，自动扫描选择最佳信道，同时可以双向自适应调制，自动调节无线链路质量，优化了频谱利用率解决信号衰减。网络结构具有良好的可扩展性，可以根据日后的需要灵活地增加配置。网络提供多种方式的接口，可方便地与现有设备相连，避免资源浪费，可以使用远距离POE供电，布线灵活。无线网桥一般是基于WEB远程管理或SNMP管理，支持配置文件导入/导出及软件升级。同时具有多项安全措施，支持WEP、WPA、AES、TKIP和802.1X等。

这种设备一般应用于有线线路难以布线的环境，临时工作的大型场所，频繁改动环境位置的场所，需要做冗余备份线路的场所等。

4.3监控中心

监控中心由建立在高性能控制系统和高性能网络交换基础上的综合管理平台系统，主要由控制服务单元和客户端单元组成。其中控制服务器单元具有管理服务、目录服务、转发服务等功能；客户端单元由浏览器、播放器、管理工具等组成。其功能如下：

（1）实时监控

在客户端上可以进行1～36分割的多画面显示，每个画面都可以任意切换系统中的图像；可以依据地域、重点区、管理权限等原则将实时图像进行分组，通过巡视组或手动的方式随时进行实时图像的调阅；可以实现图像自动轮巡，即用事先设定的触发序列和时间间隔对监控图像进行轮流显示。

（2）录像查询

基于本地录像和网络录像的特点，可分为本地录像回放及网络录像回放两种录像检索方式；可以通过时间、地点、摄像机编号、事件（移动侦测、报警录像）名称等进行检索。

（3）报警联动

系统具有视频信号丢失的报警功能，报警信号可调用系统和用户自定义的宏指令，并启动相应的处置流程；可以通过模块接口实现声光报警，对同一重复报警进行自动过滤或通过手动临时屏蔽不需要的报警；可以显示全网所有监控点的报警状态，包括开关量报警、移动侦测报警、外部传感器报警、设备运行状态报警等多种报警信息；可对报警信息进行详细记录，包括警源、报警类型、报警等级等。

（4）设备管理

平台系统支持各类具备通信接口并提供通信协议的设备接入，所有的图像资源实行统一编号、统一配置、统一调度和统一管理。管理员可以对系统中任何一种设备进行远程批量读取和配置，并可分别或分批调整设备的各类参数；系统具有对设备定时巡检和校对时钟的功能，巡检内容包括网络连接状态、系统运行状态、连接客户端的数量以及设备厂商提供的运行状态参数，将取得的数据存贮在日志中。

（5）计划管理

依据系统图像的特殊性，需要把所有的前端图像进行存储，平台应用中提供计划管理，可以进行录像计划设定，可以根据管理人员对每个摄像机录像时间和质量的不同进行相应的配置；可以设置录像时间，用于调配效用管理时间；可以通过报警计划的设定来对相关的报警输入进行报警的设定，包括图像、音频、文字等报警警告综合输出。

（6）系统维护

系统具备自检、巡检、故障诊断及故障弱化功能。在出现故障时，用户可通过平台软件及时、快速地进行维护。通过平台，整个系统动态环境一致性维护可以轻松实现，减轻系统维护工作量；系统自带的实时日志可以让管理人员通过日志窗口实时检测系统的运行情况。

（7）系统集成

良好的系统架构，支持第三方系统在开发，可实现无缝集成；可根据本地业务平台的接口规范进行开发，可与现有的系统进行对接。

除此之外，一些监控中心还具有如下特色功能：多屏显示功能、屏幕点触云台控制、电子地图、图像增强、数字放大（屏幕PTZ）、精细时间条视频回放、窗口轮训、数字全景镜头拼接、“时间切片”视频检索、虚拟矩阵等、

五、总结

无线网桥可将分布于不同地点和不同建筑物之间的局域网设备连接起来，应用范围广泛、抗干扰能力强，带宽高采用全天候防风、防雨、防雷、防晒、防尘、防震以及散热设计，拥有超强的免维护特性，基于以太网供电技术，易于在室外安装使用；由于无需铺设专用馈缆，可减少传输损耗、缩短施工周期，降低施工成本，为无线监控系统的实现提供了可靠的、性价比极高的解决方案。

该方案采用无线网络传输，可通过POE供电任意放置摄像头，与3G手机结合，简单构建移动远程监控系统，为远端的各个监控点进行安全防范、智能检测、实时视频监查、控制、存储，特别是可在各种环境、气候条件下对各监控体的运行状态、外部环境进行监控、实现与声光报警、入侵巡检等第三方系统进行联动。

参考文献

[1] 裴快乐，杨凤芹.浅谈无线路由、AP、无线网桥的区别[J].无线互联科技，2012（1）.

[2] 罗莹，祁赟.浅谈3G无线视频监控的应用[J].移动通信， 2011（23）.

[3] 张巍，肖文斌，阎立.无线网桥在视频监控中的研究与应用[J].现代电子技术，2011（17）.