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浅析北京某著名商业区客流预警系统的无线传输需求和部署方法

北京某著名商业区南北长1600米,东西进深200—300米,作为北京市延续至今具有悠久历史和深厚文化底蕴的商贾云集之地,是三大传统商业区之一。在广大消费者心目中是商业经营的黄金地段,更是首都经济繁荣的象征...
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  北京某著名商业区南北长1600米,东西进深200—300米,作为北京市延续至今具有悠久历史和深厚文化底蕴的商贾云集之地,是三大传统商业区之一。在广大消费者心目中是商业经营的黄金地段,更是首都经济繁荣的象征。

  2009年9月,为了迎接国庆六十周年,该商业区启动北京首个客流预警系统。通过安装在不同地点的视频设备,实时采集客流数据,在指挥中心进行智能分析,实现重点区域实时客流量统计、人群非正常聚集、人包分离监控等功能,为出现客流出现险情提前10分钟预警。

  该商业区客流预警系统前端需要部署在区内8栋商业楼及附近位置,为了实现系统的局域网连接,由于传统的布设光缆、五类线由于需要挖沟架杆会严重影响商业区的运营,必然需要无线传输方式来解决系统的连接。

  无线传输制式的选择

  无线传输主要分为两类:一是模拟微波方式;二是数字微波方式。

  模拟微波传输就是把视频信号直接调制在微波的信道上,通过天线发射出去,监控中心通过天线接收微波信号,然后再通过微波接收机解调出原来的视频信号。这种监控方式没有压缩损耗,几乎没有延时。但这种方式一般只适合点对点单路传输,不适合该商业区需要规模部署的要求;另外由于没有调制校准过程,抗干扰差,在该商业区无线信号环境复杂的情况下几乎不可用;所以模拟微波方式不适合此项目。

  数字微波传输就是先把视频编码压缩,然后通过数字微波信道调制,再通过天线发射出去,接收端则相反,天线接收信号,微波解扩,视频解压缩,最后还原模拟的视频信号。从广义上来讲,传统的扩频数字微波设备、2G/3G、WiFi、DMB-T(地面数字电视)等都属于数字微波传输,数字微波传输的选择看起来有多种方案。但2G、3G传输带宽有限,DMB-T只能单向传输,因此传统的扩频数字微波设备和基于802.11标准的无线网桥成为视频传输的主要选择。但传统的扩频数字微波设备多为厂家自行开发的简单协议进行交互,没有严格的基于物理层、MAC层协议支持的标准,在规模组网、带宽、抗干扰、加密等方面不如发展了十几年的802.11标准体系(1997年开始制订)。

  因此在无线传输制式的选择上,采用基于802.11标准的无线网桥成为此次项目的必然选择。主要原因如下:一是无线网桥可以实现点对点、点对多点、中继等多种组网络方式,可以实现该商业区近百路视频接入的复杂组网。二是802.11是目前高带宽的无线标准(802.11n最高达300Mbps),可以满足此次项目视频传输高带宽需求。三是该商业区无线信号环境复杂,不但有三大运营商2G、3G信号的密集覆盖,也有企业、个人WiFi信号,商业区本身也是高楼林立,无线信号本身反射、折射等多径干扰严重;而802.11标准采用ISM(工业、科学和医疗)通用频段,802.11标准体系在物理层上对误码纠错、MAC层上QoS保障等方面特别成熟(如802.11a/b/c/g/e/n/s等均为物理层、MAC层协议标准)。[nextpage]

  带宽要求与无线传输产品品牌选择

  该商业区客流预警系统一共需要23对无线网桥,其中带宽要求最高的一对无线网桥需要传输8路D1视频。传输的视频由于需要进行人脸识别等智能分析,视频质量要求很高,因此带宽也要求高。在白天晴朗状态下,1路D1视频一般在1.5Mbps~2Mbps之间,而到晚上或者有雾天气,由于噪点多,1路D1视频带宽要求3Mbps~4Mbps,这种情况下,对单对无线网桥的有效带宽要求高达32Mbps。虽然成熟的802.11a/g标准无线带宽54Mbps,但考虑到对误码处理,一般无线网桥传输的最高有效带宽不足20Mbps,有些基于家用硬件设计的无线网桥甚至不足10Mbps,远远不能满足此项目32Mbps的有效带宽要求。在这种情况下必须选择专业的高性能无线网桥才能满足需求。

  无线网桥的有效带宽跟专业的硬件设计有非常高的关系:一是选择的无线芯片组(射频RF+基带BB)本身对射频处理的有效性(有效性高,误码率就低),无线网桥属于无线基站类而非终端类设备,需要选择专业公司的802.11芯片才能具有高带宽;二是CPU核心处理器的能力,目前市面上很多无线网桥采用Intel早期的工控级芯片而非专业的通信级芯片来处理流量,能力不足大大降低了有效带宽的传输,特别是需要加密传输时有效带宽更是成倍下降,高性能无线网桥必须选择专业的通信级CPU(如多核处理器);三是射频放大处理电路,普通无线网桥虽然输出功率1W甚至2W,传输距离增加了,但有效带宽却大大降低,原因就是对射频处理没有专业的校准,一味在设备内部或者外部增加功放器,无线信号放大后星座图模糊(信号变形)导致传输的大多是误码,因此有效带宽却大大降低,所以高性能的无线网桥必须有自主的专业的射频处理与放大电路。

  该商业区客流预警系统项目经过多方面考察与测试,最终选定了在专注在无线网络与无线监控领域的北京携远天成技术有限公司的TWB-5000-AH高性能无线视频网桥产品,经过实际测试,单对无线网桥有效带宽超过35Mbps,完全满足此次项目对高带宽的需求。

  防干扰部署方法

  无线传输实施部署最需要注意的问题就是无线干扰的解决,一般在方案设计前需要工堪,了解地理环境和无线环境,根据具体需求给出合理的解决方案,在后期部署时按规划实施。干扰解决的方法主要注意以下三个方面:一、频段选择;二、信道规划与调整;三、天线部署。

  该商业区无线环境复杂,需要在频段选择方面避免密集的干扰,由于2.4GHz大量用于运营商与企业WiFi基站、个人办公电脑,因此采用802.11a的5.725~5.850GHz频段,这样可以远离该商业区大量使用的3G与WiFi的2GHz左右的频段。

  在中国,802.11a工作在5.725-5.850GHz频段的5个信道,操作信道号分别为:149、153、157、161、165。该商业区客流预警系统在大厦A作为汇聚点,有9台无线网桥需要部署,规划时必须将无线信道隔开,防止多台设备采用同一信道后产生干扰。[nextpage]

  802.11a的信道只有5个,而在大厦A需要部署9台无线网桥,需要两台无线网桥采用同一信道,为了避免两对无线网桥之间自行干扰,天线的选择与部署尤为关键。全向天线都是360度发射,无法避免干扰,所以不能采用全向天线。综合考虑距离等因素,需要选择板状定向天线,板状定向天线具有极化方向(无线信号可根据水平或者垂直方向发射),如果两个网桥需要同信道发射时,分别将相应的板状定向天线水平安装和垂直安装,这样无线信号分别呈水平和垂直方向传播,就不会相互干扰了。

  防雷接地部署等其他需要注意的问题

  无线网桥一般部署在室外复杂的环境,在该商业区部署的无线网桥都在各栋大楼的楼顶,主要需要注意两个问题:一是夏天会有雷雨天气,需要考虑防雷措施;二是冬/夏两季需要考虑室外-30~+70℃的高低温的适应性。

  防雷是电子设备室外部署时必须重视的问题,一旦处理不好,不但电子设备会出现损坏,进而有可能引起建筑物起火等重大的生命财产事故。无线网桥的防雷部署主要需要注意三个方面的问题:一是外置天线部署带来的射频防雷,需要在天线至无线网桥间的连接馈线端加装相应频段的天馈防雷器,这样可以避免雷电损坏天线或者无线网桥;二是无线网桥需要有接地措施,防止无线网桥直接被雷电击坏;三是无线网桥与后端设备一般通过网线相连,需要进行网口防雷,携远天成专业的无线视频网桥设备内置网口防雷器,部署更简单。

  北京夏季极端温度+42℃、冬季-20℃(离草地高一米的气象测量温度),而室外环境温度条件更为恶劣,需要考虑-30~+70℃的高低温适应性。在极限温度上,普通的无线网桥难以正常运行,需要考虑加装保温箱,但加装保温箱不但需要增加成本,另外设备安装、调试以及后期维护都会带来不便。专业的无线网桥除了需要选用宽温适应的部件外,还需要在硬件设计时增加专业的加热电路和散热设计,这样可实现直接室外部署。此次项目选用的携远天成TWB-5000无线视频网桥实际测试工作温度-40~+85℃,很好的满足了在该商业区室外部署的要求。

  结束语

  北京携远天成技术有限公司考虑到此次项目的重大影响,在前期设计时派出两位总工级方案专家进行无线网络规划,在后期部署时由工程服务部总经理组织技术专家进行督导实施,方案合理部署快速,为国庆六十周年安保交上了一份满意的答卷。

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