随着计算机应用技术的普及和国民经济信息化的发展,客户/服务器计算、分布式处理、国际互连网(Internet)、内部网(Intranet)等技术被广泛接受和应用,计算机的联网需求迅速扩大,网络在各行各业的应用越来越广。目前尽管有线网络以其传输速度高,产品品牌及数量众多和技术发展速度快等优点,在市场上有较高的知名度和较大的市场份额,但是在一些特殊的环境和特定的行业里依然有许多令IT数据管理公司头疼多年的LAN(网络/局域网)布线问题存在。
随着Wireless(无线)技术的出现,在诸多计算机联网技术中,无线网(WirelessNetwork)以其无需布线、在一定区域漫游、运行费用低廉等优点,在许多这些应用场合发挥着其他联网技术不可替代的作用。随着无线局域网应用逐渐增多,它将扩展有线局域网或在某些情况下取而代之。可以预期,在未来信息无所不在的时代,无线网将依靠其无法比拟的灵活性,可移动性和极强的可扩容性,使人们真正享受到简单、方便、快捷的连接。
无锡万博信息技术有限公司为了配合无线网络监控的需求,利用较小的成本实现企业校区多个场所进行无线网络监控的目的,提出了以下这套解决方案。
1.系统设计
1.1项目设计背景
此项目是某学校校区监控的一部分,使用无线网络连接分布在校园内各地的监控点。用户希望建立基于无线传输的数字视频监控系统,来提高整个视频监控系统的稳定性和灵活性。
1.2项目方案的设计要求
本项目主要实现固定区域的无线网络信号桥接,使安装传统的模拟摄像头的现场视频监控系统所拍摄到的活动视频能通过无线网络传输到监控中心的电脑中,使位于监控中心的监控工作人员能随时监控和纪录所有监控点的现场情况,从而对一些突发紧急事件做出准确及时的判断。
整个项目具体可以分为以下方面的要求:
•每个监控点必须能够和监控中心建立有效的无线网络桥接,而且必须确保每个监控点和监控中心的无线网络连接带宽不小于1兆。
•模拟式摄像头能准确及时地纪录每个监控点的现场情况。
•模拟摄像头通过视频编码器将视频信号转换成可以在无线网络上传输的数字视频信号。
•在时间和成本范围之内完成项目,实现较高的施工质量和客户满意度。
•为客户提供一定的技术培训和技术支持。
1.3系统设计的原则
1.3.1可靠性原则
无线传输系统的可靠性是具有实用性的前提。
1.3.2先进性与实用性相结合的原则
既要保证系统设计的先进性,以保护用户的投资在五年内保持先进;又要保证系统设计近可能地实用。我们选用的设备都是经过实践检验的成熟产品,同时还要可虑系统的总体成本以及实际的气候、地理条件。
1.3.3灵活扩展原则
为了使现有的系统在将来能够得到充分的利用,现有的投资在将来不被浪费,这就需要系统有充分的、灵活的适应能力和可扩展的能力。以便于系统将来的扩容与升级。 [nextpage]
1.3.4便于维护原则
这是为系统在使用过程中的实际需要考虑的。系统工程实施结束交付使用以后,应该便于各种日常维护工作,能够方便地进行软件的重新配置、系统的自检与恢复、硬件备品备件的更换和软件系统的升级。
1.3.5安全性原则
安全性一直是网络及系统管理的薄弱环节之一,而用户对网络安全的要求又相当高,因此安全性原则非常重要。
1.4系统详细设计
基本网络拓扑图如下图所示:
1.4.1无线网络方案设计
如上图所示,这是一个(监控点与监控中心直线距离间无障碍物的)利用室外无线网络桥接进行远程视频监控的应用,根据监控点与监控中心的直线距离采用不同的发射功率,从而确保整个无线网络系统信号的传输质量。
中心监控点部分
上图监控方案种,考虑到周边监控点有10个,每个监控点的视频按照1兆的带宽进行压缩和传输(可以实现实时顺畅的视频监控),采用大功率无线宽频交换机的单路最大带宽可以达到4到5兆,按照“一点对四点”的连接方式,在中心点需要布置3个无线桥接器。我们在中心点安装三个12dB全向天线的方式,实现360度的无线网络范围内的覆盖。我们在中心点布置三个无线桥接器,连接三个全向天线的方式,实现和所有监控点的无线网络连接。
在监控中心寻找适当的制高点架设覆盖范围为360度的三套12dB全向天线,尽量保持天线的高度以确保无线信号能覆盖周围较大的一片区域,天线通过连接馈线连接无线网络中心发射设备,这套设备具体配置如下: [nextpage]
在监控中心的中心机房放置三台单路最大带宽为4到5兆的无线桥接器,并配置成无线桥接模式(PXP模式),Channel分别设置为信道1/6/11,每个无线桥接器通过以太网络接口和中心机房内的高性能的三层以太网交换机相连接,同时负责现场监控的计算机也和同一个中心交换机相连,以便获得实时的视频信号。
每个无线桥接器通过连接馈线和一个避雷器相连,最后由避雷器和位于监控中心制高点的12dB全向天线相连接。
这样的配置可以保证大楼周围半径0.5~1公里范围内区域的有效信号覆盖,如需实现更远距离的无线监控,可加大发射功率或者在监控点与监控中心之间增加中继器。
在监控中心机房内有一台运行监控软件的计算机实现所有监控点的实时监控(监控软件可以实现16分屏的实时监控),此外根据客户对视频纪录保存期限的要求(一个月、一个半月或三个月)配置大容量的磁盘阵列设备。
周边监控点部分
这些监控点的无线网络终端部分主要是通过视频摄像设备和无线网络设备,将各个监控点的现场视频映像通过无线网络及时传输到监控中心,以便监控中心的监控人员能够迅速了解每个监控点的具体情况,做出及时有效的势态判断和行动决策。
在终端监控部分,由于用户已经有带有云台和变焦功能的模拟摄像头,我们使用基于MPEG-4技术的视频服务器,将模拟视频信号调制成MPEG-4格式的视频数字信号,通过双绞线,将MPEG-4格式的视频信号通过大功率无线桥接器、避雷器和碟型定向天线构成的无线桥接系统发送至监控中心。
无线终端的具体配置如下:
•在无线网络设备配置方面,我们均采用单路最大带宽为4到5兆的无线桥接器,并将桥接器设置为无线桥接模式(PXP模式),并根据实际情况设定相应的工作信道;
•无线桥接器通过连接馈线和一个避雷器相连,避雷器通过馈线和一个碟型定向天线相连。
•在视频监控端我们采用基于MPEG-4技术的视频服务器,将原来的模拟视频信号转换成基于MPEG-4的视频信号,并通过以太网络端口连接到无线桥接器的以太网端口上。
2.技术背景
2.1无线网络技术简介
无线局域网(WLAN)指的是采用无线传输媒介的计算机网络,结合了最新的计算机网络技术和无线通信技术。首先,无线局域网是有线局域网的延伸。使用无线技术来发送和接收数据,减少了用户的连线需求。
传统的计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆,构成有线局域网。但有线网络在某些场合要受到布线的限制:布线、改线工程量大;线路容易损坏;网中的各节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点联接起来时,敷设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长,对正在迅速扩大的连网需求形成了严重的瓶颈阻塞。WLAN就是解决有线网络以上问题而出现的。
2.1.1WLAN的优势
WLAN利用电磁波在空气中发送和接受数据,而无需线缆介质。WLAN的数据传输速率现在已经能够达到54Mbps,传输距离可远至20km以上。它是对有线连网方式的一种补充和扩展,使网上的计算机具有可移动性,能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络连通问题。[nextpage]
与有线网络相比,WLAN具有以下优点:
•安装便捷:一般在网络建设中,施工周期最长、对周边环境影响最大的,就是网络布线施工工程。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(AccessPoint)设备,就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。
•使用灵活: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。
•经济节约: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。
•易于扩展: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)”等有线网络无法提供的特性。
由于WLAN具有多方面的优点,其发展十分迅速。在最近几年里,WLAN已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛的应用。
2.1.2无线网络的基本运作模式
无线网络的运作模式基本分为两种:无线网络覆盖模式和无线网络桥接模式。
无线网络覆盖模式
无线网络室内覆盖的功能就是利用无线网络设备对特定的工作区域实现无线信号的覆盖,确保位于这一区域的无线网络用户能通过无线网络设备实现网络的连接和资源的共享。无线网络的室内覆盖在办公区域和特定功能区特别有效,这些特定区域用户的特点是:广泛使用笔记本电脑、掌上电脑、PDA等移动通讯设备,工作位置的流动性特别大,用户只有在特定的时间才会在某一固定区域工作。而且,这类用户在工作时大都不固定分组,工作场所的环境布置也会经常改变,所以采用无线覆盖对这类场所尤其合适——覆盖这类场所一方面能够简化网络设计,一方面能够为用户提供宽带上网,而且能够非常方便地进行扩充。
根据不同的环境和不同的覆盖需求,可以采取以下几种无线覆盖应用方案:AdHoc模式、Infrastructure模式、微蜂窝覆盖和漫游技术。
无线网络桥接模式
无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物,无线网桥可以无缝地将相隔数十公里的局域网络连接在一起,创建统一的企业或城域网络系统,在最简单的网络构架中,网桥的以太网端口连接到局域网中的某个集线器或交换机上,信号发射端口则通过电缆和天线相连接;通过这样的方式实现现有网络系统的扩展。
无线网桥的应用主要有以下几种结构:点对点型、点对多点型和混合型。三种结构都有不同的适用场合,用户可根据实际应用选择:
1、点对点型无线网络桥接
这是无线连网的常用方式,用于连接两个分别位于不同地点的网络,一般由一对桥接器和一对天线组成。这种方式的优点是传输距离远,传输速率高,受外界环境影响较小。
2、点对多点型无线网络桥接
该类型常用于有一个中心点、多个远端点的情况下,通过中心点把多个离散的远程的网络连成一体。其优点是组建网络成本低、维护简单。中心点的天线在不同的项目中会采用不同的配置方案,而远端点通常会使用定向天线,通过精确的天线角度定位对准中心点天线,进行无线信号接收,完成无线桥接。
3、混合型无线网络桥接
这种类型适用于所建网络中有远距离的点,近距离的点,还有建筑物或山脉阻挡的点,在组建这种网络时,综合使用上述两种类型的网络连接方式。对于远距离的点使用点对点方式,近距离的多个点采用点对多点方式,有阻挡的点使用中继。