題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于WiMAX技術(shù)的無(wú)線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- WiMAX技術(shù)，即全球微波互聯(lián)接入，它是一種面向無(wú)線城域網(wǎng)的寬帶無(wú)線接入技術(shù)?，F(xiàn)在在美國(guó)、以色列等國(guó)家應(yīng)用于城市廣播電視信號(hào)傳輸?shù)阮I(lǐng)域，而在中國(guó)，目前還少有這種技術(shù)的試驗(yàn)性應(yīng)用。本課題組主要研發(fā)了一款符合802.16e標(biāo)準(zhǔn)的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，試驗(yàn)性地將其應(yīng)用于視頻監(jiān)控領(lǐng)域，并嘗試在多種環(huán)境下進(jìn)行快速組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Wi-Fi、3G等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在特殊環(huán)境下部分應(yīng)用缺陷的彌補(bǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- WiMax技術(shù)，即全球微波互聯(lián)接入，它是一種面向無(wú)線城域網(wǎng)的寬帶無(wú)線接入技術(shù)。現(xiàn)在，在美國(guó)、以色列等國(guó)家應(yīng)用于城市廣播電視信號(hào)傳輸?shù)阮I(lǐng)域，而在中國(guó)，目前還少有這種技術(shù)的試驗(yàn)性應(yīng)用。本課題組在所屬研究所引進(jìn)國(guó)外芯片的基礎(chǔ)上，主要研發(fā)了一款符合802.16e標(biāo)準(zhǔn)的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，試驗(yàn)性地將其應(yīng)用于視頻監(jiān)控領(lǐng)域，并嘗試在多種環(huán)境下進(jìn)行快速組網(wǎng)，彌補(bǔ)了wifi、3G等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在特殊環(huán)境下部分應(yīng)用缺陷。接下來(lái)我將分別從WiMax技術(shù)的原理、核心部件PCMCIA數(shù)據(jù)卡的研制、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用效果對(duì)比三個(gè)部分展示我們的研究成果，最后對(duì)WiMAX的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。 首先介紹WiMax技術(shù)的原理，WiMax也叫802?16無(wú)線城域網(wǎng)或802.16。研究工作中所采用的標(biāo)準(zhǔn)是802.16e。其模型主要由物理層和MAC層組成。MAC層獨(dú)立于物理層，能夠支持不同的物理層規(guī)范，以適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境。物理層則完成WIMAX的傳輸功能，目前采用的主流技術(shù)是OFDM。它是一種多載波調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，這也直接使得WiMAX在實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入時(shí)具有很好的性能，通過(guò)與3G、Wi-Fi等無(wú)線技術(shù)的比較，可以看出WiMAX具有傳輸速率高、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。 第二，基于這些優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用在無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)中，根據(jù)模擬的系統(tǒng)框圖，利用實(shí)驗(yàn)室已有的設(shè)備進(jìn)行實(shí)物搭建。為能夠順利搭建出整個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)需要，自主設(shè)計(jì)研制了符合802.16e標(biāo)準(zhǔn)的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，該數(shù)據(jù)卡的構(gòu)成模塊與WiMAX基站基本相似，只是功能、使用場(chǎng)合方面有所區(qū)別。主要分為射頻收發(fā)模塊，基帶處理模塊，MAC層協(xié)議處理模塊，接口存儲(chǔ)及一些支持系統(tǒng)。 第三，在完成了PCMCIA數(shù)據(jù)卡的設(shè)計(jì)研制的情況下，首先在實(shí)驗(yàn)室搭建了一對(duì)一、一對(duì)多等不同模式的監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)南到y(tǒng)。 （1）在發(fā)送端，接入用于監(jiān)控的攝像設(shè)備(可以是電腦自帶的攝像頭或從外部接入的攝像頭) ，用于采集和播放攝像視頻信息的終端設(shè)備(比如PC，其中播放器選用VLC)，用于無(wú)線發(fā)送視頻信息的CPE或PCMCIA數(shù)據(jù)卡； （2）在接收端，配置WiMAX基站，用于顯示接收到的攝像視頻的終端設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要，將發(fā)送端置于需要監(jiān)控的區(qū)域，而將接收端放置于監(jiān)控室中，并與現(xiàn)有的監(jiān)控中心連接起來(lái)，實(shí)時(shí)地傳送控制等信息，以增強(qiáng)監(jiān)控的能力。 （3）測(cè)試效果分析。在軟件配置完成后，通過(guò)開(kāi)啟iperf軟件，測(cè)試監(jiān)控視頻傳輸?shù)木唧w情況，包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)速率，抖動(dòng)，丟包率等性能指標(biāo)，總體傳輸?shù)男阅芊浅Ａ己谩? 在實(shí)驗(yàn)室中試驗(yàn)成功之后，在校園這樣一個(gè)更大的范圍內(nèi)進(jìn)行性能測(cè)試，攜帶發(fā)送端設(shè)備拍攝學(xué)校的某片區(qū)域，而將接收端設(shè)備置于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，收發(fā)兩端間隔約500米，考慮到無(wú)線信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)強(qiáng)度會(huì)衰減，在中間架設(shè)外部天線，以確保信號(hào)強(qiáng)度。信號(hào)傳輸性能同樣良好。這也證明了WiMax技術(shù)在同等信號(hào)傳輸性能下，發(fā)射半徑超過(guò)Wifi。 隨后又在移動(dòng)的情況下，測(cè)試了系統(tǒng)的傳輸性能，在低速時(shí)，性能基本保持良好，在高速時(shí)，性能下降比較明顯，說(shuō)明移動(dòng)WiMAX雖然數(shù)據(jù)傳輸速率更高、覆蓋范圍更廣，基本 可以實(shí)現(xiàn)非常便捷的快速組網(wǎng)，在特殊環(huán)境下可以替代3G作為另一種信號(hào)發(fā)送渠道。但在移動(dòng)性方面，較3G等技術(shù)還有差距，有待完善。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品研究WiMAX無(wú)線技術(shù)的主要目的就在于根據(jù)現(xiàn)有的WiMAX設(shè)備制作出用于接收WiMAX數(shù)據(jù)的PCMCIA卡，并在此基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)室、校園等不同環(huán)境下搭建WiMAX無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將其用于實(shí)時(shí)視頻的監(jiān)控。 本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： （1）根據(jù)WiMAX無(wú)線寬帶測(cè)試基站的主要性能參數(shù)制作出了相應(yīng)的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，該數(shù)據(jù)卡可以實(shí)現(xiàn)WiMAX數(shù)據(jù)流的發(fā)送和接收，并通過(guò)技術(shù)驗(yàn)證，符合IEEE802.16e的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 （2）在此基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)室中將WiMAX基站和PCMCIA卡與攝像頭和電腦等設(shè)備有機(jī)結(jié)合起來(lái)，搭建出基于WiMAX技術(shù)的無(wú)線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，依次在實(shí)驗(yàn)室、校園范圍內(nèi)進(jìn)行性能測(cè)試，最后在終端移動(dòng)的情況下測(cè)試性能，。 （3）充分發(fā)揮VLC播放器的功能作用，將其與WiMAX技術(shù)相結(jié)合，在整個(gè)系統(tǒng)硬件搭建成功之后，可以通過(guò)對(duì)VLC中相關(guān)參數(shù)的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)收發(fā)兩端的互通，省去了很多基站與接收卡之間通信協(xié)議方面的編譯工作。 （4）由于監(jiān)控系統(tǒng)的收發(fā)兩端配置的都是便于攜帶的小型設(shè)備（比如筆記本電腦，小型的WiMAX基站，CPE,PCMCIA卡），這極大地增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的移動(dòng)性能，可以在應(yīng)急、救災(zāi)等對(duì)監(jiān)控環(huán)境要求特殊的場(chǎng)合中應(yīng)用。 監(jiān)控視頻信息的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸?shù)乃俾势骄梢赃_(dá)到9.00Mb/s，圖像視頻不存在抖動(dòng)，且丟包率很低，基本穩(wěn)定為0%，總體傳輸?shù)男阅芊浅Ａ己谩?
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該系統(tǒng)的科學(xué)性與先進(jìn)性體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： （1）運(yùn)用WiMAX技術(shù)構(gòu)建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可節(jié)約資金，有效規(guī)避投資風(fēng)險(xiǎn)。 （2）基于WiMAX技術(shù)構(gòu)建的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備非視距傳輸、高容量可擴(kuò)充升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)。 （3）基于WiMAX技術(shù)構(gòu)建的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)非視距條件下傳輸距離遠(yuǎn)，最大的傳輸距離可達(dá)50公里。 （4）WiMAX無(wú)線通信技術(shù)采用了OFDM、OFDMA空中接口物理層技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)頻譜利用率得到大大提高、支持非視距通信和實(shí)現(xiàn)無(wú)縫覆蓋。 （5）采用WiMAX無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以擺脫線纜的束縛解決難以施工區(qū)域的視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控問(wèn)題。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- PCMCIA數(shù)據(jù)卡在2009年12月10日通過(guò)“工業(yè)與信息化部通信計(jì)量中心”性能測(cè)試。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 按照需要進(jìn)行軟件配置，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)送端CPE或PCMCIA數(shù)據(jù)卡的接口進(jìn)行擴(kuò)展，賦予每臺(tái)發(fā)射主機(jī)不同的IP地址，相應(yīng)的在接收端也賦予每臺(tái)接收設(shè)備不同的IP地址，在各自的VLC設(shè)置好發(fā)送或接收的方式、地址和其它相關(guān)參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)。 該系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)有線電纜傳輸視頻信息的方式，而是采用了無(wú)線的方式來(lái)解決，這就打破了監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)地理、環(huán)境等因素的影響，極大增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性，也節(jié)省鋪設(shè)電纜等人力和財(cái)力的消耗。 該系統(tǒng)采用的無(wú)線接入方式是具備先進(jìn)性能的WiMAX技術(shù)，相比現(xiàn)今的3G，Wi-Fi等無(wú)線技術(shù)，擁有更快的傳輸速率，更廣泛的覆蓋范圍，更靈活的部署方案，更強(qiáng)的安全性措施。 在實(shí)際的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)上，上海嘉定新城采用Wi-Fi與WiMAX相結(jié)合方式的嘉定區(qū)無(wú)線視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)試點(diǎn)建設(shè)在新成路街道，使得所有監(jiān)控的得以實(shí)現(xiàn)無(wú)銅傳輸，嘉定新城的成功表明將WiMAX集成到視頻監(jiān)控系統(tǒng)是可行的。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者也對(duì)WiMAX技術(shù)和無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究，主要可以概括為： 田勁等人對(duì)WiMAX的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用前景進(jìn)行了分析，首先對(duì)802.16標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，又對(duì)利用該技術(shù)的組網(wǎng)方式進(jìn)行了分析，最后得出了WiMAX技術(shù)在我國(guó)具有良好的應(yīng)用和發(fā)展前景的結(jié)論。 柯恩峰等人對(duì)WiMAX技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了論述，認(rèn)為WiMAX技術(shù)為承載視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)提供了一種更為經(jīng)濟(jì)靈活的手段，并就WiMAX的應(yīng)用特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)進(jìn)行了闡述，給出了基于WiMAX的無(wú)線IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可行的解決方案，并指出了工程中需要注意的一些問(wèn)題。 尹明對(duì)WiMAX技術(shù)在無(wú)線IP視頻監(jiān)控中的應(yīng)用進(jìn)行探究，并介紹了WiMAX的技術(shù)特點(diǎn)和市場(chǎng)推廣情況，以富士通系統(tǒng)芯片為代表探討了WiMAX在無(wú)線IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用，展望了WiMAX技術(shù)對(duì)視頻監(jiān)控應(yīng)用發(fā)展的影響。 章堅(jiān)武等人研究了基于WiMAX技術(shù)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分析了WiMAX的技術(shù)特點(diǎn)和安全性, 探討了其在實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用，提出了基于Inter WiMAX Connection 2250技術(shù)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 梁飛對(duì)基于CDMA1X的無(wú)線視頻監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了研究，介紹了CDMA技術(shù), 并對(duì)基于CDMA1X的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)分析, 論述了CDMA1X組網(wǎng)方案。 田明峰對(duì)WiMAX技術(shù)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)介紹WiMAX技術(shù)，包括WiMAX的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、頻譜規(guī)劃、應(yīng)用模式和組網(wǎng)方案，分析了WiMAX在中國(guó)實(shí)施所面臨的3種挑戰(zhàn)，這就是頻譜資源、政府部門的監(jiān)管、市場(chǎng)及運(yùn)營(yíng)定位存在的風(fēng)險(xiǎn)。
