基本信息
- 項目名稱：
- 基于WiMAX技術的無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- WiMAX技術，即全球微波互聯(lián)接入，它是一種面向無線城域網的寬帶無線接入技術?，F(xiàn)在在美國、以色列等國家應用于城市廣播電視信號傳輸?shù)阮I域，而在中國，目前還少有這種技術的試驗性應用。本課題組主要研發(fā)了一款符合802.16e標準的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，試驗性地將其應用于視頻監(jiān)控領域，并嘗試在多種環(huán)境下進行快速組網，實現(xiàn)了對Wi-Fi、3G等移動通信網絡在特殊環(huán)境下部分應用缺陷的彌補。
- 詳細介紹：
- WiMax技術，即全球微波互聯(lián)接入，它是一種面向無線城域網的寬帶無線接入技術?，F(xiàn)在，在美國、以色列等國家應用于城市廣播電視信號傳輸?shù)阮I域，而在中國，目前還少有這種技術的試驗性應用。本課題組在所屬研究所引進國外芯片的基礎上，主要研發(fā)了一款符合802.16e標準的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，試驗性地將其應用于視頻監(jiān)控領域，并嘗試在多種環(huán)境下進行快速組網，彌補了wifi、3G等移動通信網絡在特殊環(huán)境下部分應用缺陷。接下來我將分別從WiMax技術的原理、核心部件PCMCIA數(shù)據(jù)卡的研制、實驗室測試結果和實際應用效果對比三個部分展示我們的研究成果，最后對WiMAX的應用前景進行展望。 首先介紹WiMax技術的原理，WiMax也叫802?16無線城域網或802.16。研究工作中所采用的標準是802.16e。其模型主要由物理層和MAC層組成。MAC層獨立于物理層，能夠支持不同的物理層規(guī)范，以適應各種應用環(huán)境。物理層則完成WIMAX的傳輸功能，目前采用的主流技術是OFDM。它是一種多載波調制技術，具有頻譜利用率高、抗干擾能力強等優(yōu)點，這也直接使得WiMAX在實現(xiàn)無線接入時具有很好的性能，通過與3G、Wi-Fi等無線技術的比較，可以看出WiMAX具有傳輸速率高、覆蓋范圍廣等優(yōu)點。 第二，基于這些優(yōu)點，將其應用在無線監(jiān)控系統(tǒng)中，根據(jù)模擬的系統(tǒng)框圖，利用實驗室已有的設備進行實物搭建。為能夠順利搭建出整個系統(tǒng)，根據(jù)需要，自主設計研制了符合802.16e標準的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，該數(shù)據(jù)卡的構成模塊與WiMAX基站基本相似，只是功能、使用場合方面有所區(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，接口存儲及一些支持系統(tǒng)。 第三，在完成了PCMCIA數(shù)據(jù)卡的設計研制的情況下，首先在實驗室搭建了一對一、一對多等不同模式的監(jiān)控視頻實時傳輸?shù)南到y(tǒng)。 （1）在發(fā)送端，接入用于監(jiān)控的攝像設備(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備(比如PC，其中播放器選用VLC)，用于無線發(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備。在實際應用中，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，實時地傳送控制等信息，以增強監(jiān)控的能力。 （3）測試效果分析。在軟件配置完成后，通過開啟iperf軟件，測試監(jiān)控視頻傳輸?shù)木唧w情況，包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r速率，抖動，丟包率等性能指標，總體傳輸?shù)男阅芊浅Ａ己谩? 在實驗室中試驗成功之后，在校園這樣一個更大的范圍內進行性能測試，攜帶發(fā)送端設備拍攝學校的某片區(qū)域，而將接收端設備置于實驗室內，收發(fā)兩端間隔約500米，考慮到無線信號在遠距離傳輸時強度會衰減，在中間架設外部天線，以確保信號強度。信號傳輸性能同樣良好。這也證明了WiMax技術在同等信號傳輸性能下，發(fā)射半徑超過Wifi。 隨后又在移動的情況下，測試了系統(tǒng)的傳輸性能，在低速時，性能基本保持良好，在高速時，性能下降比較明顯，說明移動WiMAX雖然數(shù)據(jù)傳輸速率更高、覆蓋范圍更廣，基本 可以實現(xiàn)非常便捷的快速組網，在特殊環(huán)境下可以替代3G作為另一種信號發(fā)送渠道。但在移動性方面，較3G等技術還有差距，有待完善。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本作品研究WiMAX無線技術的主要目的就在于根據(jù)現(xiàn)有的WiMAX設備制作出用于接收WiMAX數(shù)據(jù)的PCMCIA卡，并在此基礎上，在實驗室、校園等不同環(huán)境下搭建WiMAX無線網絡，將其用于實時視頻的監(jiān)控。 本項目的創(chuàng)新點有以下幾點： （1）根據(jù)WiMAX無線寬帶測試基站的主要性能參數(shù)制作出了相應的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，該數(shù)據(jù)卡可以實現(xiàn)WiMAX數(shù)據(jù)流的發(fā)送和接收，并通過技術驗證，符合IEEE802.16e的國際標準。 （2）在此基礎上，在實驗室中將WiMAX基站和PCMCIA卡與攝像頭和電腦等設備有機結合起來，搭建出基于WiMAX技術的無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)，依次在實驗室、校園范圍內進行性能測試，最后在終端移動的情況下測試性能，。 （3）充分發(fā)揮VLC播放器的功能作用，將其與WiMAX技術相結合，在整個系統(tǒng)硬件搭建成功之后，可以通過對VLC中相關參數(shù)的設置來實現(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備（比如筆記本電腦，小型的WiMAX基站，CPE,PCMCIA卡），這極大地增強了整個系統(tǒng)的移動性能，可以在應急、救災等對監(jiān)控環(huán)境要求特殊的場合中應用。 監(jiān)控視頻信息的無線實時傳輸?shù)乃俾势骄梢赃_到9.00Mb/s，圖像視頻不存在抖動，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?
科學性、先進性
- 該系統(tǒng)的科學性與先進性體現(xiàn)在以下幾點： （1）運用WiMAX技術構建無線網絡可節(jié)約資金，有效規(guī)避投資風險。 （2）基于WiMAX技術構建的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備非視距傳輸、高容量可擴充升級等優(yōu)點。 （3）基于WiMAX技術構建的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)非視距條件下傳輸距離遠，最大的傳輸距離可達50公里。 （4）WiMAX無線通信技術采用了OFDM、OFDMA空中接口物理層技術，網絡頻譜利用率得到大大提高、支持非視距通信和實現(xiàn)無縫覆蓋。 （5）采用WiMAX無線網絡作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸網絡，可以擺脫線纜的束縛解決難以施工區(qū)域的視頻實時監(jiān)控問題。
獲獎情況及鑒定結果
- PCMCIA數(shù)據(jù)卡在2009年12月10日通過“工業(yè)與信息化部通信計量中心”性能測試。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 按照需要進行軟件配置，在現(xiàn)有基礎上對發(fā)送端CPE或PCMCIA數(shù)據(jù)卡的接口進行擴展，賦予每臺發(fā)射主機不同的IP地址，相應的在接收端也賦予每臺接收設備不同的IP地址，在各自的VLC設置好發(fā)送或接收的方式、地址和其它相關參數(shù)，即可實現(xiàn)。 該系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)通過有線電纜傳輸視頻信息的方式，而是采用了無線的方式來解決，這就打破了監(jiān)控系統(tǒng)對地理、環(huán)境等因素的影響，極大增強了系統(tǒng)的靈活性，也節(jié)省鋪設電纜等人力和財力的消耗。 該系統(tǒng)采用的無線接入方式是具備先進性能的WiMAX技術，相比現(xiàn)今的3G，Wi-Fi等無線技術，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，更強的安全性措施。 在實際的市場運營上，上海嘉定新城采用Wi-Fi與WiMAX相結合方式的嘉定區(qū)無線視頻監(jiān)控應用系統(tǒng)試點建設在新成路街道，使得所有監(jiān)控的得以實現(xiàn)無銅傳輸，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
- 國內的一些學者也對WiMAX技術和無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用進行了深入的研究，主要可以概括為： 田勁等人對WiMAX的技術特點、應用前景進行了分析，首先對802.16標準的內部結構進行介紹，又對利用該技術的組網方式進行了分析，最后得出了WiMAX技術在我國具有良好的應用和發(fā)展前景的結論。 柯恩峰等人對WiMAX技術在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用進行了論述，認為WiMAX技術為承載視頻監(jiān)控業(yè)務提供了一種更為經濟靈活的手段，并就WiMAX的應用特點、網絡整體架構進行了闡述，給出了基于WiMAX的無線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題。 尹明對WiMAX技術在無線IP視頻監(jiān)控中的應用進行探究，并介紹了WiMAX的技術特點和市場推廣情況，以富士通系統(tǒng)芯片為代表探討了WiMAX在無線IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應用，展望了WiMAX技術對視頻監(jiān)控應用發(fā)展的影響。 章堅武等人研究了基于WiMAX技術的實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計，分析了WiMAX的技術特點和安全性, 探討了其在實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應用，提出了基于Inter WiMAX Connection 2250技術的實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。 梁飛對基于CDMA1X的無線視頻監(jiān)控技術進行了研究，介紹了CDMA技術, 并對基于CDMA1X的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行了技術分析, 論述了CDMA1X組網方案。 田明峰對WiMAX技術進行了分析，重點介紹WiMAX技術，包括WiMAX的網絡結構、頻譜規(guī)劃、應用模式和組網方案，分析了WiMAX在中國實施所面臨的3種挑戰(zhàn)，這就是頻譜資源、政府部門的監(jiān)管、市場及運營定位存在的風險。
