基于无线Mesh网络的视频监控系统的设计与实现

1、基于无线Mesh网络的视频监控系统的设计与实现摘要无线Mesh网（又称无线网状网WMN）是近年被高度重视和快速发展的新型无线网络技术，支持宽带高速多媒体业务服务。本文结合无线网络视频监控发展的新方向，介绍视频监控的发展历程和人们对无线视频监控提出的新需求，深入分析了无线Mesh网的结构、优点、关键技术及基础知识。利用无线Mesh网的优点、特性，把视频监控技术融入到该无线网络中，设计了基于无线MESH网的大学校园视频监控系统。在网络工程实验室利用无线路由器的桥接构建简单无线Mesh，实现了简单的小范围的视频监控。从而论证了在无线Mesh网上实现视频监控的可行性、实效性、前瞻性。随着未来无线分布技

2、术和无线分布网络的发展，基于无线Mesh网的视频监控将会成为未来无线监控的主力军，为视频监控的发展提供更为广阔的空间。关键字：视频监控，无线Mesh网，网络视频目录1引言12视频监控技术发展概述12.1模拟视频监控系统阶段22.2基于网络的数字化视频监控系统22.2.1覆盖范围广阔22.2.2系统具有无限的扩展能力22.2.3可以组成复杂的监控系统32.3无线网络的监控系统32.3.1无线网络视频监控系统概述32.3.2无线网络监控系统的发展前景32.3.2无线网络监控系统的优势32.4目前人们对监控系统的主要需求32.4.1高清晰监控深受人们追求32.4.2无线移动更具有优势42.4.3视频

3、智能存储、智能检索成为关注热点42.4.4综合应用平台引领信息全面整合43无线Mesh网技术简介53.1无线Mesh网络的起源53.2 Mesh网络概念63.3无线Mesh网络其他无线网络的区别73.4无线Mesh网络的特点83.5无线Mesh网络的体系结构83.5.1 平面结构93.5.2多级模式93.5.3混合模式103.6无线Mesh网络的关键技术104基于无线Mesh网的视频监控技术114.1组网模式124.2安全技术124.3路由技术124.4设备选取134.4.1Mesh路由器参数134.4.2网络摄像头参数134.4.3摄像头路由器电源选取144.4.4网络视频监控服务器144.

4、5显示及记录部分144.6网络视频监控服务器144.6.1远程视频传输的延时性154.6.2报警预触发录像功能154.6.3图像压缩算法标准154.6.4监控中心可以同时监控、录像的视频路数154.6.5 多路网络视频服务器的图像传输的帧数154.6.6支持多用户同时访问同一个监控前端154.7系统布置164.7.1系统工作原理164.7.2系统主要功能164.7.3系统布局164.7.4系统拓扑结构174.8实验室模拟监控系统的设计与分析174.8.1实验目的174.8.2 实验选用的设备184.8.3 Tp-link 无线路由器的桥接功能配置184.8.4视频监控的实现244.8.5 实验

5、结论244.9无线Mesh网视频监控的技术展望245结束语2421引言 随着科技的进步和信息技术的发展，日益发展的社会需求使得视频监控越来越多的应用于交通、校园、住宅小区、医疗等场所。但现有的基于有线网络的监控系统存在着一定的弊端，如网络监控的效果与实时监控存在着一定差距、监控网络缺乏智能技术应用、视频数据不能真正实现共享等缺点。为了提高工作效率，并且克服现有通信系统的缺点，达到通信的“无所不在”，近年来，一种新一代无线通信网无线Mesh网(Wireless Mesh Network，WMN)技术引发业界的重视和研究。由于它具备组网迅速、结构灵活、传输速率大、可靠性强、成本低等突出的优点，同时

6、是解决“最后一公里”问题的关键技术之一，很快适应了市场对网络视频监控的新需求，势必拓宽视频监控的应用范围。针对我们小组对无线网络的兴趣，结合现在人们对网络视频监控的需求，深入分析了无线Mesh网络的关键技术和主要特点，提出了一种利用多个单独视频终端节点构建基于无线Mesh技术的视频监控系统。2视频监控技术发展概述经济、科技的进一步发展，各种安全问题已经成为人们关注的焦点。安全防范的概念已经深入人心。例如：交通安全防范、社会治安安全防范、厂矿安全防范、教学系统监控、病人病房监控等。由于安全的要求性提高，视频监控已经以其鲜明的特点深入到了人们的心中。视频监控系统也称为电视监控系统，它是安全防范的组

7、成部分，是防范能力强，先进的综合的系统。视频监控系统是通过在某些地点安装摄像头等视频采集设备对现场进行拍摄监控，然后通过一定的传输网络将视频采集设备采集到的视频信号传送到指定的监控中心，监控中心通过人工监控或者将视频信号存储到存储设备上对现场进行视频监控。视频监控系统分为前端监控设备，包括有云台，护罩，摄像头，支架，镜头，解码器等设备。后端监控设备，包括有视频监控主机，数字视频矩阵，监视器等设备。前端监控设备的功能有：摄像头采集视频信号或者图像。云台控制摄像头的转动，调整监视范围。镜头可以调整摄像头的焦距，从而起到调整图像的清晰度和图像的远近。解码器是接收控制主机的控制信号，对云台和镜头进行控

8、制，以达到控制云台的运动方向以及控制镜头的焦距从而保证监控中心对现场可以进行全方位的实时监控。后端监控设备的功能有：视频监控主机负责对前端监控设备发送指令，获取前端监控设备的反馈的一些参数，从而达到控制前端监控设备的作用，监视器则是用来显示视频信号的设备。由于监视器价格昂贵，如果要每一个摄像头都相应的连接一台监视器的话，相应成本就非常的高，而且监控中心的工作人员也不能完全可以兼顾到如此多的监视器，所以就使用数字视频矩阵来对摄像头和监视器进行切换，从而使得既可以监控到所有的现场，又可以节约成本。视频监控信号进行传输可以分为模拟传输和数字传输，现在随着科学技术不断进步，计算机更加深入的各行各业，数

9、字技术的日益发展，模拟传输现在已经基本淘汰。数字传输又可以分为通过电话线传输，DDN线路传输，ISDN线路传输，光纤信道传输，无线信道传输，卫星线路传输，现在随着TCP/IP网络的带宽越来越大，越来越多的通过TCP/IP网络进行传输。随着科学技术的发展，视频监控系统也随着时间的推移发生着翻天覆地的变化，纵观真个过程我国的视频监控发展经历了以下三个过程：2.1模拟视频监控系统阶段传统的模拟监控系统一般由前端设备、传输电缆、切换控制设备以及显示设备几个部分组成。前段一般由实时图像摄入设备（摄像头）、环境传感器（湿度、温度检测器）、报警按钮和门控系统，传输电缆一般是传输视频的同轴电缆，传输控制信号的

10、控制信号电缆。显示设备包括示图像的监视器、显示传感状态信息的报警器。切换设备在模拟视频监控系统中起着至关重要的作用，一般包括视频切换矩阵，音频切换矩阵。由于模拟监控系统的监控中心不可能，当然也不需要对每一个前端的摄像头均配置相应的视频监视器，所以往往需要在同一个监视器上对若干摄像头进行轮循显示，视频切换就版主用户完成该功能。随着人们生活水平的提高，对安全、安保要求的提高，监控要求就越来越严格，模拟监控系统的缺点和弊病也就暴露出来，越来越难以适应技术需求的发展。尤其是在信息化、数字化的冲击下，模拟监控系统正慢慢的退出人们的生活。2.2基于网络的数字化视频监控系统网络数字化监控系统是新型产品，它将

11、数字化视频图像记录与多画面图像显示功能和智能报警功能紧紧的融合在一起，它将取代传统的模拟式多画面分割和长时间录像，具有灵活的方便的特点。网络数字化视频监控系统中，高档次的计算机、pc工作站或pc服务器都发挥着重要作用。在系统中增加摄像头图像输入路数，提高画面质量，提高画面显示速率，增加对云台、镜头的控制，加入良好的人机交互界面。利用简单的操作完成最大的控制。网络数字化的硬盘存储及视频压缩功能，可以完整记录下摄像头的高清晰画面，使画面实时回放并也能达到极高的清晰度。图像经过压缩调制解调后可以通过电话线、局域网、广域网进行传输，在通过软件解压后 实现视频重现。网络发展到了今天，可以说是无处不在，深

12、入到了人们生活的点点滴滴，全数字化的视频监控以网络为平台，采用全新的设计理念，集成当今世界最先进的网络技术、计算机技术和数字处理技术等。全数字化的网络监控系统运用IP地址来标示网络中的设备，将数据在网络中采用网络传输协议（TCP/IP）实现数据的交互和流通。在网络中图像、语音等数据都实现了综合控制和使用。网络监控系统的最大特点是网络化和全数字化，其主要特点：2.2.1覆盖范围广阔网络监控系统没有了电缆长度、信号衰减的限制，网络视频监控是一个没有距离里的概念。由于全数字化数据采用网络来传输，只要有网络的地方都可以实现监控。2.2.2系统具有无限的扩展能力所有的设备都是由网络IP 地址进行统一标识

13、，增加设备只需要至网络中进行IP地址扩充，进行网络升级提高网络带宽即可。如果监控中心同时观察网络中摄像头的个数有限的话，我们不需要提高网络带宽也能增加网络中的监控设备。2.2.3可以组成复杂的监控系统由于网络中的信号已经完成了模拟到数字的转换，采用统一的协议在网络上传输，系统具有良好的兼容性，可以满足用户任何特殊的、灵活的、复杂的要求。2.3无线网络的监控系统2.3.1无线网络视频监控系统概述无线网络视频监控系统是无线网络技术应用最多的领域之一。无线网络视频监控系统主要用于对重要区域或远程地点的监视和控制，无线网络视频监控技术在电力系统、电信机房、工厂、城市交通、水利系统、小区治安等领域正得到

14、越来越广泛的应用。无线网络监控由前端图像采集系统，无线传输系统，监控管理中心等组成。2.3.2无线网络监控系统的发展前景未来监控系统发展的整体方向是：数字化、智能化、自动化、网络化。网络化是监控系统的主流趋势，它大大地简化和提高了信息传递的方式和速度。随着网络技术和计算机技术的不断发展以及市场应用环境的逐步成熟，网络视频监控系统已经成为监控系统发展方向。对于有线网络视频监控系统，需要考虑到线缆布局的合理性，比如特殊地理环境、工作内容、开阔地等环境，铺设线缆将耗费大量人力与物资或者无法布线等。无线网络视频监控系统不需布线，组网方式灵活，具备远距离监控，良好的扩充性，可管理性，易于与其它系统集成等

15、优势。2.3.2无线网络监控系统的优势1、综合成本低，性能更稳定。只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合。2、组网灵活，可扩展性好，即插即用。根据用户实际情况采取点对点或点对多点模式组网，最大限度地使用链路带宽，管理人员可以迅速将新的无线监控点投入到现有网络中，不需要为新建的传输链路铺设网络、增加设备，轻而易举地实现远程无线监控。3、维护费用低。无线设备管理方式以及安装非常便利，前端设备是即插即用、免维护系统。 4、无线监控系统是监控和无线传输技术的结合，它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到无线监控中心，并且自动形成视频数据库便于日后的检索。5、监控

16、中心的交换机必须具备组播转发控制功能，防止广播风暴发生。通过无线设备特性管理，组播方式传输码流缓解链路带宽压力。2.4目前人们对监控系统的主要需求目前，高清网络监控、基于3G的移动监控、视频智能分析、视频智能存储、异构系统的整合、综合应用平台等成为大家共同关注的热点，这些技术如何走向实用，更好地服务各行业视频监控系统建设，引发了大家的共同思考。2.4.1高清晰监控深受人们追求高清网络监控需求突显“让我们看得更宽广，让我们看得更清楚，让我们看得更舒服”，这已是视频监控系统建设非常迫切的需求。美国权威IT市场调研公司的总裁马克·柯尔斯坦提出了推动视频监控设备市场发展的四大技术因素：百万像

17、素摄像头、高性能编解码器、强大的分析技术、以及便于从闭路电视(CCTV)迁移到IP/联网视频监控的所有底层技术。由此我们可以看到，这四大技术因素中的百万像素摄像头、高性能编解码器以及IP网络技术，都与高清网络监控密切相关，代表了高清网络监控中采集、编解码、网络传输方面的发展趋势。2.4.2无线移动更具有优势但是能摆脱线缆的束缚，安装周期短、维护方便、扩容能力强，使用简单方便，高性能仍然是人们追求和关注的焦点。在移动监控系统中，微波、CDMA、GSM、3G等网络主要扮演连接监控点和监控中心数据传输链路的角色。通过移动网络可以将远程的多个监控点设备连接起来，进行视频传输;相对于传统的模拟监控和网络

18、监控来说，移动监控采用了更新的技术和方法，不受山川、河流、桥梁道路等复杂地形限制，无需布线，建设周期快，维护方便，可较好满足灵活机动的应用需求。2.4.3视频智能存储、智能检索成为关注热点在当前主流的视频监控应用中，存储的视频数据不再是简单的录像数据，而是视频监控资源使用部门对图像进行分析的数据源。随着安防系统建设的不断推进，各地建设的监控点已数以千计、万计，系统保存的图像信息可以说是海量的，但由于传统视频监控系统缺乏智能因素，录像数据通常采用分布式存储，无法被有效的分类存储，最多只能打上时间标签，因此图像检索及其耗时，并且很难获得需要的、有价值的信息。因此，视频存储系统如何利用视频智能分析技

19、术、人工智能技术实现监控对象特征提取并进行智能存储;如何对海量图像信息快速、有效的进行检索、回放;如何支持高级别的安全性、丰富的权限管理功能、数据的高共享性已成为亟需解决的一个重要课题。众所周知，智能化技术能够及时、自动地从原始视频信息中提取大量有价值信息，完成视频信息的保存和检索，也可以驱动其他数据、触发其他行为，从而大大增强系统功能，提高系统应用的成效。为实现基于特征识别、行为分析和事件记录的智能查询和回放，首先要实现智能存储，即只存储有价值的相关视频图像，实现重要图像信息的长期保存;并在控制中心建立视频数据库，存储每个录像的索引信息，如目标进入、离开、出现于警戒区域，目标奔跑、快速移动，

20、人员聚集等，为智能检索、回放提供基础数据支撑。视频智能检索则力求通过检索目标照片，方便地检索到该目标在监控区域内的所有活动的录像或基于目标的重要特征(如身着红色衣服的女子、黑色的小轿车)检索指定时间、活动范围内的录像资料，从而大大节省办案人员挖掘线索、办案取证的时间、人力、物力和财力，提高案件的侦破率和视频监控系统的应用效能。2.4.4综合应用平台引领信息全面整合目前，视频监控系统联网、管理和应用平台产品已非常普遍，国内外很多行业用户的监控管理综合性解决方案。平台大都采用分级分布式架构，可在复杂的网络环境下实现对数十万甚至上百万台摄像头进行图像显示、管理、存储、转发，且具有广泛的设备兼容性。但

21、大部分平台产品更多的偏重于图像接入、系统联网、综合管理等方面的功能，真正贴近行业用户的业务，可较好满足其行业性应用需求的产品较少，对系统效能的提升程度远远不够。另外，当前视频监控系统的建设已相当普及，涉及到各行各业，比如金融网点、企事业单位、政府机关、购物广场、零售商店、旅游景点、学校等等，我们要认识到图像的接入仅仅是一个方面，更重要的是图像如何作为一个资源共享的公共信息，供其他政府管理部门共享。因此，如何整合其他社会图像监控资源，建立图像监控网络，综合利用各种图像监控资源，包括音视频监控设备、报警探测设备，在城市范围内构建能够对设防区域进行实时图像监控和历史图像查阅以及报警联动的功能全面、反

22、应灵敏、高效运转的城市图像信息综合应用平台，为政府行政部门的管理和决策提供基础信息支撑显得尤为重要。各个政府管理部门根据职能的不同，管理要求、管理对象的不同，通过城市图像信息综合应用平台，各取所需，各尽其职，共同提高城市公共安全常态管理和重大事件保卫或突发事件应急处置能力，确保城市平安和社会和谐，这是视频监控系统建设下一步需要重点思考的问题。高清网络监控、移动无线监控、视频智能分析等新技术和产品，在目前视频监控系统中建设中已占据越来越重要的位置，只有尽快解决其进一步推广和大规模应用的瓶颈，才能不断创造新的价值，逐步为市场所接受和认可，从而更好服务用户，也引导视频监控系统新的发展。3无线Mesh

23、网技术简介3.1无线Mesh网络的起源Mesh网络技术在宽带无线接入领域，各种无线通信技术蓬勃发展的同时，一种新的无线网络技术无线Mesh网络也逐渐发展起来，引起了人们广泛的注意。无线Mesh网络（WMN， Wireless Mesh Network），又称作无线网状网，无线网格网。在上世纪90年代中期出现了这个名词，直到前几年才引起了人们的特别关注。WMN的出现不是偶然的，它的出现于其他的新技术有着一样的背景，它的出现是技术发展和需求的结果。传统的基于基站的无线通信如图1 为用户提供无线接入服务，但是随着无线用户的数量的增加，系统有限的资源制约着系统的通信容量。于是出现了空间资源复用概念的蜂

24、窝移动通信系统出现了，大大缓解了用户的信息需求与系统资源之间的矛盾。图 1 基于基站的无线通信蜂窝移动通信系统如图 2 在其应用中也有它的局限性。投资角度来看，它只适合运用在人口稠密的地区、拥有永久性业务需求的地区。对于用户移动性较大、不适合建立永久性的大功率的基站的场合，例如未来战场中的临时通信。然而Ad hoc 网络技术一直和蜂窝移动通信技术一样快速发展，然而Ad hoc网络由于其应用环境和技术成本不适合应用于现代民用通信领域。无线局域网（WLAN ，Wireless Local Area Network，Wi-Fi ）的发展技术已近相当成熟，它有效的延伸了因特网的覆盖范围，赋予了用户一定

25、的移动性。运营商于是通过布置热点（AP ，Access Point）将WLAN技术推向了市场，3G家族（WCDMA cdma2000 TD-SCDMA）在近几年的带了人们的重视，得到了快熟发展，网络也在各个城市的到了很好的覆盖，4G通信在市场上还没有得到商业化的推广，仅仅在实验室的到了验证。图 2 蜂窝移动通信无线Mesh网（ 如图 3）在实质上属于移动 Ad hoc网络，WMN与Ad hoc的主要区别在于Ad hoc 网络对于用户终端相对于WMN移动性较低，然而WMN不作为一个独立的网络而存在，而是因特网核心的一个延伸。它通常会存在一个或者几个网关节点（Get way）与因特网高速相连。用户

26、通过自身的无线接入点与网关节点相连实现信息交互，如果用户自身的节点在网关节点覆盖范围外，用户节点就负责中继和转发。这样就实现了大范围的覆盖，这种方式组网实现了廉价，不需要网络昂贵的基础设施建设。图 3 无线Mesh网通信3.2 Mesh网络概念WMN是从移动 Ad hoc网络中分离出来的，并承袭了WLAN的技术。总之Mesh网络是一种无线多跳网状拓扑网络，是一种非常有前途的无线接入网络技术。严格的将讲，WMN是一种新型宽带无线网络，是一种高容量、高速率的分布式网络，它与传统的无线网络有很大的差别。拓扑结构它与移动 Ad hoc 网络相似、但是网络中的大部分节点基本静止不移动，拓扑变化小；在单跳

27、接入上，WMN可以视为一种特殊的WLAN。WMN可以作为解决无线接入“最后一公里”新方案。3.3无线Mesh网络其他无线网络的区别与传统的无线接入技术相比，无线 Mesh 网具有一些新的特点:1) 无线Mesh网技术开发的目标是在不牺牲信道容量的情况下，扩展现有无线网络的覆盖范围。另一个目标是在不具有直接视距无线链路的用户之间，提供非视距连接。为了实现这些目标，不可避免的要采用多跳Mesh网络。多跳Mesh网络架构中，无线链路间更短，发射功率更小， 节点间干扰更少和频率重用效率更高，这样可以在不牺牲信道容量的 前提下获得更高的系统容量。2) 支持Ad hoc方式网络互连，具有自组织，自管理，自

28、愈能力 无线 Mesh 网具有网络结构灵活，易于部署和配置，容错以及网状连 接多点到多点通信等特点，使得无线 Mesh 网的初始部署成本相当低， 并且可以根据需要逐步扩容。自组织自愈能力使得无线 Mesh 网不需要 网络管理员来手工配置网络，而可以自动发现新节点，自动完成配置过 程，自动维护网络正常运行，在出现节点链路故障时也可自动调整完 成网络自愈。3) 多种类型的网络接入 在无线 Mesh 网中，既支持无线终端接入骨干网，又支持无线终端之间的对等网络通信。此外，把无线 Mesh 网技术与其他无线网络相结合， 可以通过无线 Mesh 网给这些无线网络的终端用户提供无线接入业务。4) 移动性以

29、及能耗限制与节点类型相关 无线 Mesh 网中，Mesh 路由器一般为静止不动的设备，而 Mesh 终端可以 是移动或固定设备。同时，Mesh 路由器一般没有能耗的限制，而 Mesh 终端则需要采用能耗较小的网络通信协议。这样，MAC 以及路由协议需要针对 Mesh 路由器和 Mesh 终端设备分别设计和优化。 与同样具有自组织，自管理以及多跳无线 Ad hoc 拓扑的 Ad hoc 网络相比，无线 Mesh 网也有自己与 Ad hoc 网络不同的特点。5) 具有无线基础设施骨干网 无线 Mesh 网内，由 Mesh 路由器组成一个无线骨干网，专门用于给终端 客户提供可靠网络连接。这个无线骨干

30、网在无线域内提供了大覆盖范围，连通性以及健壮性。反观 Ad hoc 网络则是基于各个不可靠的终端 用户来进行通信，不存在专门提供网络连接服务的基础骨干网，这给 Ad hoc 的应用带来了很大的限制。6) 集成性 无线 Mesh 网可以通过 Mesh 路由器的网关/桥接功能，整合现有多种无 线网络技术，如 802.11，802.16，3G 移动通信等。这样，通过 Mesh 路 由器组成的无线骨干网，可以把多种不同无线网络连接到一起，形成一个"无线互联网"。而 Ad hoc 网络由于是用户终端自组网，而用户终端一般不具备这种网关桥接的功能。7) 路由和配置功能的专门化 在 Ad

31、 hoc 网络中，每个终端用户设备都要为所有其他节点执行路由和 配置功能。而在无线 Mesh 网中，虽然 Mesh 终端也有路由转发功能，但是主要还是由 Mesh 路由器来执行路由和配置功能，大大减轻了普通 Mesh 终端的负载。8) 拓扑结构的相对稳定 Ad hoc 网络中，由于终端用户的移动性和不可靠性，网络拓扑和连接的变化较大，使得路由协议和网络配置和部署带来了很大的挑战。无线 Mesh 网中，Mesh 路由器一般是静止不动设备所以且较用户终端可靠的多。9) 功耗限制减少无线 Mesh 网络中，Mesh 路由器一般为静止不动的设备，与 Ad hoc 网中的移动终端相比，基本没有功耗限制。

32、这样，在设计 Mesh 路由器的物 理层，MAC 层以及网络层路由协议时，基本可以不考虑功耗限制，这大 大简化了协议设计，同时还可以采用性能较高的设计方案。无线Mesh网与Ad hoc网络、WLAN和无线宽带接入网（WBAN）技术（比如WMAN和WWAN）的关系如图4图 4 Mesh网与Ad hoc网络、WLAN和无线宽带接入网（WBAN）的关系3.4无线Mesh网络的特点（1）高带宽： 由于在无线 Mesh 网络中数据以无线多跳的方式传输，可选用较短的传输链路，数据传输速率可达到6Mbit/s。(2 ) 兼容性 ：Mesh 网络可以通过相应的网关与Internet 、Wi-Fi 、局域网 、

33、公共电话网等网络相连，Mesh网络中的无线终端用户也可以连接到其他网络。支持非视距传输， 构建无线 Mesh 网络的一个重要目标就是为那些没有直接视距链路的用户提供非视距连接 WMN 采用无线多跳方式，用户即便不在基站接入点的覆盖范围内，也可以通过其他节点以无线多跳方式接入到目的网络前期投资少铺设一个新的网络，首先考虑的是覆盖范围在无线Mesh 网络中不需要基站少。了前期的基站勘测，建设基站等基础设施的昂贵费用，对网络服务商来说，前期投资很低。(3) 健壮性 ：由于Mesh网络不需要建立大型基站及发射塔，并且具有自我修复的功能，因此消除了因各别通讯设备，如基站及发射塔的故障而导致整个系统通讯受

34、阻的隐患。这样在发生任何重大的意外事件或自然灾害时，即使一部分网络设备受损时，也不会造成整个网络的瘫痪。(4) 自动平衡负载：由于Mesh网络中的设备都可作为其他设备的路由和转发器。意味着每个终端都能通过相邻终端或其他网络设备的路由和转发而与距离较远的其他终端或者网络接入点进行通信。因此，在某些用户密集的地区当接入点负载过重的时候，网络系统会利用路由和转发的功能自动地将一部分用户的通信链接转移到其他的接入点上，从而平衡了整个网络的负载。3.5无线Mesh网络的体系结构无线Mesh网络的结构与传统意义上的移动Ad Hoc网络结构有一定的差异。一般上无线Mesh网络由客户端节点、Mesh路由器节点

35、和网关节点组成。但是根据具体要求和配置的不同，无线Mesh网络也不一定包含以上所有节点。通常Mesh客户端节点可以是笔记本电脑、PAD、wi-fi手机、无线传感器、无线控制器等;Mesh路由器可以是普通Pc机，也可以是专用的嵌入式操作系统（如ARM）等。一般为了提高无线Mesh网的灵活性，通常Mesh路由器拥有多个无线接口，各个接口可以是相同的，也可以是不同的。与传统的路由器相比较，Mesh路由器在很多方面都做了增强，增加了多跳环境下的路由功能，对MAC协议、功率控制等也有所改进。Mesh客户端也可也分为两类，一类普通的用户节点，这类节点不具有信息转发功能，只作为普通终端接入网络；另一类是既具

36、有普通终端的接入功能，又具有路由和信息转发功能，但是通常不具有网关和网桥节点的功能。若按节点的不同层次，网络可以分为平面结构、多级结构和混合结构，一下分别介绍。3.5.1 平面结构如图 5 所示为无线Mesh网络最简单，最基础的一种结构平面结构。图中所示节点均为对等结构，具有完全一致的特性，每个节点具有相同的MAC、路由、管理和安全协议，既具有客户端节点的功能，也具有能够转发业务的路由器节点功能。这种结构用于节点数目较少且不需要接入到核心网络的场所应用。图 5 无线Mesh网的平面结构该网络结构也称为终端设备网络结构。网络中的节点是具有Mesh路由功能的增强终端构成。终端用户自身配置有RF装置

37、，通过无线信道的；连接形成以点对点的网络。是一种任意网络拓扑结构，节点可以任意移动，拓扑结构可以任意变换。但是在这种环境中由于通信节点的无线覆盖范围有限，两个无法直接通信的用户终端可以借助其他终端的分组转发功能进行数据通信。它可以不利用现有网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境。3.5.2多级模式如图 6 所示无线Mesh网络的典型多级结构，分为上层和下层两个部分。在这种结构中，终端节点可以是普通的无线笔记本电脑、普通的VoIP手机和无线PDA等。这些终端节点设备通过Mesh路由器接入到上层Mesh结构网络中，实现网络节点的互连互通。图 6 无线Mesh网的多级结构该模式在接入点（Mesh路

38、由器）与终端用户之间形成无线回路。移动终端通过Mesh路由器的路由选择和中继功能与网关形成无线链路，网关节点通过路由选择及管理控制的功能为移动终端选择与目的节点通信的最佳路径，从而形成无线回路。同时移动终端可以通过网关节点与其他网络相连，从而实现无线宽带接入。这样的结构降低了系统建设成本，提高了网络覆盖率和可靠性。3.5.3混合模式如图7所示的混合结构为以上两种结构的混合。终端节点已经不是仅仅支持VLAN的普通设备，而是增加了具有转发和路由功能的Mesh设备，设备之间可以以Ad Hoc方式互联，直接通信。要求具有同时能够支持接入上层网络Mesh路由器和本层网络对等节点的功能。图 7 无线Mes

39、h网的混合模式 3.6无线Mesh网络的关键技术无线Mesh网作为一种新的无线接入网络技术，需要考察影响其性能的关键技术。这些技术因素如下:（1） 物理层无线电技术新兴的物理层无线电技术如定向智能天线、自适应调制编码、MIMO技术以及多无线电/多信道系统已经成为下一代无线接入系统的不可或缺的关键技术。此外，为了进一步改善无线射频性能以及高层协议的控制，更先进的可重配置无线电、感知无线电、甚至软件无线电技术都已开始在无线系统中有所运用。这些高级物理层无线电技术的开发设计不仅对物理层性能起着决定性作用，而且要求进行整合物理层、MAC层和网络层进行整体设计，以便最大限度的提高整个网络性能。(2) M

40、AC层多址访问机制无线Mesh网是分布式无线多跳网状网。现有的无线网络MAC机制大多都是针对单跳无线网络设计的，这种面向单跳无线网络设计的MAC机制并不适于分布式无线多跳网状网络，如802。11WLAN的MAC机制在无线链路跳数达到四跳时，性能下降非常大。同时，在无线Mesh网这种分布式无线多跳网状网中，由于实现时间同步和码管理困难，采用TDMA和CDMA多址接入也比较复杂。此外，在无线Mesh网络中，还要求能够有效的进行空间频率重用，以提高网络容量。这样， MAC层机制设计将成为影响无线Mesh网性能和成功与否的关键技术因素之一。（3）Mesh拓扑连接的维持无线Mesh网的很多技术特点和优势

41、来自于其Mesh网状连接，Mesh连接的维护也就成为无线Mesh网的MAC和路由协议设计中的一个关键。一般来说，需要在无线Mesh。（4）Mesh路由协议无线Mesh网络中，Mesh路由协议的设计是一个关键。首先，在无线多跳Mesh网络中，路由协议不能仅仅根据“最小跳数”来进行路由选择，而要综合考虑多种性能度量指标来进行路由选择。其次，Mesh路由协议要提供网络容错性和健壮性支持，能够在无线链路失效时，迅速选择替代链路避免业务提供中断。第三，Mesh路由协议要能够利用流量工程技术，在多条路径间进行负载均衡，尽量最大限度利用系统资源。第四，路由协议要求能同时支持Mesh路由器和Mesh终端。对于

42、静止不动的Mesh路由器，由于没有功耗限制，可以采用比现有Ad hoc路由协议简单得多的路由协议;而对于Mesh终端，则需要采用类似Ad hoc的路由协议。这样，就需要一种行之有效的路由协议能够自适应支持Mesh路由器和Mesh终端。（5）宽带Qos业务支持与Ad hoc网络不同，无线Mesh网的大多数应用都是具有不同Qos要求的宽带业务。这样，除了端到端时延和公平性以外，还需要在通信协议中考虑时延抖动、聚合吞吐量、每节点吞吐量以及分组丢失率等性能评价指标。（6）兼容性和互操作性支持对于无线Mesh网来说，最好不仅能支持Mesh终端，还能支持传统的无线终端。这就需要无线Mesh网能够后向兼容传

43、统无线终端。此外，无线Mesh网络需要能够包容整合多种异构类型无线接入网络，因而要求Mesh路由器在不同异构无线接入网络中具有互操作性。4基于无线Mesh网的视频监控技术例如近年来，随着人们对大学校园的安全性的要求不断提高，通过大学网络视频监控系统的建设来提高校园的管理与安全防范水平已成为各大学新的安防要求。随着校园网的不断发展、信息化建设的不断深入，教育行业对学校内部信息平台的建设非常重视，大多大数学校已经专门铺设了内部的局域网，并且已经或者逐步转向利用网络和计算机信息处理速度快和资源共享的优势，注重在老师教学、学生学习、校园管理等领域充分使用信息化手段。我们拟定在校园园区内主要公共场所如教

44、室、操场、学校大门、教学教务楼主要出入口、图书馆、食堂和运动场馆等位置安装无线网络视频监控系统，通过成熟的网络视频监控系统对学校内的每个角落一览无余，集教学、管理于一身。传统的视频监控系统采用模拟视频传输和存储技术，可以实现令人满意的图像质量，成本也相对较低。随着数字视频编码技术以及互联网技术的发展，出现了基于以太网为传输介质的数字视频监控系统，也就是将原来的模拟信号采用数字编码压缩技术，并且通过计算机互联网络传输。网络监控系统的优势在于视频数据通过以太网进行传输，监控范围非常广泛，且在高带宽环境下，依然可以提供高质量视频，同时视频内容存储检索非常方便。无线Mesh网状网技术的出现，给监控系统

45、带来了新的应用方式。无线数字监控系统在原有的以太网监控系统的基础上，抛弃了网络电缆，用无线Mesh网络进行数据传输，降低了网络布线的成本，大大增强了监控系统的灵活性和可扩充性。随着无线技术的日益发展，无线网络的应用越来越被各行各业所接受。无线网络监控作为无线网络的一个特殊使用方式也逐渐被广大用户看好。其安装方便、灵活性强、性价比高等特性使得更多行业的监控系统采用无线的方式，建立被监控点和监控中心之间的连接。无线网络监控技术已经在现代化小区、交通、运输、水利、航运、治安、消防等领域得到了广泛的应用。无线Mesh监控系统具有自动组网、自动配置、自动调节性能、自动修复故障的能力，提供多跳后稳定的高宽

46、宽、低时延，非常适合大规模无线视频监控的组网。无线Mesh网络视频监控和传统的监控方案相比，具有以下三大优点： 1、综合成本低，只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合；在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，对 有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。这时 ，采用无线网可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。 2、组网灵活，可扩展性好，即插即用，网络管理人员可以迅速将新的监控点加入到现有网络中，不需要为新建传输铺设网络、增加设备，

47、轻而易举地实现远程视频监控。 3、维护费用低，无线网络维护由网络提供商维护，前端设备是即插即用、免维护系统。 无线网络监控系统是计算机、无线网络和视频编码技术的结合，它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到监控中心，并自动形成视频数据库便于日后的检索。 在监控系统中，监控中心需要实时得到被监控点的视频信息，并且该视频信息必须是连续、清晰的。在被监控点，通常使用摄像头对现场情况进行实时采集，摄像头通过视频服务器与无线网桥设备相连，并通过由无线桥接器组成的无线网桥将数据信号发送到监控中心。 该设备可以广泛应用于范围广、分布散的安全监控、交通监控、工业监控、家庭监控等众多领域。4.1组网

48、模式 本次组建的无线Mesh网络是在点对多点模式下，系统有一个或多个Mesh网路由器作为网关， 所有的信号都被汇聚到该接入点中，因此无线网络的可靠性依赖于Mesh网路由器和终端之间射频连接的质量。因此，该中央Mesh路由器的性能需要我们慎重考虑。无线Mesh网是一种基于多跳路由、对等网络等技术的高速率、高容量的新型网络结构， 其本身是可以动态地不断扩展、自组网、自配置、自动修复、自我平衡的。针对以上特点，工业界标准化组织已经开始着手为其制定新的标准，以满足各种覆盖与网络业务方面的需要。其中，IEEE 802. 11， IEEE 802. 15 以及IEEE 802. 16 等都建立了为无线Me

49、sh网制定新标准的工作组。下面将就802. 11 标准对无线Mesh网 结构的支持进行简要介绍。最初的IEEE 802. 11业务主要限于数据传输，速率最高只能达到2 Mb/ s，但是， IEEE 802. 11 b 和802. 11 a/ g 的峰值速度可以分别达到11 Mb/ s 和54 Mb/ s，而IEEE802. 11n 则期望可以达到100 Mb/ s， 这就使得我们的无线监控速率更快。在IEEE 802.11s 工作组中，Mesh 网络可以是两种基本结构： 基础设施的网络结构和终端设备的网络结构。IEEE 802.11s 工作组为支持这两种结构制定了新的规范。在基础设施的网络结构

50、中， IEEE 802. 11s 工作组定义了一个基于IEEE 802. 11 MAC 层的结构和协议，来建立一个同时支持在MAC 层广播/多播和单播的IEEE802.11 无线分布式系统（WDS），而在终端设备的网络结构中， 所有设备工作在点对点模式下的同一平面结构上，使用IP 路由协议。为此在这次监控系统中我们采用同IEEE 802.11s构建有基础设施网络结构。4.2安全技术多跳网络不可避免的问题就是安全问题，在我们组建的视频监控系统中更是重中之重。众所周知，无线通信很容易受到被动攻击(如窃听)，以及主动攻击(如信息篡改、拒绝服务攻击)。我们在组网中考虑网络监控和入侵检测，避免路由器中的

51、信息被修改，保证空中接口的安全，保证授权的安全、保证身份验证。其中我们会采用信息加密、数据完整性校验和数字签名等安全技术。4.3路由技术由于基站是通过无线相连接的，所以基站作为无线路由器时同样存在路由问题，并且由于网络规模的扩大，基站间的路由管理、路由配置会更加复杂，建立路由的开销也会相应增加。虽然Mesh构架中的基站位置是固定的，相应的路由选择也近似固定，但是无线环境、负载的变化，同样会导致重选最佳路由的处理开销。虽然有多种无线Mesh网络的路由协议，如单一判据路由协议、多信道路由协议、多径路由协议、分级路由协议、跨层路由协议、QoS路由、基于地理位置信息的路由等。在本次Mesh网视频监控中

52、我们采用多径路由协议。考虑到设计要求的灵活性，在本文我们实现了基于校园的的无线Mesh网视频监控网络平台，采用由多个Mesh路由器搭建扁平多层的无线Mesh网络。多个具有路由功能的路由器互联构成Mesh网，在各点接人范围内分布有多个视频监控终端，完成现场视频采集和压缩，并将视频流经最近的Mesh网络路由器传输到与监控主机相连的目标节点；监控主机汇集了所有监控终端的视频流，进行解压、处理和同步播放，同时实现本地存储或通过网络完成视频转发。4.4设备选取4.4.1Mesh路由器参数所采用的Mesh网路由器为上海寰创通信设备有限公司自主研发的无线WIFI-MESH网状网路由器，其主要参数为：室外型无

53、线MESH路由器系列是由寰创通信研发的新一代高可靠的室外型无线网状网产品，用于将多个分离的LAN连接在一起，或者将业务数据回传到有线网络，配置AP模块的产品同时用于WiFi无线终端的接入。其主要特点包括：14个802.11无线模块，用于WiFi接入与MESH回传。采用一体化结构设计，达到IP67的防护等级。内置以太网防雷、电源防雷，各组件均采用高等级的工业级器件。外部接口采用航空级连接器，保证可靠的电源和网络连接。适应严酷的室外环境，可广泛应用于港口、油田、无线校园、无线城市等领域。随机附带安装套件，能够支持挂墙安装、抱横杆安装、抱竖杆安装。随机附带专用遮阳板，以确保设备在高温烈日情况下稳定工

54、作。可选多种供电方式：220VAC/48VDC POE/12VDC。优化的MAC层协议，提高无线链路层的抗干扰能力和带宽稳定性。室外型无线MESH路由器系列常用产品型号及其说明如下：4.4.2网络摄像头参数网络摄像头采用深圳宇达电子有限公司产品其型号参数如下：型号：530 H.264 支持802.11无线支持 SD卡存储（32G）传感器: 高解晰度1/4" CMOS图像传感器无线网络监控摄像头镜 头：高清晰度红外镜头(f=4.5mm)红外补光： 支持8个红外LED，低照度下自动开启图像分辨率: (640x480) / (320x240) / (160x120)可选图像压缩: H.26

55、4图像帧率:在带宽允许的情况下，视频图像传输均可达到30帧/秒云 台: 支持水平350°、上下100°范围转动，外型小巧美观，安装方便，适合各种场合；无线网络监控摄像头存储方式:预留SD卡插槽，支持最大容量32GB传感与控制:支持外接2个开关量传感器，1个继电器开关量输出移动侦测:支持四个区域移动侦测，并可触发报警(EMAIL/FTP/SD存储/外部告警)视频流传输:网络监控摄像头最多可支持10个用户同时访问.用户访问:内置Web Server，允许远程用户通过Web浏览器直接访问网络摄像头认证/加密:用户凭密码访问网络摄像头，3级访问权限设置，保证用户使用安全网络协议:

56、TCP/IP，UDP，IMCP，SMTP，HTTP，FTP，DNS，DDNS，DHCP，PPPoE等网络连接: 10-100Base-T以太网接口，RJ45连接器电 源: DC 12V/1A外接电源净重: 358g如表 1表 1 摄像头参数产品型号说明备注产品型号说明备注HB4-B1100e单模块回传HB4-B3300e3模块回传HB4-B2101e1个模块回传、1个模块覆盖HB4-B4103e1个模块回传、3个模块覆盖HB4-B2200e2模块回传HB4-B4202e2个模块回传、2个模块覆盖HB4-B3102e1个模块回传、2个模块覆盖HB4-B4301e3个模块回传、1个模块覆盖HB4-

57、B3201e2个模块回传、1个模块覆盖HB4-B4400e4模块回传4.4.3摄像头路由器电源选取摄像头电源的好坏直接影响摄像头的工作状态，所以电源也是一个关键。由于本项目比较特殊（主要是学校，安全是重中之重），采用的电源全部都是12V稳压电源，所有敷设的线缆都是弱电（摄像头的电源从监控室直接走12V到前端给摄像头），这样既不影响使用也保证了学校的安全（没有强电压）。4.4.4网络视频监控服务器HP ProLiant DL580 G7(595241-AA1)所属：HP DL580 G7系列产品类别：机架式产品类型：企业级CPU型号：Xeon E7520 1.866GHz标配CPU：2颗内存容量：16GB DDR3标配硬盘：标配不提供内部硬盘：最大支持8块4.5显示及记录部分显示及记录部分有几台或多台监视器、摄像头等设备组成。在网络监控系统中，特别是在有多台摄像头组成的网络视频监控系统中，一般都不是一台监视器对应一台摄像头进行显示，而是通过画面分割器把几台摄像头送来的图像信号进行合成同时显示在一台监视器上，也就是在一台较大屏幕的监视器上，把屏幕分成几个面积相等的小画