City Video Monitor System Based on Wireless Local Area Network
abstract：WLAN is easy to constructing in the city,making little effect to the appearance of the city and so on.In this paper,based on the advantage above,through a real project,introduces the design,debugging and optimization process of a whole wireless video monitoring system in detail.The performance of the system achieved the planning requirement by using the special text software.In order to overcome the multipath effect which is caused by the complicated landform in the city,researching dual-polarization antenna to improve the data transmission speed.
Keyword：WLAN;net pattern;city wireless video monitor;dualpolarization antenna
摘　要：无线局域网在城市组网时具有布线少、对市容影响小、便于施工等优点,通过一个实际工程案例,介绍了基于无线局域网的城市视频监控系统的设计、调试和优化过程.通过专业软件测试,系统性能达到了预期的要求.为了克服城市复杂地形对传输信号引起的多径快衰落现象,研制双极化天线用于城市视频监控系统,提高了系统的传输性能.
关键词：无线局域网;网络结构;城市无线视频监控;双极化天线

视频监控技术以其直观、方便、信息丰富的特点，近年来在银行、重要建筑区、人流密集区等场合有着广泛的应用。无线视频监控系统是智能监控系统发展的新阶段，随着无线局域网技术的发展，无线视频监控技术也在迅速发展并得到广泛应用。

1 无线视频监控系统在城市管理中的应用

随着国民经济的不断发展，数字化城市的建设也在加快脚步，下面介绍甘肃某城市建立的无线视频监控系统。

系统功能：

(1)对被监控区域进行全天候(24小时)监控；

(2)监控中心对各监控点的图像进行存储，以便日后随时回放和图像处理。

1.1 系统组成结构

部分监测点分布如图1所示，其中(2)号监测点所在的位置是城市中的最高位置，与指挥中心之间无障碍物，(1)号监测点与指挥中心之间有障碍物，(3)号监测点与指挥中心之间有正在施工的工程，所以，综上考虑，我们在(2)号监测点设立中继，采用如图1所示的传输方式。

系统组成框图如图2所示。

1.1.1 监控摄像系统：摄像机等配套设施

指挥员通过矩阵键盘进行控制，矩阵主机将控制命令通过无线网桥传给前端的视频服务器，视频服务器将控制命令转换成RS 485控制信号，然后通过云台解码板控制两台步进电机，以此来控制云台和镜头左右和上下的转动，镜头的变焦。

1.1.2 无线网络传输系统：高功率带宽无线网桥系统

网桥的传输方式有两种：一种是点对点的传输方式，一种是中继方式。点对点传输距离比较远，但是由于2.4 GHz的穿透能力和绕射能力比较弱，所以在无线组网时一定要在“可视”的环境下架设才能发挥其优越性。如果在目标两点间有阻碍的话，选用中继技术来解决信号传输的遮挡，实现网络链接。

无线局域网是干扰受限系统，同频干扰会带来接入点(AP)的性能下降，需尽量将两个相邻AP设定在频率不相交叠的信道上。802.11 b／g频率范围为2 400～2 483.5 MHz，通信带宽83.5 MHz，载频间隔为5 MHz，共13个频点。2.4 GHz WLAN工作时，每个信道占用带宽约为22 MHz，所以相隔5个信道，可基本满足频率互不交叠的要求。为了尽量减少干扰，我们在设置AP的信道时选用了信道1，6，11。

1.1.3 监控中心系统

包括矩阵主机，视频编解码系统，码分配器，画面液晶显示器等设备。

前端摄像机把所拍摄到的移动变化的图像经视频服务器编码，再通过无线网桥以TCP／IP数据包的形式传到监控中心，由码分配器进行码速变换之后进入矩阵主机，再由相关软件进行处理。

在监控指挥中心，可以及时准确地掌握所监视重点建筑物、重点路段周围的车辆、行人的状况，为指挥人员提供迅速直观的信息，从而对监控现场所发生的意外状况做出准确判断并及时进行处理，以免造成更大损失。

1.2 无线监控部分的安装

监控前端设备连接安装如图3所示。

1.3 链路分析

无线网络的传输距离受诸多因素的影响，比如通信设备性能、收发天线的增益和方向性、架设高度等。设定在室外无线网桥的发射功率为PT，发射天线的增益为GT，工作频率为f，网桥的接收功率为PR，接收天线的增益为GR，网桥接收灵敏度为SR，那么在无环境干扰的情况下，传播途中的无线电波损耗L，可通过下式计算：

本系统中，网桥的发射和接收功率均为100 mW，PT=101g 100 dBm=20 dBm，发射和接收天线的增益都是13 dBi，即GT=GR=13 dBi，天线的工作频率为f=2.4 GHz，遵循802.11b／g标准，无线网桥在11 Mb／s带宽下的接收灵敏度SR=-85 dBm。则根据式(1)，(2)可得：

以上是在理想环境下能传输的理论值。如果考虑发射端和接收端的天线馈线及接头插入损耗，经验值是12 dB，留出衰减储备，经验值是16 dB。衰减储备主要用于预算建筑物、地形、树木、空气等自然影响。这样，实际传输的距离R可通过如下计算得到：

市区内的的几个测试点都在1 km以内，所以综上所述，选择功率为100 mW、接收灵敏度不小于85 dBm的无线网桥，增益为13 dBi的收发天线进行安装，符合标准及工程上的需要。

1.4 系统优化——双极化天线

世界通信界总结出这样一个规律：“网络优化时天线投资仅占整个投资的3％～4％，而整个网络的效率可提高30％～40％”，具有很高的投入产出比。城市里高楼云集，行人和车辆密集，多径快衰落现象更加明显，信号传输的衰减严重影响网络性能。

分集技术是克服多径效应的有效方法，针对以上情况，研制开发的双极化天线是双馈源、双极化、高增益的板式定向天线，具有抗干扰能力强，增益高，副瓣小，前后比大，隔离度系数高，吸收话务量大，可以下倾或对准高层建筑上倾，安装方便、快捷，可以满足现代城市通信网络建设和优化的要求。

其优势主要体现在：

(1)节省天线数目。由于采用双极化、双馈源，所以一副双极化天线可相当于两副单极化天线使用，节省投资。

(2)抗干扰能力强。本天线的±45°极化正交特性，提供极化分集，抗多径衰落和其他干扰效果显著。

(3)阻抗匹配良好。

(4)双极化天线的波束有方向性，可更好地控制辐射的范围，降低同频、邻频干扰，方便网络的优化。

其中一个极化方向的驻波系数如图5所示。

双极化板式天线其中一极化方向H面方向图如图6所示。

1.5 数据测试

系统构建完成，通过相关软件进行性能测试，得到的结果如表1所示。热稳定性测试，结果见表2。抗干扰能力测试，结果见表3。由指挥中心视频图像检测结果和数据测试结果分析，系统运行可靠、稳定，传输率满足设计要求。

2 结 语

通过以上的设计和实施，成功组建了基于WLAN的城市视频监控系统。系统搭建合理，传输速率满足实际需求，图象质量高，进行位置切换、多屏显示和变焦等操作时画面延迟小，图象清晰，符合实际的需求。同时，双极化天线的设计更是使得系统的性能得到优化。

由于本系统具有不需要布线、结构灵活等特点，因此不仅适用于广场、学校等面积很大、人流密度很大的区域进行无线视频监控，也适用于对存放危险品的库房、存放贵重物品的场所、关键通道的门卫、移动性强的值班岗位的监视。

参考文献：

[1]明亮,谢桂海,齐子元,等.基于无线网的远程视频智能监控系统[J].计算机工程与应用,2007,33(5):266-268.
[2]曹贝贞,李志康,薛松.基于无线网络技术的数字视频监控系统[J].计算机工程与应用,2007,33(1):247-249.
[3]刘乃安,李晓辉,张联峰,等.无线局域网(wLAN)--原理、技术与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
[4]杨军,李瑛,杨章玉.无线局域网组建实战[M].北京:电子工业出版社,2006.

作者简介：刘亭亭 女,1986年出生,江苏连云港人,本科,就读于兰州大学信息科学与工程学院通信工程专业.研究方向为无线局域网的技术及其应用.
通信地址：兰州大学,信息科学与工程学院,甘肃,兰州,730000