無線Mesh網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控實(shí)踐研究

任 鵬，陳君毅

1.河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北石家莊 050200

2.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四所研究所，河北石家莊 050081

Mesh技術(shù)，作為網(wǎng)絡(luò)中“最后一公里”的競爭技術(shù)之一，對(duì)于目前的無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展意義重大。目前無線Mesh網(wǎng)絡(luò)WMN的應(yīng)用已經(jīng)日趨廣泛，尤其是其核心技術(shù)特征在視頻監(jiān)控方面更是凸顯優(yōu)勢。

1 Mesh核心技術(shù)優(yōu)勢分析

用于視頻監(jiān)控的Mesh技術(shù)，從本質(zhì)上具備其他無線數(shù)據(jù)傳輸所不能比擬的優(yōu)勢，可以從網(wǎng)絡(luò)的物理層面以及邏輯層面等多個(gè)角度展現(xiàn)出來。

從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面看，Mesh技術(shù)具有一些天然的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，通常在主干網(wǎng)部分采取樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而在無線接入部分則通常采用星形設(shè)計(jì)，每個(gè)用戶端都直接與且僅與接入節(jié)點(diǎn)相聯(lián)系，這種網(wǎng)絡(luò)接入方式，對(duì)于接入節(jié)點(diǎn)的要求較高，其負(fù)擔(dān)相對(duì)較大。而Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送或接收信號(hào)，并且能夠在一定意義上成為其他節(jié)點(diǎn)的信號(hào)中繼，Mesh網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)與其周圍節(jié)點(diǎn)保持連通狀態(tài)，呈現(xiàn)出網(wǎng)狀的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

對(duì)于Mesh網(wǎng)絡(luò)，可以通過骨干網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu)和客戶端Mesh結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建，骨干網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu)通過無線路由器簇提供一個(gè)可靠性相對(duì)較高的數(shù)據(jù)傳輸覆蓋區(qū)域，保證客戶端可以通過無線路由器接入骨干網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；而客戶端Mesh結(jié)構(gòu)則由多個(gè)客戶端構(gòu)成WMN，對(duì)多個(gè)無線客戶端進(jìn)行集成，并通過相應(yīng)的路由規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

這種工作方式雖然在路由層面看會(huì)成為整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，但是其多條冗余傳輸路徑的存在，為視頻信號(hào)的傳輸帶來了很大的便利。

Mesh網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)用戶接入端共同構(gòu)成WMN的運(yùn)行方式，行了了網(wǎng)絡(luò)中的多跳鏈路（Multi-hop），不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中客戶端直接與網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)相聯(lián)系的單跳鏈路，多跳鏈路的冗余鏈路傳輸方式，從一定角度看增加了邏輯層面的傳輸帶寬，對(duì)于流媒體的傳輸十分有利。同時(shí)多跳鏈路有效縮短了每一個(gè)單跳的傳輸距離，在改善信號(hào)衰減造成的數(shù)據(jù)丟失方面效果顯著，有效地提升了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，對(duì)于不同路徑間信號(hào)的干擾也有所降低。

從路由角度看，WMN面臨著更為復(fù)雜的路有需求。由于無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非固定，且WMN網(wǎng)絡(luò)本身的多跳傳輸方式，使得傳統(tǒng)路由協(xié)議無法得以應(yīng)用，而只能采用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要包括動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議DSR以及Ad Hoc按需距離矢量路由協(xié)議AODV。就DSR協(xié)議而言，已經(jīng)有詳實(shí)數(shù)據(jù)表明在相同的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載之下，其相對(duì)于傳統(tǒng)的PMP星形網(wǎng)絡(luò)在吞吐量和傳輸時(shí)延方面更具優(yōu)勢。而作為DSR與DSDV相綜合的ADOV協(xié)議，則采取了廣播式的路由機(jī)制，能夠在無法檢索到目標(biāo)地址路由信息的情況下通過廣播更快地將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)轿弧?/p>

除上述Mesh技術(shù)特征以外，在其他方面，Mesh技術(shù)也有不俗表現(xiàn)，例如：能夠?qū)Ψ菍?duì)稱數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行適應(yīng)的TDD時(shí)分雙工，以及能夠更為充分利用WMN內(nèi)頻段資源的基于OFDM的多址技術(shù)OFDMA等。此外，Mesh技術(shù)目前也已經(jīng)相對(duì)成熟，雖然國際上對(duì)于Mesh技術(shù)簇的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)尚未得到完全建立，但是通過和現(xiàn)有的各種無線通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合，特別是與IEEE802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的融合，WMN已實(shí)現(xiàn)了有效的產(chǎn)品化，并且極具生命力，相信標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)將隨著進(jìn)一步的技術(shù)成熟指日可待。

2 基于WMN的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

目前Mesh技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的視頻監(jiān)控領(lǐng)域，并且基于其對(duì)流媒體傳輸?shù)募夹g(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)在該領(lǐng)域中顯現(xiàn)出極大的生命力。從軟件層面上看，基于Mesh技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參見圖1。

圖1 基于Mesh技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

圖1大體展示了基于Mesh系統(tǒng)的視頻控制軟件結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)完成初始化之后，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問控制層的相關(guān)操作下達(dá)關(guān)于視頻采集、視頻壓縮以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)认鄳?yīng)指令，并且經(jīng)由用戶端的相應(yīng)設(shè)備對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行接收并且進(jìn)而通過解壓最終播放。

核心控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)通過各類驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ布M(jìn)行控制，完成相應(yīng)的任務(wù)，通常采用Linux作為核心控制系統(tǒng)的開發(fā)基礎(chǔ)，并且在配置時(shí)根據(jù)硬件資源選擇Flash 和SRAM 的大小，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)子項(xiàng)中的TCP/IP和IEEE802.11協(xié)議的支持，對(duì)于不支持的選項(xiàng)全部去除借以縮減內(nèi)核體積，最后通過編譯得到相應(yīng)的Linux的內(nèi)核映像文件。

在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)完成了構(gòu)建之后，還需要反復(fù)測試確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和易用性，才能正式投入使用。目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)日趨成熟，隨著技術(shù)的發(fā)展，Mesh的獨(dú)特優(yōu)勢畢竟在眾多領(lǐng)域發(fā)揮作用。

[1]任智，郭偉.多跳無線網(wǎng)路由協(xié)議研究進(jìn)展[J].電信科學(xué)，2003(8).

[2]解亞琦，張海林，趙力強(qiáng)，等.基于WLAN的Mesh網(wǎng)絡(luò)和PMP網(wǎng)絡(luò)性能比較[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007(3).