一种无线Mesh网络下风/太阳能互补供电的视频监控系统

摘要

一种无线Mesh网络下风/太阳能互补供电的视频监控系统，具有对Mesh网络下大范围目标区域监控并有消防报警、防盗报警的功能，采用风能太阳能互补供电。本发明部署快速，便于安装，升级方便。可调节图像质量与带宽占用，系统采用软件编解码，可以根据用户需求调节帧数、分辨率、图像质量等，接收到的视频监控图像可以通过计算机或专用设备实现存储与回访的功能。支持基于浏览器技术的网络浏览功能，使用方便。通过多跳路由器传输可保证在有个别路由器损坏或故障的情况不影响正常的数据传输，系统及设备具备防雷和抗强电干扰能力，在高、低温、大风、扬尘、暴雨等环境下正常运行，广泛应用于港口、无线校园等领域。具有强大的数据和告警的采控和处理功能，与数据监控系统的无缝结合，实现告警时灯光、警笛联动并录像。

说明书

技术领域

本发明创造公开了一种无线Mesh网络下的视频监控系统。属于安防领域， 涉及到太阳能/风能互补式供电装置，球型摄像机控制，特别涉及到Mesh网络 下视频传输。

背景技术

伴随着社会经济和信息化技术的飞速发展，视频监控应用在社会安全的各 个行业，平安城市、安全生产、森林防火、公园景区、公路交通等围绕在人们 日常生活和工作周围的众多应用都已经离不开视频监控。

视频监控能够获得如此超常规的发展，得益于网络技术的不断成熟应用。 相对于前两代的模拟视频监控和基于微机平台的数字视频监控，最新的基于IP 的数字化视频监控是建立在全球高速发展的全面数字化基础上的系统。

按使用的视频传输网络分类，主要分为有线视频监控和无线视频监控。有 线视频监控，传输速率稳定，但是安装部署、线路维护麻烦，而且部署的范围 局限。而无线视频监控，相对部署容易。无线组网技术的发展，使视频信号的 稳定传输和大型的监控应用成为可能。

在无线视频监控领域，主要是使用3G网络，公告号为201657215U的《警 用无线视频监控装置》，和公告号为201839388U的《一种在3G网络下带VP N和GPS功能的视频监控系统》均是采用的3G网络。还有一些是采用目前 802.11a/b/g/n无线网络。

本发明采用的无线Mesh路由器，利用多模块技术彻底解决了无线Mesh多 跳损耗问题，并采用多种先进的标准技术在无线性能比如传输距离、移动速率、 抗干扰、穿透等方面和无线网络安全方面大幅提高，支持复杂或对安全要求高 的环境下开展无线数据传输、无线视频图像监控、IP视频会议、IP音视频电话、 无线定位、无线数控等业务。灵活的组网方式，方便被监控区域范围的扩大或 缩小。几个视频监控系统可以作为子系统组成更大的视频监控系统，可按多级 组网方式，形成大规模的监控网络，高级监控中心能管理低级监控中心的运行 (便于管理权限分级管理)。

在供电方面，市场上现有的无线视频监控系统大多直接采用市电220V 50Hz，但是由于监控区域可能处于野外环境，不具备市电供电条件。本发明采 用太阳能/风能互补式供电系统。使得系统的安装范围和功耗与同类型产品具有 较大的灵活性和节能性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是实现对Mesh网络下大范围目标区域监控并有 消防报警、防盗报警、录像存储和回放的功能。为了增加系统的灵活性，Mesh 网络应当允许监控网络中监控节点的自动加入，采用太阳能/风能互补式供电。

本发明采用的解决方案如下：

包括无线Mesh设备、智能球型摄像机、太阳能/风能供电系统三大部分组 成，其中无线Mesh设备实现视频的无线传输是关键。

该无线Mesh路由器包括无线网卡、数据处理部分和10M/100M网口三个部 分；数据处理部分的网络处理芯片作为主控，外扩RAM和Flash芯片用于程序 的存储和数据的暂存，FPGA芯片和无线网卡通信将网络数据包的处理后发给 网络处理芯片，降低网络处理芯片的负荷，加快数据传输速度；10M/100M网口 将获取的无线数据输出和需要转发的数据输入；

每个路由器节点通过发送和接收节点发现消息NDMgs来实现路由表的建 立，链路通信质量的分析，进而实现路由；NDMgs包括的信息为版本、生存时 间(TTL)、网关标志(GWFlags)、序列号、节点的IPv4地址；如下表1所示。

表1：节点发现消息数据包格式

NDMgs数据包共10字节，其中版本为版本号，4个比特；生存时间(TTL)， 8个比特，用来定义跳数的上限；网关标志(GWFlags)，8个比特，如果节点接 入互联网，那么它作为一个Internet网关，设置GWFlags为描述网络连接的参 数，如果节点不提供互联网接入，它必须设定GWFlags为0；网关端口，8个比 特，定义网络连接的端口；序列号，16个比特，NDMgs的连续编号，每个新 的NDMgs序列号增加1；节点地址：32个比特，节点的IPv4地址；

在组网过程中每个节点对于网络中其他节点维护以下信息：IPv4地址，序 列号，如果该节点提供了一个互联网网关，记录其参数；建立邻居信息列表， 列表中的滑动窗口用来记录收到的若干个NDMgs的序列号，数据包计数用来记 录收到的NDMgs的数目，最新TTL字段用来记录最近接收的NDMgs的TTL；

每个节点都必须定期生成和广播NDMgs；发送时，根据自身信息来设置 NDMgs消息的各字段；接收到NDMgs之后，首先要检测NDMgs版本和发送地 址信息，如果版本与自身不同，或者其发送者地址与自身地址相同，那么该 NDMgs必须被丢弃。之后根据发送者地址建立或者更新对应邻居信息列表表项； 还需综合发送方的通讯信号强度(RSSI/RSI)和预测的丢包率(1ast_rx)两项， 经过时间积分后，量化为链路通信质量，用以选择最佳下一跳节点；最后对该 NDMgs的TTL字段减1后，如果不等于0，那么将其重播；

如果节点能够接入互联网，那么它就通过NDMgs向网络中声明自己为接入 因特网的网关；它的广播报文包括了描述连接上行下行速率参数等；还发送一 个用来建立的UDP通道端口号；

无线通讯使用64位或128位的AES加密方式，所有通讯信息以及NDMgs 信息均加密发送，无线路由器工作在802.11a/b/g的方式。

系统的其余部分智能球型摄像机、太阳能/风能供电系统采用现有的模块。

智能球型摄像机的模拟视频输出与视频压缩编码芯片相连，视频压缩编码 芯片的将编码压缩后的视频信号，通过无线Mesh路由器的10M/100Mbps接口 传输给无线Mesh路由器，并将视频信号发送到Mesh网络中，最终回传到监控 中心。图像信号和控制信号均通过网络传输，无需外加控制电缆。

太阳能/风能供电系统输出功率在20W左右即可，输出电压12V/24V可满 足要求。

系统在工作中时，前端使用智能球型摄像机将所监控区域内的图像采集为 模拟视频信号，经过视频压缩编码后通过无线Mesh网络设备(无线Mesh路由 器)经多跳传输至监控中心，检测点的消防报警、防盗报警、动态检测系统可 以实现告警录像，同时传送报警信息和相关图像至监控中心，并自动在地理区 域图上或相关表格进行提示，显示报警的内容和具体位置。系统告警时能联动 相关设备，如灯光、警笛等，也能把报警信息发送到指定的移动电话上。监控 中心也可将控制信号发送到前端，实现各种控制。整套系统采用太阳能与风能 发电系统互补式供电。

监控中心的运行维护人员通过业务台或监控主机对监控范围的目标区域进 行监控，同时在业务台或监控主机上完成对画面切换的控制和录像控制。监控 中心可通过系统的浏览功能查看实时监控录像或回放的监控录像或图片。

本发明的效果和益处是

在可扩展性方面：

(1)可以满足未来系统扩展的需求，系统在满足现有功能的基础上预留足够 的接口以便系统扩充之用。系统中控制部件(软、硬件)采用模块式结构可以 方便灵活的进行扩展，充分保证系统在将来的适应性。

(2)与无线传感器网络节点相结合，方便进行功能扩展，比如：增加温度、 湿度、风速、风向、雨量等传感器，可以对监控目标区域进行全方位的监测。

(3)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，灵 活的组网方式，方便被监控区域范围的扩大或缩小。

(4)几个视频监控系统可以作为子系统组成更大的视频监控系统，可按多级 组网方式，形成大规模的监控网络，高级监控中心能管理低级监控中心的运行 (便于管理权限分级管理)。

在灵活性方面：

(1)系统可以快速部署、易于安装。方便进行软件升级，保证用户投资。

(2)可调节图像质量与带宽占用，系统采用软件编解码，可以根据用户需求 调节帧数、分辨率、图像质量等。

(3)多种图像浏览方式，包括单画面、四画面、九画面、十六画面等多种浏 览方式。

(4)系统支持基于浏览器技术的网络浏览功能，可以方便灵活的使用。

在可靠性方面：

(1)通过多跳路由器传输可保证在有个别路由器损坏或故障的情况下不影 响正常的数据传输。

(2)系统及设备具备防雷和抗强电干扰能力，可在高、低温、大风、扬尘、 暴雨等环境下正常运行。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。

在完善性方面：

(1)具有强大的数据和告警的采控和处理功能。

(2)当发生报警时，能把报警信息以短消息形式发送到指定移动电话上。

(3)与数据监控系统的无缝结合，实现告警时灯光、警笛联动并录像。

在良好的硬件平台方面：

系统室外Mesh路由器使用防水设计，预留防水电源接口、网络接口和天线 接口，实现高度一体化、高度工程化，无须铺设通信电缆，便于施工、安装、 调试。

附图说明

附图1是系统连接示意图。

附图2是无线路由器结构图。

图中：1.监控中心软件控制端；2.以太网10M/100Mbps连接；3.无线Mesh 设备；4.太阳能/风能互补式供电装置；5.智能球形摄像机；6.无线Mesh网络。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例：本发明的技术方案前端是1监控中心的软件控制端，后端是6无 线视频监控网络组成。无线视频监控网络中的每一监控点由3无线Mesh设备、 4太阳能/风能供电系统、5智能球型摄像机三大部分组成。

无线路由器的芯片选型方面，为了保证视频传输速度能够在128Kbps～8Mbps 之间，在无线处理芯片的选取和RAM FLASH大小的配置方面，应当搭配合理。 一种可行的搭配方案是：无线处理芯片选用Atheros ar7130，这款芯片有MIPS 24K核心，处理速度为300MHz，RAM采用Nanya公司的32MB SDRAM，Flash芯 片采用HYNIX公司的64MB的Flash，并与FPGA芯片选用Xilinx公司的xc9536xl， xc9536xl系统时钟可达178MHz，I/O端口34个，宏单元36个，通过miniPCI 接口和无线网卡通信。

在监控摄像头选型方面，为了获得最好的监控效果，本方案选用了型号为 DS-2AM1-612X的智能球形摄像机，使用精密电机驱动，精度偏差少于0.1度， 图像无抖动，支持RS-485控制下对HIKVISION、Pelco-P/D协议的自动识别， 支持三维智能定位功能，配合DVR和客户端软件可实现点击跟踪和放大，支持 防雷、防浪涌、防突波功能。云台水平方向360°连续旋转，垂直方向-5°-90°， 无监视盲区，支持104个预置位支持比例变倍功能，旋转速度可以根据镜头变 倍倍数自动调整。视频输出1.0V[p-p]/75Ω，PAL或NTSC，BNC头，电源AC 24V(DC 12V可选)。

供电方面太阳能电池板标称功率80W，输出电压36V。风力发电机在风速以 1米/秒左右的微风条件下可以启动，采用垂直轴型风力发电作为对太阳能发电 的补充。智能控制器能控制多路太阳电池方阵和风力放电机对蓄电池组的互补 充电，并实现蓄电池给负载供电。

工作时，使用智能球型摄像机将所监控区域内的图像采集为模拟视频信号， 经过视频压缩编码后通过以太网10M/100Mbps自适应接口传输到无线Mesh网络 设备(无线Mesh路由器)然后经多跳传输至监控中心，监控点的消防报警、防 盗报警、动态检测系统可以实现告警录像，同时传送报警信息和相关图像至监 控中心，并自动在前端的控制界面的地理区域图上或相关表格进行提示，显示 报警的内容和具体位置。系统告警时能联动相关设备，如灯光、警笛等，也能 把报警信息发送到指定的移动电话上。

监控中心的软件控制端运行于PC机上，通过以太网10M/100MBps自适应接 口与监控中心的无线路由器相连，可以实时获取从无线Mesh网络中传回的数据， 并显示到控制界面上，为监控中心的运行维护人员提供浏览功能。监控中心的 运行维护人员也通过控制界面可将控制信号发送到前端，实现各种控制。接收 到的视频监控图像可以通过计算机或专用设备实现存储与回放的功能。