摘要：本文提出了一種基于EDGE 的無線圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了EDGE 技術(shù)的基本知識，描述了GEDE無線傳輸應(yīng)用于遠程圖像監(jiān)控的實現(xiàn)方法。通過在實驗室構(gòu)建了該無線圖像監(jiān)控系統(tǒng)，獲得了理想的效果.
關(guān)鍵詞： EDGE；EDGE Ruter；Internet；VPN; 圖像監(jiān)控；監(jiān)控系統(tǒng)
引言
近年來，圖像監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛應(yīng)用于許多重要場合，成為安全監(jiān)控的主要手段。隨著計算機通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為計算機網(wǎng)絡(luò)中一個至關(guān)重要的組成部分，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在飛速的擴大。由于遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對遠程目標的監(jiān)視、遙控等功能，從而為無人值守場合提供了新手段。EDGE技術(shù)的出現(xiàn)使成本合理、相對較低技術(shù)門檻無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)現(xiàn)場到遠程監(jiān)控中心的實時數(shù)據(jù)傳輸成為可能。
一 EDGE 技術(shù)簡介
增強數(shù)據(jù)率GSM演進（EnhancedDataratesfor GSM Evolution，縮寫：EDGE)， 是一種數(shù)字移動電話技術(shù)，作為一個2G和2.5G (GPRS)的延伸，有時被稱為2.75G。這項技術(shù)工作在TDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)中。EDGE (通常又稱為：EGPRS)是GPRS的擴展，可以工作在任何已經(jīng)部署GPRS的網(wǎng)絡(luò)上。
EDGE的特點：
信息社會的到來對通信手段提出了越來越高的要求，EDGE技術(shù)是應(yīng)運而生的提供了一種在現(xiàn)在的頻段中提供第三代業(yè)務(wù)的演進方法，與以前通信系統(tǒng)相比有較多的優(yōu)點，主要概括為以下幾方面：
1、系統(tǒng)操作更加靈活。
該技術(shù)采用了更加靈活的系統(tǒng)操作方式，具體包括為：支持基站間的異步操作；支持自適應(yīng)天線陣技術(shù)與多用戶檢測的技術(shù)；支持非平衡頻帶下采用時分雙工的模式，采用單信元頻率復(fù)用等；
2、數(shù)據(jù)傳輸方式多樣。
該技術(shù)可以同時支持分組交換和電路交換兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，EDGE支持的分組數(shù)據(jù)服務(wù)可以實現(xiàn)每時隙高達11.2kbps～69.2kbps的速率，EDGE可以用28.8kbps的速率支持電路交換服務(wù)；
3、支持高速分組接入。
該技術(shù)采用了八進制移相鍵控（8PSK）調(diào)制，在移動環(huán)境中可以穩(wěn)定達到384kbps，在靜止環(huán)境中甚至可以達到2Mbps，基本上能夠滿足各種無線應(yīng)用的需求；該技術(shù)同時還支持一條連線上傳輸多條并行業(yè)務(wù)；支持高速率的分組接入；
4、通信系統(tǒng)性能更好。
該技術(shù)包括更大的系統(tǒng)容量和更大的覆蓋區(qū)域，且可以從第二代系統(tǒng)逐步演進；EDGE中采用快速功率控制技術(shù)，使發(fā)射機的發(fā)射功率總是處于最小的水平，從而減少了多址干擾，增強了穩(wěn)定性能；
5、支持對稱和非對稱傳輸。
該技術(shù)支持對稱和非對稱兩種數(shù)據(jù)傳輸，這對于移動設(shè)備上網(wǎng)是非常重要的一個特性，比如在EDGE系統(tǒng)中，用戶可以在下行鏈路中采用比上行鏈路更高的速率；
6、有效降低運行和接入費用。
由于EDGE提供了一種比較靈活的系統(tǒng)操作方式，因此相對其他技術(shù)來說，部署起來就容易迅速得多；我們可利用現(xiàn)有的GSM和IDMA-136的基礎(chǔ)設(shè)施，并可以采用逐步引入的方法，這樣，我們就能夠有效地降低運行者和用戶的費用。
二 EDGE產(chǎn)品介紹
F3323 EDGE ROUTER采用高性能的工業(yè)級ARM9通信處理器，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，系統(tǒng)集成了全系列從邏輯鏈路層到應(yīng)用層通信協(xié)議，支持靜態(tài)及動態(tài)路由，PPP server及PPP client，VPN（包括PPTP和IPSEC）,DHCP server及DHCP client，DDNS，防火墻，NAT，DMZ主機等功能。為用戶提供安全，高速，穩(wěn)定可靠，各種協(xié)議路由轉(zhuǎn)發(fā)的無線路由網(wǎng)絡(luò)。本產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。
工作原理
F3323 EDGE Router原理框圖如下：
1、 無線參數(shù)
1、支持GSM850/900/1800/1900MHz
2、Multislot Class 10
3、Mobile Station Slass B
4、Modulation and Coding Scheme MCS 1-9
2、 硬件系統(tǒng)
1) 工業(yè)級ARM9 CPU，主頻200M
2) FLASH：4MB（可擴展至16MB）
3) SDRAM：16MB（可擴展至64MB）
4) E2PROM：64KB
5) 接口：
1個10/100M以太網(wǎng)口
1個RS232串口。（根據(jù)需要，可支持RS422/RS485），串口速率110~230400bits/s
指示燈：具有“Power”、“Online”、“Alarm”、“System”、“Link/ACT”五個指示燈。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
SIM/UIM卡接口：標準的抽屜式用戶卡接口。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。
“Reset”復(fù)位按鈕，通過此按鈕，可將ROUTER的參數(shù)配置恢復(fù)為出廠值。
6) 供電：
外接電源：DC 12V 1.5A
寬電壓供電：DC 5-35V
通信電流：<400mA (12V)
待機電流：<30mA (12V)
7) 無線模塊
采用高性能工業(yè)級EDGE無線模塊
8) 尺寸
外形尺寸：157x97x25 mm (不包括天線和安裝件)
9) 其他參數(shù)
工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC
儲存溫度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結(jié))
3、 軟件功能
1) 支持VPN安全隧道功能,包括PPTP、L2TP和IPSEC
2) 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設(shè)備永遠在線。
3) 支持IPTABLES防火墻，包過濾功能
4) 支持多種協(xié)議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，F(xiàn)TP等。
5) 支持動態(tài)路由和靜態(tài)路由
6) 支持DHCP 功能
7) 支持NAT功能，如SNAT，DNAT
8) 支持動態(tài)DDNS
9) 支持DMZ主機
10) 支持路由轉(zhuǎn)發(fā)，同時也支持串口數(shù)據(jù)傳輸,，數(shù)據(jù)中心管理
11) 支持VPDN網(wǎng)絡(luò)
12) 方便的WEB配置，支持遠程WEB管理
13) 支持telnet管理，方便易用的控制臺shell交互環(huán)境
14) 支持多臺終端共享router ppp廣域網(wǎng)出口
15) 支持多種無線撥號方式：自動分配，指定IP，指定本地對端IP
16) 支持作為PPP服務(wù)器，多種認證方式，支持雙向認證
17) 方便易用的COM及SYSLOG系統(tǒng)診斷，調(diào)試功能
18) 支持串口本地軟件升級
19) 支持TFTP軟件遠程升級
20) 同時支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)
三 系統(tǒng)組網(wǎng)方案
公交車輛是城市交通的大動脈，連結(jié)著千家萬戶，關(guān)系著幾乎每一個人。車輛運營是否正常？在有故障或意外發(fā)生后調(diào)度中心如何快速擬制方案進行調(diào)度？如何能讓每位乘客及早知道每班車的到達時刻并動態(tài)知道其變化？是城市公交提高運營效率和服務(wù)質(zhì)量及水平所必須考慮的問題。結(jié)合用戶的需求以及產(chǎn)品實際的應(yīng)用經(jīng)驗，廈門四信科技通信科技有限公司制作了基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸方案，便于用戶快速搭建視頻監(jiān)控平臺。
本系統(tǒng)由帶系統(tǒng)軟件的主站，F(xiàn)3323 EDGE Router 傳輸終端，圖像采集設(shè)備，控制板等設(shè)備組成。
（一） 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)
監(jiān)控中心采用Internet接入,其接入方式有多種方式，根據(jù)客戶網(wǎng)絡(luò)安全的特殊要求，基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方案，采用了專線VPDN安全措施，主要包括：
Ø 通過一條2M專線接入移動公司EDGE網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有IP地址進行廣域連接，在移動認證路由器與用戶認證路由器之間建立加密隧道。
Ø 為客戶分配專用的VPDN，普通用戶不能進入該VPDN。只有EDGE專網(wǎng)卡才能進入該
VPDN網(wǎng)絡(luò)，防止其他非法用戶的進入。
Ø 用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務(wù)器（或在VPN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
Ø 用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在VPN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
Ø 端到端加密：移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
Ø 雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
（二） 系統(tǒng)的實現(xiàn)
1 終端部分
圖像采集終端部分由攝像頭、視頻圖象處理器DVR、控制設(shè)備和F3220 EDGE Router 組成。攝像頭負責采集圖像數(shù)據(jù)并由DVR進行編碼處理，把編碼后的數(shù)據(jù)通過F3323 EDGE Router 傳送到遠程監(jiān)控中心。
2 EDGE 傳輸部分
DVR采集到圖像數(shù)據(jù)信息后，要通過Internet把數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。而系統(tǒng)中完成DVR與Internet網(wǎng)通訊工作的就是F3323 EDGE Router和EDGE網(wǎng)絡(luò)。F3323 EDGE Router 是目前國內(nèi)唯一采用 ARM9處理作為系統(tǒng)平臺的無線路由器，最大限度地提高系統(tǒng)的吞吐量，使視頻監(jiān)控圖象更加流暢。同時考慮到安全性的問題，設(shè)備支持VPN隧道，固定IP撥號，雙向認證的功能，充分保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。 設(shè)備采用WEB配置的方式，用戶只需一些簡單的參數(shù)設(shè)置便可投入系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
（三） 系統(tǒng)功能
公交圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要分三方面：狀態(tài)監(jiān)視、車輛定位和信息服務(wù)
1．狀態(tài)監(jiān)控：
上下客數(shù)：記錄每個站點上下乘客數(shù)量。
行駛資料：記錄發(fā)動機信號，行駛速度、開關(guān)車門、剎車信息等。
圖像監(jiān)控：記錄車輛內(nèi)外情況圖片，若附加上錄像記錄設(shè)備，可對車內(nèi)進行錄像。
2．車輛定位：
實時位置：通過車載設(shè)備中GPS模塊，實時取得車輛當前位置信息。
線路狀態(tài)：監(jiān)控車輛在線路上的行駛狀況，實時提示駕駛員按線路和時間表行駛。
3．信息服務(wù)：自動播放各種信息，例如：換乘信息，天氣，路況，廣告信息等。
四 結(jié)束語
隨著生產(chǎn)管理水平的不斷提高，遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，也越來越成熟，而且正朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。采用EDGE無線傳輸數(shù)據(jù)通訊方法解決了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的通訊問題，比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優(yōu)越性。由于傳送的是圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大且較為頻繁，可選擇不限量使用的商務(wù)套餐較為經(jīng)濟。我們在實驗室構(gòu)建了該無線圖像監(jiān)控系統(tǒng)，獲得了理想的效果。而且，隨著EDGE網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，EDGE的應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣闊。本文介紹的EDGE無線傳輸系統(tǒng)可推廣至各種金融、電力、環(huán)保、交通等行業(yè)應(yīng)用當中去。
|
