无线Mesh网视频监控系统的研究与开发 (2)

无线Mesh网视频监控系统的研究与开发来源：单片机与嵌入式系统应用近年来，一种新一代无线通信网——无线Mesh网(WirelessMeshNetwork，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，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[1]。本文结合对网络视频监控的需求，深入分析了无线Mesh网络的技术特点，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。1无线Me8h网络的关键技术wMN作为移动AdHoc网络(MANET|)的一种特殊形态，融合了WLAN和AdHtoc：网络优点，成为一种新型宽带无线网络。与传统无线网络技术相比，WMN的以下几大关键技术更加适应网络视频监控的发展需要。(1)网状拓扑WMN采用类似Internet．的网状拓扑，包含了无线Mesh路由器和无线Mesh客户端两类基本设备，即骨干网Mesh结构和客户端Mesh结构[2]。前者由无线路由器构成Mesh骨干网，提供一个大面积、高可靠性的覆盖区域，无线客户端通过路由器接入骨干网实现业务功能。后者通过在无线客户端集成路由和配置功能，由多个客户端直接构成WMN。无论采用哪种结构，一个节点|的数据都可通过相邻多个具有路由功能的节点到达目标节点，局部网络的可靠性不受单一节点制约。网络负载分散在多个节点实现，有效减少了节点的功耗，使采用便携式电源成为可能。上述特点使得WMN的骨干网和客户端同时具备了良好的移动性，成为真正意义上的无线网络。本文采用多个Mesh终端节点来组建无线Mesh网络，无需其他路由器。(2)多跳链路wMN的每个节点和邻近节点互联，形成多跳链路(multi-hop)，通过增加源节点和目标节点间的路径数量来提高网络带宽。多跳链路缩短了每个单跳的距离，一方面降低了信号衰减及外界干扰导致的误码和丢包；另一方面用|低功率信号传输，减小不同路径之间的信号互扰，提高了带宽利用率和信道质量。不同路径间的信号互扰较小，当使用定向天线时，同一频段几乎可在WMN中无限制复用，提高了频谱利用率[2]。因此，WMN与WLAN等单跳网络相比，更易于实现宽带视频监控等应用。(3)动态路由协议网络节点的移动性使WMN的拓扑结构处于动态变化中，使有线网上的距离矢量协议和链路状态协议无法应用，只能用Ad

1Hoc网络的协议。其驱动方式分表驱动路由协议和源启动按需路由协议[4-5]。前者在网络中每个节点都维持一个到其他节点的相对稳定的最新路由表，通过在网络内广播路由更新|信息反映网络拓扑的变化，包括DSDV(目的序列距离矢量路由协议)和WRP(无线路由协议)；后者只有当节点需要时才建立并仅在通信过程中维持路由，通信完毕后路由自动拆除，通过不断地发现路由、维持路由和拆除路由来适应拓扑的动态变化，主要包括DSR(动态源路由协议)和AODV(AdHoc按需距离矢量路由协议)。已有仿真表明，基于DSR路由协议的WMN在相同负载条件下，与PMP星形网络相比具有更大的吞吐量和更小的延时[6]，能适应传输监控视频的需求。AODV协议以DSDV为基础，采用DSR中的按需路由思想进行改进。(4)双工多址接入和分组交换|技术WMN的多跳链路要求节点应具有中继和转发功能，要采用双工通信实现数据的双向传输。此外，考虑到WMN中的非对称业务传输占主流，采用TDD(时分双工)方式和基于OFDM的多址技术OFDMA，能够充分利用WMN的特点。WMN承载了包括宽带IP接人、视频点播、网络会议在内的多种具有较高QoS要求的业务，通常在网络层使用分组交换实现。2基于WMN的嵌入式视频监控系统考虑到业务功能的灵活性，本文实现一种较为通用的视频监控网络平台，采用图1所示的由单个Mesh终端节点结构搭建WMN。它由多个具有路由功能的无线终端节点互联构成Mesh网，在各点|接入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AP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Internet完成视频转发。2．1 硬件结构视频监控终端(客户端)硬件结构如图2所示。考虑到监控终端对视频压缩能力、无线移动特性和低功耗的要求，采用华恒公司的专用Freeseale处理器iMx21作为主控芯片。它集成了支持H．264标准的硬件编解码器和ARM9核，功耗仅为200

2mW。复合视频信号经SAA7113的模拟端子输入，经过模数|转换、滤波和缩放后，生成BT．656格式的视频，输出到iMx21。它对视频进行H．264格式的压缩编码，将数据流经USB控制器扩展的USB2．O接口输出到VT6656模块。VT6656模块包含一个集成了MAC和基带处理器的芯片和一个集成了功率放大器和天线的芯片，支持IEEE802．11b／g无线传输。2．2 软件结构视频监控终端软件框图如图3所示。(1)Linux操作系统Iinux操作系统采用成熟稳定的2．6．23内核。配置时根据硬件资源选择Flash和SRAM的大小，在网络子项中选择对TCP／IP和IEEE802．1l协议的支持，|同时去除不支持的选项以缩减内核体积，执行编译后得到Linux的内核映像文件。(2)底层设备驱动Linux操作系统通过调用驱动程序的接口函数实现硬件访问请求。SAA7113和VT6656的驱动程序分别控制相应芯片完成视频采集，USB接口控制和网络传输控制功能，采用中断触发／响应机制协调工作。

3(3)上层应用程序应用程序包括视频采集、视频压缩、网络传输和网络访问控制模块。监控终端通过网络访问控制程序接收来自主机的控制命令，并同步更新至配置文件保存。为保证指令的可靠传输，采用面向连接的TCP／IP协议在主机和终端间建立一个端到端的虚拟连|接，并通过套接字编程实现[7]。视频采集程序负责启动SAA7113的视频采集和模数转换，产生BT．656格式的视频数据。视频压缩程序根据配置文件设定视频压缩格