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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(biāo)的監(jiān)視、遙控等功能，從而為無人值守場合提供了新手段。3G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 3G技術(shù)簡介
3G：第三代移動通信技術(shù)(英語：3rd-generation)，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時傳送聲音(通話)及數(shù)據(jù)信息(電子郵件、即時通信等)。代表特征是提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
3G是英文the 3rd Generation的縮寫，指第三代移動通信技術(shù)。相對第一代模擬制式手機(1G)和第二代GSM、CDMA等數(shù)字手機 (2G)，第三代手機（3G）一般地講，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。
3G數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點在于:
(1)傳輸速率高；
(2)永遠在線，可以實時傳輸數(shù)據(jù)；
(3)中國移動、聯(lián)通按流量收費，中國電信按時長收費；
(4)基于IP協(xié)議可以訪問整個Internet。
3G無線網(wǎng)絡(luò)的遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)采用無線傳播媒質(zhì)，擺脫了線纜的約束，在一定范圍內(nèi)可以任意變換位置。不受活動區(qū)域的限制，通過3G移動通信網(wǎng)絡(luò)，可以很方便的實現(xiàn)遠程移動監(jiān)控。
二系統(tǒng)組網(wǎng)方案
終端收集到圖像數(shù)據(jù)信息后，要把數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，而終端部分無線數(shù)據(jù)傳輸功能由3G 無線路由器來完成。3G 無線路由器與監(jiān)控中心的連接總體上有：3G + Internet連接。其系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。
（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，只要具有公網(wǎng)IP地址（動態(tài)或靜態(tài)）即可。電信、網(wǎng)通等電訊公司提供的專線接入獲得固定IP一般是公網(wǎng)IP地址，也就是Internet上可以訪問的IP地址，3G無線路由器與監(jiān)控中心服務(wù)器的連接通過3G + Internet，安全級別稍低，但是可以通過由移動運營商經(jīng)VPN隧道連接至監(jiān)控中心服務(wù)器，這樣可以大大提高安全級別并且可以減小時延。
圖1 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu): 通過3G + Internet連接
為了提高系統(tǒng)的安全性和視頻傳輸效果,客戶監(jiān)控中心最好采用固定IP地址接入方式。
三 系統(tǒng)的實現(xiàn)
1 終端部分
圖像采集終端部分由攝像頭、視頻服務(wù)器和3G無線路由器組成。攝像頭負責(zé)采集圖像數(shù)據(jù)并由視頻服務(wù)器進行收集，視頻服務(wù)器通過3G無線路由器把數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程監(jiān)控中心。
1.1 3G 傳輸部分
視頻服務(wù)器收集到圖像數(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)中完成視頻服務(wù)器與Internet網(wǎng)通訊工作的就是3G無線路由器和3G無線網(wǎng)。為了減小應(yīng)用本身的工作量和增加系統(tǒng)的實用性，本系統(tǒng)采用了合力萬通工業(yè)級3G無線路由器，它內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議棧，具有Socket通訊功能，并提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，用戶只需設(shè)置一些參數(shù)就可實現(xiàn)將嵌入式系統(tǒng)直接與Internet相連，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連互通。
3G無線路由器的主要特點：
◆ 使用方便、靈活、可靠；
◆ 支持互聯(lián)網(wǎng)、虛擬專用撥號數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(VPDN);
◆ 支持自動獲得/指定PPP上線IP地址、DNS地址；
◆ 支持PAP、CHAP、MS-CHAP等PPP驗證機制；
◆ 支持MPPE、MPPC壓縮協(xié)議；
◆ 數(shù)據(jù)終端支持永遠在線、按需撥號、短信激活、撥號激活等多種上網(wǎng)方式；
◆ 支持在線檢測與斷線自動重撥；
◆ 支持PPP LCP保活機制；
◆ 支持ICMP報文檢測保活機制；
◆ 支持NAT、Routering Mode工作方式；
◆ 支持DHCP服務(wù)；
◆ 支持DTU Mode（串口數(shù)據(jù)透傳模式）；
◆ 支持串口數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)（TCP Server/Client、UDP三種網(wǎng)絡(luò)方式）功能；
◆ 支持WEB頁面配置、串口配置、Telnet配置、CLI配置；
◆ 支持遠程配置、配置文件導(dǎo)入導(dǎo)出；
◆ 支持本地/遠程升級；
◆ 支持動態(tài)域名自動注冊；
◆ 內(nèi)嵌L2TP/PPTP/IPSec VPN;
◆ 內(nèi)嵌PPPoE Server功能；
◆ 支持PPP鏈路的壓縮傳輸（predictor和deflate）；
◆ 支持DMZ主機功能；
◆ 支持端口映射功能；
◆ 支持IP包過濾等防火墻功能；
在使用3G 無線路由器前先進行參數(shù)設(shè)置。需要設(shè)置的參數(shù)有：DTU Mode設(shè)置、內(nèi)網(wǎng)IP地址設(shè)置、路由設(shè)置、DMZ設(shè)置等。
3G無線路由器在開機后會自動撥號，接入3G網(wǎng)絡(luò)并動態(tài)獲得一個IP地址，此IP地址為3G骨干（電信的）為外網(wǎng)地址或者（聯(lián)通的）內(nèi)網(wǎng)地址，在未進入連接狀態(tài)時，服務(wù)器（監(jiān)控中心）是無法直接與3G無線網(wǎng)絡(luò)通訊的。3G無線路由器會主動向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)進行連接。當(dāng)連接的路由建立以后，服務(wù)器和終端才可以雙工地進行數(shù)據(jù)傳輸。該路由具有時間限制，一般僅有幾十秒，為了確保鏈路一直暢通，3G無線路由器具有鏈路保活功能，通過定時發(fā)送：“心跳”數(shù)據(jù)包，維持終端和服務(wù)器間的路由（動態(tài)IP由ISP服務(wù)商的服務(wù)器動態(tài)分配，如果長時間不通信，ISP服務(wù)器會回收IP，以利于IP資源的有效利用），確保服務(wù)器與終端間可以及時互相通訊，所以監(jiān)控中心可以主動向圖像采集終端發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令等參數(shù)。另外，“心跳”數(shù)據(jù)包中包含了終端的ID信息，使得服務(wù)器可以很容易判別路由和數(shù)據(jù)包的業(yè)源。
2 監(jiān)控中心的構(gòu)建
本文監(jiān)控中心采用固定IP地址連接,如果沒有固定地址,可以使用動態(tài)域名方式接入。由于動態(tài)域名每次接入所獲得的IP地址不是固定的，3G無線路由器無法直接指向遠程監(jiān)控中心。動態(tài)域名的功能，就是實現(xiàn)固定域名到動態(tài)IP地址之間的解析。監(jiān)控中心每次上網(wǎng)得到新的IP地址之后，安裝在監(jiān)控中心計算機里的動態(tài)域名軟件就會把這個IP地址發(fā)送到動態(tài)域名解析服務(wù)器，更新域名解析數(shù)據(jù)庫。3G無線路由器通過這個域名發(fā)起Socket連接時，動態(tài)域名解析服務(wù)器會返回正確的IP地址給它。
監(jiān)控中心和Internet之間的防火墻要屏蔽掉不使用的所有端口，這樣保證監(jiān)控中心的安全性，防火墻機可以是軟件防火墻，也可以是硬件防火墻。
圖3 監(jiān)控中心軟件基本流程圖
監(jiān)控中心的基本軟件流程圖如圖3所示。監(jiān)控中心的Socket端口監(jiān)聽程序負責(zé)監(jiān)聽圖像采集終端的連接請求，當(dāng)監(jiān)聽到連接請求后，建立通信鏈路，原來負責(zé)監(jiān)聽Socket仍進行監(jiān)聽，通信鏈路建立后就可任意交換數(shù)據(jù)了。監(jiān)控中心軟件應(yīng)具有在監(jiān)視器屏幕上顯示終端的ID及顯示多路不同終端的圖像，并將圖像存儲在硬盤上。通過對圖像進行分析處理，如出現(xiàn)異常給出報警信號并將報警信息傳到遠程終端以啟動報警裝置，以防止人為破壞、偷竊等。相關(guān)管理人員可直接觀看被監(jiān)視場所，并隨時調(diào)看每個終端的當(dāng)前狀況。
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3G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。隨著3G網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，3G的應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣闊。本文介紹的3G無線傳輸系統(tǒng)可推廣至各種需要檢測、監(jiān)控與安防的環(huán)境之中。
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