基于矿井3G的通信网络

基于矿井3G的通信网络（共11篇）

基于矿井3G的通信网络 篇1

0 引言

防爆胶轮车运输距离长, 无需装载、卸载, 机动灵活, 已成为矿井辅助运输的发展趋势。中国中西部大中型矿井均已采用防爆胶轮车作为辅助运输工具。矿用防爆胶轮车采用防爆柴油机作为动力装置, 防爆保护要求严格, 且按照MT/T 989—2006《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》的规定配置了监控保护装置[1]。由于防爆胶轮车驾驶员素质不一, 超限驾驶行为极多, 不仅会造成车辆损坏, 还会引发事故, 危及人员、矿井安全。

为提高对井下防爆胶轮车运行的监管能力, 遏制违章操作, 需要建设防爆胶轮车运行状态实时监测系统。某厂家生产的防爆胶轮车运输监控系统采用RFID (Radio Frenquency Identification, 射频识别) 技术, 在辅助运输巷道沿线布置识别分站并与现场总线相连, 借助防爆胶轮车监控保护装置及其内置的RFID模块, 实现车辆位置识别和运行工况数据的上传。辅助运输线路长达数十千米, 需要布设的识别分站数量多, 铺设电缆长, 系统建设投入极高, 后期维护量大, 不利于系统的长期使用。

随着现代通信技术的发展, CDMA2000, TDS-CDMA, WCDMA等3G通信技术开始应用于煤矿井下[2]。3G通信网络信号覆盖范围大, 通话质量好, 具备一定的数据传输功能, 可用于井下各移动点或临时固定点监测数据和图像的无线传输。矿井3G通信网络与地面商用通信网络相比, 传输带宽受到较大限制, 上行带宽不足2 Mbit/s。但防爆胶轮车运行工况数据量较小, 变化速率低, 不涉及控制和反馈, 对传输带宽和实时性要求不高, 因此, 借助矿井3G通信网络实现井下车辆运行状态的实时监测是完全可行的, 且可避免建设巷道沿线的监控设施, 也无需专门维护。鉴此, 本文提出了一种基于矿井3G通信网络的防爆胶轮车监测系统。

1 系统总体架构

基于矿井3G通信网络的防爆胶轮车监测系统结构如图1所示。在现有矿井3G通信网络基础上, 系统仅需为防爆胶轮车配置具备3G数据传输功能的通信终端。系统运行时, 通信终端将防爆胶轮车环境数据和运行工况数据通过3G通信网络上传到监控中心的数据服务器。数据服务器对通信终端上传的数据进行显示、统计、存储和查询。通信终端在投入运行前, 需要通过系统软件设置其工作参数, 如数据接口速率、数据格式、数据服务器的网络IP地址和端口号等。

2 通信终端设计

系统获取的防爆胶轮车运行工况数据来源于监控保护装置。国产防爆胶轮车配套的监控保护装置以YE0.3/24型柴油机车监控保护仪[3,4]为主。该保护仪由监控主机、显示器和传感元件组成, 监测并显示车辆的行驶速度、发动机转速、发动机表面温度、排气温度、冷却水温度、机油温度、冷却水水位、机油压力和环境瓦斯浓度等信息, 超限时进行声光报警, 控制停车, 可统计行驶里程、发动机运转时间和油耗等, 具备RS232和RS485总线传输接口。通信终端具备与监控保护仪配接的总线通信接口, 用于获取监控保护仪检测的防爆胶轮车实时运行工况数据。

通信终端结构如图2所示。其采用轻便的矿用浇封兼本质安全型设计, 体积小。浇封电源的输入为由防爆胶轮车供配电装置提供的非本质安全型DC24V电压, 经电源保护栅处理成本质安全型DC12V电压, 再由DC/DC模块转换为DC 5V电压为通信终端各模块供电。微处理器采用CortexM3内核的ARM芯片, 通过集成的多路UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 通用异步收发传输器) 与内部3G模块或通过RS232接口与机车监控保护装置相连。为提高通信终端与不同型号机车监控保护装置的兼容性, 通信终端预留了CAN总线接口。

3 G通信模块内部嵌入TCP协议, 具备UART, USB等通信接口, 可直接使用微处理器向其发送“@”指令以实现网络连接和数据接收、发送功能。本系统采用MC323型3G模块。

系统按照监测信息的重要程度和变化灵敏度来规定通信终端上传数据的频率, 见表1。这样既满足了监测信息的实时性, 又降低了信息传输对3G通信网络带宽的占用程度。

3 系统测试

为验证系统的可靠性, 对3G通信网络的数据传输服务和通信终端的自动恢复功能进行测试。测试内容:数据服务器关闭后恢复测试, 检验数据服务器故障恢复后通信连接的恢复能力;频繁双向小数据量测试, 检验系统频繁收发小数据包的能力;双向大数据压力测试, 检验系统临时传输大数据的能力;在线空闲测试, 检验通信终端维持已建立链路的能力;去天线测试, 检验网络信号中断或变弱、恢复正常后, 通信终端自动恢复连接的能力;重复上电测试, 检验通信终端频繁断电重启后的自动恢复能力;拨号及短信干扰测试, 检验通信终端抵抗不明电话、短信干扰的能力;SIM卡拔插测试, 检验机车振动造成SIM卡接触不良时, 通信终端的自动恢复能力。在实验室环境和公共网络中, 对通信终端和数据服务器进行以上测试, 并在实验室环境模拟车载情况连续运行7d, 测试结果见表2。

注:g为重力加速度。

4 结语

基于矿井3G通信网络的防爆胶轮车监测系统已在神华神东煤炭集团公司锦界煤矿得到应用, 已连续6个月无故障运行。该系统实现了井下防爆胶轮车运行工况的实时监测, 有利于煤矿加强对辅助运输系统、设备、人员的监管;以矿井已有的3G通信网络为基础, 避免了重复建设投入, 同时充分利用3G通信网络良好的无线传输特性, 保证了系统的可靠性。考虑到矿井3G通信网络的通话业务较数据业务专业, 系统可借助该网络进一步实现机车调度功能, 提高矿井辅助运输效率。

参考文献

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[3]张立斌, 汪学明, 程刘胜.一种新型矿用柴油机车保护装置的设计[J].工矿自动化, 2011, 37 (4) :11-13.

[4]周旭.一种新型防爆柴油机车安全保护系统设计[J].工矿自动化, 2013, 39 (2) :9-11.

基于矿井3G的通信网络 篇2

如今3G网络成为我们生活必不可少的一部分也给我们的生活带来了无穷大方便。3G网络给我们生活带来的便利是有目共睹的。在我们的问卷中，我们通过分析得到的结论也充分证明了这一点。3G网络对我们大学生生活方式的积极影响主要有以下几个方面：

一、3G网络方便了人与人之间的沟通

在我们的调查问卷中，最能体现3G网络对学生生活方式产生积极影响的问题是问卷中的第六题，你认为智能手机的出现是否为你的生活带来了便利？75.09%的人都认为3G网络对自己的生活方式带来了便利。只有21.52%的人认为3G对我们的生活没有太大的改变。在我们的调查问卷第五题，在你的智能手机里，最常用的是哪类软件？75%的人都选择了qq、人人等聊天工具，这说明了3G网络给我们带来的方便有很大一部分是更加促进了沟通和交流，同时使我们的业余生活更加丰富多彩。我们可以随时随地上网聊天，这样消除了人与人之间的隔阂，也使同学们之间的感情更加密切。

二、3G网络给我们的娱乐提供了新的手段和工具

在调查问卷中第六题，还有一大部分的人选择了视音频客户端。我们调查问卷的主要对象是大学生，3G网络的丰富多彩的内容为我们大学生提供了很多便利，3G网络的迅速发展和广泛应用为我们的娱乐提供了新的手段和工具。视音频客户端满足了广大大学生时尚，追求主流的需求，也使得同学们更加方便的通过新闻了解社会的大事。

三、3G网络对我们的学习有很大的促进作用

尤其是智能手机中学习软件的功能强大，也成为学生们不可或缺的好资源。很大一部分同学的只能手机中有很多学习软件，它已经成为我们不可缺少的软件，我们可以在手机中用软件也可以上网搜索我们需要的资料，英语四六级，国家计算机二级，以及考研等等。这为我们的学习提供了巨大的方便，方便我们更好的学习。3G网络也会在校园里形成一阵极有吸引力的旋风，吸引着更多的大学生，希望3G网络能够更好的发展，给大学生们带来更好更多的便利，更好的满足学生们需求。

四、3G网络给我们带来的创新之风

在我们调查问卷的最后一题，如果有一天，失去了3G网络，又恢复到原有2G网络，你的生活会怎样？有60.7%的人都选择了不适应。其确实这样，在网络空间具有的虚拟性、开放性、自由性、隐蔽性、交互性、平等性和创新性为大学生们提供了巨大的便利。3G网络作为知识和信息的载体，作为一个全新的事物进入我们的世界，我们已经对它产生了依赖，在校园中同样引发了创造性极强的大学生群体的极大好奇，它不仅丰富了大学生的生活而且给广大学子带来了极大的创造空间，现在的很多大学生都在研究安卓系统的软件的开发和对手机系统的开发。

基于矿井3G的通信网络 篇3

关键词：3G无线网络；视频监控；Opencv

中图分类号：TN919.8 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 09-0000-02

传统的视频监控系统必须依赖于有线环境，因此在一些需要临时布控有线网络或者干脆无法布控有线网络的应用场合如矿井油田，电力线路和交通工具等，传统有线视频监控系统是无法适用的。目前为了解决这一问题，监控领域研究的热点和重点已经转移到对无线视频监控系统的研究上来。虽然基于无线局域网的视频监控方案能够很好地解决有线视频监控携带不便的缺点，但依然摆脱不了在进行远程监控时有线网络覆盖和传输距离的限制。在对视频进行压缩方面，广泛使用的MPEG-4算法的压缩率仍然不能适应无线视频监控的要求。在这种情况下，笔者结合多年实际工程经验，提出一种基于3G无线网络是视频监控系统。使用Opencv采集视频数据，大大提高了系统稳定性和执行效率。通过采用具备更高压缩率的H.264算法对视频进行压缩，大大降低了视频帧的数据量，有效地解决了3G带宽资源有限的问题，具备显著的实际应用价值。在可覆盖性方面，采用3G无线网络比无线局域网效果更好。

一、监控系统的硬件设计

监控系统的硬件部分组成模块包括主控制板模块，视频采集模块和视频传输模块。USB摄像头构成系统的视频采集模块，根据控制指令对视频进行采集编码，然后将经过编码后的图像传输给主控制模块。系统主控制模块将从摄像头采集到的视频信息进行压缩编码处理，然后将视频流封装成RTP帧。系统3G传输模块负责传输封装好的视频数据。系统硬件架构如图1所示

为了提高系统的性价比和便携性，有别于一般视频监控系统采用的DPS&ARM架构，本系统采用高性能的ARM架构作为主控制模块。采用S3C6410作为主控制板模块的核心处理器。该处理器是三星公司在第二代ARM内核基础上开发的一个高性能处理器，广泛应用于多媒体信息处理，其运行频率高达667MHz。正是因为S3C6410具有如此优越的性能，使用该处理器可以高效地实现基于H.264算法的视频编解码，避免额外搭建用于视频编解码的硬件电路，因此大大降低了开发成本，提高了系统可靠性。

二、监控系统的软件设计

（一）搭建操作系统平台

基本的嵌入式运行环境是由设备驱动程序，Linux内核以及U-boot引导程序构成的，视频的采集，编码还有传输由系统的应用层负责。系统总体软件结构如图2所示。

图2 软件层次结构

内核和根文件系统是嵌入式操作系统平台的主要组成部分。本系统采用Linux2.6.32作为内核，作为一种应用广泛的开源操作系统，Linux具备裁剪方便和可移植性强等优点。只需适当裁剪和配置源代码，然后创建镜像文件将其下载到硬件平台就可以了。本系统的根文件系统是cramfs，作为一种简单的，可压缩的只读文件系统，它能大大节省内存空间，还能通过挂载yaffs文件系统实现写操作。

（二）采集视频数据

V4L是大多数传统嵌入式视频采集的主要方式，V4L方式的可靠性和采集效率都不高，因此本系统采用Opencv方式采集视频数据。Opencv(Open Source Computer Vision Library)是一种跨平台的计算机视觉库，广泛应用于数字图像处理，经BSD许可证授权发行，由英特尔微处理器研究实验室开发。可移植性强，稳定性高，开源高效是该视觉库的显著特点。因此采用Opencv进行视频数据采集就能够大大提高系统可靠性，节约开发成本和缩短开发周期。本系统使用Opencv采集到的视频图像都是RGB格式的，需要将其进行YUV格式的转换，然后进行压缩编码。

（三）压缩视频数据

H.264视频压缩标准是由MPEG（国际化标准组织运动图像专家组）和VCEG（国际电信联合会ITU视频编码专家组）共同组合的JVT（联合视频组）联合制定的。和其他视频压缩标准相比，H.264具备更优秀的图像质量和更高的压缩效率，因此其应用前景异常广阔，具备巨大的研究价值，是目前最流行的视频处理协议。

目前主要存在几种基于H.264的开源解码軟件，分别是中国的T264，法国的编解码器x264和德国的测试软件JM。通过对这三种编码软件进行比较，发现x264具备更高的实用性，能够显著降低编码的重负计算复杂度而不致使编码性能显著降低，去除了H.264标准中的那些计算复杂度高但编码性能低的新特性。考虑到本系统的操作系统平台是嵌入式平台，因此选择高效轻巧的x264方案。

（四）视频传输

传输压缩后的视频数据是通过3G网络连接因特网实现的。实时传输网络视频数据对于时延和传输丢包的要求比较高，因此需要通过配合使用实时传输协议（RTP）和实时传输控制协议（RTCP），以期同时提供Qos和实时传输数据服务。RTP作为一种实时传输协议，位于UDP和TCP协议之上，具备提供端到端传输服务的能力，在通过点播和组播实现实时数据的传输方面具有无可比拟的优越性。视频传输模块的主要功能是封装经过H.264算法压缩的视频流为RPT数据包，并通过周期性地接受和发送RTCP包进行反馈控制。封装单独的NAL单元是本系统采用的封装方案。首先，将视频流封装成RTP数据包，接着继续封装成UDP数据包，最后一步再封装成IP数据包，以期实现在网络中的传输。然后通过3G网将IP数据包传送到接收端。IP数据包到达接收端之后，接收端提取IP数据包中的视频流数据和RTP报头，以RTP报头含有的序列号为依据，在接收端缓存中存入视频流数据，以供解码器进行解码输出。具体的传输步骤如图3所示。

本系统RTP/RTCP视频传输的实现依赖于JRTPLIB库，这是一个开源的面向对象的RTP/RTCP协议栈。视频数据的高速传输可以通过该库提供的相应借口实现，能够大大缩短开发周期。下载JRTPLIB3.4.0代码，然后将其移植到Linux上，即可编码实现PC机和ARM之间的视频数据传输。主要实现步骤为初始化，发送数据，接受数据。

三、性能分析

本文进行的实验是在三星公司的S3C6410开发板上进行的，将应用程序烧写进开发板并运行，开发监控终端测试是在远程PC机上的Visual C平台上完成的，程序运行结果良好。

在实际应用中，通过测试不同格式图像的实际传输帧速，结果如表1所示。由表1可以看出，即使使用经典的CIF分辨率，在3G网络环境一般的条件下其传输帧速也能达到19FPS上下，实验结果满足视频监控的实际应用需求。

四、结论

本文设计了一个基于3G无线网络的嵌入式视频监控系统，采用H.264编码标准。该系统使用高性能的ARM2代处理器为自己的核心，以对采集到的视频数据进行控制，实现H.264编码，最后在3G网络中采用RTP协议实现H.264视频流的稳定和实时传输。经过实验测试，该方案的可行性比较高，处理后的视频质量较好。该系统能适应森林防火监控，移动平台和电力线路等多个应用领域，市场前景广阔，具备较大应用价值。

参考文献：

[1]李霞,陈麟,龙太新,肖杨利.3G网络视频监控在黄河防凌防汛中的应用[J].计算机安全,2010,6

[2]任守华,王胜华,刘士雷,蒋习旺.基于3G和H.264技术的无线视频监控系统[J].计算机应用研究,2010,4

[3]陈防震.3G技术在水利视频监控中的应用[J].科技资讯,2011,21

[4]赵胜男.3G无线视频监控业务发展状况及策略分析[J].电信科学,2010,9

[5]高成,周飞,周东翔,蔡宣平.基于3G网络的移动视频监控系统服务器端的设计[J].计算机工程与设计,2011,6

[6]申超,周兵.基于H.264的监控系统中手机客户端的設计[J].微计算机信息,2009,9

[7]沈海军,顾豪,朱春颖.H.264标准在实时监控系统中的应用研究[J].青春岁月,2011,6

基于3G通信技术的通信网络探究 篇4

随着科学技术的快速发展以及人们对生活质量需求的不断提高, 新一代的移动通信系统正在被广泛应用。自2009年1月7日起, 3G牌照正式在中国下发, 标志着第三代移动通信系统正式商业化运营, 自此我国进入了3G时代。人们通过使用通信能力和数据处理能力更强的3G终端设备, 享受着高速通信网络人性化的高质量服务。经历了第一代和第二代移动通信网络的发展, 3G通信网络的通信技术已经相当成熟, 这也使得3G通信网络被广泛应用在各个行业和领域。所以, 对3G通信技术的通信网络的研究对于学习3G系统构架, 以及其基础原理、接口技术等具有非常大的帮助, 同时对于3G通信系统适应多种环境、提供更大系统容量和更多业务等方面具有非常重要的现实意义。

2 3G通信网络

3 G (Third-Generation) 是第三代移动通信技术, 相对于只能传输语音模拟信号的第一代模拟制式手机通信以及增加数据接收功能的第二代手机通信而言, 3G无线通信网络与国际互联网络相结合, 能够高速高效地处理并传输图像、音乐、视频等多种媒体形式, 为人们提供网页浏览、电子商务、视频会议等多种信息服务。

和大多数的移动通信网络一样, 基于3G通信技术的通信网络由接入网和核心网构成, 2G通信系统作为3G通信网络的语音配套网络嵌入到3G通信网络中。这样的网络架构, 使得核心网络的骨干层专注于通信网络的大容量业务的调度、中继与传输, 接入层则负责覆盖各个区域的热点地区, 为3G终端设备提供网络接入端口, 而汇聚层处在骨干层与接入层之间, 为二者提供业务整合和汇聚功能。3G通信网络的金字塔形的传输网络分层建设, 不仅降低了网络建设成本, 而且使得我国的移动网络能够由低代的通信系统平滑地向高代通信系统演变升级。

3 3G通信标准

国际电信联盟ITU确定的3G标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和Wi MAX, 在我国作为三大移动通信运营商联通和电信的通信标准分别是WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000。

3.1 WCDMA通信网络

WCDMA通信技术继承了2G移动通信标准GSM的特点, 标准化高、开放型强, 它在物理传输层采用DS-CDMA多址技术, 根据不同的速率要求, 选择不同的CDMA扩频码片序列, 并将其与3G用户数据相乘来进行通信数据处理, 从而将用户信息扩展到信道较宽的传输带宽上。同时, WCDMA支持变速传输, 可传输速率根据移动速度不同从384k bit/s到2M bit/s不等, 也可以根据环境需求来选择上下行链路成对分配频率的FDD工作模式或上下行链路共享的不对称频谱的TDD工作模式。当前, WCDMA的商用网络已经占3G通信网络的70%以上, 在我国, 中国联通WCDMA3G通信网络在建设速度和网络规模上已经远远超过其他地区, 在我国3G通信网络建设和应用上占有很大的比例。

3.2 TD-SCDMA通信网络

TD-SCDMA是时分同步的码分多址技术, 是由我国大唐通信公司在无线传输技术RTT的基础上第一次提出的3G通信技术, 并与国际合作, 最终完成了CDMA TDD标准中的TD-SCDMA通信标准。TD-SCDMA灵活地融合了FDMA、TD-MA以及CDMA的传输方法, 将无线信道时域周期的TDMA帧再次分为几个时隙, 通过灵感改变上下行链路的转换点来实现3G通信网络内所有的对称和非对称业务, 并且自行解决各种业务中的资源分配问题。同时, TD-SCDMA引入了智能天线技术, 通过定向性降低小区间内由于频率复用产生的干扰以及提高频率复用率, 进一步提高信道容量, 提升了频谱效率。目前, 中国移动公司正在建设TD-SCDMA 3G通信网络, 依靠我国政府的大力支持以及自身独有的技术优势, 其将在3G通信网络中占有一席之地。

3.3 CDMA2000通信网络

CDMA2000是有通信带宽相对较窄的IS-95系统的CDMA (Code-Division Multiple Access) 通信技术发展而来的, 相对而言, CDMA2000拥有更宽的通信带宽。由于CDMA2000最早投入使用, 经过十多年的发展, CDMA2000已经成为一个拥有一些列字标准的体系结构。当前, 比较成熟的两个方向是优化网络容量和业务级别来增强数据业务能力的1x EV-D0技术, 另一个是同时集CDMA2000 1x和CDMA2000 1x EV-D0二者优势来同时增强数据业务和语言业务1x EV-DV技术。基于CDMA2000 3G通信技术的3G通信网络在全球范围内应用较为广泛, 在我国, 中国电信运营商正利用CDMA2000通信技术升级通信网络, 由于其宽带系统在我国互联网络通信中占有很大的市场, 强大的硬件基础、成熟的客户关系以及强大的客户经理团队等先天优势, 使中国电信在CDMA2000 3G通信网络应用上游刃有余。

3.4 3G通信网络通信标准比较

基于WCDMA、TD-SCDMA以及CDMA2000通信技术的3G通信网络因各自基于的通信技术不同, 在终端设备成熟度以及业务处理能力方面也不尽相同。就其设备成熟度而言, CDMA2000由美国提出制订, 最早投入使用, 其终端种类繁多, 使用频段在800MHz~1.9GHz, 用户可以根据自己需求来选择;WCDMA通信网络也在逐渐发展和扩大过程中, 终端设备类型根据网络的扩大而逐渐增多;而TD-SCDMA由于起步较晚, 无论在产品成熟度还是网络规划上, 都要落后于CDMA2000和WCDMA。就业务能力而言, 三者包含了基本的通信业务, 如语音业务、补充业务以及多种数据业务, 但是WCDMA和TD-SCDMA提供了多种业务生成机制, 可以使3G通信网络运营商快速地提供相关业务, 同时可以将其与基础网络相分离, 为第三方公司提供开放式的标准接口。由程序开发人员来完成业务的开发过程, 给第三方公司完成相关业务, 在整个过程中, 3G通信网络运营商只负责网络日常运行以及对提供的业务的组织与管理。基于CDMA2000的3G通信网络也有相关的业务生成的OSA理念, 但是其起步相对较晚, 比起前两者而言相对滞后。

4 结语

基于WCDMA、TD-SCDMA以及CDMA2000通信技术的3G通信网络在我国正在如火如荼地建设和应用, 也在不断地完善和提高。当然, 我国的3G通信网络通信机制也存在一定的缺点。当前的3G移动终端支持SGSN, 通过对终端业务类型分区和边缘标记, 并根据PDP分组数据协议完成3G终端的端到端Qo S自适应调节。这种端到端的传输结构, 使得3G网络的核心网丧失了网络重负载的预处理功能, 自身先进的处理功能没能得到充分应用, 并且缺乏有效的管理机制, 无法对3G用户盲目扩大自己的需求而增加网络负载的现象进行管理。这些问题的出现, 使得3G核心网在某种意义上成了与外部网络进行简单数据转换的“协议转换器”, 而并非真正的3G通信网络。所以, 我们要不断地提升3G通信网络的通信能力以及数据和负载处理能力, 让人们享受真正的3G时代, 真正享受高科技为我们带来的便捷。

摘要：本文着重于介绍基于3G通信技术的通信网络, 首先介绍了3G通信网络的基本特点和系统结构, 然后阐述了基于WCDMA、TD-SCDMA以及CDMA2000通信技术的3G通信网络的技术特点和在我国的应用情况, 最后就网络设备成熟度以及业务能力方面对其进行简单比较。

关键词：3G通信网络,WCDMA,TD-SCDMA,CDMA2000

参考文献

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[7]韩秀华.基于软交换的3G核心网络[J].黑龙江科技信息, 2011 (08) .

基于矿井3G的通信网络 篇5

关键词:GPS定位技术;3G网络;视频监控系统

中图分类号:TP277 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0051-02

由于传统模拟视频设备的发展已进入瓶颈阶段,暂无潜力可挖,因此,为满足更高的要求,系统就必须向数字化方向发展。数字信号具有频谱效率高、抗干扰能力强、失真少等模拟信号无法比拟的优点,同时也存在信号处理数据量大、占用频率资源多的问题,只有对数字信号实现有效的压缩,使之在通信方面的开销与模拟信号基本相同,它的优点才能表现出来,并具有实用性。在数字电视与高清晰度电视市场的拉动下,与数字电视相关的各种数字视频技术得到了迅速发展,相应的技术标准、算法及专用芯片,数字图像信号的摄取、处理、传输、记录等设备也得到广泛的应用。

一、基于GPS定位技术和3G网络的视频监控系统概述

(一)系统的构成

基于GPS定位技术和3G网络的视频监控系统主要由主中心调度系统、分中心调度系统、GPS智能终端等组成。主中心是整个系统的总控制中心,分中心调度系统实现对各分管区域的管理。GPS智能终端与主中心之间通过3G网络进行通讯。主中心与分中心调度系统之间可通过 Internet 或局域网实现数据通信。

(二)系统的功能和特点

1.实时远程视频监控。远程视频监控,这是远程监控系统最重要的功能,监控没有距离的限制,只要能够网络连接,就可以进行访问,设置传统模拟监控所无法比拟的。监控系统通过网络视频平台交换数据,系统客户端只要安装相关软件后,管理人员利用网络通信及授权密码就可以在监控中心、办公室以及远程异地等场所实现对各个监控点的实时图像的观察。

2.实时移动监控。前端视频采集设备安装在运钞车上,车辆开到哪里,现场图像就随即上传到中心系统,监控中心可随时掌握现场的情况,实现以往固定监控所不能实现的实时移动监控。对日常现金押运及突发事件的处理起到非常重要的第一手资料。

3.实时远程语音对讲。前端设备可外接拾音器和广播音响,除可以观看图像,还可以同步监听现场同步声音,必要时,可进行双向语音对讲。

4.用户分级管理。系统有完善的权限管理功能,用户登录时,根据用户名和密码实行分级管理,区分授权权限,对于不同的账号可以访问指定的监控图像,从而做到权责分明。

5.独有的视频流转发服务功能。各监控客户端通过中心流媒体管理服务器间接访问前端站点监控图像,可有效避免多用户同时监看同一站点图像引发的网络堵塞问题。

6.分布式计算机控制。系统由中心服务器软件平台、视频监控服务器和各级视频编码器组成,通过网络连接构成整个监控网。视频编码器独立完成某一区域的控制或实现某一控制功能,当系统要扩大规模时,只需在某一分中心的视频监控服务器增加管理一个监控点即可,所以监控点的多少几乎没有限制且不增加系统的复杂性,系统配置十分灵活,扩展性好,极易实现对较大区域的控制。

二、基于GPS定位技术和3G网络的视频监控系统的需求分析与设计原则

(一)系统的需求分析

基于GPS定位技术和3G网络的视频监控系统的需求主要体现在如下几点:

1.视频监控系统应覆盖到所有具有监控需求的地方,对其进行24小时实时视频监控,特殊区域还可以进行实时音视频监控;

2.在监控中心可以远程控制各个监控点的摄像机云台,实现变焦、变光圈、聚焦的控制,达到更大范围、更佳效果的监控;

3.在监控中心能够实时接收前端传统报警装置传送的报警信息。同时能够对以上所有视频信号进行长时间的音视频录像,网络上的计算机能够随时调看录像资料;

4.具备完善的安全级别控制,实现完善的安全策略管理。能够进入原有的安防监控系统等系统,实现更加灵活应用。

(二)系统的设计原则

1.标准化。视频监控系统就是要实现在光纤上的图像传输和共享。系统采用的产品均遵循视频协议和传输标准的要求。

2.可扩展性。由于用户以后的需求会不断发展,监控数量将随之扩大,只要增加前端设备和升级软件不用添加其他附加设备,以保证用户的投资。

3.易用性。软件使用界面良好,用户安装相应软件(客户端控件)后就可进行实现监控,完全智能控制,不用单独设置。

4.可靠性。首先,具有设计独到的视频流量管理功能,保证传输通畅;其次,实行操作权限管理,保证统一、规范管理;最后,系统具有自诊断功能。

三、基于GPS定位技术和3G网络的视频监控系统的设计

(一)系统的平台架构设计

首先,平台的架构采用多服务器的方式,服务器多使用主流的数据库;其次,平台具有报警自动连接功能,而且接入平台下的所有设备能够自动连接到监控系统进行工作;最后,平台软件的设计应满足实用性、兼容性、扩容性、可靠性等基本的网络管理要求。而且平台客户端软件具有良好的操作界面,要具有录像回放窗口、告警窗口、图像窗口、设备管理窗口等辅助界面。由以太网交换机组成一个视频监视局域网。在该局域网上连接有视频网关、视频网络控制服务器、管理服务器、视频客户机、视频解码器等设备。视频网关将输入模拟视频信号经压缩编码打包、成帧、统计复用,形成多路网络视频流在一个以太网接口输出;视频网关同时接收来自以太网的网络控制信号转换为控制编码信号,以控制一体化摄像机。

(二)前端网络接入方案设计

一般对监控区域安装的无线视频设备通过3G无线网络接入到视频平台,使用VPN专网传输,确保网络信息的安全。

(三)视频采集传输方案设计

视频采集设备主要是由相关的摄像机来负责视频信号的采集。视频传输主要是无线硬盘录像机将摄像机采集的视频图像压缩为数字信号后,通过无线网络传输到中心平台上来完成的。

(四)分布式结构设计

系统由中心服务器软件平台、各级MCU和视频编解码器组成,通过网络连接构成整个监控网。视频编码器独立完成某一区域的控制或实现某一控制功能,当系统要扩大规模时,只需在某一分中心的视频监控服务器增加管理一个监控点即可,所以监控点的多少几乎没有限制且不增加系统的复杂性,系统配置十分灵活,扩展性好,极易实现对较大区域的控制。

(五)传输模块的设计

摄像视频数据的采集主要采用采用的是V4L2接口。V4L2接口是Linux下开发的视频采集设备驱动程序规范。TVP5150驱动程序包含在Linux内核中,视频的采集程序基本流程,如下图所示:

四、结论

随着与计算机系统融合程度的强化,基于计算机网络的综合型全数字监控系统已应用在智能化建筑中,其范围涉及视频监控、防盗报警、门禁和电子警戒等子系统,应用的领域也由单纯的安全防范向生产管理、系统检测与监测等全方位扩展。基于GPS定位技术和3G网络的视频监控系统,以信息网络为基础,为相关部门提供视频监控、GPS监控调度。该系统在突发事件应急救援指挥、生产管理监控、日常管理监控、其它特殊情况的现场处理、控制和调度指挥中发挥了重要作用。

参考文献:

[1]冯国灿. 基于3G网络的车辆定位与视频监控系统设计[J].计算机测量与控制,2010(11).

[2]郭俊. 基于GPS定位及3G通信客运车辆监控系统设计[J].现代电子技术,2011(6).

[3]徐飞. 基于GPS定位及3G通信的网络视频监控系统的设计[J].长江大学学报,2009(16)

基于3G网络的视频监控系统设计 篇6

随着当今科技领域网络通信技术的快速发展, 对视频等多媒体信息的需求与日俱增, 能通过视频信息更为方便、快捷地交流与沟通, 加速了视频通信技术的发展。视频信息的安全关系到个人隐私以及企业的商业秘密, 而公用网络的开放性给视频信息安全保密性造成了威胁, 视频信息的高安全性传输是必须要解决的问题。

基于3G网络的视频加密传输技术综合了视频压缩编码技术、3G网络技术、视频加解密技术等, 是一种综合性技术。近年来, 3G网络技术已经成熟稳定地应用, 高速传输为无线网络视频监控提供了强力支持。由于视频压缩处理技术在逐渐改进, 压缩比不断提高, 使视频信号传输对网络带宽的要求不断降低, 画质的清晰度逐步提高。视频加解密以及网络信息安全技术为系统安全性提供了保障, 结合嵌入式、DSP以及智能图像分析技术等在视频监控中的全面应用, 使监控系统在视频质量、处理能力以及功耗等方面都得到了显著改善。

1 系统结构及工作流程

1.1 系统结构

3G视频加密监控系统弥补了有线网络视频监控系统的不足。当传输线路的有线网络被切断或者发生故障时, 能够通过无线网络传输来弥补。且监控前端能够在移动状态时完成监控工作, 从而对有线网络视频监控系统难以布局的区域进行监控。所以建立安全性、移动性较高的无线网络监控系统, 是对有线网络视频监控系统部署的完善。

基于3G网络的视频加密监控系统主要由三部分组成:网络传输子系统、监控前端子系统、后台监控子系统。其系统结构如图1所示:

监控前端子系统负责完成的主要工作包括:视频采集、压缩编码、加密、前端存储、3G网络传送等。视频数据的传输由网络传输子系统负责, 通过宽带网络将数据传送到后台监控子系统。后端监控子系统所负责任务包括:实时监控、视频数据的接收、解密、后端存储、检索、回放等。

后端监控子系统被隔离成为外网区域、监控区域和后处理区域三个不同安全等级区域, 由两种网络单向隔离设备来完成。外网区设备主要完成数据的接收功能, 包括:下载服务器、接入网关以及外网配置终端;监控域设备主要完成实时视频监控以及视频数据下载, 包括:原始数据存储服务器、监控终端以及配置服务器;后处理域设备主要负责视频数据的解密、存储及文件编辑处理等功能, 包括:后处理数据存储服务器、数据库服务器和后处理终端。

1.2 工作流程

前端设备预先写入密钥再向后端传输数据, 确保数据加密后传输。前端设备对监控摄像机的视频信号采样, 采用h.264双码流压缩编码, 通过高级算法加密;一路通过3G网络实时传输数据, 另一路在前端设备内存储数据;通过光纤将后端监控平台接入外网, 从网络端口接收由前端发送过来的加密数据;利用流摆渡设备将数据从外网摆渡到监控平台完成实时监控;同时自动下载前端设备中存储的高质量视频文件, 可以对监控区域的视频文件点播下载;利用文件单向摆渡设备将加密视频文件单向摆渡到后台, 由后处理平台自动实时解密、格式转换和分类存储。用户按照授权检索材料、回放以及信息统计。

2 系统主要功能模块设计

2.1 监控前端模块设计

系统为了解决3G网络拥塞而带来的实时视频数据的丢失问题, 因此, 对加密后的视频数据采用双码流输出。其中, 一路视频数据采用的是前端设备存储、后台下载的方式, 而另一路所采用的实现方式是3G传输模块的实时传输。

网络视频的实时传输对实时性要求非常高。实时传输不仅是出现的时延非常小, 而且最后得到的信号与初始信号的顺序以及时序也必须完全相同。互联网中多媒体数据流采用RTP实时传输协议, 主要提供时间信息, 以便实现多媒体数据流的同步传输。RTP有两个关键特性:第一是RTP有一个时间戳, 使得接收方可以控制回放;第二个特性便是每个分组包含一个序号, 使得接收方能够分辨出数据丢失或无序交付。RTP本身不含确保传输实时性与质量的机制, 而RTP以及RTCP的结合使用便可解决这一问题。RTCP协议会随着RTP协议运行而运行。服务器利用周期性RTCP分组数据中含有的当前已发送分组数据量和丢失分组数据的数量等信息, 改变传输速率。因此, RTCP以及RTP结合使用, 对提高实时数据的传输效率具有一定的作用。RTP对数据传输服务的可靠性并没有要求, 一般采用UDP传输。通过RTCP与UDP配合使用, 使传输效率最优化。

为确保数据的保密性, 系统采用加密性能较好的非对称加密算法, 即SM2加解密。其加解密过程如下:前端设备在向后端传输数据之前预先写入由后处理平台生成的公钥。

公钥由后处理平台随机产生, 并通过软件导出, 如图2所示:

把公钥从后处理平台取出, 然后拷贝到前端设置于计算机内。前端设备连接该计算机进行设置时, 将公钥上传到前端设备进行保存。视频数据经编码后必须使用公钥加密才能进行传输。用于实时传输的视频数据以及存储在前段的以便于下载的高质量视频数据, 均使用动态随机公钥加密。其中, 前端加密时使用硬件或者软件进行加密均可。鉴于监控视频的高实时性要求, 因此系统采用集成专用加密芯片, 不但保证了视频传输的实时性, 同时保证了数据传输的安全性。后端解密时使用私钥解密。私钥由后处理平台生成, 生成之后写入USB-key中。后处理平台操作时, 需插入USB-key。为了使得监控视频的实时性得到保证, 后端采用的解密算法为法卡解密算。数据安全性的实现方式为每次不同的工作任务中均生成新的公私钥对, 不使用已存在的密钥。

2.2 网络传输模块设计

视频采集模块主要由视频A/D、同步逻辑控制、视频数据处理器构成。逻辑产生单元输出同步控制信号, 为保证视频处理的实时性, 使用视频处理专用芯片和高速DSP完成。在监控系统中, 通常安装多个摄像机, 视频采集端要多个模拟视频输入接口同时输入视频信号, 由视频采集模块完成视频信号的多路采集, 实现多点监控。

视频压缩编码采用最先进的H.264算法以及高性能的DSP处理器, 可动态设置视频分辨率、帧率和码率等;采用双码流输出, 一路通过内网传输至3G传输模块, 另一路传输至前端存储设备, 实现本地存储和网络传输分别处理。

使用3G网络视频服务器, 实现3G网络适配与传输功能。监控前端子系统通过3G模块与后端监控子系统建立通信链路;后端监控子系统发送控制命令给前端3G模块, 启动视频传输;3G模块向后端监控子系统的接收模块发送视频数据。通信过程中, 后端向前端反馈网络状况, 以便进行速率控制。

2.3 数据及系统安全设计

通过3G及IP网路传输视频数据, 为防止数据及网络系统遭到攻击, 要从网络架构、业务应用等多层面提供多种安全机制, 构建高度安全网络。

前端视频数据加密存储到SD卡上, 采用专用的自定义格式文件系统。在windows上使用专用软件才能看到SD卡文件, 避免无关人员看到信息。后端监控子系统被隔离成为外网、监控和后处理三个区域, 依靠流摆渡设备实现监控区域的安全性, 该设备只允许外网数据进入监控区域;后处理区域依靠文件摆渡设备实现安全性, 文件摆渡设备确保前端设备上线信息以及视频文件数据在后处理区域只进不出, 保证了后处理区域中数据的绝对安全;监控区域不保存涉密信息, 视频数据不解密, 直至摆渡到后处理平台时自动实时解密、格式转换以及分类存储;数据摆渡到后处理区域后自动删除, 按照安全防护的要求, 主要在外网配置终端加装边界防护、入侵检测系统以及各类防病毒软件, 以减少网络入侵。

3 结束语

3 G网络视频加密监控系统的功能需要进一步完善, 利用智能图像分析, 进行针对特定图像的自动识别以及报警。经过特殊授权, 可采用移动后端设备实现后台监控功能, 并配合语音传输, 实现音视频同步实时传输。采用多SIM卡绑定, 多模传输方式同时传输数据, 可进一步提高3G传输的视频质量。4G移动通信技术正在逐渐普遍应用, 其实施符合移动通信发展趋势, 能够充分满足用户对高速数据以及多种业务的需求, 将对移动视频监控起到较大推进作用。

摘要：文章以3G移动通信原理为基础, 深入研究视频压缩编码、加解密以及网络传输等关键技术, 完成设计3G视频加密监控系统的关键部分。为进一步完善3G视频加密监控系统方面的设计、工程应用和现有产品优化升级提供理论参考, 以便在系统工程建设中有效地解决实际问题。

关键词：3G网络,视频监控,加密传输

参考文献

[1]乔索.3G与移动多媒体传输技术的发展及其在视频监控的应用[OL].慧聪安防网, 2009.

[2]徐玉波.3G与安防技术结合应用的探索与研究[J].中国安防, 2010.

基于3G网络的安全审片系统 篇7

审片在电视行业中一般是指新闻成片从记者编辑完成到最后播出的过程。由于传统模式审片需要审片人固定在电视台内部某个特定的区域进行,限制了审片人的时间和工作,同时也严重限制了节目的审查时间。虽然目前已有一些基于外网的审片系统[1,2],但其安全性却缺乏相应的机制来保障,或者不够充分,一般是将节目加密后下载到审片终端,再由终端解码后进行节目审查。这种安全机制必须进行文件的整体搬移,同时密码不容易实时更新,容易被截获和破解。

本文设计了一种基于Https的实时在线视频审片模式,将MPEG-2视频转换为H.264格式后通过3G网络发送到手机上,并建立一系列安全设置保证审片和相应数据的安全。

1 视频编解码

电视台内存储的MPEG-2格式视频体积过大,不适合使用3G网络传输,因此需要将其转换为H.264格式。常用的转码算法有级联像素域转换编码(CPDT),此算法先对视频完全解码,在像素域进行空间或时间的重采样,再重新编码。这种方法由于对宏块数据的运动矢量和编码模式都重新做了计算,因此重建图像质量高,但是转码效率低,难以达到审片系统技术的要求。另有压缩域处理算法(CDP),直接处理压缩域数据,相比CPDT效率较高,得到了广泛应用,但也有诸多困难:1)H.264定义了7种宏块模式[3,4],转码时需要对这7种模式分别测试编码效率,运算量巨大;2)H.264提出了1/4像素运动估计的方法,以提高进度,但也因此需要对MPEG-2中的运动矢量重新搜索;3)H.264采用4×4大小的整形变换代替MPEG-2中8×8大小的DCT变换,因此无法按照传统压缩域视频处理方式在DCT域进行运动补偿等操作。

为解决上述困难,本文采用了如图1所示的转码算法,图中的输入为MPEG-2码流,输出为H.264码流。

在图1中,整个算法在压缩域完成,然而H.264采用4×4大小的整形变换代替MPEG-2中8×8大小的DCT变换。为了在压缩域正确完成转码而不增加额外的计算量,在帧内编码时使用DCT-to-PEL结构完成MPEG-2与H.264之间变换模式的转换;在帧间编码时使用DCT-to-DCT结构完成MPEG-2与H.264之间变换模式的转换。进一步在帧内编码时同样使用DCT-to-DCT结构完成MPEG-2与H.264之间变换模式的转换,可省略图1中帧内预测的计算开销。

为解决遍历宏块模式导致的运算量过大的问题,可以利用转码前后码流数据的相关性预测H.264的宏块模式。由于手机审片对分辨力要求不高,因此转码时会将MPEG-2视频的水平和垂直分辨力各降低一半,这样MPEG-2中的相邻4个宏块对应H.264的1个宏块,转码前MPEG-2码流可提供的特征数据有块模式、MV、SAD。而转码后通过统计计算所获得的H.264码流的特征数据有块模式、MV。通过分析、比较所有这些数据,选择其中取值相对较大的数据作为关键影响因子,通过这种方法减少转码时间,提高了转码效率,与此同时又不会对PSNR以及主观性能造成很大的影响。

2 安全设置

该系统通过一系列加密和安全设置保证审片的安全性,安全设置主要包含以下4个方面:

1)设立中心服务器:中心服务器设置在内网中,并提供公网接口,主要负责MPEG-2到H.264的转码、视频的加密与发布以及审片意见的接收。

2)对审片终端的证书认证:在审片终端安装证书,证书根据终端的序列号的哈希值生成,具有唯一性,离开本机即失效。

3)视频流的加密发布:对视频流采用AES算法[5]加密。

4)审片意见的加密返回:终端采用证书公钥对由审片意见、随机数、时间戳组成的字符串加密后返回中心服务器。

2.1 中心服务器

中心服务器的设立隔离了内网和外网的数据,提高了安全性,且兼容原有审片系统。中心服务器分为转码模块、发布模块、通信模块、密钥库及证书认证中心4部分组成。中心服务器的结构如图2所示。

中心服务器接收到从电视台内部节目制作中心发送来的MPEG-2视频后,首先由转码模块将MPEG-2视频转换为H.264视频;此视频存放在中心服务器硬盘上,由发布模块以Https方式发布;通信模块负责与审片终端的交互通信以及接收返回的审片意见;返回的审片意见经解密后存放在电视台内部数据库。

2.2 终端认证

终端为智能手机、PDA或笔记本或计算机,在终端上安装数字证书,证书使用Openssl生成,Openssl是一个开源的加密工具,可以生成私钥和签发X.509证书。

对终端的认证采取如下步骤:

1)终端试图登录系统时,服务器将随机数和时间戳组成的字符串使用私钥加密后,发送到终端;

2)终端使用证书解密上述字符串;

3)终端将用户名密码随机数和时间戳组成的字符串使用证书加密后发送到服务器;

4)服务器解密此字符串并验证通过后,终端才可登录系统。

在服务器端设置有时间窗口,若时间戳与当前系统时间差大于此窗口,则丢弃数据包。此时间窗口设置得越大,则对网络的延迟性容忍度越高,设置得越小,则对窃听和伪造数据的防范性越好。

对审片意见的加密同样要通过以上步骤。

2.3 AES算法

2.3.1 加密算法

现在常用的加密方法分为对称加密和非对称加密两类。对称加密的加密和解密采用同样的密钥,解密即加密的逆运算。这类加密的安全性基本依赖于密钥长度,相比非对称加密安全性较差,且密钥管理困难,但优点是计算速度快。非对称加密使用两个密钥:公钥和私钥,分别用来加密和解密。这类算法安全性高,密钥管理简单,但算法较为复杂。为减少运算量,本系统对流媒体传输采用AES对称加密算法。

AES即高级加密标准,又被称为Rijndael加密法,是现在对称加密最流行的算法之一,由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计。参考文献[5]对算法做了详细描述。加密算法由以下部分组成:1)一个初始化的圈密钥加法;2)Nr-1圈变换,Nr为圈数;3)最后1圈变换。

用C伪代码表示如下:

2.3.2 解密算法

对称加密算法的解密算法就是加密算法的逆运算,解密算法用C伪代码表示如下:

3 实验结果

本实验在Windows Mobile手机、Android手机和i Phone上都作了测试,均可正常运行。视频分辨力为CIF(352×288),帧率为15 f/s(帧/秒)。服务器使用英特尔至强双核处理器,Ubuntu9.04操作系统。实验使用的网络为电信CDMA2000。对审片系统共进行了6次延时测试,结果如表1所示。

实验共进行了6次4.5 h测试,大部分时间播放流畅,延时为2~3 s左右,偶尔会出现缓冲,缓冲后延时会增大到约6 s。对于对延时没有很严格要求的审片系统来说,这一性能可以满足要求。

使用笔记本式计算机访问审片系统。笔记本式计算机上已经安装了数字证书,连接时要求确认证书,如图3所示。点击确认后,则终端与服务器间的通信都是经过加密的。

4 结论

该文实现了一种安全的外网审片系统,大大提高了审片的效率,且通过多种认证和加密手段保证了系统的安全性。该系统已经在南京电视台试运行,且在Windows Mobile,Android,i OS上都可正常运行,实现了跨平台的应用。

摘要：为了解决传统审片效率低的问题,提出一种基于3G传输的安全的外网审片系统。介绍了视频转码和加密技术,以及中心服务器的结构,并提出可利用多种加密与认证措施,将转码后的视频通过3G发送到手机上以供审核。测试结果显示该系统运行良好,延迟在可以接受的范围内。

关键词：转码,数字证书,AES加密算法

参考文献

[1]姚威,邓伟,史鹏程,等.一种网络化文件化数字媒体节目审片系统:中国,200910305534.4[P].2010-02-17.

[2]李向坤.基于3G公用网的广播电视新闻采集传输系统研究[J].中国传媒大学学报:自然科学版,2009,16(2):78-82.

[3]毕厚杰.新一代视频压缩编码标准[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[4]PURI A,CHEN Xuemin,LUTHRA A.Video coding using the H.264/MPEG-4 AVC compression standard[J].Signal Processing:ImageCommunication,2004,19(9):793–849.

基于矿井3G的通信网络 篇8

随着TD-SCDMA网络的快速发展, TD-SCDMA网络与GSM网络已形成共同组网的情况。TD网络的显著优势之一, 就是可以为用户提供高速的数据业务。在TD用户量实现快速增长的同时, TD用户的语音业务占用了大量的网络资源。为使TD网络更好地服务于数据业务用户, 本文提出了基于语音业务的2/3G互操作方案, 以实现2G网络承载3G用户的语音业务, 使TD网络更好地发挥网络优势, 并对该方案对网络的影响及用户感知进行了测试分析。

2 基于语音业务的2/3G互操作方案

TD-SCDMA与GSM系统基于语音业务互操作实现方案如图1所示。RAB Assignment Request消息或RAB Assignment Response消息后, RNC判断业务为AMR12.2k语音业务, RNC则下发异系统3A/3C测量控制消息, 待收到终端测量报告后发起Relocation Request消息, 进而发起异系统切换流程。

3 网络参数配置

该2/3G互操作方案进行测试时, 测试区域内TD、GSM小区配置互为邻小区。相关基于业务类型/覆盖质量互操作参数以及无线网和核心网参数配置如下。

3.1 无线网参数配置

(1) GSM异系统重选参数统一配置为:Qsearch_I=7 (一直测量) , TDD_Qoffset=5 (>-90d Bm) ;

(2) 基于业务类型互操作参数配置:

1) 3C测量控制:CS业务异系统门限<-95d Bm, GSM测量迟滞<320ms;

2) 3A测量控制:CS业务本系统门限>-50dbm, CS异系统测量门限<-95d Bm, GSM测量迟滞<320ms;

基于业务切换参数配置主要包括RNC级参数与小区级参数两部分, 需要修改的参数见表1。

3.2 核心网参数配置

CN版本支持RAB指派消息中支持“Service Handover”参数功能;CN关于重定位的配置数据完整。核心网参数修改前后信令有所变化。

核心网参数修改后, 在RNC侧开启基于业务切换开关, 终端发起业务后, 会切换至GSM网络, 信令流程与参数修改前一致, 但是其中RAB ASSIGN-MENT REQUEST里面携带了Service Handover信元。其IE值为handover-to-GSM-should-be-performed, 协议中定义Service Handover信息, 表明请求的RAB是否应该、不应该或不允许执行系统间切换到GSM。该信元取值包括:

(1) Handover to GSM should be performed:标识该业务向GSM切换优先高于TD切换;

(2) Handover to GSM should not be performed:标识该业务向GSM切换优先级低于TD切换;

(3) Handover to GSM shall not be performed:标识该业务不向GSM切换。

如果RAB指派中不包含Service Handover信元, RNC则默认为Handover to GSM should not be performed, 标识该业务向GSM切换优先级低于向TD切换。

4 测试数据分析

4.1 测试方案

为分析该2/3G互操作方案开启前后对网络和用户感知的影响, 在进行语音业务测试时, 分别对TD-TD、TD-GSM、GSM-TD三个场景制定测试案例。

(1) AMR语音MMC测试 (TD-TD)

1) 预置条件

TD-SCDMA与GSM系统具有相同的PLMN号, 用户卡需签约3G和2G业务。设置TD-SCDMA Cell A与GSM900 Cell B为相邻小区;双模终端支持GSM和TD-SCDMA间的小区重选;网络侧存在TD-SCDMA Cell A和小区GSM900 Cell B;Cell A和Cell B地理上和逻辑上均为相邻小区。

2) 预期结果

方案开启前, 被测终端在Cell A中开机驻留在3G小区, 终端作MMC主叫, 呼叫建立成功后, 语音业务保持10s后挂断。通话正常进行, RNC未启动业务类型切换流程, 并未发生掉话现象。

方案开启后, 被测终端在Cell A中开机驻留在3G小区。TD-SCDMA小区配置1个R4载波, TD-SCDMA语音业务承载于R4载波, 被测终端作MMC主叫, 主、被叫两终端均进行切换, 切换后通话正常进行, 通话保持10s后挂断, 未发生掉话现象, 挂机后终端空闲态重选至TD小区。

(2) AMR语音MMC测试 (TD-GSM)

1) 预置条件

TD-SCDMA与GSM系统具有相同的PLMN号, 用户卡需签约3G和2G业务。设置TD-SCDMA Cell A与GSM900 Cell B为相邻小区;双模终端支持GSM和TD-SCDMA间的小区重选;网络侧存在TD-SCDMA Cell A和小区GSM900 Cell B;Cell A和Cell B地理上和逻辑上均为相邻小区。

2) 预期结果

方案开启前, 被测终端在Cell A中开机驻留在3G小区, 令被叫终端位于GSM900小区。终端作MMC主叫, 呼叫建立成功后, 语音业务保持10s后挂断, 通话正常进行, RNC未启动业务类型切换流程, 并未发生掉话现象。

方案开启后, 被测终端在Cell A中开机驻留在3G小区。TD-SCDMA小区配置1个R4载波, TD-SCDMA语音业务承载于R4载波, 被测终端作MMC主叫, 主叫终端进行切换, 切换后通话正常进行, 通话保持10s后挂断, 并未发生掉话现象, 挂机后终端空闲态重选至TD小区。

(3) AMR语音MMC测试 (GSM-TD)

1) 预制条件

TD-SCDMA与GSM系统具有相同的PLMN号, 用户卡需签约3G和2G业务。设置TD-SCDMA Cell A与GSM900 Cell B为相邻小区;双模终端支持GSM和TD-SCDMA间的小区重选;网络侧存在TD-SCDMA Cell A和小区GSM900 Cell B;Cell A和Cell B地理上和逻辑上均为相邻小区。

2) 预期结果

方案开启前, 两被测终端在开机分别驻留在GSM小区和TD-SCDMA小区。主叫终端驻留GSM小区, 令被叫终端位于TD-SCDMA小区, 终端作MMC主叫, 呼叫建立成功后, 语音业务保持10s后挂断, 通话正常RNC未启动业务类型切换流程, 并未发生掉话现象。

方案开启后, 主叫终端开机驻留GSM小区, 被叫终端开机驻留TD小区。TD-SCDMA小区配置1个R4载波, TD-SCDMA语音业务承载于R4载波, 被测终端作MMC主叫, 被叫终端进行切换, 切换后通话正常进行, 通话保持10s后挂断, 并未发生掉话现象;挂机后被叫终端空闲态重选至TD小区。

4.2 测试结果分析

根据测试案例中方案开启前、后记录的数据, 对呼叫接入时延、接通率、掉话率、切换成功率进行分析比较。

(1) 接入时延分析

网络性能测试时, 通过信令消息中的起止信令:Rrc Conn Req-->Alerting记录主叫振铃时延。通过该2/3G网络互操作方案开启前、后的多次测试, 对接入时延进行分析 (表2、3) 。

通过以上数据分析, 在该2/3G网络互操作方案开启后, 呼叫接入时延较开启前接入时延要长, 但通过三个场景的测试分析发现:呼叫接入时延较开启前平均增长小于0.5秒, 用户感知接续时长将不会明显增长。

(2) 网络KPI指标分析

2/3G网络互操作方案测试时, 通过提取TD现网中15个小区忙时10:00-15:00的数据, 以分析该方案开启后对网络KPI的影响 (表4、5) 。

通过以上分析可知, 该方案开启前、后2/3G网络的切换次数明显增多, 开启后的切换次数为开启前的4倍, 但对切换成功率和网络接通率、掉话率几乎没有影响。

5 结束语

TD-SCDMA的网络发展将面临网络覆盖逐步完善、网络干扰控制、2/3G两网一体化优化等问题, 运营商必须在不断完善网络覆盖的基础上, 从2/3G互操作优化两个方面做好不同时期的网络规划工作, 不断提高TD-SCDMA的网络质量;提出符合网络实际的优化方案, 从而达到平衡网络指标、提升用户感知度的最终效果, 提高TD-SCDMA网络的核心竞争力。

参考文献

[1] 3 GPP Technical Specification 24.008;Mobile radio interface layer 3 specification.

[2] 3GPP Technical Specification 25.413;UTRAN Iu Interface RANAP Signaling.

[3] 李世鹤.TD-SCDMA第三代移动通讯标准[M].北京:人民邮电出版社, 2003

[4] 卡拉宁, Laurilaitinen, 李安平.3G技术与UMTS网络[M].人民邮电出版社, 2008

基于矿井3G的通信网络 篇9

目前已经有的3G智能手机的运行平台BREW被广泛地应用到3G手机中, 也是到目前为止唯一一个可以安全满足运行平台需求的技术, 还可以连续地应用在任何的网络设备中。

无线网络是计算机网络和无线的网络通信技术相互结合的, 利用对电磁波进行的数据信息交换, 从而实现了传统的有线网络的信息功能, 无线网络的技术与传统的互联网网络相比, 具有比较强的灵活的性质, 无线智能网络的移动通信范围不会受任何环境的影响, 是以第三代无线通信技术为基础快速发展起来的。

2 无线网络安全的威胁

2.1 个人信息的泄漏

手机携带方便, 手机的内存中存有大量的个人信息, 例如电话号码、照片、个人信息等资料都会在手机中以文字的形式进行存储, 是根据现有的计算机进行存储的格式, 但是还没有进行网络的加密保护, 绝大部分的手机开机并没有限制, 短信和邮件在手机中不需要任何的形式就可以认证, 并且向网络发送。所以, 个人的信息或者是重要的资料很容易就会被别人知道, 可能会以短信和邮件的方式向他人泄漏, 给个人或者是公司造成一些损失。

部分3G手机对保密的资料进行了保护, 但是在无线智能网通信系统当中还是会根据W E P的密码密钥进行网络的保护加密, 在对于传统中的无线网络安全保护的过程中可能也会出现个人信息外泄的现象, 但是对于手机存储空间的特殊要求, 信息安全还是很严重的。

2.2 3G手机中的病毒威胁

随着3 G智能手机网络时代的不断进步, 智能电话的数量不断增加, 3G手机也逐渐地成为手机病毒感染的目标, 但是在实际的情况中, 首要的目标将要对准新型的信息平台, 手机病毒的趋势在逐步地扩张到3G智能手机中。全国数以万计的智能手机已经在无线网络的病毒影响下日益地发生改变。大量的3 G智能手机很有可能会被网络中某种形式的病毒侵害, 使手机不能正常地运行。更严重的, 与一般的网络PC机有区别的是, 3 G智能手机至今还没有一个比较成熟的病毒的手机防火墙, 并且对手机病毒进行扫描的程序, 连接一个不安全的无线网络, 可能会致使病毒的迅速传播。

3 无线网络安全的解决措施

3.1 手机硬件的设置与手机防火墙

3 G智能手机是一种特殊的无线网络设备, 智能手机和普通的PC机进行比较都有一个共同的特点, 就是可以根据设计网络开关的硬件上的设备进行设置, 在设备的阻拦上有阻止服务攻击的性能, 与此同时, 还可以在硬件的设置上对手机的内部存储和R A M进行处理, 进而防止缓存信息流出等问题的出现。除了在手机软件上安装防火墙设置之外, 还可以在无线网络的访问点 (A P) 上设置防火墙功能, 这样的方法与传统的关网是一样的。

3.2 手机软件设置防火墙

手机的防火墙和PC机上的防火墙类似, 都可以有效地对病毒和黑客的攻击进行拦截, 这也是解决手机病毒入侵的有效方法。由于手机硬件的处理器、R A M的大小和内存的限制, 目前为止一直没有专门的手机防火墙软件, 给多数的手机用户留下了安全隐患。但是伴随着3G时代的到来, 3G手机实现了这一愿望, 手机硬件的处理器在速度上有所提升, 手机的内存也在增加。当前, 手机的防火墙并没有出现, 主要原因是手机的防火墙的移植性比较差, 这也就决定了手机在防火墙的设计上由手机的厂商来实现。二手机防火墙开发的成本对手机的制造商来讲是巨大的, 所以这也是致使手机防火墙软件发展缓慢的重要因素。

3.3 数字签名

数字签名是服务器的安全机制, 其主要的功能和传统的签名一样, 它可以在签名者违反合同的情况下使某种业务被作为证据, 防止抵赖, 数字签名技术通常采用的是公开密匙密码的方式, 使用户通过自己的私钥将信息进行加密保护, 并将信息和签名一同传递给验证方, 验证方通过签名进行验证。因此任何人都可以通过验证的方式进行数字签名。

4 结语

在高速变化的网络技术中, 我们应该保持高度的警惕性, 智能手机的手持设备对无线网络的安全上的影响是不可忽视的, 所以我们要想有一定安全的信息网络, 不仅在手机软件的开发设计方面上要注意, 更重要的是要对信息安全资源进行管理, 尤其是定期地检查、变更管理, 使网络信息安全。没有任何设施是绝对安全的, 只要我们在管理方面不断地努力, 就会获得安全的信息。

参考文献

[1]Peikaric, FogieS.无线网络安全[M].北京:电子工业出版社, 2004

基于矿井3G的通信网络 篇10

关键词：煤矿 渐进神经网络 煤与瓦斯突出

1 概述

对于煤矿各煤层的煤与瓦斯突出危险性的区域预测，一般是先确定突出危险性参数，建立一个初步的预测模型，然后根据该矿区已经发生的煤与瓦斯突出事故的情况来不断验证，直到得到合理的区域预测模型，这样整个区域预测模型的建立需要做大量调试，耗费很长的时间。

本文尝试利用渐进神经网络的特点，建立利用结果反求矿井的煤与瓦斯突出危险性区域预测模型，使得建立的模型能更加适合不同矿井发生煤与瓦斯突出的实际情况。此外，还能大大减少模型调试所消耗的大量时间[3]。

2 关于建立煤与瓦斯突出区域预测模型的分析

目前为止，国内外对影响煤与瓦斯突出参数的问题进行了很多研究，而随着力学、动力学理论等学科的发展，分析矿井煤与瓦斯突出是如何发生的方法也越来越多。在众多的突出理论中，能让从事该行业的绝大多数人认同和接受的就是综合假说。

综合假说的主要理论是：煤与瓦斯突出是矿井中一种极其复杂的动力现象，它包括三个因素：地应力、高压瓦斯和煤的结构性能，它的发生是三个主要因素综合作用的结果。

从能量转换角度分析，突出的能量来自煤岩体弹性弹性潜能和煤体中的瓦斯膨胀能，这些能量在突出过程中主要转换为煤体的破碎功和碎煤在巷道中的移动功等。因此，在由煤岩层和瓦斯组成的这样一个力学系统中，就有四种相互作用和相互转化的能量体系，它们之间的消长关系够长了煤与瓦斯突出全过程的能量条件。当煤岩体弹性潜能和煤体中的瓦斯膨胀能大于煤体的破坏功和移动功时，就发生煤与瓦斯突出，否则就不发生。

3 基于渐进神经网络的煤与瓦斯突出危险区域预测模型的建立

神经网络是由大量的神经元相连接的网络，针对影响煤与瓦斯突出的地应力、瓦斯压力、煤体结构的复杂关系，通过对渐进神经网络的训练、控制和识辩可以反求到影响不同矿井对煤与瓦斯突出影响的参数及其权重值[2]。

基于地应力、瓦斯压力、煤体结构参数反求流程如图1所示。假设模型的各项参数为某一组数值，可以仿真得到相应的突出参数的神经网络的初始训练样本，将各种参数值Xm输入神经网络，即可反求得到对于的参数Yi，并将其作为煤与瓦斯突出的影响参数，可以得到影响参数的计算值Xn。如果计算值Xm和测量值Xn偏差超过许可误差，必须重新选取样本，对神经网络在训练，直到计算值Xm和测量值Xn的偏差在许可范围内，即为反求得到的煤与瓦斯突出影响参数Yj。

神经网络模型的结构，需要根据具体求解问题的复杂程度决定[3]。图2为煤与瓦斯突出影响参数反求的神经网络结构，神经网络由可能代表影响煤与瓦斯突出因素的N个输入单元组成输入层，网络的输出层由实际代表影响煤与瓦斯突出的M个单元组成，网络还包含一个隐含层。通过神经网络可以建立影响煤与瓦斯突出因素的非线性关系：

神经网络的训练，就是根据训练样本来计算权值矩阵W，根据求出影响参数及权值矩阵计算煤层的突出危险性程度。神经网络训练以后，不管实际问题怎么复杂，神经网络都可以快速的计算输出变量，因此，神经网络是适合用于煤与瓦斯突出危险性区域预测模型的建立的。

4 结论

本文应用反求的思想，从满足预测的观点出发，通过建立渐进神经网络的方法来反求满足不同矿区实际情况的突出危险性区域预测模型，从而反求出影响不同煤矿的煤与瓦斯突出危险性的影响参数，从而避免了建立煤与瓦斯突出危险性区域预测模型过程中繁杂的调试过程，缩短了该模型建立过程，并使得区域预测模型具有较好的针对性及预测效果。

参考文献：

[1]候媛彬，杜京义，汪梅.神经网络[M].西安电子科技大学出版社.

[2]张青贵.人工神经网络导论[M].中国水利水电出版社.

[3]刘海波，施式亮等.人工神经网络对矿山安全状态的评判能力分析[J].安全与环境学报，2004（5）：69～72.

[4]胡千庭，邹银辉等.瓦斯含量法预测突出危险新技术[J].煤炭学报，2007（3）：277～280.

[5]魏风清.煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[M].2010.

基于矿井3G的通信网络 篇11

关键词：3G,VFW,H.264,远程监控,无线视频传输

现有的远程监控系统在实现原理上大致分为两类,一类为基于传统Internet的有线式远程监控系统,另一类为基于GSM等无线移动网络的监控系统[1],后者在工程造价、产品维护和市场前景上有绝对的优势。但现有的无线监控设备功能相对单一。随着3G等高速无线网络的普及,基于无线网络的综合监控系统将成为新的研究热点。“远程无线综合监控系统”正是利用了无线网络,实现对多个分散的远程地点的综合监控,如视频、温度、电气设备使用情况等。还可以根据需要增加如湿度监测等其他监测。由于其具有良好的适应性以及相对低廉的价格,易于进行推广,有广阔的市场前景。

1 系统整体设计

本系统采用两台计算机分别作为客户机和服务机,服务端由服务机及以单片机为中心的各个控制模块组成,包括摄像头采集图像模块、云台控制模块、无线发送和接收模块及现场监控模块。现场监控模块具有温度采集、人体红外检测、电气设备通断控制和声光报警功能。现场监控模块与服务机之间通过无线传输模块进行数据传输,使现场监控模块不受服务机位置的限制,而且可为多个,分别监控不同地点的数据。服务机接收到图像信息、温度和红外等数据后,将其压缩打包,通过3G网络发送给客户机。客户机接收到图像后通过双线性内插算法对图像进行呈现,并实时显示被检测环境数据,如绘制现场温度曲线、电气通断状态、有人进入时报警等,而且能远程控制现场电气的状态。系统整体框图如图1所示。

2 服务机编程实现

2.1 MFC程序构架

远程控制端MFC程序框架如图2所示。

2.2 现场采集端程序构架的实现

图像采集使用数字视频软件开发包VFW(Video for Windows)提供的图像采集接口函数:

为了实现图像的实时传输,必须减少发送图像的冗余信息,本系统的图像编码和压缩使用H.264编码图像[2],远程监控端通过注册回调函数,在采集到一帧图像后调用回调函数,在回调函数中调用图像压缩函数进行图像的编码压缩。

3 客户机编程实现

3.1 MFC程序构架

客户机端MFC程序构架如图3所示。

3.2 客户机程序构架的实现

客户机端接收到的图像数据必须经过解码才能进行预览,系统的解码器实现函数如下:

系统采集的图像分辨率为176×144,图像的尺寸很小。为了能更好地预览图像,系统采用了双线性内插值算法[3]来放大图像。算法描述如下:

对于一个目的像素,设置通过反向变换得到的浮点坐标为(i+u,j+v)。其中,i、j均为浮点坐标的整数部分,u、v为浮点坐标的小数部分,为取值[0,1)区间的浮点数。则这个像素值f(i+u,j+v)可由原图像中坐标为(i,j)、(i+1,j)、(i,j+1)、(i+1,j+1)所对应的周围4个像素的值决定,即:

f(i+u,j+v)=(1-u)(1-v)f(i,j)+(1-u)vf(i,j+1)+u(1-v)f(i+1,j)+uvf(i+1,j+1)

其中,f(i,j)表示源图像(i,j)处的像素值,以此类推。双线性内插值算法的计算量大,但是比最邻近插值法[4]放大的图像好,不会出现像素不连续的情况。

4 传输协议的选择

4.1 视频数据传输协议

视频监控系统处理后的图像需要通过网络进行传输。由于数字视频传输的信息量大而传输带宽有限,使得网络协议的选择成为视频在网络传输中的关键技术,它将直接影响到数字视频传输的实时性能和通过网络传输以后客户端接收的视频图像质量。由于TCP协议具有错误重传机制、拥塞控制机制、报文头比较大以及启动需要建立连接等特性,因此无法保证实时性,很难适应视频通信[5]。而实时传输协议RTP由底层协议UDP承载[6],由二者共同完成传输层协议功能。而UDP协议只是传输数据包,不管数据包传输的时间顺序,RTP协议则提供时间标签、序列号以及用于控制适时数据的流放的其他结构。UDP的多路复用可使RTP协议利用支持显式的多点投递,可以满足多媒体会话的需求。

RTP相关设置函数:

4.2 环境监测数据及客户控制数据传输协议

TCP协议提供了可靠的传输服务,包括报文序列、流控制、差错检验、优先级等。因无线采集端送到服务器端的数据量很小(大约12 B/s),在传输过程中监控数据不容许有丢包、误码等错误的发生,因此采用TCP作为监测数据及控制命令数据的传输协议,以保证传输过程中数据的可靠性。

TCP相关设置函数:

5 实验结果及分析

当监控系统独占网络运行时,通过网络数据抓包,根据数据包端口分析的视频数据每秒可达到30帧(每6帧一个关键帧),接收端图像大小为640×480,网络流量约为30 KB/s,如图4所示,而如图5所示的有线传输时流量约为35 KB/s。其原因是服务端上行速率远远小于下行速率,表现在宏观上,当用3G传输时较有线传输有约3 s的延迟。通过分析VC++输出,可知现场环境数据大约为每秒接收6个数据包(采集端1和采集端2各3个数据包),流量约为12 B/s。

通过分析以上实验数据可知,系统数据流量基本能适应3G网络的带宽,系统也基本实现了视频传输的快速性、实时性,而控制数据和监控端采集的数据包均无丢失,从而实现了监测与控制的可靠性,系统运行效果良好。

远程无线综合监控系统将会在众多领域中得到应用,例如无人车间、电站以及需要测量实时数据但不便于铺设线缆的场所。本系统采用的是采集端与服务器分离的结构,通过无线模块实现数据的传输,在空间上打破了利用电缆传输数据的局限性,所有的数据均经过特定的编码,编码范围为0~255。用户可以根据自己的需要配上合适的编码即可实现多点监控,具有良好的可扩展性。如果应用于工业生产,系统中的客户机和服务机均可由工控机代替,数据采集端为简单的单片机系统,用户在具备客户机与服务器的情况下若要增加监控端,仅需要增加数据采集端即可,价格非常低。另外,伴随着无线网络技术的发展,网络带宽会有更大的提高,而基于3G网络的无线智能综合监控系统可以利用网络的快速性,更好地满足人们的需求,实现实时、快速、准确。因此,在未来几年里,无线综合监控系统将会有极大的推广价值。

参考文献

[1]CHAVEZ J L.A remote irrigation monitoring and control system for continuous move systems.Part A:description and development[J].Precision Agri-culture,2010,11(1):1-10.

[2]斯文克.Visual C++MFC编程实例[M].北京:机械工业出版社,2000.

[3]WANG J X.On parallelizing H.264/AVC rate-distortion optimization baseline profile encoder[J].Jorunal of Information Science and Engineering,2000,26(2):409-426.

[4]冯永明,杨东勇,卢瑾.全方位图像展开的双线性内插值法[J].计算机工程与应用,2008,44(15):54-55,78

[5]刘丽君,骆婷.插值法在图像处理中的应用[J].电子科学,2009,15:9-10.

[6]孙桂斌.基于TCP/IP协议多客户连接的服务端程序实现[J].网络与通信,2009,29(7):83-85.