基于WiFi的无线远程视频监控系统

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安全技术与管理
路的选用电压相一致以避免线圈过热而烧毁。如果接 触器动作频繁，其主触点的额定电流要降额使用。
②选用控制继电器时，除线圈电压和电流应满足 要求外，还应考虑被控对象的延误时间、脱扣电流倍 数、触点个数等因素。
③控制按钮的选择根据使用场合、所需触点数及 颜色来决定。若应用于高温场合，可在接线螺钉处加 套绝缘塑料管以防止因变形老化而导致的短路。
产品设计与实现
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基于ＷｉＦｉ的无线远程视频监控系统
王娜
西安电子科技大学，陕西，７１００６５
【摘 要】ＷｉＦｉ是当前流行的一种无线局域网技术，具有组网方便、易于扩展等特点。通 过对ＷｉＦｉ技术的研究，提出一种基于ＷｉＦｉ的无线远程视频监控系统。系统采用Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ模 式组网，物理层采用ＯＦＤＭ技术，数据链路层采用ＰＣＦ模式，并利用ＩＥＥＥ８０２．１ｘ认证技术保证 系统安全。
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（３）身份认证 系 统 使 用 ＩＥＥＥ８０２．１ｘ认 证 技 术 配 合 后 台 的 ＲＡＤＩＵＳ认证服务器，可以实现对所有接入网络的用户 的身份进行严格的认证。在此中系统认证构架下，系 统由认证请求者（端站）、认证点（ＡＰ）和认证服务 器三部分组成。在ＡＰ与端站之间使用ＥＡＰ协议传送认 证信息，在ＡＰ与认证服务器之间通过ＲＡＤＩＵＳ协议传送 认证信息，认证流程如下： 步骤一：在端站和ＡＰ之间建立好关联之后，客户 端 向 ＡＰ发 送 一 个 ＥＡＰ－ｓｔａｒｔ报 文 ， 请 求 开 始 ＩＥＥＥ８０２．１ｘ认证； 步 骤 二 ： ＡＰ向 端 站 发 送 ＥＡＰ－ｒｅｑｕｅｓｔ／ｉｄｅｎｔｉｔｙ报 文，要求端站上报用户名； 步骤三：端站回应ＥＡＰ－ｒｅｓｐｏｎｓｅ／ｉｄｅｎｔｉｔｙ报文，包 括用户名； 步骤四：ＡＰ产生一个１２８ｂｉｔ的ｃｈａｎｌｌｅｎｇｅ，并通过 ＥＡＰ－ｒｅｑｕｅｓｔ／ｃｈａｌｌｅｎｇｅ发送给端站； 步骤五：端站收到ｃｈａｌｌｅｎｇｅ后，将其和密码进行 运算后得到ｃｈａｌｌｅｎｇｅ－ｐａｓｓｗｏｒｄ，通过 ＥＡＰ－ｒｅｓｐｏｎｓｅ／ｃｈａｌｌｅｎｇｅ－ｐａｓｓｗｏｒｄ发送给ＡＰ； 步 骤 六 ： ＡＰ将 ｃｈａｌｌｅｎｇｅ、 用 户 名 和 ｃｈａｌｌｅｎｇｅ－ ｐａｓｓｗｏｒｄ一起发送到ＲＡＤＩＵＳ认证服务器进行认证； 步骤七：认证成功则授权用户接入网络，否则拒绝。 三、结论 这种基于ＷｉＦｉ的无线视频监控网络可以有效的将 远程视频采集设备的数据信息的传递到视频服务器， 同时提供在本地和远程的实时的视频信息监控。在物 理层使用先进的ＯＦＤＭ调制技术，可以很好的满足视频 监控系统数据传输的非对称性和实时性要求，同时在 数据链路层，根据端站与ＡＰ之间通信特点采用ＰＣＦ通 信方式，可以保证ＡＰ与端站之间的通信有效的进行。 为了保证系统的安全，在传统的ＳＳＩＤ匹配和ＭＡＣ地址 过滤的方法基础上，系统采用基于ＩＥＥＥ８０２．１ｘ的认证 技术，实现有效的对访问网络的用户身份进行识别， 防止非法用户使用网络窃取或破坏数据。当被监控区 域经常变化或被监控区域地理位置比较偏远分散时， 可以很好的发挥其组网简便灵活，数据传输速率高、 通信可靠等优点。
４、系统安全 由于系统 构成基于ＷｉＦｉ网络，信号在空间中利用 电磁波传输，为防止非授权用户窃听或干扰信息，必 须从数据的保密和数据的完整性以及访问控制等多方 面保证系统的安全。 （１）ＳＳＩＤ的匹配 所有端站必须使用正确的服务区标识（ＳＳＩＤ）， 即与该区域内的ＡＰ的ＳＳＩＤ相同，才能访问ＡＰ。否则， ＡＰ将拒绝端站的通信请求。ＳＳＩＤ只是一个简单的口令 认证机制，必须与其他安全机制联合使用才能确保网 络的安全。 （２）物理地址过滤 每个端站的无线网卡都有唯一的ＭＡＣ地址，可以 在ＡＰ中手工输入一组允许访问网络的ＭＡＣ地址列表， 从而实现ＭＡＣ地址的过滤。如果端站的ＭＡＣ地址在列 表中不存在，则ＡＰ拒绝其访问网络的请求。这种方法 可以过滤掉一些不合法的站点，但ＡＰ中的ＭＡＣ地址列 表通常需要手工去维护和更新。
（５）ＩＰ网络是公共数据传输网络，为了能保证视 频监控数据的在公共网络上的安全传送，使用基于 ＩＰＳｅｃ的ＶＰＮ技术，为数据的传送开辟一个安全的通道。
２、物理层技术 ＷｉＦｉ网 络 能 支 持 较 高 的 数 据 传 输 速 率 （ １－ ５４Ｍｂｉｔ／ｓ），其物理层的关键技术大致有三种：ＤＳＳＳ、 ＣＣＫ技术，和ＰＢＣＣ，和ＯＦＤＭ。其中，ＯＦＤＭ技术是一 种无线环境下的高速多载波传输技术。无线信道的频 率响应曲线大多是非平坦的，而ＯＦＤＭ技术的主要思 想：就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道， 在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子 载波并行传输，从而有效的抑制无线信道的时间弥散 所带来的ＩＳＩ。这样就减少了接收机内均衡的复杂度， 有时甚至可以不采用均衡器，仅通过插入循环前缀的 方式消除ＩＳＩ的不利影响。
图５ ＯＦＤＭ系统结构框图 由于视频监控业务一般都存在非对称性，例如在 ＡＰ与视频采集设备之间的上行链路中传输的数据量要 远远大于下行链路中的数 据传输量。而ＯＦＤＭ容易通过 使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同 的传输速率。并且视频流对实时性非常敏感，需要较 大的数据传输带宽，而ＯＦＤＭ根据无线信道存在频率选 择性的特点，通过动态比特分配以及动态子信道分配 的方法，充分利用信噪比高的子信道，从而提升系统 性能，提高数据传输速率。 ３、媒体访问控制技术 ＷｉＦｉ网 络 支 持 两 种 操 作 模 式 ： 分 布 式 协 调 功 能
（２）安装 ①接触器和控制继电器均应运行在少震、少尘、 干燥的场所，环境中无有害因素。安装方式要有利于 散热以降低线圈的温度。接触器的灭弧装置不能随意 拆开，以免损坏。 ② 控 制 按 钮 一 般 应 安 装 在 按 钮 箱 内 ， 间 距 ５０－ １００ｍｍ，要求操作灵活、可靠，无卡阻。 （３）运行维护 ①运行前要对控制电器做以下检查：电磁铁的铁 芯表面应无锈斑及油垢；触点的接触面平整、清洁； 活动部件动作灵活无卡阻；控制继电器的各项整定值 符合要求等等。 ②针对控制电器动作十分频繁的工作特点，运行 中的检查和维修有必要做到每月至少１－２次。除例行检 查外，重点应检查各触点的接触是否良好，有无绝缘 老化，必要时应测其绝缘电阻值。 １）保证各触点完被电弧熔焊致使触点接
触电阻增加而产生过热；防止因电气磨损或机械磨损 造成的触点磨损。
２）检修中要注意紧固各接点、及时更换损坏的零 件，尤其是要保证接触器灭弧装置不得受潮、老化、 缺损等。
３）线圈电压控制在８５％－１１０％额定电压值的范围 内，过高或过低都不安全。
４）保证铁芯吸合良好、短路环无脱落或损坏、铁 芯固定平稳且间隙符合要求以防出现铁芯过热现象。
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（ＤＣＦ）和点协调功能（ＰＣＦ）。在ＤＣＦ模式中，没有 中心控制，所有的端站都在竞争时间，虽然采用 ＣＳＭＡ／ＣＡ机制可以在很大程度上减少冲突，但不能完 全 避 免 冲 突 产 生 。 在 ＰＣＦ模 式 中 ， 传 输 顺 序 完 全 由 ＡＰ控制，所以不会发生冲突。由于视频监控系统通信 方式固定，对数据传输时延抖动敏感的特点，所以采 用ＰＣＦ模式可以更好的适应视频监控数据的传输。在这 种工作模式下，内置于ＡＰ中的点协调器（ＰＣ）控制来 自端站的数据帧的传送，端站在ＰＣ的控制下获得对通 信介质的访问权。ＰＣ在通信开始之前监听介质，若介 质在ＰＩＦＳ（ＰＣＦ帧间隔）之后仍然空闲，则发送信标 帧，其中包含各项参数以保证端站之间的同步。ＰＣ在 等待ＳＩＦＳ（短帧间隔）后，依次向各个端站发送无竞 争轮询帧，授权端站向ＡＰ发送视频监控数据。这样确 保每个端站在发送数据时不会因为多个端站之间的竞 争而产生冲突，由于视频信息通常包含大量数据，因 此，频繁的冲突将会导致传输效率大大下降，不能保 证数据传输的实时性，采用ＰＣＦ方式可以很好的解决这 一问题。ＰＣ中维护一个包含所有端站的轮询队列，保 证每个周期内所有端站都被依次轮询，且轮询间隔固 定，保证视频数据的实时传送。
图４ 无线远程视频监控系统拓扑图 （３）认证服务器具有认证功能，认证服务器保存 用户的认证信息，当接收到认证申请时，支持在数据
库中对用户数据的查询，在认证完成后，根据用户信 息授权用户具有不同的属性。在该系统中认证服务器 可以为支持ＲＡＤＩＵＳ协议的服务器。
（４）视频服务器保存视频监控信息，实时向监控 终端传送视频监控信息，并可以根据需要浏览以往的 视频信息。
图２ Ａｄ ｈｏｃ模式 （２）Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ模式。组成结构至少包括一个 无线接入点ＡＰ和多个无线的终端站点。这些终端站点 可通过接入点ＡＰ实现之间的相互通信。Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ模
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式也可以通过ＡＰ与有线网络或因特网相连。
图３ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ模式 二、无线远程视频监控系统 １、系统组成 无线远程视频监控系统由端站（视频采集设备、 无线视频监控终端）、接入点（ＡＰ）、认证服务器、 视频服务器组成。 （１）端站是网络的终端设备，包括无线视频采集 设备、无线和有线视频监控终端。无线视频采集设备 主要由视频采集单元、模数转换单元、通信控制单元 构成。视频采集单元主要功能是采集模拟的视频信 息，模数转换单元将采集到的模拟视频信息转换成数 字信号，通信控制单元控制视频采集设备与ＡＰ之间的 通 信 过 程 ， 支 持 ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇ通 信 协 议 ， 支 持 ＩＥＥＥ８０２．１ｘ认证标准。无线和有线视频监控终端为安 装了视频监控客户端软件的计算机，可以在本地或远 程实现视频实时监控。无线视频监控终端支持 ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇ通信协议，支持ＩＥＥＥ８０２．１ｘ认证标准。 有线视频监控终端支持ＩＥＥＥ８０２．３（以太网）通信协 议，支持ＩＥＥＥ８０２．１ｘ认证标准。 （２）接入点（ＡＰ）通过无线链路与端站之间进 行通信，支持ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇ通信协议，ＡＰ与端站均为 可寻址实体，ＡＰ通过有线链路与ＩＰ网络连接，ＡＰ支持 用户的安全控制和对网络的监控。