基于MESH技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

基于MESH技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用摘要：根據(jù)中國石油“十二五”IT規(guī)劃中“油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”項(xiàng)目需求，本文提出了一種基于MESH組網(wǎng)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。本文首先闡述了我國視頻監(jiān)控發(fā)展的三個(gè)階段和目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)我國石油、安防行業(yè)的影響，介紹了6種常用的視頻信息傳輸方式。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的三種應(yīng)用架構(gòu)、MESH組網(wǎng)技術(shù)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)，詳細(xì)設(shè)計(jì)出一種基于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)。同時(shí)，本文將有線通信與無線通信、無線傳感網(wǎng)絡(luò)短距離通信與無線MESH遠(yuǎn)距離通信有機(jī)地結(jié)合起來，提出了監(jiān)控中心應(yīng)用軟件網(wǎng)絡(luò)功能的需求。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；視頻監(jiān)控；MESH；通信組網(wǎng)1引言近年來，基于井場、站庫等油氣田生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、過程控制、參數(shù)優(yōu)化、管理決策等凸現(xiàn)重要，將自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)融合的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在智能識(shí)別、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面發(fā)揮越來越大的作用，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)是油氣田信息化建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。中國石油為加快業(yè)務(wù)領(lǐng)域信息化建設(shè)，全面提升企業(yè)整體管理水平，在“十二五”IT規(guī)劃中將“油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”（以下簡稱A11）定位為一個(gè)重要信息系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目。而視頻監(jiān)控系統(tǒng)在油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中同樣也占有重要位置，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場的圖像采集、對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控為領(lǐng)導(dǎo)層的管理決策提供了重要的支持。根據(jù)中國石油A11項(xiàng)目的需求，本文則提出了一種基于MESH技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。目前我國網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：早期由安防產(chǎn)品演化而來的閉路視頻監(jiān)控系統(tǒng)是我國第一代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)；半數(shù)字時(shí)代，視頻是以模擬方式采用同軸電纜進(jìn)行傳輸，由多媒體控制主機(jī)或硬盤錄像主機(jī)（DVR）進(jìn)行數(shù)字處理與存貯；全數(shù)字時(shí)代，數(shù)字視頻服務(wù)器（DVS）代替模擬切換矩陣，以嵌入式技術(shù)為依托，以網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)視頻在網(wǎng)上傳輸和監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的切換、傳輸、存儲(chǔ)的數(shù)字化[1]?；贛ESH技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，屬于第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它是一種網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控平臺(tái)，所有圖像采集點(diǎn)、監(jiān)控中心通過有線和無線傳輸方式與監(jiān)控平臺(tái)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控、傳輸和存儲(chǔ)。目前業(yè)界把我國安防產(chǎn)業(yè)的主要熱點(diǎn)歸納為：“兩大方向五大趨勢(shì)”。兩大方向指的是用戶體驗(yàn)的持續(xù)提升和客戶應(yīng)用的不斷豐富，這兩大方向相應(yīng)推動(dòng)了五大趨勢(shì)：高清、NVR、整合、無線和智能。高清和NVR提升了用戶的觀看與使用體驗(yàn)，整合、無線和智能則豐富了客戶的業(yè)務(wù)應(yīng)用。高清和NVR兩大趨勢(shì)代表了傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)的重要性，而整合、無線和智能這三大趨勢(shì)則代表了以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的應(yīng)用集成技術(shù)的重要性[2]。2物聯(lián)網(wǎng)的三種應(yīng)用架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用于各行各業(yè)中，使物理世界與信息世界相聯(lián)結(jié)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有三種架構(gòu)：(1)基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)電子標(biāo)簽可能是三類技術(shù)體系中能夠最靈活地把“物”改變成為智能物件的，其主要應(yīng)用是把移動(dòng)和非移動(dòng)資產(chǎn)貼上標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)各種跟蹤和管理[3]。(2)基于傳感網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)主要是指無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN,WirelessSensorNetworks)，WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無線傳感器組成，共同協(xié)作完成對(duì)特定周邊環(huán)境狀況，包括溫度、濕度、化學(xué)成分、壓力、聲音、位移、振動(dòng)、污染顆粒等的監(jiān)控。WSN中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(或叫Mote)一般由一個(gè)無線收發(fā)器、一個(gè)微控制器和一個(gè)電源組成。WSN一般是自治重構(gòu)(Ad-Hoc或Self-Configuring)網(wǎng)絡(luò)，包括無線網(wǎng)狀網(wǎng)(MeshNetworks)和移動(dòng)自重構(gòu)網(wǎng)(MANET)等[3]。(3)基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)業(yè)界認(rèn)同的M2M理念和技術(shù)架構(gòu)覆蓋的范圍應(yīng)該是最廣泛的，包含有線和無線兩種通信方式。M2M覆蓋和拓展了工業(yè)信息化(兩化融合)中傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)[3]。3視頻信息傳輸方式在安全防護(hù)框架下，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸需要滿足較高的實(shí)時(shí)性與可靠性要求，以保障對(duì)各類危險(xiǎn)行為的快速響應(yīng)和人們的生命財(cái)產(chǎn)安全與油田生產(chǎn)的穩(wěn)定。同時(shí)，由于安全防護(hù)網(wǎng)絡(luò)大部分需要提前部署與規(guī)劃，將擁有相對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌@也為實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的傳輸機(jī)制提供了良好支持。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，大量的監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)并呈現(xiàn)給監(jiān)控中心的工作人員。基于物聯(lián)網(wǎng)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)更需要指揮中心服務(wù)器與下屬監(jiān)控?cái)z像頭多次交互，自動(dòng)分析監(jiān)控內(nèi)容，提取有用信息。3.1常用傳輸方式概述由于視頻傳輸將占用大量網(wǎng)絡(luò)帶寬，且對(duì)傳輸實(shí)時(shí)性的要求也通常高于一般的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，因此往往需要部署專用通信線路。常見的視頻監(jiān)控包括有視頻基帶傳輸、光纖傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸、微波傳輸、雙絞線平衡傳輸、寬頻共纜傳輸64.1遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控終端遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控終端主要包括視音頻及數(shù)據(jù)的采集和編碼部分，視頻監(jiān)控終端硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示?？紤]到監(jiān)控終端對(duì)視頻壓縮能力、無線移動(dòng)特性和低功耗的要求，應(yīng)采用專用視頻編碼芯片。芯片應(yīng)集成支持H．264標(biāo)準(zhǔn)的硬件編解碼器和ARM9核，功耗僅為200mW。復(fù)合視頻信號(hào)經(jīng)xSAA7113的模擬端子輸入，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波和縮放后，生成BT．656格式的視頻，輸出到iMx21。它對(duì)視頻進(jìn)行H．264格式的壓縮編碼，將數(shù)據(jù)流經(jīng)USB控制器擴(kuò)展的USB2．O接口輸出到VT6656模塊。VT6656模塊包含一個(gè)集成了MAC和基帶處理器的芯片和一個(gè)集成了功率放大器和天線的芯片，支持IEEE802.11b/g無線傳輸。4.2傳輸設(shè)備主要是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)形式包括有線網(wǎng)絡(luò)（LAN、PSTN、ISDN、XDSL、WAN等）、無線網(wǎng)絡(luò)（WLAN、衛(wèi)星通信等）和無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（CDMA、GPRS等）。系統(tǒng)應(yīng)兼容多種通信模式，如將無線專網(wǎng)、GPRS/CDMA/3G、光纖網(wǎng)及衛(wèi)星網(wǎng)等，通過物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，真正組成一個(gè)可連接各種感知終端的有機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。本文設(shè)計(jì)的無線傳輸方式WMN采用的類似Internet的網(wǎng)狀拓?fù)?，包含了無線Mesh路由器和無線Mesh客戶端兩類基本設(shè)備，即骨干網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu)和客戶端Mesh結(jié)構(gòu)。前者由無線路由器構(gòu)成Mesh骨干網(wǎng)，提供一個(gè)大面積、高可靠性的覆蓋區(qū)域，無線客戶端通過路由器接入骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。后者通過在無線客戶端集成路由和配置功能，由多個(gè)客戶端直接構(gòu)成WMN。無論采用哪種結(jié)構(gòu)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都可通過相鄰多個(gè)具有路由功能的節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，局部網(wǎng)絡(luò)的可靠性不受單一節(jié)點(diǎn)制約。網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分散在多個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，有效減少了節(jié)點(diǎn)的功耗，使采用便攜式電源成為可能。如圖3為無線MESH前端組網(wǎng)圖。圖3無線MESH前端組網(wǎng)圖4.3監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)視音頻的還原和系統(tǒng)的運(yùn)行及存儲(chǔ)管理，傳統(tǒng)的監(jiān)控中心主要有視頻解碼設(shè)備、存儲(chǔ)服務(wù)器、監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件、電視墻、磁盤陣列等組成。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的今天，監(jiān)控中心主要硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件也發(fā)生了新的變化。硬件設(shè)備：在滿足網(wǎng)絡(luò)功能要求的前提下，采用云計(jì)算概念，主要功能在服務(wù)器上完成，用云終端代替操作員站與管理員站的計(jì)算機(jī)，簡化操作員站與管理員站的硬件設(shè)備，提高系統(tǒng)的安全性、可靠性，便于系統(tǒng)功能與規(guī)模的擴(kuò)充。應(yīng)用系統(tǒng)軟件：在滿足一般使用要求的前提下，需要強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，由傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展為端到端的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議架構(gòu)系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的今天，應(yīng)設(shè)計(jì)以下功能：支持PDA、智能手機(jī)作為操作終端：視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件直接支持智能手機(jī)作為操作終端。這使得系統(tǒng)的使用范圍從監(jiān)控室擴(kuò)大到任何手機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以到達(dá)的區(qū)域。遠(yuǎn)程維護(hù)技術(shù)：視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的軟件，可提供很強(qiáng)的遠(yuǎn)程維護(hù)支持，大大降低項(xiàng)目實(shí)施和維護(hù)的成本。多種的權(quán)限管理：傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的操作員是限定在很少的幾個(gè)人，而現(xiàn)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)可能會(huì)面向全企業(yè)不同層面、不同部門的人員提供服務(wù)的網(wǎng)站發(fā)展，這就要求平臺(tái)軟件具有多種權(quán)限支持。與工業(yè)數(shù)據(jù)一體化：將現(xiàn)場視頻與SCADA調(diào)度系統(tǒng)集成在一起，突出了調(diào)度決策的現(xiàn)場感知效果。5總結(jié)本文根據(jù)中國石油A11項(xiàng)目的需求，結(jié)合目前中國石油各油田現(xiàn)狀，提出了一種基于MESH技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)油田安防系統(tǒng)建設(shè)的一部分，油田安防系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)過了從傳統(tǒng)模擬時(shí)代到數(shù)字安防的升級(jí)，經(jīng)歷了安防IT化、IP化，與通信技術(shù)、IT技術(shù)的融合，經(jīng)歷了從幾臺(tái)設(shè)備幾根線連接到局部組網(wǎng)再到多級(jí)聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程管理的成長過程，如今的安防系統(tǒng)已經(jīng)不僅僅是一個(gè)簡單的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，安防系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展成為可以集成各崗位業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)傳輸、視頻、報(bào)警、控制于一體、可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、智能分析，調(diào)用的安防智能化綜合管理平臺(tái)。油田視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化是未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，希望本文設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)能夠?yàn)橹袊臀磥戆卜乐悄芑陌l(fā)展提供參考。參考文獻(xiàn)：[1]李吉慶．基于因特網(wǎng)的分布式水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)[M].電視技術(shù)，2001.11[2]周洪波.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)模式[M].電子工業(yè)出版社，2011年7月[3]傅仁軒，肖連.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].移動(dòng)通信,2011年09期[4]張新程，付航，