سیستم پخش ویدیوی بی سیم برای نظارت تلفن همراه

طراحی سیستم پخش ویدئو سیار با مساحت بزرگ (COFDM در مقابل MANET)

بررسی اجمالی نیازمندی ها

اخیراً یک درخواست مشتری برای a سیستم توزیع ویدئوی بی سیم در مقیاس بزرگ در فضای باز. این نیاز بر انتقال ویدئو از چندین دوربین ثابت به وسایل نقلیه متحرک در یک منطقه جغرافیایی گسترده تمرکز دارد.

در زیر شرح نیاز اصلی مشتری آمده است:

تعداد دوربین ها: چندین دوربین IP ثابت (1080پ)
نوع انتقال: فرستنده چند دوربینی که ویدئو را به چندین وسیله نقلیه در حال حرکت پخش می کند
منطقه تحت پوشش: تقریباً. 25 کیلومتر × 15 کیلومتر
فناوری ترجیحی:

• COFDM Broadcast System یا
• جبهه / سیستم رادیویی مش (مبتنی بر IP)
  رابط ورودی/خروجی: شبکه محلی کابلی (ویدیو IP)
  محیط: در فضای باز, خط دید و استفاده از موبایل
  نوع آنتن: Omni/sector طبق توصیه فروشنده
  برق مورد نیاز: ورودی DC (12-24 V)

این مقاله به تحلیل پیامدهای فنی این نیاز, معماری های ممکن, و مزایای دو فناوری ذکر شده توسط مشتری: پخش COFDM و شبکه مش MANET.

---

درک نیاز اصلی

در هسته آن, مشتری می خواهد یک را بسازد شبکه پخش تصویری موبایل با مساحت بزرگ.

سیستم باید توزیع کند پخش ویدیوی بلادرنگ از چندین دوربین ثابت به چندین وسیله نقلیه در حال حرکت در این زمینه فعالیت می کنند.

ویژگی های اصلی این پروژه می باشد:

پارامتر	شرح
منابع دوربین	چندین دوربین IP 1080p
گیرنده ها	وسایل نقلیه متحرک متعدد
مدل انتقال	پخش یک به چند
منطقه تحت پوشش	25 کیلومتر × 15 کیلومتر
محیط	در فضای باز, خط دید با تحرک
رابط ویدیویی	شبکه محلی کابلی / ویدیو IP
قدرت	12–24V DC

برنامه های کاربردی معمولی در دنیای واقعی برای چنین سیستم هایی عبارتند از:

• نظارت بر ایمنی عمومی
• هماهنگی واکنش اضطراری
• امنیت رویداد بزرگ
• نظارت بر مرزها
• پخش ویدئو تاکتیکی یا نظامی

---

معماری سیستم ممکن

یک توپولوژی سیستم معمولی ممکن است شبیه این باشد:

IP Cameras
     │
     │ Ethernet
     ▼
Video Encoder / Aggregation Node
     │
     │ Wireless Transmission
     ▼
Wireless Base Station
     │
     ├── Vehicle 1
     ├── Vehicle 2
     ├── Vehicle 3
     └── Vehicle N

در این معماری:

1. دوربین ها جریان های ویدئویی IP را تولید می کنند.
2. یک گره مرکزی جریان ها را جمع می کند.
3. یک سیستم انتقال بی سیم ویدئو را توزیع می کند.
4. وسایل نقلیه متحرک فیدها را در زمان واقعی دریافت می کنند.

---

ملاحظات پهنای باند ویدئو

پهنای باند مورد نیاز به کدک ویدیو بستگی دارد.

نرخ کدگذاری معمولی 1080p:

کدک	نرخ بیت معمولی
H.264	4-8 مگابیت بر ثانیه
H.265	2-4 مگابیت بر ثانیه

اگر سیستم استفاده کند پنج دوربین, توان عملیاتی مورد نیاز می تواند تقریباً باشد:

5 × 4 Mbps ≈ 20 Mbps

در نظر گرفتن سربار و قابلیت اطمینان, سیستم بی سیم باید به طور ایده آل پشتیبانی کند:

30– توان عملیاتی کل 50 مگابیت در ثانیه.

---

الزامات پوشش

منطقه تحت پوشش درخواستی است:

25 km × 15 km

این تقریباً مطابقت دارد:

375 کیلومتر مربع

دستیابی به این پوشش به عوامل مختلفی بستگی دارد:

• شرایط زمین
• ارتفاع آنتن
• قدرت انتقال
• باند بسامد
• شرایط خط دید

در اکثر استقرارهای عملی, این منطقه نیاز دارد:

• یک برج بلند با آنتن های سکتوری, یا
• چندین ایستگاه پایه توزیع شده

---

گزینه فناوری 1: سیستم پخش COFDM

COFDM (ضربدری تقسیم فرکانس متعامد کد شده) به طور گسترده در سیستم های ویدئویی بی سیم حرفه ای استفاده می شود.

مزایای

• مقاومت عالی در برابر تداخل چند مسیره
• طراحی شده برای انتقال فیلم با کیفیت بالا
• خیلی زمان تاخیر کم
• به طور طبیعی پشتیبانی می کند پخش یک به چند
• بسیار پایدار برای گیرنده های موبایل

محدودیت ها

• معمولا یک شبکه IP کامل نیست
• مقیاس پذیری محدود
• انعطاف پذیری کمتر برای خدمات داده

معماری معمولی:

Camera → Encoder → COFDM Transmitter

Vehicles with COFDM Receivers

سیستم های COFDM معمولاً در:

• اجرای قانون
• لینک های دانلود فیلم پهپاد
• نظارت نظامی
• پخش لینک های تلویزیونی

---

گزینه فناوری 2: جبهه / رادیو مش

جبهه (شبکه تبلیغاتی موبایل) سیستم ها ایجاد یک شبکه IP بی سیم خود تشکیل دهنده.

هر گره می تواند به عنوان هر دو a عمل کند روتر و یک گیرنده.

مزایای

• بومی شبکه IP
• پشتیبانی تصویری, داده ها, و فرمان ترافیک
• بسیار مقیاس پذیر
• وسایل نقلیه می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند

محدودیت ها

• پیچیدگی سیستم بالاتر
• پهنای باند مشترک بین گره ها
• تاخیر بالقوه بالاتر

معماری معمولی:

Camera Node
     │
Mesh Network
     │
Vehicle Nodes

گره ها می توانند ترافیک را به صورت پویا رله کنند:

Vehicle ↔ Vehicle ↔ Base Station

---

مقایسه COFDM در مقابل MANET

ویژگی	COFDM	مش MANET
مدل شبکه	پخش کردن	شبکه IP
تاخیر	خیلی کم	متوسط
یک به چند	بومی	به چندپخشی نیاز دارد
پشتیبانی از تحرک	عالی	عالی
مقیاس پذیری	محدود	بالا
پیچیدگی سیستم	پایین تر	بالاتر

به طور کلی:

• COFDM برای پخش ویدیوی خالص ایده آل است
• MANET زمانی بهتر است که به شبکه IP کامل نیاز باشد

---

چالش های فنی کلیدی

1 پوشش منطقه بزرگ

پوشش دادن 25 کیلومتر نیاز دارد:

• قدرت انتقال بالا
• آنتن های بالا
• برنامه ریزی فرکانس بهینه

یک رویکرد عملی استفاده می شود:

برج مرکزی + آنتن های سکتوری

---

2 تجمع جریان ویدئو

فیدهای چند دوربین باید با استفاده از ترکیب شوند:

• آ رمزگذار ویدیو
• آ دروازه ویدیوی شبکه
• یا سرور استریم

---

3 پذیرش موبایل

سیستم های سوار شده روی خودرو معمولاً نیاز دارند:

• گیرنده های با حساسیت بالا
• آنتن های همه جهته
• سخت افزار مقاوم در برابر لرزش

---

4 طیف و فرکانس

سیستم باید در یک باند RF مناسب کار کند. گزینه های ممکن شامل:

• 1.4 گیگاهرتز
• 2.3 گیگاهرتز
• 2.4 گیگاهرتز
• 4.9 گیگاهرتز (امنیت عمومی)

مجوز فرکانس نیز ممکن است بسته به منطقه مورد نیاز باشد.

---

معماری سیستم توصیه شده

یک استقرار عملی می تواند از این ساختار پیروی کند:

IP Cameras
     │
     ▼
Video Aggregation Server
     │
     ▼
Wireless Base Station
     │
     ▼
Vehicle Radio Nodes
     │
     ▼
Vehicle Displays / Command Systems

---

سوالاتی که باید روشن شوند

قبل از طراحی سیستم نهایی, باید به چند سوال کلیدی پاسخ داد:

1. چند دوربین مستقر خواهد شد?

2. آیا همه دوربین ها به طور همزمان ارسال می کنند?

3. چند وسیله نقلیه فیدهای ویدیویی را دریافت خواهند کرد?

4. حداکثر تأخیر قابل قبول چقدر است?

5. آیا وسایل نقلیه نیاز به ارتباط با یکدیگر دارند؟?

6. نوع زمین چیست?

• تخت
• شهری
• کوهستانی

این پاسخ ها به طور قابل توجهی بر طراحی شبکه تأثیر می گذارد.

---

نتیجه

این نیاز نشان دهنده الف است سیستم توزیع ویدئو موبایل در مقیاس بزرگ فعالیت در یک منطقه وسیع در فضای باز.

چالش های فنی کلیدی عبارتند از:

• پوشش بی سیم پهناور
• پذیرش موبایل قابل اعتماد
• انتقال ویدئوی چند جریانی
• توزیع کارآمد یک به چند

دو راه حل قابل اجرا وجود دارد:

سیستم های پخش COFDM

یا

شبکه های رادیویی مش MANET

انتخاب بهینه به اولویت بندی سیستم بستگی دارد:

• پخش ویدئوی خالص, یا
• عملکرد کامل شبکه IP.

با معماری و برنامه ریزی مناسب, چنین سیستم هایی می توانند آگاهی موقعیتی قدرتمندی را برای امنیت فراهم کنند, واکنش اضطراری, و عملیات نظارتی در مقیاس بزرگ.