基于ODMA的校园无线视频监控系统

郝真鸣，李跃峰，徐成杰，侯玉彬，梁铁

（河北大学 新校区管理与建设办公室，河北 保定 071002）

基于ODMA的校园无线视频监控系统

郝真鸣，李跃峰，徐成杰，侯玉彬，梁铁

（河北大学 新校区管理与建设办公室，河北 保定 071002）

针对高校安全管理的特点，将ODMA（opportunity driven multiple access）技术引入校园安全监控中，设计并实现了基于ODMA的无线视频监控系统.系统通过ODMA无线网络将终端视频采集模块采集到的现场视频实时发送到远端的监控中心，解决了传统有线传输模式布线复杂且成本高的问题.经过大量的实验测试，证实了系统的可行性和稳定性.

ODMA；无线视频监控；校园监控

由于校园安全监控范围广，监控稳定性和实时性要求高，监控信息数据量大，因此一套完善的监控系统是高效完成校园安全监控任务的必要条件.近年来，国内的研究人员针对安全监控也进行了积极的研究［1-4］.但是，目前的监控系统绝大多数还是采用传统的有线方式，布线繁杂，成本较高，监控范围受环境制约大，适应能力差，可扩展性小；少数采用的无线方式布建的监控系统又常常因为无线网络带宽不足导致监控视频无法清晰及时传输.针对校园安全管理的需求，本课题组通过深入研究，将ODMA（opportunity driven multiple access）技术引入校园视频监控中，很好地解决了上述问题.

1 ODMA技术介绍

ODMA（opportunity driven multiple access，机会驱动多址接入）是可以随机调整、智能选径、多径并联、自组互助、支持高速移动的具有突破性革命的无线宽带智能有机网络技术.该技术在20世纪80年代，最初由ETSI提出并应用于军事领域.1999年ODMA正式被列入了UMTS（universal mobile telecommunication system）3Gpp标准之一.ODMA作为新兴的智能有机网络技术，主要有以下特点：

1）互助机制.ODMA采用的是基于P2P无线的分布式网络架构，实际网络中的每一个用户即构成ODMA网络基础节点，可以不需经过服务器或基站等中介处理通讯数据.特别地，借鉴主动性互助接力通信理念，ODMA利用各节点以接力方式传递数据，只要增加节点即可轻易扩大传输距离和范围，减少了对固网的依赖.

2）智能路径选择.ODMA能够决定利用哪些路径来进行数据传输，并选择最佳的传播路径把数据通过大队接力方式发送出去.在2个节点之间进行信息传输，可能存在多条路径，ODMA会自动选择所需发送功率最小的路径进行传输.同时，ODMA系统可将数据包分成几个较小的ODMA数据包，并动态选择最佳邻近节点的空闲信道通过不同的路径传输至目的地，然后再重新将数据包在目的地节点组装.

3）智能调频.ODMA采用多跳转发技术，能够自动判断所在网络状况，挑选传输质量最佳的时段传递数据，传完即停，随时等待下一个最佳的机会传输，而非一直占住某频道提高频谱的使用效率，实现了频谱共享和频谱共存，从而保证在有限的频段下提高无线传输速率.

4）支持高速移动.在ODMA系统中，可支持节点高达300km／h的移动速度.

ODMA相比其他的通信手段，具有以上显著的优点，可广泛应用于安全监控、应急通信以及各行业的数据传输，具有较强的科研和应用价值.本文正是基于ODMA技术的特点，设计实现了基于ODMA的校园无线视频监控系统.

2 基于ODMA的校园无线视频监控系统

针对校园视频监控的实际需求，笔者设计了基于ODMA的无线视频监控系统.整个系统结构如图1所示.

图1 系统结构Fig.1 System structure

本系统主要由终端视频采集模块、ODMA网络和远端的监控中心3部分组成.分布在校园各监控点的终端视频采集模块负责实时采集监控范围内的视频信号，并将视频信号通过ODMA网络发送至远端的监控中心.远端的监控中心借助ODMA网络能够实时了解到不同监控地点的情况，一旦发现问题，可以迅速做出反应.

2.1 终端采集模块设计

本系统的终端采集模块主要由摄像头、视频放大器、网络视频服务器和ODMA种子（Seed）4部分组成.具体结构图如图2所示.

图2 终端采集模块结构Fig.2 Terminal acquisition module structure

本系统，摄像头实时采集到视频信号以后，上传至视频放大器.视频放大器通过将视频信号放大，实现视频清晰度的提升，特别是进行远距离监控的时候，增强视频信号是十分必要的.视频信号经过视频放大器放大后，为满足基于ODMA的远程监控系统的要求，在系统中使用网络视频服务器将模拟的视频信号在第一时间进行模数转换，同时将转换得到的数字视频信号在满足ODMA网络传输要求的技术指标下进行高压缩比的编码.此时，经过网络视频服务器处理后的视频信号就能够通过配备的ODMA种子，借助ODMA网络进行高速无线的传输.

ODMA种子（Seed）是借助蜂窝网络的思想而提出来的.在本系统使用的ODMA种子实际上就是一个无线终端用户设备，通过该设备将处理压缩后的数据发送到远端的监控中心.

2.2 ODMA网络拓扑结构

由于本监控系统要求同时实现移动视频监控和固定点视频监控的功能，因此笔者设计了一种分布式集中的ODMA网络拓扑结构，网络结构如图3所示.

根据校区的实际地形和建筑分布情况，本系统先局部分散采集各自工作范围内的视频信号，然后将各局部视频信号统一通过有光缆和无光缆2种方式传入系统远端监控中心.其中有光缆的方式是在校园网络前期建设的基础，复用了已有的光缆；无光缆的方式则是完全通过系统各种子节点构建的ODMA网络，通过大队接力方式进行无线传输.这种分布式集中的网络结构既降低了无线网络负载，减轻了通信压力，提高了数据传输效率，又考虑到了如何将已有传输设施再利用的问题.

系统内分布的各监控点作为ODMA网络的固定种子节点负责完成整个ODMA网络的无线视频传输任务.这些固定种子节点是比普通节点复杂一些的无线中继设备，它们关系是对等的，通过无线的方式相互连接，互相通信，构成覆盖整个监控范围的ODMA核心网.由于种子节点不需要有大的覆盖面积，因此在ODMA网络中只要部署少量的种子节点.在本文，综合考虑校园规模和ODMA网络的覆盖范围，总共布置了16个视频监控点.

图3 系统网络拓扑结构Fig.3 System network topology structure

2.3 远端监控平台

考虑到本校在校园安全管理实际的特点，设计了相应的监控平台.监控中心工作人员通过监控平台提供的人机交互界面实现对校园安保的集成化管理.下图4是监控平台工作流程图.

图4 监控平台工作流程Fig.4 Flow chart of monitor platform

系统设计的监控中心交互界面通过ODMA网络接收前端发送的数字视频信号，然后经过必要的视频解码解压等处理后，再进行必要的画质渲染调整，即可对远端监控现场进行多画面实时播放.另外根据校区实际的安全监管情况，监控中心通过该用户界面可以支持每部计算机同时监看系统内所有16路视频，必要情况下还可对监控画面进行必要的画质调整、实时录像、图像抓拍和图像存储，满足了校园安全管理的要求.系统实际的用户界面如图5所示.

系统管理员或者一般用户可以通过该软件以不同的权限对所有监控点同时进行监看.同时由于系统内每个监控点都分配了固定的IP地址，管理人员还可以通过ODMA无线网络使用IE浏览器就可以查看指定监控点的视频.特别的，本系统监控中心还配备了由16台电视组成的电视墙，电视墙实时显示各监控点传来的现场情况，管理人员可以更为清晰直观地进行监控工作，如图6所示.

图5 监控软件用户界面Fig.5 User interface of monitoring software

图6 监控中心电视墙Fig.6 TV wall of monitoring center

3 系统实现

设计开发的基于ODMA无线视频监控系统通过在河北大学科技教育园区现场进行反复测试实验，已经完成了所有研发工作，并已正式投入使用.

系统根据校区实际的现场环境状况，考虑到ODMA网络典型覆盖范围，合理布置了16个室外视频监控点，并且为每个点都分配了相应的IP地址，确保全面地高质量完成校区监控.实际的室外监控布点和具体的IP如图7所示.

图7 室外监控布点Fig.7 Stationing figure of outdoor monitor

图7所示，室外所有ODMA种子均经过网线或光纤2种方式汇总至B3楼，并在B3楼设置ODMA网络服务器1台，B3楼实际上就是系统的监控中心.这16个监控点的视频信息实时通过ODMA网络传入本系统监控中心（B3楼），监控人员可以在室内外随时查看各个监控点的情况.

本系统的每个室外监控点都配备了本系统研发的终端采集模块，在整个ODMA网络中作为不同的固定种子节点，完成现场视频信息的无线传输.实物如图8所示.

图8 室外ODMA种子节点Fig.8 Outdoor ODMA seed node

校区内ODMA节点的合理布置，改善了无线网络的覆盖范围，很好地实现了校区的全面监控.特别地，由于ODMA传输带宽可达2Mbps以上，因此可以很好的解决普通无线网络常因带宽不足，导致视频无法清晰的传送或是视频延迟的问题，确保了视频信息在整个监控网络内无丢失或延迟.图9为本系统在相同时刻通过传统的光缆传输的现场监控视频与通过ODMA网络传输的现场监控视频进行显示对比.

图9 基于ODMA无线传输与传统有线传输的视频对比Fig.9 Contrast of video transmission based on ODMA and traditional wire transmission

由图9可以看出基于ODMA网络传输的视频图像质量较清晰，无延迟，视频图像稳定抗干扰能力强.

为验证本系统实际使用的可行性和可靠性，本文进行了相应的测试工作.为直观客观反映本无线视频监控系统各个位置网络传输的性能以及节点移动时候的无线网络覆盖情况，用配备了ODMA用户终端设备的笔记本电脑分别在系统覆盖范围内的室内以及户外依次ping各监控点ODMA种子的IP地址，记录各监控点ping值平均值大小，并且使用笔记本分别在室内以及户外依次浏览视频监控画面，观测监控画面是否流畅清晰.在现实通信网络中Ping是一个十分好用的TCP／IP工具，其主要的功能是用来检测网络的连通情况以及分析网络连接速度.表1为本系统16个监控点实际的网络性能测试数据.

表1 系统各监控点实际网络性能测试数据Tab.1 Actual network performance test data of the system monitory point

根据以上测试，本系统无线覆盖范围内的各监控点室内ping值平均值＜30ms，室外ping值平均值＜20ms，各点视频图像传输顺畅清晰，表明基于ODMA网络的无线视频传输性能完全能够满足正常的校园安全监控的需要.

4 总结

针对校园安全管理的特点，在深入研究ODMA技术的基础上，将ODMA技术引入校园视频监控中，成功设计了基于ODMA的校园无线视频监控系统.本系统很好地解决了有线监控方式带来的现场布线复杂、建设成本高、建设周期长等问题.通过大量现场实际测试表明，本系统视频传输速度快，清晰度高，稳定性好，具有较强抗干扰能力，完全能够满足校园视频监控的要求.目前本系统已通过专家组的工程验收，正式在河北大学科技教育园区投入使用，系统至今运行稳定正常.

［1］吕潇超，侯增选.基于C／S结构的数字视频监控软件［J］.科学技术与工程，2007（9）：1894-1898.

［2］黄守明，马克和.基于嵌入式Internet的智能校园监控系统［J］.滁州学院学报，2007，9（6）：36-38.

［3］赵佐民，林玮，潘唐贤.校园监控的综合应用研究［J］.自动化与信息工程，2008（1）：26-29.

［4］陈华智.校园监控系统设计及智能化发展趋势［J］.中国安防，2008（8）：54-57.

Wireless Video Monitoring System in Campus Based on ODMA

HAO Zhen-ming，LI Yue-feng，XU Cheng-jie，HOU Yu-bin，LIANG Tie
（New Campus Construction and Management Office，Hebei University，Baoding 071002，China）

Deeply research has been down in ODMA technology.Due to the characters of safe management in campus，the article introduces ODMA technology to the campus safe monitoring.Designed and realized a wireless video monitoring system based on ODMA.The system transmits present video which is collected by video capture device terminal to the monitoring center by ODMA wireless network in time.It gives a solution to the traditional wire transmit form that is complicated for designing the distribution and high cost.Through plenty of experiment tests，it is confirmed that the system is reliable and stable.

ODMA；wireless video monitoring；campus monitoring

TP 277

A

1000-1565（2011）05-0538-06

2011-07-12

校企合作项目

郝真鸣（1964-），男，山西寿阳人，河北大学高级工程师，主要从事自动化控制、管理等方向研究.

E-mail：hbdxhzm＠163.com

孟素兰）