industrial applications – oil and gas point to point & point to … monitor.pdf · ·...
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© Cambium Networks 2012 2
跨水面 强干扰环境
非视距 高质量视频至关重要的地方
PTP 600 ATEX/HAZLOC (将被新产品PTPXXX取代)
• 目标市场:
– 石油化工行业
– 公用事业(发电及电力传输)
– 国防
• 解决方案:
– PTP 600 系列
– 5.4GHz 和 5.8GHz 频段
– 遵循ATEX 和 HAZLOC 标准
– 专用型号
• 价值定位
– 适用于所有应用的通用设备
非视距
跨水面
长距离
强干扰
– 避免昂贵的NEMA(认证产品)
– 建立稳定可靠的外场连接
– 轻松规划和安装链路
CAMBIUM NETWORKS CONFIDENTIAL RESTRICTED 3
ATEX:ATMOSPHEREEXPLOSIVE ,爆炸性气体环境HAZLOC:HAZARDOUSLOCATION,危险场所
平台-轮船通信
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石油公司需要在海上平台与旋转采集油轮之间建立一条稳定可靠的通信链路
替换昂贵低性能的卫星通信。
在9和12英里的水路距离上提供语音和数据连接
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• 空间分集
• 多进多出 - MIMO
• 低延时
• 正交频分复用 - OFDM
• 坚固耐用的设备
• 跨水面的长距离传输
• 频率通道非视距传播
• 恶劣的盐水环境
平台-轮船通信
挑战 Cambium PTP 解决方案
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V/HV
H
V HV/H
• 高反射表面产生的多径干扰
空间分集天线可以有效减轻大气波导和衰落所带来的影响,而这两种现象在长距离跨水和沙漠传输中尤为典型
• 不同的水面高度(潮汐)带来海上传输性能的挑战
理想的跨水面和平坦地形
无线信号跨越水面或者硬表面(沙漠)时所面临的性能和可靠性挑战:
平台-轮船通信 − 空间分集
油田通信
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在油田上,多个作业油井并存的地方总是存在明显的干扰
多个用户使用同一个频率持续不断的传输SCADA以及其它的数据
需要能够减轻干扰的无线通信网络确保高性能和高可靠性的传输
油田SCADA通信
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• 独一无二的接收机灵敏度
• GPS同步
• FSK空中接口协议
• 低载噪比
• 充满干扰的环境
• 多个用户使用同一个频率
• 高背景噪音
• 下降和衰落的信号
挑战 Cambium PMP 解决方案
管道视频监控
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天然气公司拥有数千英里长的输气管道,加上多个远程泵站和变电站
持续可视的监控是确保安全所必需的
视频比地面或者空中监视更加有效
视频图像必须是高质量、低时延、不会模糊或者抖动的
管道视频监控
© Cambium Networks 2012 10
• 低时延
• 内置的QoS
• OFDM或者FSK空中接口
• 基于优先级轮询
• 长距离回传
• 位于偏远地区
• 需要周期性的查看检查
• 需要清晰、实时的视频图像
挑战 Cambium PMP 解决方案
新疆油藏项目
5700
BH
2.5M
bps
5700BH
5700BH20
5700BH
5700BH57
00B
H
2.5Mbps10M
bps
2.5M
bps
2.5Mbps2.5Mbps
5790SM4
5790SM4
5790SM4
5790SM4
5790SM4
5790SM4
5790SM4
5790SM4
5790SM4
5790SM4
5790SM4
5780AP X 3
业务需求
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• 通信支持远程自动化–安全,可靠,提高生产力
• 偏远和环境恶劣地点
• 对带宽需求持续增长的应用,例如高清视频监控和云台控制
• 快速部署
• 临时通信
• 有效的远程管理
IT基础设施优势
应用 利益点
AMI 回传 使所有节点实现操作自动化
配电自动化 整个电网的功率分配自动化
SCADA 增加连接到分布式传感器和控制节点
资产安全 提高电网的物理安全性,减少停机时间和提高可用性的同时降低成本
AMI: Advanced Metering Infrastructure,高级计量系统
智能电网 – 奥克拉荷马天然气与电力公司( Oklahoma Gas & Electric )
电力公司 -- OG&E在美国西南部覆盖超过3万平方英里的面积
3,000个用户试点-自动抄表
PMP320 配电网
PTP600 回传链路
客户需要持续稳定的带宽,可预测的延迟,可靠性以及基于标准的互操作性
额外好处: 快速部署架构
OG&E 的目标: 通过经济实惠的可靠的电力支持经济发展
PMP320 驱动的结果:
“网络的稳定性和可靠性对于我们的高效运行能力至关重要。这是我们最重要的板块拼图之一。” — Ken Grant, 智能电网项目总经理
“相比以前我们节省了超过22%的电费”— Steve Kaplan, Native Roots Market公司所有者
挑战
Cambium解决方案
Cambium解决方案价值
• 需要一个远程控制的给予视频的监控和水质监控系统,部署在大约12个水坝和水力发电站
• 租用线路普遍不稳定而且无法提供足够的带宽。带宽不足的站点因此而遭遇停机,这就意味着需要转换为人工操作方式
• 中心汇聚点对远端站点进行基于IP的路由,视频传输通过一跳PTP600链路传到控制中心。远端站点的连接是一个包含有PTP 300, 500 & 600的桥接和扩展网络以及PMP400系统的混合网络
• 提供平均100Mbps的传输速率,并通过Wireless Manager进行统一网管
• 通过改进的远程监控和管理,有效增强了安全性和提高了生产力• 额外的应用和宽带服务到其它集团公司、企业和公共互联网接入,异地备份和支持VOIP
Løvenskiold-Fossum, 挪威
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无线网络视频监控系统功能
无线网络视频监控系统,需要实现对林区大面积的视频监控,并且能够将森林防火前端监控点的视频图像,通过无线数字化网络相连。同时可以根据用户的具体需求,在监控中心、分控中心进行落地,并且可以按照用户要求,对不同级别的监控中心与分控中心,授权不同级别的控制权限。总体而言,无线网络视频监控系统需要具备以下功能:
网络摄像机能够实现对监控点周边山林变化情况(如山
火、险情等)的实时视频监控,且单点监控范围(面积)越
大越好;
在视频监控中心能够统一调度各前端监控视频点的图象
资料,实现集中监控和管理录像;
监控中心/分控中心可以对前端视频设备进行远程控制;
无线传输网络能够满足视频图像的传输带宽要求;
无线传输网络能够易于扩展和管理。
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无线网络视频监控系统组成
无线网络视频监控系统由以下三个主要部分组成:
前端监控设备
监控摄像机:为了最大程度的扩大单个监控点的可监控范围,前端监控摄像机优
先选择网络摄像球机,如此可以实现在监控点周边360°的全方位监控覆盖;
交换机:用于将监控摄像机接入到无线传输网络的设备,前端点的交换机无需高
配置,只要实现网络连接功能即可;
无线网络传输系统
通过点对点或者点对多点方式,实现高速长距离的无线视频数据传输
视频监控中心
总控中心:实现视频监控图像的集中调度和处理;
视频矩阵/存储服务器:实现图像上墙和录像存储功能;
电视墙/拼接屏:实现图像输出和大屏幕显示
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无线网络视频监控系统优点
由于森林防火监控环境地形复杂,且处于林区,基础设施建设困难,因此监控系
统的建设必须考虑各方面的影响因素,相比起传统的有线方式网络视频监控,无线网络
视频监控具有更适合林业防火部署应用的优点。
网络部署
灵活性
林区及其周边通常都是有线资源匮乏的地区,部署有线网络难度大,周期长,且面临新
建成本过高问题,而无线网络的部署则灵活很多,经过勘察选点确定站点可用后,可进
行快速部署;
延伸性
林区地理环境复杂,采用有线方式难以对监控网络进行有效和快速的延伸扩展,而采用
无线传输网络,则可以更简单的在具备基础条件设施的地方轻松延伸网络;
可扩容性
有线网络扩容受到运营商线路限制,成本高昂,无线传输网络可以通过设备License升
级,扩容网络传输带宽,即使针对不同级别型号的设备,达到传输带宽瓶颈时,由于其
安装灵活性,也可以快速更换更高带宽级别的无线传输设备,并将原有的低带宽级别设
备安装到可以满足带宽需求的其它站点,保护了用户投资
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无线网络视频监控系统优点(续)
成本
初期建设成本
有线网络的初期建设成本分为基础网络设备成本和线路铺设成本,其建设成本高,建设
周期长;无线网络的初期建设成本只有基础网络设备,无需线路铺设成本,建设成本低
且周期短
持续运营成本
有线网络建设完成后,每年需要支付昂贵的线路租赁费用,而无线网络建设完成后,就
是属于自有网络,无任何租赁费用和持续运营成本;
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无线网络视频监控系统案例分享
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公安应用--平安城市
挑战 : 要实时监控大片的复杂的有许多盲点的区域 ;高昂的布线成本以及有线视频的局限性;保障24小时的不间断的社区安全
解决方案:
通过一个高速的 PMP + PTP 无线宽带网络提供实时的上百个远端点的安全监控
PMP,PTP
实时图像监控
产品
应用
结果
客户
Motorola General Business Information, MOTOwi4 Wireless SP, Rev 1 Add additional legal text here if required by your local Legal Counsel. MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective owners. © Motorola, Inc. 2007
重庆公安
PTMP L
INK
Surveillance
sub-centre
PTP LIN
K
Camera+Encoder
+SM
Camera+Encoder+SM
+Reflector
(beyond3KM)
CMM module
PTMP
BS
5730BH
Optical
cable
Surveillance
centre
长时间的运营已经证明了系统的高稳定可靠性,满足了客户实时视频监控的需求。其优越的灵活性确保了在更广的区域内进行灵活的部署,而不受地理条件的限制。该系统同时在奥运火炬传递接力中发挥了重要作用。
基础架构方面的考虑
• 吞吐量性能
• 干扰消除
• 时延和抖动
• 可靠性 & 耐用性
• 可扩展性
• 频谱
• 频谱效率
• 频率复用(GPS同步 – PMP)
• 信息安全保障
• 物理
• 尺寸&重量
• 功率要求
• 可管理性
• 成本45
有代表性的无线视频监控参考设计方案
视频监控部署的设计现状:
– 你一般无法通过FWBB直接到达所有的“热点”
– 一个混合的无线技术(高低站)可能是必须的
– 如果一个线性的设计可以很好的满足需求,那么产品可以通过各种各样的方式支持
Slide 46
产品核心差异
• 整套的无线解决方案可以满足那些要求5个9可靠性的最关键任务:
– PTP 和 PMP 提供长距离、大带宽回传和最后一英里接入解决方案
– 支持许可频段和开放频段,2.4 GHz – 38 GHz
– 视距,近视距,非视距条件下的杰出的性能表现,无人能比
• 杰出的安全性
– AES 128/256 位加密
– FIPS 140-2 认证
• 行业领先的无线性能满足视频流传输的需求:
– 高无线性能,包括智能OFDM(i-OFDM),自适应调制模式(AMOD),MIMO,动态频谱优化(DSO),发射功率和接收灵敏度,循环前缀,低时延和抖动等等…
• 坚固耐用小巧的产品外观,很容易在城市户外安装而不影响美观
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针对视频监控的产品设计
• 可扩展性
– GPS同步避免干扰,提供高频率复用
• 视频的突发数据包
– 大的数据缓存确保处理视频数据中的突发数据包
• 组播和单播的支持
– AP/RM隔离功能和过滤器设定支持双方向的组播和单播视频流
• 增强的QoS
– 支持DSP和802.1p优先级,以保证完美的视频流
网络设计中的几个关键因素-1
无论是公共网,校园网,政府部门网络还是私有商务网络,一旦无线视频监控项目立项以后,应该迅速确定以下几个关键问题的答案:
1. 现有的基础设施可以是否可以用于设备的安装,以及现有的回程网络是否可以支持的需要的视频解决方案?
• 低站点 - 街边路灯杆,交通灯杆,较低的建筑等• 高站点 - 通信塔,高大的建筑屋顶等。• 汽车(移动指挥中心,公共汽车,船舶等)• 现有的光纤或双绞线网络,如移动公司或通信公司有线网络
很多时候,现有的设施或网络通常不能满足新的视频项目要求!
网络设计中的几个关键因素-2
无论是公共网,校园网,政府部门网络还是私有商务网络,一旦无线视频监控项目立项以后,应该迅速确定以下几个关键问题的答案:
2. 什么频谱是可用的?使用此频谱,什么样的技术和产品解决方案可以最有效地满足网络设计的要求:
• 无授权,授权,以及特定的无线频段• 频谱利用率高的产品-(高比特/ 赫兹的产品)• 强抗干扰技术,例如自动频谱优化技术(DSO)• 提供性能可靠的可视距/非可视距的解决方案• 灵活的信道带宽选项 (5/10/20/40 MHz)
了解可用的频率计划....或者开始制定学习计划!
范例:4.9GHz的线性网路设计
10 10 10
50Mbps
20Mhz GB 20Mhz
32 Mbps
Product A=
(Limited)
Product B =
(Efficient)
50 MHz4.9G Band
20Mhz
20Mhz
20Mhz
20Mhz
20Mhz
20Mhz20Mhz
20Mhz
40Mhz
单带通滤波器覆盖整个的4.9 GHz - 5.8 GHz频段。这使得它非常容易受到相邻频率的干扰(共站址性能指标较差)。
Open for Access
10Mhz
10Mhz
10Mhz
10Mhz
10Mhz
10Mhz10Mhz
10Mhz
5Mhz
Cambium特别的产品设计,共站址而无自身干扰
频率复用和可扩展性
典型的六扇区集群网络的频率规划
请注意,每个信道在180度重复使用
GPS同步允许信道的复用而不产生集群内以及与其他集群间的干扰
原则也适用与四扇区集群网络频率规划
多集群频率规划
网络设计中的几个关键因素-3
无论是公共网,校园网,政府部门网络还是私有商务网络,一旦无线视频监控项目立项以后,应该迅速确定以下几个关键问题的答案:
3. 根据所选择的摄像头,视频监视/分析/存储的要求,什么是传输网所必需满足的性能指标:
• 相机的对带宽高低的要求是(帧数/每秒,高清等)• 端到端时延要求(实时查看,变焦控制等)• 本地视频存储,检索的要求• 视频传输协议,单播或组播• 如何解决与现有的无线/有线网络的系统集成• 如何解决与传感器网络的系统集成
完成网络设计需求文档以及有效管理变动需求
如何处理视频传输的典型需求
• 延迟抖动和数据包丢失
– 延迟抖动的主要来源?
由于误码而导致的接收重传
网络拥塞
– 使用稳定可靠的纠错编码技术
循环冗余校验(CRC)
自动重复请求(ARQ)
前向纠错(FEC)
混合自动重复请求(混合ARQ或HARQ)
– 使用服务质量(QoS)进行数据传输优先控制
VLANS & 802.1p
Diffserv & TOS
如何处理视频传输的典型需求
20.29 Mbps
22.36 Mbps
循环前缀在OFDM技术中被经常使用,用来解决多径效应所带来的影响。1/4循环前缀,就是每发送4位用户数据位要发一个额外的位。1/8循环前缀,就是每发送8位用户数据位要发一个额外的位。
PMP450产品系列的循环前缀默认值是1/4。用户也可以修改该参数到1/8。从1/4更改到1/8可以增加〜2Mbps的数据带宽(假设占空比为75%)安装。如果多径效应比较低,用户可以根据实际的无线环境使用1/8的循环前缀。
网络设计中的几个关键因素-4
无论是公共网,校园网,政府部门网络还是私有商务网络,一旦无线视频监控项目立项以后,应该迅速确定以下几个关键问题的答案:
4. 何时何地利用冗余路径来设计有弹性的拓扑结构:• 在核心无线网络中支持环路拓扑设计• 在需要的地方实现双接入/分布设计
弹性拓扑设计(环路)可以增加整体无线网络的可靠性
Cambium-全方面的解决方案
PMP AccessPoints(APs)
PMPRemoteModule
PTP
Enterprise
PTP PTP
PMP AccessPoints(APs)
Ring Backhaul
PMPRemoteModule
PMPRemoteModule
网络设计中的几个关键因素-5
无论是公共网,校园网,政府部门网络还是私有商务网络,一旦无线视频监控项目立项以后,应该迅速确定以下几个关键问题的答案:
5. 网络管理在无线传输网络设计中的重要性,以及应该如何实施:
• 无线网络上的“眼睛”,提供实时集中监控网络的整体状况以及日常发生的变化。为视频监控提供重要支持。
• 时时牢记项目的初始设计和部署可以持续几天,几周或几个月,但正在进行的网络运营和维护将永远持续!
• 使用简单网络管理协议v3(SNMPv3),网络的安全性会更加严密可靠
单一的网管系统支持全网络管理
PMP AccessPoints(APs)
PMPRemoteModule
ElementManager
PTP
Enterprise
Connectivity
PTP
Licensed / Unlicensed
PTP
PMP AccessPoints(APs)
Backhaul
PMPRemoteModule
PMPRemoteModule
网络设计中的几个关键因素-6
无论是公共网,校园网,政府部门网络还是私有商务网络,一旦无线视频监控项目立项以后,应该迅速确定以下几个关键问题的答案:
6. 在针对视频监控用途的无线传输网络解决方案中,还有哪些与众不同的特性,我应该了解?:
• 确保无线传输设备入口缓冲区可以处理从超大的视频突发数据过爆发(使用大VC队列)
• 如何在无线传输网络中支持组播协议(默认的最低调制模式是多少?)• 小的产品外形设计会更适合室外安装。• 强有力的基本性能指标:如QoS,时延,接收灵敏度,自适应调制编码
AMOD,循环前缀,MIMO,AES加密等
视频的三种压缩帧类型
• MPEG视频数据流的三种压缩帧类型:
– I帧
I帧也被称为帧内编码帧。它的编码没有任何参考帧。压缩率比较低。实际上,I帧非常像JPEG帧。一个MPEG的视频流的所有帧都可以配置为I帧。在这种情况下,I帧就像MJPEG。
– P帧
P帧也被称为预测编码帧。根据已经发送的P或I帧,P帧使用动态补偿预测编码。P帧具有很高的压缩率。
– B帧
B帧也被称为双向预测编码帧。根据最近的已经发送的P或I帧和将要发送的P或I帧,B帧使用同态补偿预测编码。B帧具有很高的压缩率。
• 下图显示了一个典型的视频数据流一帧一帧的显示顺序,箭头显示每一帧在被解码时是如何参考其他的帧:
• 正如你可以从这张照片中看到的,I帧是最重要的。如果I帧丢失了,I帧后面的B帧就不能被解码,后面的P帧也不能被解码,导致P帧后面的P帧也不能被解码。其结果是,整个数据包可能不能被解码。但是,也有一些编解码器配有抗误码算法,可以在I帧丢失的情况下,对部分视频数据进行解码。
针对视频监控的无线传输网络配置
• 为了适应无线链路传输,无线传输设备必须支持较大的输入队列以容纳这些突发的视频流量,
• 当数据包到达的速度大于无线链路容量时,大的输入队列允许数据暂时存储在此直到无线设备准备好发送。
• 应该优化输入队列的大小,能够保证总是有数据要发送,而又没有大到导致数据包在队列中停留太久。
视频监控数据包像脉冲一样,在很短的时间里有时摄像头会发送超过50 Mbps的数据,然后闲置一段时间,然后再发送下一波数据。
支持组播
在视频监控中,利用组播可以节省相当大的带宽。由于不需要确认收到的数据包,一般认为组播是一个相对不可靠的协议。但在有线网络中,组播还是相当可靠的。
• 相对于Mesh产品只能使用最低的调制速率进行组播,PMP的组播功能更有效。利用独特的设计,PMP实现了在无线的环境中有效地处理组播另外PMP还支持Internet组管理协议(IGMP)。
针对视频监控的无线传输网络配置
针对视频监控的无线传输网络设计总结
了解用户的需求和局限
了解用户在每一个节点和全网的容量要求
设计弹性网络
了解本地的无线环境
什么是可用的频谱
无线链路的环境和局限
针对射频环境和用户需要,选择合适的无线宽带设备,
抗射频干扰
可靠的纠错控制技术
选择有经验的无线宽带和视频监控系统解决方案供应商
为何选择 Cambium Networks?
• 成熟的解决方案
– 有超过10,000多个网络部署在世界各地的150个国家。在各种恶劣环境下,提供了可靠的产品质量保证,比如沙漠,高海拔地区,极地,跨海安装,等等。
• 可靠稳定的性能
– 支持AES加密和身份验证控制,拒绝未经授权的访问。
– 数以百万计的Cambium Networks无线宽带设备部署在世界各地,现场故障率低于1%。
• 有效的成本控制
– 更少的时间和劳动。无线技术意味着视频监控系统可以在几个小时而不是几个月内完成系统的安装的建设,无需铺设电缆及处理配套工程的问题。
– Cambium Networks方便扩展的解决方案,无需拆卸和更换设备,可以提供小区域覆盖到整个城区的网络覆盖。
• 全套的产品组合
– 产品支持持牌及无牌频率
– 点对点和点对多点的产品,支持用户的灵活配置