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基于GPRS的移动视频监控系统设计与实现

作　者: 张荣博
导　师: 曲保章
学　校: 中国人民解放军信息工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 移动视频监控系统 GPRS 链路特性 STP协议 TCP/UDP协议移动图像监控终端
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 6次
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内容摘要

视频监控以其直观、内容详实等优点在安全、生产等领域得到广泛应用。移动视频监控可以实现对移动监控点的图像监控,突破了传统有线网络视频监控只能对固定场所监控的限制,在公安、交通、国防等领域具有广阔的应用前景。近年,随着我国移动通信系统的快速发展,国内已建成了GPRS、CDMA1X两个基于分组交换的无线广域网(W-WAN,Wireless Wide Area Network)。基于W-WAN的视频监控成为目前国内监控领域研究的热点。综观国内各种移动视频监控系统,其基本特点可以概括为(1)系统通信中,只是将W-WAN作为一个普通Internet接入网使用,缺少对系统实现中的关键,即移动视频传输这一问题的深入研究;(2)缺少核心技术,实现模式单一,价格昂贵,限制了移动视频监控系统的应用与发展。因此,增强基于W-WAN的移动视频传输应用研究、扩展应用模式、提高性价比成为目前移动视频监控系统亟待解决的关键。本文主要研究了W-WAN中GPRS网络的移动视频传输问题。文中探讨了GPRS的网络结构、协议体系以及链路特性,从中我们看出:GPRS网络链路不仅具有一般无线链路数据传输中遇到的延迟大、误码率高等共性问题,而且具有移动通信系统采用蜂窝频率复用方式带来的小区切换,以及由于通信中链路性能随着地理位置变换而变化造成的GPRS网络中不可避免的经常性遭遇的冗长时延和突变时延。这使得目前GPRS网络中使用的传统TCP或UDP传输协议均不能适应GPRS自身的链路特性,也不能实现高效的分组传输。针对这一情况,我们设计了基于UDP协议扩展的STP (Stream Transport Protocol)协议,该协议具有以下特点:(1)采用Go-Back-N与选择性自动请求重发结合的重传机制实现数据可靠性传输,并对ACK分组结构进行改进以实现可重入传输:(2)将C/I作为判断信道误码率对链路传输性能影响的依据,提出了主动式退避的流量控制思路,用以提高链路的利用率 (3)并发性传输,基于目前GPRS网络上行链路带宽低的现状,协议设计中增加了对并行模块传输的支持,以满足对传输速率要求较高的GPRS应用。通过采用以上机制可以使STP协议在保留UDP协议高效性的同时,弥补其缺乏可靠性机制的不足,并解决了移动传输中的乱序问题,从而为目前移动视频传输提供了一种新的传输方案。本文针对GPRS网络应用,设计并实现了包含STP协议,UDP协议,IP协议,PPP协议(LCP协议、PAP协议、IPCP协议)的GPRS网络应用通信协议栈,该协议栈代码精练、效率高、稳定可靠,并且对硬件资源要求低,从而使GPRS网络应用在硬件平台选择上变得更加灵活。本文中我们基于AT89S52单片机设计了一种性价比高的移动远程图像监控终端。终端在通信协议上使用STP协议栈。终端硬件主要包括主控部分、摄像头部分、网络传输控制部分以及GPS部分。硬件设计中通过增加储能电容以及合理的PCB布线解决了GPRS模块数据发射中大脉冲电流干扰问题;通过增加外部看门狗保证了系统运行可靠性。终端设计完成并通过了沿京广线的实地测试。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
第一章绪论  8-11
  §1.1 移动视频监控系统概述  8
  §1.2 移动视频监控系统发展现状  8-9
  §1.3 课题研究目的及意义  9-10
  §1.4 课题研究主要内容  10-11
第二章 GPRS网络传输性能研究  11-20
  §2.1 移动通信系统发展概况  11-12
  §2.2 GPRS与CDMA1X网络比较  12-13
  §2.3 GPRS网络结构与协议体系  13-16
  §2.4 GPRS链路特性  16-17
  §2.5 GPRS网络传输协议性能  17-20
第三章一种GPRS网络通信协议栈设计与实现  20-36
  §3.1 GPRS信道下通信协议栈结构设计  20-21
  §3.2 基于UDP协议的STP协议设计  21-28
    §3.2.1 协议设计原则  21-22
    §3.2.2 协议体系结构  22-26
    §3.2.3 协议应用实例  26-28
  §3.3 协议栈的实现  28-36
    §3.3.1 PPP协议分析实现  28-32
    §3.3.2 IP协议分析实现  32-34
    §3.3.3 UDP协议分析实现  34
    §3.3.4 STP协议分析实现  34-36
第四章移动视频监控系统设计与实现  36-51
  §4.1 系统总体架构  36-37
  §4.2 系统视频压缩编码方案  37-38
  §4.3 移动图像监控终端简介  38-39
    §4.3.1 移动图像监控终端概述  38
    §4.3.2 移动图像监控终端硬件框图  38-39
  §4.4 终端硬件设计  39-45
    §4.4.1 主控部分  39-41
    §4.4.2 摄像头部分  41-42
    §4.4.3 网络传输控制部分  42-43
    §4.4.4 GPS定位部分  43-44
    §4.4.5 PCB设计  44-45
  §4.5 终端软件设计  45-49
    §4.5.1 低层软件接口设计  45-46
    §4.5.2 功能实现  46-49
  §4.6 性能测试  49-51
第五章移动视频监控系统组网  51-54
  §5.1 系统组网存在的问题  51
  §5.2 系统组网解决方案  51-54
总结与展望  54-56
致谢  56-57
参考文献  57-58

基于GPRS的移动视频监控系统设计与实现

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