基于LTE技术开展移动监控业务的思路

　　随着通讯技术的不断发展，我国移动数据业务迎来了高速发展的阶段，从2009年起中国三大运营商推出3G业务，经过2年的大力推广，在2011年3G业务大幅升温，根据Wireless Intelligence的调查，截止2012年第一季度中国的3G接入总量接近2.5亿。运营商还在不断向该领域投入巨资进行基础建设，以提供更多的移动数据带宽资源。

　　目前无线视频监控业务发展受限于带宽不足，一方面是网络摄像机的推广普及及编码算法的进步，使高清视频监控应用日益广泛，用户对图像质量的要求越来越高，另一方面是现有的3G带宽资源还非常紧张，普通的3G基站一般有三个扇区，运营商需要优先满足个人用户的数据业务，能够预留出来给行业用户进行无线视频监控的带宽资源每个扇区仅有2Mbps左右，带宽资源非常紧张且造成成本高昂，这两方面的矛盾导致当前移动视频监控业务只能够在低带宽条件下进行发展，通过降低图像分辨率和帧率等参数来适应带宽条件，由于无线网络的延时抖动等问题，还易造成图像质量问题，无法获取良好的用户体验，影响无线视频监控业务的发展。

　　LTE（Long Term Evolution）技术作为3G的长期演进，具有100Mbps的数据下行，50Mbps数据上行的能力，被视作从3G向4G演进的主流技术，而且未来几年即将成熟的LTE-A技术能够具有下行1Gbps、上行500Mbps带宽，因此基于LTE技术的无线视频监控带宽完全可以和有线媲美，而无线技术固有的优势--如不用敷设线缆，能快速部署和建网，支持移动视频监控--使得基于LTE技术的无线视频监控会得到越来越广泛的应用。

　　LTE技术在视频监控领域的应用

　　LTE技术具有高带宽、低延时、低成本等优势，在网络建设完成后，可以极大的丰富运营商的无线带宽资源，比目前的3G网络更加适合大规模开展无线视频监控业务。

　　FDD与TDD双工技术

　　LTE系统同时定义了频分双工(Frequency Division Duplexing, FDD) 和时分双工(Time Division Duplexing, TDD) 两种方式。

　　FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。

　　TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD 方式的移动通信系统中, 接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载, 其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。

　　通信终端的多个选择

　　在无线视频监控中，在监控前端， LTE通讯终端可选择CPE设备(室内或室外，取决于部署地点)以及LTE无线模块，其中CPE设备下可介入多台视频监控终端，LTE无线模块可以嵌入到单独的编码器中或网络摄像机中，相比较而言LTE无线模块产品集成度高，无需独立供电。CPE方式的优势是所有LTE通讯部分的功能被集成在CPE设备中，网络摄像机只要接入CPE设备即可，而无需过多关注通讯方面，该方式可在一个CPE模块下接入多台设备共享LTE链路，尤其适合于多台标清网络摄像机共用一条LTE链路场景下。另外一种方式是网络摄像机集成LTE无线模块，对于网络摄像机设计难度相对大一些，但去掉了CPE设备，安装部署相对简单。

　　带宽增长推动应用领域扩张

　　LTE技术带来的带宽增长，可以极大的拓展无线视频监控应用，主要包括两大方面。

　　一方面是适用于偏远地区的视频监控，如：矿山、油田、工地、林业等行业的视频监控业务，这一类行业一般所在地点网络布设难度大，成本高，更适合采用无线视频监控。

　　另外一些移动视频监控业务如高清晰度广播信号即射即传业务、远程医疗救护、智能公交、公安巡逻车、特种车辆监控等业务，无法部署有线网络资源，只能够基于无线网络开展业务，在LTE技术成熟之后也会迎来新的发展机遇，通过采集车辆内外视频信息，并辅以GPS卫星定位系统，可对在外行驶的车辆进行有效管理，并收集沿路信息，如在医疗救护领域，可通过LTE技术将救护车上患者的视频图像、身体指标实时传输到急救中心，在病人到达医院之前做好充分准备，提高患者抢救成功率。随着LTE在各行各业的逐渐渗透，结合物联网、云计算等新技术，类似的特色业务将会有爆发性的增长。

　　LTE无线配置建议

　　LTE引入了OFDM(正交频分复用技术)、MIMO(多输入多输出)、64QAM高阶调制等新概念，可提供给用户更加充裕的网络带宽，更低网络时延，单向网络时延可达到低于5ms。LTE技术中，以TD-LTE为例，可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好的支持非对称业务，下表体现了视频监控中采用不同的视频编码格式所推荐的带宽要求。

　　表1  视频格式以及带宽需求

　　无线配置采用下行2x2 MIMO 64QAM/上行SIMO 16QAM，针对无线视频监控业务特点，推荐采用1DL:3UL子帧配置，单小区峰值上行速率26.290Mbps，单小区峰值下行速率47.072Mbps。

　　视频监控存储方式分为本地存储以及中心存储服务器存储。对于视频录像具有高安全等级的用户，一般采用中心存储方案，前端设备会一直将实时视频数据传输到中心机房的存储服务器上进行存储。以单扇区上行容量为20Mbps，单路摄像机采用占用4Mbps（720P）为例，则单扇区可承载5路720P高清视频。如果摄像机采用1-1.5Mbps（D1），则单扇区的可承载13-20路D1格式标清视频。如果摄像机采用512kbps（CIF），则单扇区可承载40路CIF格式视频。

　　QoS分析

　　如果采用前端设备本地存储，那么摄像机不需要一直将视频流传输到中心存储。只有当客户端请求某个前端设备的录像文件时，才会通过LTE网络上传到客户端。这个时候本地存储的视频流文件可以以Non_GBR承载上传，；则单扇区基站能够承载的视频路数基本不受限制。此外还可以设置告警出发存储，在发生告警时，由前端设备将告警发送到中心平台，中心平台获取前端设备的实时视频流并进行存储，在告警消除后一段时间，停止录像，这样既实现了突发事件时记录实时视频的要求，又可以在情况下节省带宽资源。

　　在视频监控系统前端设备工作过程中，可能有三种类型的数据需要上传到视频监控平台。1）控制信令。控制信令可以再细分为两种；一种是前端设备和中心管理平台接入服务器建立的连接，主要包括心跳消息、云台和镜头控制、告警信息等。另外一种是前端设备和流媒体服务器之间一些流媒体控制消息，例如请求实时视频、查询录像、录像回放、停止实时视频的信令等。2）从前端设备实时上传的音视频数据，或者客户端直接远程播放前端设备本地保存的录像文件；后者QoS要求要低于前者； 3）从前端设备向客户端或者流媒体服务器上传本地保存的音视频文件。这三种业务流的优先级从高到低。上述三种业务数据流对QoS要求不同，需要在LTE网络建立不同的专用承载进行传输；使不同类型业务数据IP报文能映射到不同等级的专用承载，为了实现这样的目的，需要使用上行TFT模板对IP报文进行分类，这种分类是基于源或目的IP地址五元组来实现的。因此需要不同的业务流的IP报文能够基于IP五元组进行识别（源IP地址，源端口号，目的IP地址，目的端口号和传输层协议号）。

　　专用承载建立方式可以分为动态创建和默认创建；动态创建就是当视频服务器请求该种类型的业务流时才创建专有承载；默认创建就是前端设备接入LTE网络时，随着默认承载建立的同时而建立的专有承载；由于动态创建是在需要时才创建，而默认创建是无论是否需要传输业务数据都创建。这两种创建方式对空口带宽利用率取决于用户浏览实时视频的习惯，视频的存储模式等；

　　当视频流采用24小时中心存储或者用户一直浏览每一路摄像机的实时视频时，每一路的视频数据都需要实时传输，这种情况下动态创建和默认创建方式对空口带宽利用率是一样的。即采用动态创建专有承载或默认创建方式，基站单扇区能承载的视频流数量是相同的。

　　当视频数据本地存储时，如果采用动态方式创建专用承载，只有客户端请求浏览摄像机的实时视频或者调用存储在本地的录像时才会建立专用承载，当用户停止浏览实时视频或者本地录像回放时则删除建立的专用承载；因此当视频采用本地存储或者用户随机浏览一部分摄像机的实时视频时，动态创建方式能充分利用空口带宽，技术人员需要根据用户实际的使用习惯来选择动态创建方式还是默认创建方式。

　　结束语

　　采用LTE技术可有效解决当前无线视频监控该业务面临的主要问题，为用户在低成本下提供高清晰度的视频体验带来可能，可以适用于车载、即摄即传、工地及其他偏远地区视频监控等行业应用，未来必将极大地带动无线视频监控业务的发展。