4G LTE cat.1在物联网,安防中的应用

现在早已跨入5G时代,再来介绍4G/LTE似乎有点不合时宜。然而今年(2020年)年初,4G中的LTE cat.1突然热起来,尤其是其给物联网,安防视频带来全新的机会。海康 随之推出了很多4G的网络摄像机,仿佛后知后觉,4G网络视频监控的时代终于来了?

4G,LTE,TDD/FDD及LTE cat.1

我们先来看关于4G的几个概念。
4G,当然就是第四代移动通信技术。相较于3G,4G的核心就是网速提高,按照ITU的定义,静态传输速率达到1Gbps,用户在高速移动状态下可以达到100Mbps。
LTE,(Long Term Evolution)长期演进技术,是由3GPP制定的无线通讯标准。其中LTE-Advanced(长期演进技术升级版,即LTE-A)是被ITU认可的4G标准。其又划分为两个分支:

  • LTE FDD(频分双工长期演进技术):最早提出的LTE制式,目前该技术最成熟,全球应用最广泛,终端种类最多。峰值速率:下行150Mbps,上行40Mbps。
  • LTE TDD(时分双工长期演进技术):又称TD-LTE,是LTE的另一个分支。峰值速率:下行100Mbps,上行50Mbps。

LTE cat.1是3GPP的UE(User equipment) category使用者设备分类的一种。cat.1上行峰值速率:5.16Mbps,下行10.3Mbps。这个上行速度对于单个网络摄像机传输来说足够了。3GPP全部的UE category如下表:

3GPP UE category分类

UE CAT最大上行速率最大下行速率3GPP RELEASE
NB11.00.68Rel 13
M11.01.0Rel 13
01.01.0Rel 12
15.210.3Rel 8
225.551.0Rel 8
351.0102.0Rel 8
451.0150.8Rel 8
575.4299.6Rel 8
651.0301.5Rel 10
7102.0301.5Rel 10
81497.82998.6Rel 10
951.0452.2Rel 11
10102.0452.2Rel 11
1151.0603.0Rel 11
12102.0603.0Rel 11
13150.0391.7Rel 12
149585.0391.7Rel 12
15226750Rel 12
16n/a979Rel 12
17n/a25065Rel 13
18n/a1174Rel 13
19n/a1566Rel 13
203152000Rel 14
213001400Rel 14

物联网业务

按照传输速率(下行),可以把物联网业务划分为高速,中低速,窄带业务三个类型。现阶段各业务所占的比例如下:

百分比业务应用
10%高速业务LTE cat.4,cat.6/5G
30%中低速业务LTE cat.1,cat.M1/eMTC
60%窄带业务NB-IoT,cat.NB1

从中我们看出90%的业务,中低速即可以满足需求。一个H.265编码的200万像素高清网络摄像机合适的码流值大约是1500kbps左右,如果使用移动网络来传输网络摄像机,这个应用属于物联网中的中低速业务应用。

LTE cat.1在物联网应用中的优势

从上面的基本概念,网络传输速度分类中我们可以看出,cat.1完全满足网络摄像机传输带宽要求。除此在安防领域的应用,cat.1在物联网应用中突然热门起来的原因还有:

  • 价格。相较于更高速率的4G模块,LTE cat.1价格更实惠。(带RJ45,WiFi,USB接口的4G模块大约120块钱,现在cat.1模组大概50左右,如果绑定流量卡一起购买成本还能下降。)
  • 4G网络成熟,对应的cat.1芯片,功能成熟(与4G相同)。运营商基站资源,4G芯片产业发展完善,4G相关软件开发成熟。
  • 传输速率可靠(上行)(可靠,与cat.NB1,cat.M1相比)。上面有分析,不赘述。
  • 几大移动运营商主推(政策)。今年中国移动,中国联通关于LTE cat.1的政策扶持力度很大。可以参见相关新闻报道。
  • eMTC发展不力,2G退网时间临近。cat.1将会是取代eMTC(cat.M1)不二之选。
  • 趋势。虽然5G在快速发展,但2025年前4G仍将占主导。

物联网传输方式

除了4G,物联网的传输方式还有很多。

物联网常见的传输方式

传输方式要点
局域网无线连接
Wi-Fi
蓝牙
Thread
Z-Wave
ZigBee
Sub-1GHz315,433,868,915MHz等
广域网无线连接
GPRS
NB-IoTcat.NB1
LoRa
LoRa WAN
eMTCcat.M1
近场连接
RFID
NFC
有线连接
VART
ModBus
OPC
CAN
PLC
定位导航
GPS
北斗

更多的关于物联网,物联网传输方式可以参见我拟写的这篇文章 物联网,智能家居,AI

4G在安防中的应用

4G在安防中的应用,最多的就是4G网络摄像机,当然还有4G网络硬盘录像机,4G DVR等。这些4G产品的使用方法大同小异,曾经拟写过一些4G安防产品的使用说明,可以参见文末的参考资料。这里再以4G网络摄像机为例,总结说明下相关产品的使用方法及特点。
4G网络摄像机,就是通过移动运营商的4G无线网络来传输视频信号的网络摄像机。因为无线移动运营商的网络和互联网是联通的,这样网络摄像机也就实现了连接外网,即互联网的目的,可以远程访问了。
无线4G网络摄像机一般使用在高速公路,森林,水库等没有或者不方便布设有线网络的监控场景。还可以和太阳能供电搭配使用,以完全不需要布线。

4G网络摄像机使用注意事项

  • 摄像机支持支持的网络制式,频段是否与使用的无线网络运营商的网络符合。可以咨询无线网络运营商及4G设备厂家。
  • 摄像机安装地是否有对应的网络信号,稳定可靠。
  • SIM卡开通服务,流量及服务正常。
  • 注意流量套餐,按需使用。一个200万265编码的网络摄像机(按照码流1000kbps计算)一天24小时一直观看,所需要的流量大约是8-10G。

4G网络摄像机的访问方式

  • 直接外网静态IP地址访问
    一般4G网络摄像机拨号成功以后,会获取到一个IP地址,如果这个IP是公网的唯一静态IP地址,那么摄像机就能通过这个唯一的IP地址在外网访问了。但事实上,公网静态IP地址资源有限,4G运营商的sim卡提供的一般都是内网动态IP。静态IP地址需要与运营商协商购买。
  • DDNS动态域名访问
    因为摄像机已经通过4G网络连接到了外网,此时我们可以像普通有线网络摄像机一样,通过绑定动态域名,端口映射的方式,实现外网访问。
  • P2P访问
    和普通网络摄像机一样,4G网络摄像机可以实现P2P访问。需要摄像机内置有P2P访问服务功能。常见的一些网络摄像机P2P访问平台可以参见 P2P远程访问技术在安防视频监控中的应用 一文。
  • 主动注册到外网平台访问
    如果我们在外网架设有固定地址(外网静态IP或者域名)的服务器,我们可以在摄像机里设置,让摄像机主动注册到平台服务器,实现在平台服务器里访问管理此4G摄像机的功能。
    比如海康的4G网络摄像机可以注册到诸如28281平台、Ehome平台或者萤石云平台。

4G视频监控的优势

  • 4G网络传输,无需WiFi或者有线网络;
  • 供电:可以使用太阳能,风能,外加蓄电池的方式,解决了供电问题;
  • 存储:摄像机自带TF卡,本地储存;接NVR存储,做分布式存储;通过4G传输到监控中心集中存储;摄像机通过4G接入互联网,直接云存储。

参考资料:

  1. 4G
  2. 长期演进技术
  3. E-UTRA
  4. 4G网络摄像机的使用
  5. 4G网络摄像机的使用及相关知识
  6. 4G网络视频监控解决方案
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引用通告 & 通告

  1. […] 特别的,在不合适进行有线网络传输时候,考虑使用Wi-Fi或者4G,甚至5G进行传输。 […]

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谈笑有鸿儒,
往来无白丁。

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