瓊州海峽船岸WIFI聯(lián)網(wǎng)方案探討

1、瓊州海峽船岸WIFI聯(lián)網(wǎng)方案探討摘要：以5.8GHz的ISM頻段點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（PMP）無線通信系統(tǒng)為航運(yùn)船舶提供船 上監(jiān)控通信，岸基通過點(diǎn)播對(duì)船上監(jiān)控視頻進(jìn)行調(diào)閱。該處所述點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（PMP） 無線通信系統(tǒng)有別于常規(guī)意義上的無線網(wǎng)橋系統(tǒng)，采用了特殊技術(shù)支持海上遠(yuǎn)距 離高帶寬能力。關(guān)鍵詞：瓊州海峽；船岸WIFI；聯(lián)網(wǎng)方案引言隨著國家綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通（四個(gè)交通）快速推進(jìn) 和發(fā)展，智能航運(yùn)也成了行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。智能航運(yùn)是以信息化、智能化為 牽引，推動(dòng)現(xiàn)代信息技術(shù)和通信技術(shù)與航運(yùn)管理、航運(yùn)安全和航運(yùn)服務(wù)的全面融 合，實(shí)現(xiàn)航運(yùn)船舶調(diào)度管理和航運(yùn)服務(wù)組織的智能化，提升效率、質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)節(jié)

2、 能環(huán)保。在智能航運(yùn)的推進(jìn)中，船舶的信息化在新造船中已經(jīng)得到了很大的提升， 實(shí)現(xiàn)了基于總線技術(shù)的船舶航行控制設(shè)備、船舶機(jī)艙重要設(shè)備的集中控制管理和 信息展示，建設(shè)了船舶內(nèi)部的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)和信息化系統(tǒng)；與此同時(shí)，許多航運(yùn) 企業(yè)也建設(shè)了岸端的船舶航運(yùn)管理的信息化系統(tǒng)。但是受船岸通信和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳 輸技術(shù)和通信費(fèi)開銷的制約，航運(yùn)企業(yè)期望出現(xiàn)具有較低使用成本和較好技術(shù)性 能的船岸通信和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)船端和岸端信息化平臺(tái)的對(duì)接，支撐智 能航運(yùn)的快速發(fā)展。1可用系統(tǒng)的參數(shù)工作頻段：5.8GHz；傳輸體制：OFDM，抗多徑；信息帶寬：20Mb （標(biāo)稱）； 接收門限：-90dBm （速率20Mbps，B

3、ER1e-6）；發(fā)射功率：22dBm （約 160mW）；雙工方式：時(shí)分雙H（TDD）；多址方式：時(shí)分多址（TDMA）；帶 寬分配方式：動(dòng)態(tài)分配，帶寬利用率不低于85%；接口：以太網(wǎng)接口（IEEE802.3），物理連接RJ45。供電：DC 12V，電池供電。天線增益：定向20dBi，全向 9dBi。試驗(yàn)系統(tǒng)提供1套主站，2套船站，2套船站表明系統(tǒng)是一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線系 統(tǒng)。主站安裝在港口樓頂，采用定向天線，對(duì)航道進(jìn)行覆蓋；2套船站在船上擇 地安裝，采用全向天線。船站連接攝像機(jī)，在辦公樓上以計(jì)算機(jī)進(jìn)行船上的視頻 觀看。2試驗(yàn)測試內(nèi)容及方法2.1傳輸帶寬認(rèn)定以計(jì)算機(jī)文件傳輸?shù)姆绞綔y試。主站、船站均連

4、接計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)運(yùn)行文件 傳輸軟件，該軟件可以顯示當(dāng)前實(shí)時(shí)有效帶寬，軟件以全速傳輸占用全部無線系 統(tǒng)的帶寬，記錄軟件帶寬顯示值。該項(xiàng)測試內(nèi)容的目的是：因船站數(shù)量不足，若僅傳輸視頻，不能證明系統(tǒng)具 備20Mbps帶寬的傳輸能力，因此對(duì)帶寬專門測試。2.2傳輸體制OFDM抗多徑傳輸，傳輸體制與IEEE802.11a網(wǎng)橋相同，在全向天線條件下抗 多徑能力好?？紤]海面反射強(qiáng)烈，多徑嚴(yán)重，造成信號(hào)衰落，為可靠傳輸計(jì)，選 用多天線分集接收抗衰落技術(shù)，具體為岸上2扇區(qū)天線，增益18dBi；船上2全 向天線，增益12dBi。分集接收是自動(dòng)根據(jù)信號(hào)電平對(duì)信號(hào)進(jìn)行相干合并，提高傳輸可靠度的有效 手段，在信號(hào)存在衰

5、落時(shí)，是必不可少的技術(shù)措施。2.3通信距離試驗(yàn)岸上、船只上安裝畢設(shè)備后，船啟動(dòng)；在船只航行途中，系統(tǒng)一直加電運(yùn)行， 視頻保持傳輸；待視頻傳輸不流暢時(shí)，以GPS計(jì)算主站、船站距離，進(jìn)行記錄。3粗略計(jì)算3.1基本參數(shù)發(fā)射功率：33dBm；全向天線：增益12dBi；扇區(qū)天線：增益18dBi，波束角 65；接收門限：-87dBm （速率40Mbps，BER1e-6）。3.2組網(wǎng)、覆蓋方式多個(gè)主站對(duì)全部船只分組覆蓋，每主站扇區(qū)天線覆蓋航道；岸、船兩端均分 集接收，提高海上抗衰落能力，保證平穩(wěn)傳輸；多個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)子系統(tǒng)各工作于不 同頻點(diǎn)，同時(shí)無干擾工作；需要注意的是，5.8GHz是開放頻段，可能存在其它用

6、戶的系統(tǒng)，因此具體頻點(diǎn)需要現(xiàn)場電測后確定。3.2.1 65扇區(qū)天線覆蓋能力扇區(qū)天線僅考察最遠(yuǎn)點(diǎn)30km處的情況。30km處路徑傳輸損耗20*log （距離 *頻率）+93 = 138dB，那么接收電平（中值）為18+12+33-138 = -75dBm，余量 12dB，兩天線分集接收，分集增益可達(dá)15dB，可靠度相當(dāng)于單天線下電平余量 27dB，傳輸可靠度可達(dá)98%以上。3.2.2船只分組考慮在每艘船保證3Mbps帶寬的要求下，若50艘船只同時(shí)監(jiān)控，需要分為5組， 每組10艘船，每10艘船由1套主站提供接入服務(wù)。若50艘船中同一時(shí)間對(duì)30 艘船進(jìn)行監(jiān)控，具體被監(jiān)控的船只人工進(jìn)行選擇，則可分為3

7、組，每組17艘船， 可保證所有船只同時(shí)在線，然而同時(shí)監(jiān)控的船只為10艘，隨時(shí)進(jìn)行切換。4方案實(shí)現(xiàn)4.1通過無線傳輸實(shí)現(xiàn)兩岸直連由于只有一端（?？诟刍蛘吆０哺郏┻B接有線寬帶網(wǎng)絡(luò)，因此首先需要通過 無線傳輸鏈路，將沒有有線寬帶連接的另一端接入到有線網(wǎng)絡(luò)中由于航線長度為 20-30KM，因此兩岸岸上安裝的PTP650非視距微波設(shè)備（使用450M License）， 可以直接采用集成天線型，安裝簡便快速，且可以保證有效吞吐量100Mbps以上 且可用度99.99%。4.3船上無線傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)施部署在船上安裝八臺(tái)ePMP同步型設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備安裝配套的ePMP 90扇區(qū)天線 如果條件允許，最理想的安裝位置是

8、分別在船頭和船尾各安裝四臺(tái)四臺(tái)ePMP同 步型設(shè)備連接配套的ePMP 90扇區(qū)天線后，形成360全向接入角度，因此可以克 服船舶在航道上行駛時(shí)偏轉(zhuǎn)、掉頭所產(chǎn)生的方向偏離為了避免船上的八臺(tái)ePMP 同步型設(shè)備在連接兩岸的ePMP同步型中心基站時(shí)產(chǎn)生以太網(wǎng)環(huán)路，需要連接支 持鏈路聚合的交換機(jī)，并啟用動(dòng)態(tài)LACP協(xié)議4.4方案說明考慮到工程安裝方便以及盡量少占用基站空間（以便于預(yù)留更多空間給點(diǎn)對(duì) 多點(diǎn)基站設(shè)備），南岸（?？诟郏┖停ê０哺郏┲g的無線傳輸鏈路建議采用 PTP650集成型設(shè)備，采用450M容量License可以保證99.99%可用度100Mbps的 吞吐量；如過需要進(jìn)一步提高兩岸連接的容

9、量，而且岸上的安裝空間足夠，也可 以采用外接型的PTP650設(shè)備+0.9米天線。通過兩岸部署ePMP同步型點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線傳輸系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)航道以及船 舶進(jìn)港時(shí)繞行線路的全覆蓋。航道覆蓋的ePMP同步型中心站設(shè)備設(shè)計(jì)覆蓋距離為14.5-15KM，船舶進(jìn)港繞 行線路覆蓋的ePMP同步型中心站設(shè)備設(shè)計(jì)的覆蓋距離為3KM。船舶上安裝共4臺(tái)ePMP同步型點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線傳輸設(shè)備，連接ePMP配套的 90扇區(qū)天線，4臺(tái)ePMP同步型點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線傳輸設(shè)備形成一個(gè)360全向接入角 度，以克服船在航行過程中由于偏轉(zhuǎn)、掉頭所產(chǎn)生的方向偏離而致無法對(duì)準(zhǔn)兩岸 基站的問題。船上的ePMP點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線傳輸系統(tǒng)可以通過設(shè)定接入

10、的基站優(yōu)先順序，從 而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇可連接的岸上基站。船上的交換機(jī)以及兩岸交換機(jī)相關(guān)的連接端口，都需要進(jìn)行鏈路聚合的動(dòng)態(tài) LACP配置，以保證點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)連接時(shí)不會(huì)產(chǎn)生以太網(wǎng)環(huán)回。4.5測試確認(rèn)問題兩岸無線基站的信號(hào)覆蓋效果以及傳輸速率。根據(jù)理論計(jì)算，兩岸基站設(shè)計(jì) 航道覆蓋距離最遠(yuǎn)為14.5KM，每個(gè)基站設(shè)計(jì)最大同時(shí)連接5艘船，則每個(gè)基站可 以提供50Mbps吞吐量，即該距離下ePMP同步型點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)設(shè)備（按照兩端均采 用90扇區(qū)天線來估算），每艘船可以提供10Mbps吞吐量。實(shí)測時(shí)需要確認(rèn)信號(hào) 強(qiáng)度（波動(dòng)范圍）及帶寬（波動(dòng)范圍）是否滿足該預(yù)測結(jié)果。多交換機(jī)鏈路聚合功能。根據(jù)鏈路聚合的原理以及與華

11、為交換機(jī)工程師討論 咨詢的結(jié)果，該方案所采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以通過動(dòng)態(tài)LACP功能來避免以太網(wǎng) 環(huán)路。實(shí)測時(shí)需要注意配置細(xì)節(jié)與功能實(shí)現(xiàn)的效果（實(shí)測時(shí)可能用其它品牌交換 機(jī)，需要交換機(jī)廠家工程師確認(rèn)該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙绾螌?shí)現(xiàn)LACP）5系統(tǒng)擴(kuò)容兩岸之間的無線傳輸鏈路，經(jīng)測算，使用集成型PTP650時(shí)，可以保證 100Mbps吞吐量，而如果需要更高的連接帶寬，可以使用外接型的PTP650+0.9米 天線；需要注意集成型PTP650和外接型PTP650為不同硬件，無法互換，因此需 要在敲定方案時(shí)就要確定是選用集成型還是外接型PTP650O兩岸的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)基站與船舶之間連接的傳輸帶寬如果需要擴(kuò)容，可以在兩岸 增加

12、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)基站，并重新分配每個(gè)基站下的連接船舶數(shù)量，即可增加傳輸帶寬， 船舶上的無線傳輸設(shè)備無需改動(dòng)或者重新部署。6效果預(yù)估根據(jù)以下參數(shù)進(jìn)行預(yù)估：發(fā)射功率：22dBm；全向天線：增益9dBi；定向天 線：增益20dBi；接收門限：-90dBm。距離10km時(shí)，路徑傳輸損耗20*log （距離*頻率）+93 = 123.9dB，那么接收 電平（中值）為9+20+22-123.9 = -72.9dBm，余量17.1dB，根據(jù)微波傳播可靠度預(yù) 計(jì)模型，可靠度可達(dá)99%；因此，在10km處能夠可靠通信。距離15km時(shí)，路徑傳輸損耗20*log （距離*頻率）+93 = 127.4dB，那么接收 電平（中值）為9+20+22-123.9 = -76.4dBm，余量13.6dB，根據(jù)微波傳播可靠度預(yù) 計(jì)模型，可靠度可達(dá)98%；因此，在15km處一般能夠可靠通信。距離20km時(shí)，路徑傳輸損耗20*log （距離*頻率）+93 = 129.9dB，那么接收 電平（中值）為8+18+22-123.9 = -78.9dBm，余量11.1dB，根