遠(yuǎn)距離跨海微波通信在海上油田的應(yīng)用探討

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摘 要：針對(duì)中海油南海東部海域長(zhǎng)期應(yīng)用衛(wèi)星通信方式實(shí)現(xiàn)海陸間日常生產(chǎn)、辦公業(yè)務(wù)存在的信息系統(tǒng)在海上平臺(tái)應(yīng)用效率低、訪(fǎng)問(wèn)速度慢的突出問(wèn)題，從突破衛(wèi)星鏈路組網(wǎng)后網(wǎng)絡(luò)高時(shí)延的角度，介紹了遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)跨海微波鏈路的測(cè)試及應(yīng)用情況。該微波鏈路通信距離91.7千米，實(shí)現(xiàn)了四個(gè)設(shè)施海陸業(yè)務(wù)的接入，信息系統(tǒng)的訪(fǎng)問(wèn)效率提升一倍以上。經(jīng)過(guò)1年半的應(yīng)用，鏈路運(yùn)行可靠平穩(wěn)，能夠滿(mǎn)足海上油田實(shí)際的通信需求。

關(guān)鍵詞：PTP；無(wú)線(xiàn)寬帶；衛(wèi)星通信；海陸通信

中圖分類(lèi)號(hào)：TN925.91

中海油南海東部地區(qū)海上油田地理位置遠(yuǎn)離陸地，日常生產(chǎn)、辦公需要與位于陸地的辦公室溝通聯(lián)系。由于海陸通信距離超過(guò)100千米，一直以來(lái)衛(wèi)星通信成為東部片區(qū)海陸間的主要通信方式，可以滿(mǎn)足海上油田的基本通信需求。

由于所有同步通信衛(wèi)星均分布在赤道上空4萬(wàn)千米左右的地球同步軌道上，通訊距離遙遠(yuǎn)，地面發(fā)射的信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)、接力到達(dá)目的地需要一定的時(shí)間，由此帶來(lái)了衛(wèi)星通信的時(shí)延問(wèn)題。從物理的角度看，這種時(shí)延是客觀(guān)存在的、無(wú)法客服的，在信息網(wǎng)絡(luò)中帶來(lái)了一定的副作用。[1]根據(jù)多年實(shí)際應(yīng)用情況，在4M通信帶寬的配置下，網(wǎng)絡(luò)較為空閑時(shí)，海陸間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸平均時(shí)延為490ms，隨著實(shí)際網(wǎng)絡(luò)流量的增加，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延會(huì)相應(yīng)增加，導(dǎo)致海陸間的網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)速度較慢?？陀^(guān)上造成了信息系統(tǒng)雖然在海上平臺(tái)應(yīng)用多年，但一直存在用戶(hù)體驗(yàn)不佳、效率低的實(shí)際問(wèn)題，成為信息化進(jìn)程中無(wú)法逾越的屏障。

1 應(yīng)用分析

在海洋石油行業(yè)中應(yīng)用較多的三大海陸間的主要通信方式包括光纖通信、衛(wèi)星通信與微波通信。光纖通信方式由于單獨(dú)敷設(shè)的成本相對(duì)較高，施工難度大等多方面因素，無(wú)法在短期內(nèi)解決海陸間的通信瓶頸。

隨著信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線(xiàn)電管理局開(kāi)放5.8GHz頻段用于高速無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的接入，基于該頻段無(wú)線(xiàn)寬帶接入的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。本文介紹了5.8G無(wú)線(xiàn)寬帶產(chǎn)品在中海油南海東部海域首次應(yīng)用的情況，測(cè)試鏈路計(jì)算如表1。

對(duì)于超遠(yuǎn)距離海面?zhèn)鬏敓o(wú)線(xiàn)鏈路，需要考慮地球曲率對(duì)電波傳輸?shù)挠绊?，因此存在極限視距與非視距傳播兩部分。[2]根據(jù)海洋石油行業(yè)實(shí)際應(yīng)用的情況，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波通信傳輸距離基本為視距傳輸，海上傳輸?shù)臉O限距離為40千米左右。[3]針對(duì)該條測(cè)試鏈路，主要考慮提升兩邊天線(xiàn)掛高高度以及選擇避開(kāi)高大建筑物、山體遮擋的傳輸路徑兩方面的因素，其目的在于增加視距傳輸?shù)木嚯x，提高遠(yuǎn)距離傳輸能力。應(yīng)用測(cè)試分為傳輸測(cè)試、鏈路測(cè)試、業(yè)務(wù)測(cè)試三個(gè)階段逐步開(kāi)展。

2 應(yīng)用案例

2.1 傳輸測(cè)試

建立一跳點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，評(píng)估安裝位置的合理性以及鏈路連通性等方面，初步判斷建立海陸微波干線(xiàn)的可行性。測(cè)試結(jié)果如下：（1）連通性：鏈路建立成功；（2）監(jiān)測(cè)時(shí)間：2天；（3）設(shè)備接收門(mén)限：-90dBm；（4）信號(hào)實(shí)際接收范圍：-75～-70dBm，正常，監(jiān)測(cè)期間未發(fā)生鏈路中斷；（5）文件傳輸速率：最大可達(dá)32Mbps；（6）數(shù)據(jù)傳輸：平均網(wǎng)絡(luò)時(shí)延<10ms，丟包率為0%。

2.2 鏈路測(cè)試

在一跳鏈路的基礎(chǔ)上，接駁至陸地辦公室的2Mbps運(yùn)營(yíng)商鏈路開(kāi)展測(cè)試，主要關(guān)注多種氣候條件下海陸兩端信號(hào)強(qiáng)度的變化、組網(wǎng)后網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及鏈路的穩(wěn)定性等因素，初步掌握鏈路的可用性。測(cè)試結(jié)果如下：（1）硬件配置調(diào)整：海上平臺(tái)天線(xiàn)更換為2.4米雙極化天線(xiàn)；（2）監(jiān)測(cè)時(shí)間：60天；（3）海況：晴、雨、大風(fēng)、大霧等多種氣候條件；（4）設(shè)備接收門(mén)限：-90dBm；（5）信號(hào)實(shí)際接收強(qiáng)度：主要集中在-70dBm～-50dBm之間，傳輸正常；（6）數(shù)據(jù)傳輸：空載條件下，微波鏈路平均網(wǎng)絡(luò)時(shí)延在2ms左右，海上平至陸地辦公室全程平均網(wǎng)絡(luò)時(shí)延在17ms左右，丟包率為0%；（7）語(yǔ)音測(cè)試：采用IP電話(huà)測(cè)試，語(yǔ)音通話(huà)清晰、穩(wěn)定；（8）穩(wěn)定性：信道容量的變化對(duì)微波鏈路的穩(wěn)定運(yùn)行存在一定負(fù)面影響。通過(guò)減低鏈路的調(diào)制方式、提高糾錯(cuò)碼的方式可以提升鏈路的穩(wěn)定性和鏈路冗余。經(jīng)過(guò)把鏈路的最高信道調(diào)制方式由64QAM0.92減低至16QAM0.67，可以使鏈路保持在一個(gè)穩(wěn)定的信道容量；（9）頻率干擾：測(cè)試環(huán)境下選用30MHz信道帶寬時(shí)，鏈路易受干擾影響，可以規(guī)避。

根據(jù)監(jiān)測(cè)期間的相關(guān)數(shù)據(jù)分析，該鏈路可靠性和時(shí)效性良好。在多種氣候條件下，海上和陸地的信號(hào)接收強(qiáng)度均處于正常的信號(hào)強(qiáng)度接收范圍，傳輸誤碼率可以控制在8.819e-6以下，整體測(cè)試情況良好。

2.3 業(yè)務(wù)測(cè)試

在上一階段測(cè)試基礎(chǔ)上，接入海上油田的實(shí)際通信業(yè)務(wù)開(kāi)展，關(guān)注海陸間語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通訊在海陸微波鏈路的實(shí)際運(yùn)行效果、信息系統(tǒng)訪(fǎng)問(wèn)效率等方面。為了最大限度減低測(cè)試期間出現(xiàn)海陸微波中斷對(duì)日常通信的影響，采用了新增海陸微波鏈路與原有衛(wèi)星鏈路在線(xiàn)熱備配置，如下圖1。基于這種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在不降低海陸通信可靠性的前提下，既實(shí)現(xiàn)了整個(gè)業(yè)務(wù)的平滑遷移，也有利于今后對(duì)海陸微波的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

整個(gè)測(cè)試期間，海陸微波一跳鏈路的平均網(wǎng)絡(luò)時(shí)延為5ms左右，各項(xiàng)通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)正常，通信效率得到有效提升，明顯提高了信息系統(tǒng)的訪(fǎng)問(wèn)效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

截至2014年上半年，中海油南海東部地區(qū)首條跨海遠(yuǎn)程微波鏈路已經(jīng)投入運(yùn)行1年半時(shí)間，期間鏈路總體運(yùn)行平穩(wěn)。該鏈路通信距離91.7KM，網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延5ms左右，大大低于衛(wèi)星鏈路高達(dá)490ms的時(shí)延，顯著提升了海陸通信效率。2013年全年因各種原因?qū)е碌逆溌分袛嗬塾?jì)時(shí)間2640分鐘，全年實(shí)際可用率99.5%。目前，該鏈路已承擔(dān)了四個(gè)設(shè)施的海陸通信業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)效率提升一倍以上，達(dá)到了預(yù)期目的。同時(shí)，鏈路建設(shè)具有安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、通信容量大等特點(diǎn)，對(duì)于遠(yuǎn)距離海面?zhèn)鬏?、大帶寬、高速率的通信需求而言，是一種有效的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫學(xué)海.衛(wèi)星通信的時(shí)延對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)的影響[J].山西電子技術(shù)，1999（01）：8-9+14.

[2]陳巖，董潔，莊云飛.近海覆蓋若干問(wèn)題的探討[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2009（07）：58-61+62.

[3]馬連波.海洋石油行業(yè)海陸主要通信方式分析[J].科技傳播，2010（20）：233+247.

作者單位：中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067