無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)在水利信息化建設(shè)的應(yīng)用探討

□張風(fēng)桐（山東省泰安市水利和漁業(yè)局）

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無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)在水利信息化建設(shè)的應(yīng)用探討

□張風(fēng)桐（山東省泰安市水利和漁業(yè)局）

摘要：文章結(jié)合山東省泰安市水利無(wú)線寬帶應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，從分析無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)、與信息化綜合應(yīng)用平臺(tái)結(jié)合、無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)應(yīng)用前景等方面進(jìn)行闡述，討論無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用中遇到的技術(shù)難題，以及解決技術(shù)方案，通過(guò)不斷實(shí)踐提升水利業(yè)務(wù)的綜合管理效率，提高水利業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的智慧決策和綜合指揮調(diào)度水平，逐步實(shí)現(xiàn)水利管理“從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從平面到立體、從管理到?jīng)Q策”。

關(guān)鍵詞：無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)；McLTE；第四代移動(dòng)通信技術(shù)；水利信息化；系統(tǒng)整合

0　引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，水利各項(xiàng)業(yè)務(wù)對(duì)信息化應(yīng)用需求不斷提升，依托第四代移動(dòng)通信技術(shù)，組建無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)，建設(shè)水利信息化綜合應(yīng)用平臺(tái)，解決現(xiàn)有各系統(tǒng)的信息整合、資源共享以及智慧決策調(diào)度等問(wèn)題，進(jìn)而提升水利業(yè)務(wù)的綜合管理效率，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)管理、資源共享、二三維一體化展示、水資源的優(yōu)化配置與調(diào)度預(yù)測(cè)分析等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的智慧決策和綜合指揮調(diào)度，最終達(dá)到水利管理“從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從平面到立體、從管理到?jīng)Q策”的水利現(xiàn)代化創(chuàng)新模式。

1　泰安水利無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)情況

泰安市依托工程建設(shè)，同步推進(jìn)信息化，于2014 a開(kāi)始建設(shè)無(wú)線寬帶應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在原有依靠光纖傳輸水利業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。光纖傳輸費(fèi)用高，對(duì)資源要求高，只能覆蓋主要工程和業(yè)務(wù)單位。由于泰安市位于泰山山脈，屬于山地地形，項(xiàng)目在選取區(qū)域的制高點(diǎn)建設(shè)5套基站，信號(hào)就覆蓋全市大部分范圍，全市大中型水庫(kù)、重點(diǎn)?。?）型水庫(kù)、骨干河道等水利工程基本都在范圍內(nèi)，項(xiàng)目開(kāi)始階段只是將重點(diǎn)水利工程的視頻進(jìn)行回傳，后期準(zhǔn)備建設(shè)雨水情、土壤墑情等數(shù)據(jù)的上傳。同時(shí)配備手持無(wú)線終端，具備實(shí)時(shí)對(duì)講、語(yǔ)音、視頻通話及視頻回傳等功能，為防汛抗旱指揮調(diào)度、應(yīng)急決策、水利工程運(yùn)行安全提供保障。

項(xiàng)目建設(shè)采用的是國(guó)內(nèi)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的McLTE（Multimedia Communication LTE）技術(shù)，它是以第四代移動(dòng)通信技術(shù)TD-LTE為核心，將TD-LTE的高速率、大帶寬與數(shù)字集群技術(shù)中的資源共享、快速呼叫建立、指揮調(diào)度等特點(diǎn)進(jìn)行融合，集語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻為一體的新一代寬帶多媒體數(shù)字集群系統(tǒng)。

2　無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)

項(xiàng)目建設(shè)使用的頻段是400 MHz，采用先進(jìn)全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)的TD-LTE技術(shù)相比較，McLTE技術(shù)吸收了同行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，具備以下技術(shù)特點(diǎn)：

2.1性能高效

McLTE系統(tǒng)在400 MHz頻段下，下行瞬間峰值速率100 Mbps，上行瞬間峰值速率50 Mbps；系統(tǒng)具有良好的移動(dòng)性能，滿足終端120 km/h高速移動(dòng)下高性能服務(wù)需求，在120～350 km/h（在特殊情況下能至500 km/h）下能保持蜂窩網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)性能；在集群調(diào)度指標(biāo)、系統(tǒng)延遲、系統(tǒng)容量等方面，也優(yōu)于其他無(wú)線通信系統(tǒng)。

2.2業(yè)務(wù)融合

McLTE系統(tǒng)具有高數(shù)據(jù)吞吐能力，為用戶提供高清視頻服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等服務(wù)，并且根據(jù)客戶需求提供專(zhuān)業(yè)多媒體集群調(diào)度功能，滿足行業(yè)客戶語(yǔ)音、集群等業(yè)務(wù)需求。

2.3應(yīng)用靈活

McLTE系統(tǒng)采用TDD時(shí)分雙工技術(shù)，上下行時(shí)隙資源可根據(jù)需求協(xié)調(diào)配置。系統(tǒng)帶寬可以從3 M/5 M/10 M/15 M/20 M靈活配置，保證了頻帶資源的優(yōu)化利用，并有效提高了頻譜利用率。McLTE系統(tǒng)通過(guò)GOS、QOS控制策略，保證在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，重要客戶可以正常通信，并且系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，支持網(wǎng)絡(luò)從單站通信到城市聯(lián)網(wǎng)等不同規(guī)模的組網(wǎng)。

2.4安全穩(wěn)定

McLTE系統(tǒng)具有良好的安全保密性能，通過(guò)無(wú)線空口加密、端到端語(yǔ)音加密、數(shù)據(jù)加密、硬件加密等加密認(rèn)證措施，確保了網(wǎng)絡(luò)通信的安全可靠。并且系統(tǒng)采用冗余化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，關(guān)鍵網(wǎng)元（如核心網(wǎng)、HSS等）采用N+1方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與組網(wǎng)，保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全可靠。

3　無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)在綜合信息化平臺(tái)建設(shè)中的應(yīng)用

無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)水利行業(yè)并沒(méi)有先例，綜合應(yīng)用平臺(tái)與無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的結(jié)合是項(xiàng)目建設(shè)的難點(diǎn)。項(xiàng)目根據(jù)水利行業(yè)的特點(diǎn)，在技術(shù)方面進(jìn)行了許多大膽嘗試。

項(xiàng)目以市縣兩級(jí)光纖專(zhuān)線作為全市水利主干網(wǎng)，將無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)作為分支網(wǎng)和末端網(wǎng)。為了比較光纖專(zhuān)線與無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的通訊質(zhì)量，對(duì)末端傳輸設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，成功將原光纖傳輸?shù)穆酚蓪?xiě)入無(wú)線終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)原有線專(zhuān)線和無(wú)線專(zhuān)線同時(shí)上傳數(shù)據(jù)，達(dá)到作為應(yīng)用測(cè)試的目的，獲得更好的對(duì)比數(shù)據(jù)，為以后的無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)應(yīng)用提供依據(jù)。項(xiàng)目實(shí)施最大的技術(shù)難點(diǎn)就是針對(duì)水利業(yè)務(wù)需求對(duì)上行容量情況進(jìn)行容量分析和技術(shù)設(shè)計(jì)，無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)作為末端網(wǎng)主要擔(dān)負(fù)前端水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的上傳任務(wù)，下行容量完全滿足業(yè)務(wù)需求，上行業(yè)務(wù)容量就受到限制，所以針對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不同進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)。

對(duì)于視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，采用512 Kbps的CIF圖像傳輸，此時(shí)單基站最大承載視頻監(jiān)控并發(fā)的數(shù)量可達(dá)60路，占用30 Mbps上行帶寬。考慮到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，60路視頻并發(fā)同時(shí)回傳，對(duì)后臺(tái)平臺(tái)監(jiān)控的壓力較大，且由于數(shù)量較大，后方指揮/值班人員沒(méi)有時(shí)間逐一查看，不能達(dá)到有效監(jiān)控的目的。所以采用“平時(shí)靜默、戰(zhàn)時(shí)調(diào)用、按需下載”的業(yè)務(wù)模式，及通過(guò)一定比例的輪詢(xún)系數(shù)設(shè)定，一方面與后臺(tái)應(yīng)用平臺(tái)相匹配，另一方面也能緩解無(wú)線網(wǎng)絡(luò)壓力以便承載更多的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

對(duì)于數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，單一數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)據(jù)需求帶寬約為32 Kbps，數(shù)據(jù)量較小，且數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中多為固定周期采集回傳，并無(wú)實(shí)時(shí)并發(fā)的需求。在單基站分配1 Mbps給數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)的情況下：在一個(gè)數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)，采用輪詢(xún)策略，每次采集30路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，占用1 Mbps上行帶寬，設(shè)定收斂比為1：4（輪詢(xún)系數(shù)為4），共計(jì)可承載120路數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)。

對(duì)于語(yǔ)音集群業(yè)務(wù)，每個(gè)語(yǔ)音組呼占用64 kbps帶寬，與數(shù)據(jù)采集類(lèi)似，語(yǔ)音集群業(yè)務(wù)也不需要每個(gè)組均實(shí)時(shí)并發(fā)，按照行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，業(yè)務(wù)收斂比為1：5（并發(fā)率為20%），即基站信道利用率約為20%。在單基站分配1 Mbps給語(yǔ)音集群業(yè)務(wù)的情況下，單基站可支持語(yǔ)音集群并發(fā)組為16組，共計(jì)可承載80個(gè)語(yǔ)音集群組在該基站下工作，完全能夠勝任洪區(qū)應(yīng)急指揮調(diào)度中的需求。

對(duì)于無(wú)線辦公業(yè)務(wù)上行帶寬需256 Kbps，按照業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，辦公類(lèi)業(yè)務(wù)收斂比為1：5（并發(fā)率為20%），即基站信道利用率為20%，在單基站分配3 Mbps給無(wú)線辦公業(yè)務(wù)的情況下，單基站可支持無(wú)線辦公并發(fā)數(shù)為12人，共計(jì)可承載60人在線辦公。另外預(yù)留1 Mbps上行帶寬，作為系統(tǒng)余量。

通過(guò)解決這幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)與水利綜合應(yīng)用平臺(tái)的結(jié)合，特別在視頻監(jiān)控方面，通過(guò)對(duì)比有些地區(qū)無(wú)線傳輸圖像的流暢度要明顯好于原來(lái)有線專(zhuān)線的圖像。

4　無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)的應(yīng)用前景

雖然現(xiàn)階段無(wú)線傳輸存在一些技術(shù)難題，比如傳輸?shù)膸捙c理論值有一定差距，傳輸?shù)姆€(wěn)定性不是很好，但是相信隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，問(wèn)題會(huì)逐步解決。特別是隨著水利數(shù)據(jù)的采集及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的視頻監(jiān)控應(yīng)用的增多，像泰安這樣多山脈地區(qū)，傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)采集及視頻監(jiān)控由于施工困難、抗毀性差、維護(hù)成本過(guò)高等問(wèn)題，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，而無(wú)線數(shù)據(jù)采集及視頻監(jiān)控能夠很好地解決有線方式的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)山洪防治區(qū)的各種數(shù)據(jù)的回傳應(yīng)用，解決水利系統(tǒng)精細(xì)化管理、高效化預(yù)報(bào)等信息化工作中遇到的通信傳輸瓶頸，為水文數(shù)據(jù)采集回傳、分析共享、決策發(fā)布、多方聯(lián)動(dòng)提供高效可靠的通信傳輸系統(tǒng)。

當(dāng)發(fā)生突發(fā)災(zāi)害時(shí)，現(xiàn)有的水利通信網(wǎng)不能滿足水利現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信的需求，主要體現(xiàn)在應(yīng)急機(jī)動(dòng)通信能力不足、應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較小、應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)功能單一等方面，嚴(yán)重影響水利應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)救援工作的展開(kāi)。所以，建設(shè)一個(gè)能夠滿足水利應(yīng)急通信要求的無(wú)線寬帶專(zhuān)網(wǎng)將非常必要，對(duì)應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)信息的收集、反饋以及與指揮中心的溝通至關(guān)重要。同時(shí)通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或人工向各級(jí)部門(mén)發(fā)布防汛預(yù)警信息，最大程度地避免人身財(cái)產(chǎn)損失。

在水利工程實(shí)施過(guò)程中，需實(shí)時(shí)地報(bào)送水利工程信息、水文信息等到相關(guān)部門(mén)，特別是在防汛期間，上級(jí)更需要工程現(xiàn)場(chǎng)信息來(lái)輔助防汛決策，而這些區(qū)域多處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，而且出現(xiàn)險(xiǎn)情的地段不固定，水利工作人員經(jīng)常需要深入到工程現(xiàn)場(chǎng)查看情況，這給現(xiàn)場(chǎng)與總指揮部的信息溝通帶來(lái)較大困難，無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)應(yīng)用可很好地解決異地辦公、移動(dòng)辦公的需求。

所以，無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)通信在水利信息化上的應(yīng)用將越來(lái)越廣，作為水利信息化工作者，我們將繼續(xù)實(shí)踐無(wú)線技術(shù)在水利工作中的應(yīng)用，更好地為水利事業(yè)服務(wù)，提高水利信息化水平。

（責(zé)任編輯：左英勇）

中圖分類(lèi)號(hào)：TN98

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8853（2016）04-0072-02

收稿日期：2016-03-10