無線通訊技術(shù)在偏遠(yuǎn)地區(qū)水利工程管理中的應(yīng)用

摘 要本文介紹如何解決偏遠(yuǎn)地區(qū)水利工程的通信問題。通過技術(shù)理論對比選擇，實(shí)際采購，現(xiàn)場施工，最后完成實(shí)施。為解決類似偏遠(yuǎn)地區(qū)工程的通信問題提供參考。

【關(guān)鍵詞】偏遠(yuǎn)地區(qū) 通信 無線

水利工程具有一定的特殊性，它們的位置都是在比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，如一些水庫都是在崇山峻嶺之間，而一些水閘則都是在大江大河旁邊，這些水利工程都是遠(yuǎn)離人們生活的地方，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商大都沒布線到這些地方，所以這里的安防設(shè)施及辦公自動化等一些現(xiàn)代管理方法都沒辦法應(yīng)用。但是隨著現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為解決它們的問題提供了一種可能?，F(xiàn)在我就無線通訊技術(shù)在偏遠(yuǎn)水利工程管理中的應(yīng)用談?wù)剛€(gè)人的看法。

現(xiàn)將前一陣子我單位的一個(gè)堤防安防監(jiān)控工程介紹一下，我單位管理范圍11.5公里堤岸，沿路下轄4個(gè)旱閘、4個(gè)水閘和一個(gè)排澇站，單位準(zhǔn)備在各個(gè)水閘、旱閘、排澇站及部分堤岸都裝上安防監(jiān)控，且都要通上互聯(lián)網(wǎng)，做到無紙化辦公。在這次工程招標(biāo)方案的設(shè)計(jì)過程中，碰到一個(gè)問題，我們的兩個(gè)水閘建在堤岸迎水坡，距離通信商的線路端口大約600米，且中間隔著路堤結(jié)合的江濱路。明線布設(shè)非常困難。如圖1所示。

所以在這兩個(gè)水閘與通信商的連接方面，考慮用無線連接方式。因?yàn)槿绻凑沼芯€方式，那就要破路、破堤挖管鋪設(shè)線纜，不管從經(jīng)濟(jì)方面還是地理環(huán)境方面都是不可取的。

1 工程需求分析

（1）每個(gè)水閘需要3路（1路高清紅外球機(jī)、2路紅外槍機(jī)）高清視頻監(jiān)控；

（2）每個(gè)水閘都要連接上互聯(lián)網(wǎng)滿足辦公上網(wǎng)需求；

（3）由于包括3路實(shí)時(shí)高清視頻監(jiān)控，要保證錄像畫面流暢性和清晰度，所以前端往后端硬盤錄像機(jī)的流量需求比較大。

2 無線信道及技術(shù)方案的選擇

通常的無線信道包括紅外、短波和微波信道。

（1）紅外線是利用紅外光源發(fā)光照射到墻壁或屋頂?shù)茸璧K物反射紅外線從而形成整個(gè)房間的廣播通信系統(tǒng)。這種通信方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備便宜，帶寬高，但其傳輸距離很有限，一般在無阻礙物的情況下，可傳輸幾米。常用于家用電器的遙控上。

（2）無線電短波通信是使用甚高頻30-300MHz和超高頻300-3000MHz的電視廣播頻段，其波長在100米-10米之間，其容易受到電磁干擾且?guī)挶任⒉ㄍㄐ乓　?/p>

（3）微波通信的頻率段為吉兆段的低端，一般是1-11 GHz，由于頻譜越高，其潛在的帶寬越大，所以它具有高帶寬、容量大的特點(diǎn)。由于使用了高頻率，其工作波長短，因?yàn)樵谔炀€面積給定時(shí)，天線增益與工作波長成反比，所以天線增益高，且可使用小型天線，便于安裝和移動，靈活性更好。

隨著社會的進(jìn)步，無線技術(shù)也日新月異，現(xiàn)在社會上比較流行有以下幾種無線技術(shù)，即藍(lán)牙、 Zigbee、Wi-Fi。

（1）藍(lán)牙技術(shù)其傳輸范圍有限，一般只有在4米范圍內(nèi)，才能收到其信號，大多應(yīng)用于計(jì)算機(jī)或手機(jī)等與外部設(shè)備的連接。

（2）Zigbee是一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其傳輸也只有10-100米，標(biāo)稱傳輸速率為250Kbps。主要適用于自動控制和遠(yuǎn)程控制等流量需求比較少的領(lǐng)域。

（3）Wi-Fi俗稱無線寬帶，它在當(dāng)今社會上被廣泛應(yīng)用。提到Wi-Fi，我們就要從IEEE802.11這協(xié)議說起，它包括IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac等協(xié)議。其中802.11n是目前比較主流的協(xié)議，它工作于2.4-2.4835 GHz和5.15-5.85 GHz頻段，在物理層用了DSSS（直接序列擴(kuò)頻）技術(shù)，在DSSS系統(tǒng)中，由于發(fā)射的碼片只占數(shù)據(jù)比特的N份之一，所以DSSS信號的帶寬是原來數(shù)據(jù)帶寬的N倍。它還在MAC子層采用了CSMA/CA（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免協(xié)議）增強(qiáng)了信號傳輸?shù)目煽啃?。理論上，它能提供最?Gbps帶寬進(jìn)行多站或無線局域網(wǎng)通信，或是最少500Mbps的單一連接傳輸帶寬。

綜上所述，顯然微波通信信道的Wi-Fi比較適合我們實(shí)際要求。

按照IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)本身來說，其覆蓋范圍是：室內(nèi)100、室外300。這個(gè)數(shù)只是理論值，在實(shí)際應(yīng)用中，會碰到各種障礙物，比如混凝土墻壁、木板、玻璃和石膏墻等都會影響其傳輸距離。為了實(shí)現(xiàn)我們目標(biāo)，我考慮增加網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。互連設(shè)備按它們工作的協(xié)議層劃分為：中繼器工作于物理層，它只是簡單對接收信號進(jìn)行再生和發(fā)送；路由器工作于網(wǎng)絡(luò)層，其處理數(shù)據(jù)的速度比網(wǎng)橋慢；而網(wǎng)關(guān)則工作于網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議層，它的產(chǎn)品比較少；網(wǎng)橋和交換機(jī)工作于數(shù)據(jù)鏈路層，轉(zhuǎn)發(fā)處理數(shù)據(jù)的速度相對較快，所以選擇無線室外網(wǎng)橋橋接來解決我們的難題。接下來就是天線增益的問題。在無線網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)過程中，為有效提高通信效果，減少天線輸入功率，天線會做成各種帶有輻射方向性的結(jié)構(gòu)以集中輻射功率，由此就引申出“天線增益”的概念。天線增益是用來衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇天線最重要的參數(shù)之一。天線分為全向天線和定向天線，全向天線是全方向的即在水平方向圖360度都有輻射，沒有死角或者死角非常小。一般情況下寬度越大，增益越小，所以其增益小，傳輸距離近，多用于點(diǎn)對多點(diǎn)通信。而定向天線正前方有水平角度，水平角度的大小與其增益數(shù)值成反比。其能量集中，增益相對全向天線要高，適合于遠(yuǎn)距離點(diǎn)對點(diǎn)通信，同時(shí)由于具有方向性，抗干擾能力比較強(qiáng)。

3 設(shè)備采購

經(jīng)過對市場上的產(chǎn)品進(jìn)行對比、選擇，我們選擇以下主要設(shè)備：大華的PFM880和PFM881，其大概參數(shù)為無線技術(shù)：IEEE802.11a/n；調(diào)制方式：IEEE802.11 OFDM；天線：DH-PFM880是外置天線增益16dbi，DH-PFM881是內(nèi)置天線增益15dbi；傳輸距離可達(dá)5千米，傳輸速率最高可到300Mbps。

4 施工階段

攝像機(jī)位置固定好后，通過雙絞線連接到交換機(jī)，再從交換機(jī)連到PFM881的LAN口，其有兩個(gè)RJ45接口，一個(gè)LAN口，一個(gè)POE口。PFM881作為發(fā)射端裝在水閘操作房的頂樓，其供電是從POE口通過雙絞線與POE電源上的“POE”口連接，再接到電源插座上。PFM880作為接收端有1個(gè)RJ45接口通過雙絞線與POE電源上的“POE”接口連接，給PFM880設(shè)備提供24V電源和數(shù)據(jù)傳輸，POE電源上的“LAN”接口連接光纖收發(fā)器，通過布設(shè)光纖連接到機(jī)房硬盤錄像機(jī)再接到監(jiān)視器上顯示出來。

最后效果圖如圖2所示。

在整個(gè)施工過程中總結(jié)一下幾個(gè)注意點(diǎn)：

（1）在配置發(fā)射端或接收端的IP時(shí)，應(yīng)及時(shí)修改其默認(rèn)IP，避免造成沖突。

（2）天線角度的調(diào)整整個(gè)施工的難度之一，大增益要細(xì)細(xì)調(diào)整，因?yàn)樗浇嵌确浅Ｐ?，稍微調(diào)整一下，就會失之千里。

（3）發(fā)射端和接收端在無線設(shè)置時(shí)，網(wǎng)絡(luò)名稱、無線加密選項(xiàng)和密碼要設(shè)置成一樣。

5 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代偏遠(yuǎn)地區(qū)水利工程業(yè)務(wù)信息的高度共享、傳遞、日常辦公及管理信息化，就必須要把它與外界的通信連接起來。通信包括有線和無線，由于偏遠(yuǎn)地區(qū)的局限性及現(xiàn)代無線技術(shù)的發(fā)展，無線通信方式越來越成了我們的選擇，本文通過技術(shù)理論對比選擇，實(shí)際采購，現(xiàn)場施工，最后實(shí)施完成?？蔀榻鉀Q類似偏遠(yuǎn)地區(qū)工程的通信問題提供參考。

作者簡介

戴建泉（1978-），男，從事電子計(jì)算機(jī)，水利工程管理方面工作和研究。

作者單位

漳州市九龍江河道防洪排澇管理處 福建省漳州市 363000