基于TD-LTE 1.8G無(wú)線專網(wǎng)的基建安全管控系統(tǒng)研究

匡 磊

（廣東大唐國(guó)際雷州發(fā)電有限責(zé)任公司， 廣東 雷州 524255）

引言

基建施工是一項(xiàng)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及的基建施工單位多、施工人員多，人員素質(zhì)參差不齊。施工人員雖都經(jīng)過(guò)上崗操作規(guī)范和安全培訓(xùn)，但仍避免不了部分人員疏忽大意或習(xí)慣性違章，基建期間的安保、安全工作面臨著極大的挑戰(zhàn)。為了強(qiáng)化施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施和人員管理，基建期間設(shè)置安全管控系統(tǒng)非常有必要。

1 行業(yè)發(fā)展背景

安全管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)，傳統(tǒng)方式是采用光纖和屏蔽雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)有線傳輸，有線傳輸方式可靠性、帶寬分配、通信實(shí)時(shí)性、可靠性等方面均有優(yōu)勢(shì)。但是基建現(xiàn)場(chǎng)施工地點(diǎn)分散，土建施工復(fù)雜，經(jīng)常對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)造成破壞。因此有線專網(wǎng)建設(shè)周期較長(zhǎng)，且后期面臨著線路維護(hù)復(fù)雜、新接入點(diǎn)拓展成本高、施工受場(chǎng)地、環(huán)境限制比較大等困難。一些基建工程和企業(yè)也逐步引入基于Wi-Fi、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的4G等無(wú)線通信技術(shù)，用于不便于敷設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信，解決用戶快速部署數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通訊需求。借助公網(wǎng)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商部署移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，存在安全隱患大、成本過(guò)高、帶寬無(wú)法保障等諸多問(wèn)題。2015年2月，國(guó)家工業(yè)信息化部發(fā)布《關(guān)于重新發(fā)布1 785～1 805 MHz頻段無(wú)線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知》，將1 785～1 805 MHz劃分為交通（城市軌道交通等）、電力、石油等行業(yè)專用通信網(wǎng)和公眾通信網(wǎng)頻段，推動(dòng)了TD-LTE 1.8G無(wú)線專網(wǎng)的積極發(fā)展[1]。

2 TD-LTE 1.8G無(wú)線專網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

1）TD-LTE是第四代移動(dòng)通訊系統(tǒng)（4G）的一個(gè)重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包含大量中國(guó)專利，是國(guó)家“十二五”支柱性產(chǎn)業(yè)，是“新一代信息技術(shù)”的關(guān)鍵組成部分。TD-LTE具有安全、高速率、大帶寬、高頻譜效率、低時(shí)延等諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅在公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上得到發(fā)展，更是在無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)上逐漸體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)地位。

2）TD-LTE具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，從終端設(shè)備的安全認(rèn)證到無(wú)線、系統(tǒng)側(cè)的安全加密，都加入了大量的先進(jìn)技術(shù)用于防范黑客入侵和安全信息泄露。1.8G的專有頻段和專用通信終端接入的組網(wǎng)模式，使得專網(wǎng)和公網(wǎng)完全隔離，不會(huì)受到公眾應(yīng)用的影響，最大程度杜絕了各種信息安全隱患和非法侵入的產(chǎn)生。

3）TD-LTE目前已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一，其單用戶下行100 M、上行50 M的高速率，5 ms的延時(shí)非常適合于視頻、語(yǔ)音信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸。相對(duì)目前WIFI等其他無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)有線組網(wǎng)技術(shù)，基于TD-LTE的無(wú)線通訊無(wú)需考慮復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、硬件安裝、綜合布線等問(wèn)題，可以隨時(shí)隨地靈活快速部署接入點(diǎn)。其通信架構(gòu)扁平簡(jiǎn)潔、信號(hào)穿透能力強(qiáng)、業(yè)務(wù)覆蓋范圍廣、語(yǔ)音數(shù)據(jù)一體化的特點(diǎn)，體現(xiàn)出多業(yè)務(wù)承載、最少工程布線、組網(wǎng)靈活快捷，維護(hù)簡(jiǎn)單方便、綜合成本相對(duì)較低等建網(wǎng)優(yōu)勢(shì)。

3 基建安全管控系統(tǒng)建設(shè)方案

基建安全管控系統(tǒng)以TD-LTE1.8G無(wú)線專網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，融合視頻監(jiān)控、單兵作業(yè)無(wú)線通信系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、電子圍欄、無(wú)線應(yīng)急廣播系統(tǒng)等一體，建立一體化基建安全管控系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.1 安全管控系統(tǒng)前端設(shè)備

無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端采用兩種型式攝像機(jī)，一種是支持TD-LTE 4G信號(hào)的無(wú)線攝像機(jī)，攝像機(jī)直接與基站無(wú)線連接，適用于信號(hào)質(zhì)量好的區(qū)域；一種是采用普通網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)+工業(yè)4G無(wú)線路由器組合方式，通過(guò)無(wú)線路由器與基站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這種方式適合于室內(nèi)攝像機(jī)或信號(hào)質(zhì)量較差的區(qū)域?；ìF(xiàn)場(chǎng)的塔吊采用無(wú)線視頻監(jiān)控，可以滿足塔吊動(dòng)態(tài)工作下的視頻監(jiān)控要求，解決了以往塔吊司機(jī)室及起吊作業(yè)區(qū)域監(jiān)控盲區(qū)的問(wèn)題。無(wú)線廣播系統(tǒng)的音柱或喇叭、門禁系統(tǒng)、電子圍欄等前端設(shè)備選用帶網(wǎng)絡(luò)功能的常規(guī)設(shè)備即可，采用工業(yè)4G無(wú)線路由器進(jìn)行信號(hào)傳輸。

3.2 TD-LTE無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

首先需要對(duì)前端設(shè)備布置區(qū)域進(jìn)行工勘及鏈路預(yù)算仿真，以某電廠基建工程現(xiàn)場(chǎng)為例。經(jīng)過(guò)建廠勘察，無(wú)線專網(wǎng)計(jì)劃建設(shè)TD-LTE無(wú)線基站1個(gè)，配屬三個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)采用8通道天線。小型高集成核心網(wǎng)置于現(xiàn)有核心機(jī)房的機(jī)架中，同時(shí)基站eNB(BBU+RRU)將通過(guò)光纖就近接入專網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)（PE節(jié)點(diǎn)），和中心機(jī)房核心網(wǎng)EPC進(jìn)行互聯(lián)互通。本工程無(wú)線網(wǎng)使用1 785～1 800 MHz頻段中的15 MHz連續(xù)可用帶寬，5 MHz作為預(yù)留帶寬，采用同頻組網(wǎng)方式進(jìn)行組網(wǎng)。本無(wú)線網(wǎng)的覆蓋質(zhì)量滿足以下指標(biāo)的要求：

1）覆蓋區(qū)內(nèi)的終端在90%的位置和99%的時(shí)間可以接入網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)線覆蓋區(qū)邊緣的通信概率應(yīng)大于85%；

2）在覆蓋區(qū)域內(nèi)，TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率應(yīng)滿足RSRP＞-105 dBm的概率大于95%；

3）在不高于10 m/s的中低速率移動(dòng)場(chǎng)景下，覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶處于覆蓋區(qū)邊緣時(shí)能提供上行不低于256 kb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力；

4）基站設(shè)備工作在1.8 GHz頻段時(shí)，基站系統(tǒng)單天線最大發(fā)射功率不少于12 W，天線增益為17±1 dB，并支持以1 dB的粒度進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)整；

5）基站單小區(qū)滿足覆蓋半徑大于3 kM；

6）在20 MHz工作帶寬，上下行峰值吞吐量應(yīng)大于80 MB/s以上，單終端的上下行峰值吞吐量達(dá)到 80 MB/s以上；(上下行時(shí)隙配比 3∶1，“配比 0”)；

7）單扇區(qū)規(guī)劃的可支持的業(yè)務(wù)數(shù)量如表1所示，每個(gè)基站支持3個(gè)扇區(qū)，一個(gè)基站完全可以滿足基建施工安全管控的系統(tǒng)的需要。隨著終端數(shù)目增加，可以增加基站和扇區(qū)擴(kuò)容。

表1 單扇區(qū)規(guī)劃的可支持的業(yè)務(wù)數(shù)量

3.2.2 基站構(gòu)建

本工程基站選址在化水樓，兩個(gè)扇區(qū)覆蓋集控樓以北的功能區(qū)，拉遠(yuǎn)一個(gè)扇區(qū)到燃運(yùn)樓，覆蓋集控樓以南的業(yè)務(wù)區(qū)。用戶終端側(cè)通過(guò)配置1.8 G無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)終端用戶的接入?；竞诵木W(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備采用中興ZXTS eTC 10，包括的EPC網(wǎng)元、DSS網(wǎng)元、OMM都放置在同一局域網(wǎng)中，通過(guò)嵌入到基帶處理單元BBU中實(shí)現(xiàn)供電和連接?；静捎肂BU+RRU組網(wǎng)方案，基帶處理單元ZXSDR B8200包括基帶處理板一塊，支持三個(gè)射頻單元，通過(guò)光纖與遠(yuǎn)程射頻單元RRU相連接。

3.3 基建安全管控平臺(tái)

視頻監(jiān)控采用NVR或者磁盤陣列存儲(chǔ)，設(shè)置流媒體服務(wù)器和管理服務(wù)器，管理服務(wù)器同時(shí)作為門禁、電子圍欄系統(tǒng)的服務(wù)器。建立集成化的管理軟件平臺(tái)，將安防各子系統(tǒng)整合到一個(gè)軟件平臺(tái)中。在一體化安全管控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下，可實(shí)現(xiàn)跨子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，比如電子圍欄與視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)、門禁與視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

基建安全管控系統(tǒng)建成后，能夠?qū)崿F(xiàn)基建工程在全面安全預(yù)防、應(yīng)急處理和管理上的一次重大變革，改變?cè)械陌踩珯z查必須到現(xiàn)場(chǎng)的狀況，改變突發(fā)事件處置滯后的局面。同時(shí)，基于1.8 G的TD-LTE專網(wǎng)能夠滿足移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展需要，最大化容納企業(yè)未來(lái)的業(yè)務(wù)拓展需求，并且具備長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)演進(jìn)路線，持續(xù)平滑演進(jìn)。