青草沙水庫(kù)水面無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋及其應(yīng)用

黃晨，萬(wàn)力

（上海城投原水有限公司青草沙水庫(kù)管理分公司，上海 201913）

青草沙水庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“水庫(kù)”）作為我國(guó)最大的河口江心型水庫(kù)，是上海重要的水源地之一。環(huán)庫(kù)大堤一圈為48.41 km，形態(tài)狹長(zhǎng)猶如江鱘。水庫(kù)主要設(shè)備分布在取水泵閘、下游水閘、輸水管理區(qū)三個(gè)區(qū)域。地域廣而設(shè)備分散同時(shí)水庫(kù)內(nèi)設(shè)立多處水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮筒，隨著設(shè)備增多對(duì)于網(wǎng)絡(luò)寬帶、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求增加，因此，使用2.4 G無(wú)線(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水庫(kù)水面設(shè)備的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

1 水面無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案

水庫(kù)形態(tài)狹長(zhǎng)，水面設(shè)備有較高速率的網(wǎng)絡(luò)需求。為滿(mǎn)足水庫(kù)水面高清視頻監(jiān)控、在線(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)染W(wǎng)絡(luò)需求，需對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，并對(duì)各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)本地存儲(chǔ)。同時(shí)，考慮水庫(kù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，提出了分布式核心網(wǎng)絡(luò)方案，實(shí)現(xiàn)分布式集中管理調(diào)度。水庫(kù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 網(wǎng)絡(luò)特征分析

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

水面設(shè)備基本都安裝在浮筒上，通信主要有水面高清視頻傳輸和水面在線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)上行傳輸需求很高，而水質(zhì)在線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性要求又很高。一般情況下，一個(gè)高清視頻傳輸上行速率不超過(guò)5 Mbps，下行速率不超過(guò)1 Mbps，單個(gè)天線(xiàn)覆蓋范圍內(nèi)不超過(guò)4個(gè)視頻高清攝像機(jī)。每個(gè)浮筒數(shù)據(jù)上行速率傳輸不超過(guò)200 kbps，下行速率不超過(guò)100 kbps，單個(gè)天線(xiàn)覆蓋范圍內(nèi)不超過(guò)4個(gè)浮筒。

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)特征

水庫(kù)形態(tài)狹長(zhǎng)猶如江鱘，三個(gè)管理區(qū)域進(jìn)行分區(qū)域管理，各個(gè)區(qū)域間相對(duì)比較獨(dú)立。在各個(gè)區(qū)域間內(nèi)具有獨(dú)立自主的網(wǎng)絡(luò)管理，而大量的視頻存儲(chǔ)業(yè)務(wù)和在線(xiàn)數(shù)據(jù)集中在輸水管理區(qū)域進(jìn)行集中統(tǒng)一管理。

網(wǎng)絡(luò)特征為：網(wǎng)絡(luò)分管區(qū)域獨(dú)立管理，高清視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鞣止軈^(qū)域后通過(guò)已有本地網(wǎng)絡(luò)集中至輸水管理區(qū)；水質(zhì)在線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，需要保持網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性；各區(qū)域間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)能夠集中在輸水管理區(qū)進(jìn)行集中管理。

1.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)方案

1.2.1 以3個(gè)生產(chǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)為核心

基于網(wǎng)絡(luò)需求，一個(gè)區(qū)域暫時(shí)不超過(guò)覆蓋4個(gè)浮筒時(shí)需滿(mǎn)足20 Mbps的視頻數(shù)據(jù)上行和800 kbps的水質(zhì)數(shù)據(jù)上行。同時(shí)，滿(mǎn)足4 Mbps的視頻下行和400 kbps的水質(zhì)數(shù)據(jù)下行要求?？紤]到浮筒緊貼水面，水面信號(hào)傳輸?shù)牟▽?dǎo)效應(yīng)影響，水面信號(hào)傳播性能差異較大。充分利用水庫(kù)岸邊的高層建筑，使用UBNT airMAΧ的無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)并架設(shè)24DB定向天線(xiàn)，擴(kuò)大信號(hào)覆蓋范圍。

水面設(shè)備安裝在浮筒上，并在一定范圍內(nèi)移動(dòng)，浮筒移動(dòng)會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)通信。浮筒使用UBNT airMAΧ的無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)并架設(shè)15DB全向天線(xiàn)盡量降低浮筒移動(dòng)時(shí)的影響。

1.2.2 有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)方案

有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)方案依賴(lài)水庫(kù)內(nèi)3個(gè)管理區(qū)域已有網(wǎng)絡(luò)資源，采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式和管理方式。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)主要發(fā)生在水面浮筒AP上傳至水庫(kù)3個(gè)管理區(qū)域機(jī)房AP，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)再轉(zhuǎn)至有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)水庫(kù)核心網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一至輸水管理區(qū)集中管理。

1.2.3 水面設(shè)備風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)

太陽(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，陽(yáng)光最強(qiáng)時(shí)一般風(fēng)很小，而在晚上沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)，由于溫差比較大，空氣流動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)的形成。然而，在晴天太陽(yáng)能比較充足、風(fēng)能相對(duì)較?。辉陉幱晏鞖鈺r(shí)，陽(yáng)光會(huì)很弱，但陰雨天氣會(huì)伴隨著大風(fēng)，風(fēng)能相對(duì)較大。風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.

圖2 風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在水面上持續(xù)穩(wěn)定供電是個(gè)難題，原本水面設(shè)備供電只依靠太陽(yáng)能供電，一般天氣設(shè)備供電正常。當(dāng)遇到持續(xù)惡劣天氣時(shí)，水面設(shè)備供電就會(huì)暴露出問(wèn)題，太陽(yáng)能板所產(chǎn)生電能不能滿(mǎn)足設(shè)備耗電，開(kāi)始使用蓄電池儲(chǔ)備能源，而當(dāng)蓄電池多次過(guò)放電后電池失去活性，必須更換電池。水面設(shè)備新增設(shè)備時(shí)都需要考慮供電耗電問(wèn)題。太陽(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，根據(jù)風(fēng)光的互補(bǔ)特性使用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)可以很好地解決供電問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的供電。青草沙水庫(kù)位于長(zhǎng)江口，江心擁有豐富的風(fēng)能可以利用，浮筒上安裝風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以充分利用水面風(fēng)能和太陽(yáng)能，滿(mǎn)足水面視頻監(jiān)控設(shè)備、水面在線(xiàn)數(shù)據(jù)設(shè)備、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的供電需求。同時(shí)，增加蓄電池容量，以防遇到持續(xù)迷霧、無(wú)風(fēng)陰雨天的極端情況，確保水面設(shè)備的持續(xù)供電。

2 結(jié)論

經(jīng)測(cè)試，3個(gè)區(qū)域使用2.4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋速率平均在50 Mbps。水庫(kù)水面無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋具有較好的覆蓋性。由于沒(méi)有成熟的水面?zhèn)鞑ツＰ?，水面信?hào)傳輸受波導(dǎo)效應(yīng)的影響，且水面無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備安裝在浮筒上，而浮筒會(huì)在水面移動(dòng)，不利于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋。使用2.4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案可以較好地滿(mǎn)足水面設(shè)備通信要求，有明顯的富余網(wǎng)絡(luò)帶寬。