□張風(fēng)桐（山東省泰安市水利和漁業(yè)局）

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無線專網(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線寬帶應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗，從分析無線專網(wǎng)的技術(shù)特點、與信息化綜合應(yīng)用平臺結(jié)合、無線專網(wǎng)應(yīng)用前景等方面進行闡述，討論無線專網(wǎng)的特點和實際應(yīng)用中遇到的技術(shù)難題，以及解決技術(shù)方案，通過不斷實踐提升水利業(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，逐步實現(xiàn)水利管理“從靜態(tài)到動態(tài)、從平面到立體、從管理到?jīng)Q策”。

關(guān)鍵詞：無線專網(wǎng)；McLTE；第四代移動通信技術(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，水利各項業(yè)務(wù)對信息化應(yīng)用需求不斷提升，依托第四代移動通信技術(shù)，組建無線專網(wǎng)，建設(shè)水利信息化綜合應(yīng)用平臺，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)度等問題，進而提升水利業(yè)務(wù)的綜合管理效率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲管理、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　泰安水利無線專網(wǎng)建設(shè)情況

泰安市依托工程建設(shè)，同步推進信息化，于2014 a開始建設(shè)無線寬帶應(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，進一步擴展了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。光纖傳輸費用高，對資源要求高，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，項目在選取區(qū)域的制高點建設(shè)5套基站，信號就覆蓋全市大部分范圍，全市大中型水庫、重點?。?）型水庫、骨干河道等水利工程基本都在范圍內(nèi)，項目開始階段只是將重點水利工程的視頻進行回傳，后期準(zhǔn)備建設(shè)雨水情、土壤墑情等數(shù)據(jù)的上傳。同時配備手持無線終端，具備實時對講、語音、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、水利工程運行安全提供保障。

項目建設(shè)采用的是國內(nèi)獨立知識產(chǎn)權(quán)的McLTE（Multimedia Communication LTE）技術(shù)，它是以第四代移動通信技術(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)度等特點進行融合，集語音、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　無線專網(wǎng)技術(shù)特點

項目建設(shè)使用的頻段是400 MHz，采用先進全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計，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)驗和專網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計理念，具備以下技術(shù)特點：

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)具有良好的移動性能，滿足終端120 km/h高速移動下高性能服務(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、移動互聯(lián)網(wǎng)等服務(wù)，并且根據(jù)客戶需求提供專業(yè)多媒體集群調(diào)度功能，滿足行業(yè)客戶語音、集群等業(yè)務(wù)需求。

2.3應(yīng)用靈活

McLTE系統(tǒng)采用TDD時分雙工技術(shù)，上下行時隙資源可根據(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GOS、QOS控制策略，保證在發(fā)生突發(fā)事件時，重要客戶可以正常通信，并且系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，可擴展性好，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，通過無線空口加密、端到端語音加密、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)計方案，關(guān)鍵網(wǎng)元（如核心網(wǎng)、HSS等）采用N+1方式進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與組網(wǎng)，保證網(wǎng)絡(luò)運行的安全可靠。

3　無線專網(wǎng)在綜合信息化平臺建設(shè)中的應(yīng)用

無線專網(wǎng)的應(yīng)用在國內(nèi)水利行業(yè)并沒有先例，綜合應(yīng)用平臺與無線專網(wǎng)的結(jié)合是項目建設(shè)的難點。項目根據(jù)水利行業(yè)的特點，在技術(shù)方面進行了許多大膽嘗試。

項目以市縣兩級光纖專線作為全市水利主干網(wǎng)，將無線專網(wǎng)作為分支網(wǎng)和末端網(wǎng)。為了比較光纖專線與無線專網(wǎng)的通訊質(zhì)量，對末端傳輸設(shè)備進行升級改造，成功將原光纖傳輸?shù)穆酚蓪懭霟o線終端設(shè)備，實現(xiàn)原有線專線和無線專線同時上傳數(shù)據(jù)，達(dá)到作為應(yīng)用測試的目的，獲得更好的對比數(shù)據(jù)，為以后的無線專網(wǎng)應(yīng)用提供依據(jù)。項目實施最大的技術(shù)難點就是針對水利業(yè)務(wù)需求對上行容量情況進行容量分析和技術(shù)設(shè)計，無線專網(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，所以針對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不同進行特殊的設(shè)計。

對于視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，采用512 Kbps的CIF圖像傳輸，此時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?？紤]到實際應(yīng)用環(huán)境，60路視頻并發(fā)同時回傳，對后臺平臺監(jiān)控的壓力較大，且由于數(shù)量較大，后方指揮/值班人員沒有時間逐一查看，不能達(dá)到有效監(jiān)控的目的。所以采用“平時靜默、戰(zhàn)時調(diào)用、按需下載”的業(yè)務(wù)模式，及通過一定比例的輪詢系數(shù)設(shè)定，一方面與后臺應(yīng)用平臺相匹配，另一方面也能緩解無線網(wǎng)絡(luò)壓力以便承載更多的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

對于數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，單一數(shù)據(jù)采集點數(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，并無實時并發(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：在一個數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)，采用輪詢策略，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（輪詢系數(shù)為4），共計可承載120路數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)。

對于語音集群業(yè)務(wù)，每個語音組呼占用64 kbps帶寬，與數(shù)據(jù)采集類似，語音集群業(yè)務(wù)也不需要每個組均實時并發(fā)，按照行業(yè)經(jīng)驗，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給語音集群業(yè)務(wù)的情況下，單基站可支持語音集群并發(fā)組為16組，共計可承載80個語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。

對于無線辦公業(yè)務(wù)上行帶寬需256 Kbps，按照業(yè)務(wù)經(jīng)驗，辦公類業(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給無線辦公業(yè)務(wù)的情況下，單基站可支持無線辦公并發(fā)數(shù)為12人，共計可承載60人在線辦公。另外預(yù)留1 Mbps上行帶寬，作為系統(tǒng)余量。

通過解決這幾個技術(shù)難點，實現(xiàn)無線專網(wǎng)與水利綜合應(yīng)用平臺的結(jié)合，特別在視頻監(jiān)控方面，通過對比有些地區(qū)無線傳輸圖像的流暢度要明顯好于原來有線專線的圖像。

4　無線專網(wǎng)建設(shè)的應(yīng)用前景

雖然現(xiàn)階段無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，問題會逐步解決。特別是隨著水利數(shù)據(jù)的采集及現(xiàn)場設(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、維護成本過高等問題，無法在現(xiàn)場實際應(yīng)用，而無線數(shù)據(jù)采集及視頻監(jiān)控能夠很好地解決有線方式的問題，實現(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，現(xiàn)有的水利通信網(wǎng)不能滿足水利現(xiàn)場應(yīng)急通信的需求，主要體現(xiàn)在應(yīng)急機動通信能力不足、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)場搶險救援工作的展開。所以，建設(shè)一個能夠滿足水利應(yīng)急通信要求的無線寬帶專網(wǎng)將非常必要，對應(yīng)急現(xiàn)場信息的收集、反饋以及與指揮中心的溝通至關(guān)重要。同時通過無線通信系統(tǒng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動或人工向各級部門發(fā)布防汛預(yù)警信息，最大程度地避免人身財產(chǎn)損失。

在水利工程實施過程中，需實時地報送水利工程信息、水文信息等到相關(guān)部門，特別是在防汛期間，上級更需要工程現(xiàn)場信息來輔助防汛決策，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)場查看情況，這給現(xiàn)場與總指揮部的信息溝通帶來較大困難，無線專網(wǎng)應(yīng)用可很好地解決異地辦公、移動辦公的需求。

所以，無線專網(wǎng)通信在水利信息化上的應(yīng)用將越來越廣，作為水利信息化工作者，我們將繼續(xù)實踐無線技術(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）

中圖分類號：TN98

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）04-0072-02

收稿日期：2016-03-10