楊晉寧 彭義東

摘要：本文在運用TDLTE技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種適用于海上平臺的綜合集群調(diào)度系統(tǒng)，以提供集群對講、實時視頻拍傳、IP電話、電話會議等功能為一體的融合通信業(yè)務(wù)應(yīng)用。經(jīng)實踐證明，綜合集群調(diào)度系統(tǒng)有效地服務(wù)于現(xiàn)場應(yīng)急調(diào)度、平臺人員信息交互、巡檢、現(xiàn)場指揮、設(shè)備故障搶修等生產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：TDLTE；海上鉆井平臺；Android終端；RADWIN仿真軟件

中圖分類號：TN919.85

南海，由于其豐富的石油天然氣資源，近年一直為石油天然氣開采的熱點。而南海海域廣闊，海上鉆井平臺普遍離岸較遠，與岸基通信基本上靠衛(wèi)星，且衛(wèi)星通信費用昂貴，因此采油平臺內(nèi)部各工作組間、平臺與船舶之間局域網(wǎng)通訊的重要性就突顯出來。

1 TDLTE網(wǎng)絡(luò)

TD LTE 全稱為Time Division Long Time Evolution（分時長期演進），是我國主導(dǎo)的新一代移動通信技術(shù)，是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3G 國際標(biāo)準(zhǔn)TDSCDMA 的后續(xù)演進技術(shù)，具有傳輸速率高、時延短、頻譜效率高等特點[1]，引入了MIMO（多入多出技術(shù)）與OFDM（正交頻分復(fù)用技術(shù)）[2]。相比于3G系統(tǒng)，在性能方面，TDLTE在系統(tǒng)帶寬、網(wǎng)絡(luò)時延、移動性方面都有了跨越式提高，能夠為用戶提供更加豐富多彩的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)[3]；在應(yīng)用方面，TDLTE能夠滿足用戶移動無線寬帶的需求，可以提供高清視頻下載、高清視頻會議等豐富多彩的業(yè)務(wù)。

1.1 業(yè)務(wù)優(yōu)勢

“移動、高速、寬帶”的特點，為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展提供了強大的基礎(chǔ)。TDLTE網(wǎng)絡(luò)支持1.25MHz20MHz帶寬，上行峰值達到20Mbps，用戶延時小于5ms，是現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度的數(shù)倍[4]。特別是采用OFDM（正交頻分復(fù)用）和MIMO（多出多入）技術(shù)，實現(xiàn)更高的傳輸速率和頻率效率，使視頻電話更為流暢、更為清晰，極大滿足移動寬帶數(shù)據(jù)傳輸需求。

1.2 技術(shù)應(yīng)用

（1）高速無線上網(wǎng)：更高的峰值速率和頻譜效率及采用了更適合于寬帶系統(tǒng)的技術(shù)，同時結(jié)合多天線和快速分組調(diào)度等先進的設(shè)計，避免了背景模糊不清，且圖像會隨著手的晃動出現(xiàn)模糊的現(xiàn)象，實現(xiàn)了畫面更加清晰、流暢的視頻電話。

（2）通訊質(zhì)量提升：隨著TDLTE 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸度的提升，無線網(wǎng)絡(luò)通道之間的擁堵情況會大量減少。且依靠高速網(wǎng)絡(luò)所實現(xiàn)的功能或服務(wù)項目也會越來越多，這在滿足用戶需求的同時，也保證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性及網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的迅速性[5]。

（3）即攝即傳：利用TDLTE高帶寬、低時延的特點，在攝像機上，通過通用接口，外接TDLTE通信模塊及編碼器，將高清視頻通過TDLTE網(wǎng)絡(luò)實時回傳到媒體中心，同時媒體中心視頻實時回傳至前端。

（4）高清視頻通話：利用TDLTE網(wǎng)絡(luò)，在移動狀態(tài)（如車載、船載情況）下，為各大行業(yè)用戶提供高清制式的視頻通話服務(wù)，體驗無線狀態(tài)下高保真的遠程溝通。

2 綜合集群調(diào)度系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

本文提出的綜合集群調(diào)度系統(tǒng)由服務(wù)器端、調(diào)度臺PC端、Android終端組成，如圖1所示。其中服務(wù)器端分為多種服務(wù)模塊，例如：圖1綠色板塊所示的包括集群調(diào)度、人員定位、視頻服務(wù)及系統(tǒng)擴展在內(nèi)的十一個服務(wù)模塊。而其核心服務(wù)實現(xiàn)通信機制的處理，并對系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用功能進行擴展。

調(diào)度臺PC端主要對管轄范圍內(nèi)的Android終端分組同時以單呼、組呼、跨組呼、多選擇組呼、代建組呼等方式進行通信，實時視頻通話、專網(wǎng)微信、IP音視頻電話等功能。

Android終端使用TDLTE專網(wǎng)提供單呼、組呼、跨組呼、多組呼等多種模式的對講功能，以及實時視頻上傳、互傳功能。

3 TDLTE 技術(shù)在綜合集群調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用方案

如圖2所示，綜合集群調(diào)度系統(tǒng)核心服務(wù)器（包括GSTSCC中心服務(wù)器和GSTVM流媒體服務(wù)器）及配套的VOIP網(wǎng)關(guān)和集群網(wǎng)關(guān)作為服務(wù)器端與調(diào)度臺PC端被統(tǒng)一部署在海上鉆井平臺上的報房調(diào)度中心中，通過交換機接入到現(xiàn)有鉆井平臺局域網(wǎng)內(nèi)，實現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互通。同時鉆井平臺的局域網(wǎng)通過交換機與鉆井平臺上的LTE專網(wǎng)基站相聯(lián)、通過微波系統(tǒng)與附近船舶上TDLTE專網(wǎng)基站相聯(lián)，而鉆井平臺上的Android終端和附近船舶上的Android終端通過各自的TDLTE專網(wǎng)與各自的TDLTE專網(wǎng)基站相聯(lián)，最終形成一個融合了局域網(wǎng)、TDLTE專網(wǎng)、微波網(wǎng)絡(luò)的融合網(wǎng)絡(luò)，使鉆井平臺上的各工作組里的Android終端間、及與船舶上各工作組里的Android終端間在鉆井平臺上調(diào)度臺的控制下完成單呼、組呼、跨組呼、多選擇組呼、代建組呼及實時視頻通話、專網(wǎng)微信、IP音視頻電話等功能。

4 工程實例

4.1 工程概況

XJ2XX鉆井平臺隸屬于中國海洋石油公司南海東部石油管理局，位于南中國海，距離陸地210公里，其全長約100米，寬約35米。其分為四層甲板，其中底甲板距海平面8.5米；下甲板距海平面18.5米；中甲板距海平面25米；上甲板距海平面29.5米。該項目使用TDLTE技術(shù)，對XJ2XX鉆井平臺進行4G無線寬帶專網(wǎng)信號覆蓋，為平臺全區(qū)域以及附近30公里范圍內(nèi)的所有船舶提供高速、高效、穩(wěn)定的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。

4.2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)使用了不同的覆蓋方式，針對鉆井平臺及船舶上的基站與Android終端間采用多個定向和全向天線進行覆蓋，而鉆井平臺基站與船舶基站間采用微波系統(tǒng)和全向天線進行覆蓋。整個系統(tǒng)包括的設(shè)備如下：

4.2.1 中心設(shè)備

一套中心服務(wù)器16020R、一套流媒體服務(wù)器16030R及一套VOIP網(wǎng)關(guān)MX604S/4。

4.2.2 鉆井平臺設(shè)備安裝

由于鉆井平臺天線安裝位置受限，所以只能通過現(xiàn)有位置的選擇來判斷其是否滿足鉆井平臺基站至船舶基站30KM最遠通信距離的要求。假設(shè)天線高度設(shè)置為距海平面30米高，信道帶寬為10MHz，當(dāng)通信距離為30KM時，使用仿真軟件[6]進行計算，得出當(dāng)天線架設(shè)高度距離海平面30米，平臺基站至船舶基站距離為30KM時，帶寬可達到3.4Mbps，仍能滿足要求。最終選用TQJ4960AH12型全向玻璃鋼天線布置在距離海平面30米處，以及在報房調(diào)度中心中安裝一套GSTBS1800型TDLTE基站。

4.2.3 船舶設(shè)備安裝

船舶安裝一套TDLTE基站GSTBS1800和一套TQJ4960AH12型全向玻璃鋼天線。

4.2.4 手持Android終端

由于海上鉆井平臺多屬于1級易燃易爆區(qū)域，因而手持Android終端選用防爆等級為：ExicIIBT6Gc的防爆型智能手持終端產(chǎn)品GST9800/GE。其操作系統(tǒng)為android 4.2，支持3G、4G、LTE專網(wǎng)、WIFI等多種網(wǎng)絡(luò)，且具備集群對講功能和實時視頻上傳、互傳功能。

4.3 運行結(jié)果

在XJ2XX鉆井平臺建設(shè)基于TDLTE 技術(shù)的綜合集群調(diào)度系統(tǒng)是LTE在國內(nèi)海洋石油領(lǐng)域的首次嘗試，自2016年12月開通以來，設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，其提供的無線通道完全滿足了海洋石油行業(yè)多種業(yè)務(wù)需求。

圖4所示為2016年12月15日試運營開通當(dāng)天IP音視頻電話播放效果。系統(tǒng)支持終端之間、調(diào)度臺與終端之間實現(xiàn)音視頻撥打交互。

語音清晰度達到MOS指數(shù)不低于4（最好時為5），視頻類型支持QCIF、CIF、VGA、720P。

圖5為終端之間、終端與調(diào)度臺之間多方的電話/視頻會議的效果，會議發(fā)起方既可以從終端發(fā)起召開會議，也可以從調(diào)度臺端發(fā)起召開會議，建立會議室完成后，可從通訊錄中選取多個參會方，發(fā)起會議呼叫，帶備選人員接聽會議呼叫后，即可開始會議。會議結(jié)束后，僅需要參會人員全部掛機即可，也可由發(fā)起會議方撤銷會議。

5 結(jié)語

隨著近年來通信技術(shù)的飛速發(fā)展，海洋石油行業(yè)對海上設(shè)施之間數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的要求越來越高。而本文中提出基于TDLTE技術(shù)的綜合集群調(diào)度系統(tǒng)在我國南海海域已經(jīng)得到了成功的運用，相信在不久的將來，這種技術(shù)將會被廣泛運用在海洋石油領(lǐng)域，為我國的海洋石油開采貢獻力量。

參考文獻：

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基金項目：中國海洋石油總公司科技項目資助（項目編號：CNOOCKJ 125 ZDXM 000002NFXK2015）