黃晨，萬力

（上海城投原水有限公司青草沙水庫管理分公司，上海 201913）

青草沙水庫（以下簡稱“水庫”）作為我國最大的河口江心型水庫，是上海重要的水源地之一。環(huán)庫大堤一圈為48.41 km，形態(tài)狹長猶如江鱘。水庫主要設(shè)備分布在取水泵閘、下游水閘、輸水管理區(qū)三個區(qū)域。地域廣而設(shè)備分散同時水庫內(nèi)設(shè)立多處水質(zhì)監(jiān)測浮筒，隨著設(shè)備增多對于網(wǎng)絡寬帶、網(wǎng)絡安全、網(wǎng)絡穩(wěn)定性要求增加，因此，使用2.4 G無線技術(shù)實現(xiàn)水庫水面設(shè)備的無線局域網(wǎng)絡覆蓋。

1 水面無線網(wǎng)絡覆蓋方案

水庫形態(tài)狹長，水面設(shè)備有較高速率的網(wǎng)絡需求。為滿足水庫水面高清視頻監(jiān)控、在線水質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)染W(wǎng)絡需求，需對無線網(wǎng)絡覆蓋進行設(shè)計優(yōu)化，并對各項網(wǎng)絡數(shù)據(jù)實現(xiàn)本地存儲。同時，考慮水庫現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，提出了分布式核心網(wǎng)絡方案，實現(xiàn)分布式集中管理調(diào)度。水庫無線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 網(wǎng)絡特征分析

1.1.1 網(wǎng)絡模型

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數(shù)據(jù)傳輸，對上行傳輸需求很高，而水質(zhì)在線數(shù)據(jù)傳輸對網(wǎng)絡傳輸穩(wěn)定性要求又很高。一般情況下，一個高清視頻傳輸上行速率不超過5 Mbps，下行速率不超過1 Mbps，單個天線覆蓋范圍內(nèi)不超過4個視頻高清攝像機。每個浮筒數(shù)據(jù)上行速率傳輸不超過200 kbps，下行速率不超過100 kbps，單個天線覆蓋范圍內(nèi)不超過4個浮筒。

1.1.2 網(wǎng)絡特征

水庫形態(tài)狹長猶如江鱘，三個管理區(qū)域進行分區(qū)域管理，各個區(qū)域間相對比較獨立。在各個區(qū)域間內(nèi)具有獨立自主的網(wǎng)絡管理，而大量的視頻存儲業(yè)務和在線數(shù)據(jù)集中在輸水管理區(qū)域進行集中統(tǒng)一管理。

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

1.2 無線網(wǎng)絡方案

1.2.1 以3個生產(chǎn)區(qū)域網(wǎng)絡為核心

基于網(wǎng)絡需求，一個區(qū)域暫時不超過覆蓋4個浮筒時需滿足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，滿足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，水面信號傳輸?shù)牟▽绊?，水面信號傳播性能差異較大。充分利用水庫岸邊的高層建筑，使用UBNT airMAΧ的無線傳輸系統(tǒng)并架設(shè)24DB定向天線，擴大信號覆蓋范圍。

水面設(shè)備安裝在浮筒上，并在一定范圍內(nèi)移動，浮筒移動會影響網(wǎng)絡通信。浮筒使用UBNT airMAΧ的無線傳輸系統(tǒng)并架設(shè)15DB全向天線盡量降低浮筒移動時的影響。

1.2.2 有線網(wǎng)絡方案

有線網(wǎng)絡方案依賴水庫內(nèi)3個管理區(qū)域已有網(wǎng)絡資源，采用無線網(wǎng)絡轉(zhuǎn)有線網(wǎng)絡的傳輸方式和管理方式。

網(wǎng)絡數(shù)據(jù)主要發(fā)生在水面浮筒AP上傳至水庫3個管理區(qū)域機房AP，無線網(wǎng)絡再轉(zhuǎn)至有線網(wǎng)絡通過水庫核心網(wǎng)絡統(tǒng)一至輸水管理區(qū)集中管理。

1.2.3 水面設(shè)備風光互補供電系統(tǒng)

太陽能和風能在時間和地域上都有很強的互補性，陽光最強時一般風很小，而在晚上沒有陽光時，由于溫差比較大，空氣流動導致風的形成。然而，在晴天太陽能比較充足、風能相對較??；在陰雨天氣時，陽光會很弱，但陰雨天氣會伴隨著大風，風能相對較大。風光互補供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2.

圖2 風光互補供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在水面上持續(xù)穩(wěn)定供電是個難題，原本水面設(shè)備供電只依靠太陽能供電，一般天氣設(shè)備供電正常。當遇到持續(xù)惡劣天氣時，水面設(shè)備供電就會暴露出問題，太陽能板所產(chǎn)生電能不能滿足設(shè)備耗電，開始使用蓄電池儲備能源，而當蓄電池多次過放電后電池失去活性，必須更換電池。水面設(shè)備新增設(shè)備時都需要考慮供電耗電問題。太陽能和風能在時間和地域上都有很強的互補性，根據(jù)風光的互補特性使用風光互補系統(tǒng)可以很好地解決供電問題，實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的供電。青草沙水庫位于長江口，江心擁有豐富的風能可以利用，浮筒上安裝風光互補發(fā)電系統(tǒng)可以充分利用水面風能和太陽能，滿足水面視頻監(jiān)控設(shè)備、水面在線數(shù)據(jù)設(shè)備、無線網(wǎng)絡通信設(shè)備的供電需求。同時，增加蓄電池容量，以防遇到持續(xù)迷霧、無風陰雨天的極端情況，確保水面設(shè)備的持續(xù)供電。

2 結(jié)論

經(jīng)測試，3個區(qū)域使用2.4G無線網(wǎng)絡覆蓋速率平均在50 Mbps。水庫水面無線網(wǎng)絡覆蓋具有較好的覆蓋性。由于沒有成熟的水面?zhèn)鞑ツＰ?，水面信號傳輸受波導效應的影響，且水面無線通信設(shè)備安裝在浮筒上，而浮筒會在水面移動，不利于無線網(wǎng)絡覆蓋。使用2.4G無線網(wǎng)絡覆蓋方案可以較好地滿足水面設(shè)備通信要求，有明顯的富余網(wǎng)絡帶寬。