田紅偉 陶健 翟夫樂(lè)

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 上海市 201913）

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是利用無(wú)線電波來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。由于工廠環(huán)境的影響，部分生產(chǎn)區(qū)域無(wú)法部署有線網(wǎng)絡(luò)或者成本過(guò)高，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以為此類環(huán)境下通訊提供網(wǎng)絡(luò)保障。無(wú)線通訊技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)境中正發(fā)揮著舉足輕重的作用。

1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)其本質(zhì)是通過(guò)電磁波信號(hào)來(lái)交換信息。該技術(shù)主要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)傳輸數(shù)據(jù)（如：信息、語(yǔ)音或視頻等）。

目前，無(wú)線終端設(shè)備得到了快速的發(fā)展，已包含諸多便于攜帶、移動(dòng)的各類終端，包括手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、PDA 等，這些設(shè)施可為造船企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中帶來(lái)便利。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較之有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)降低了網(wǎng)絡(luò)部署的成本，但同時(shí)由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳輸介質(zhì)是大氣，所以在傳輸過(guò)程中易受干擾，需在設(shè)計(jì)階段通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、選擇正確的無(wú)線點(diǎn)位來(lái)降低環(huán)境對(duì)信號(hào)傳輸?shù)母蓴_。

2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 部署便捷

設(shè)置統(tǒng)一的管理中心。部署時(shí)采用AC+瘦AP 的模式，所有配置、管理等都通過(guò)AC 進(jìn)行下發(fā)，在AC 上可以對(duì)所有接入網(wǎng)絡(luò)的AP 進(jìn)行配置下發(fā)，不需要進(jìn)行每一臺(tái)接入AP 的配置調(diào)試工作，提高部署效率。

2.2 覆蓋范圍廣

無(wú)線連接方式與有線連接方式相比，無(wú)線連接方式的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)線信號(hào)受地理?xiàng)l件、周邊環(huán)境影響較小。在船塢、碼頭等不便于部署有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域可以采用無(wú)線橋接等方式進(jìn)行覆蓋，大幅提升覆蓋范圍。

2.3 安全接入

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，首先，可以隨時(shí)加入支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備，然而當(dāng)采用有線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需再次增設(shè)有線點(diǎn)位；其次、公司內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)終端都進(jìn)行資產(chǎn)管理，在AC 上進(jìn)行賬號(hào)、MAC綁定，同時(shí)可以進(jìn)行通道加密，安全性已經(jīng)有巨大提升，完全可以滿足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全需求；再次，通過(guò)802.1X、AES、WPA 等加密和安全機(jī)制，配合防火墻的安全策略，可以有效的提高無(wú)線通訊的安全防護(hù)能力。

2.4 信道劃分

由于無(wú)線區(qū)域大，AP 數(shù)量多，根據(jù)AP 的分布，對(duì)相鄰AP 使用不同的信道，降低相鄰AP 之間的信號(hào)干擾，提高無(wú)線通訊信號(hào)的穩(wěn)定性。

2.5 Wi-Fi頻段

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的環(huán)境，利用2.4GHz 其傳輸距離遠(yuǎn)、穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)空曠區(qū)域或者遮擋嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行信號(hào)覆蓋；利用5GHz 頻段網(wǎng)速快、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在室內(nèi)或干擾較多的區(qū)域進(jìn)行信號(hào)覆蓋。

3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在造船企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

由于造船廠的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，要實(shí)現(xiàn)造船工業(yè)化和信息化，在實(shí)時(shí)信息應(yīng)用方面，企業(yè)面臨著應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸、視頻監(jiān)控、供應(yīng)鏈管理、設(shè)備設(shè)施管理等方面問(wèn)題，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以很好地提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，解決當(dāng)前所存在主要問(wèn)題。

在船廠建造平臺(tái)及船塢區(qū)域，由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡略，平臺(tái)上僅具備動(dòng)能管路，電纜、動(dòng)能氣管等都在同一管路中，為保障無(wú)線覆蓋信號(hào)質(zhì)量，通常在平臺(tái)區(qū)域采用光纖進(jìn)行有線方式互聯(lián)；船塢區(qū)域由于生產(chǎn)因素等，船體會(huì)經(jīng)常移動(dòng)或吊裝分段過(guò)程中，常常會(huì)因?yàn)橛芯€線纜被剪斷或在移動(dòng)、吊裝過(guò)程中被拉斷影響安全生產(chǎn)及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，為保證通訊正常，船塢區(qū)域通常采用無(wú)線橋接的方式進(jìn)行聯(lián)接。

3.1 網(wǎng)絡(luò)情況及配置

無(wú)線覆蓋區(qū)域120M*810M，本次應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)常規(guī)配備匯聚層交換機(jī)、防火墻、接入交換機(jī)、AC、AP 等。匯聚交換機(jī)與接入交換機(jī)之間通過(guò)光纖有線互聯(lián)，匯聚交換機(jī)與AC 之間通過(guò)光纖或者雙絞線的有線方式互聯(lián)，AP 可以采用光纖或者雙絞線的有線方式部署，不能進(jìn)行有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的的船塢區(qū)域通過(guò)定向無(wú)線AP 與全向無(wú)線AP 橋接等方式進(jìn)行部署。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求，制定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)圖如圖1。

圖1：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)圖

3.2 平臺(tái)覆蓋

組網(wǎng)圖如圖2。

圖2：組網(wǎng)圖

3.3 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）現(xiàn)場(chǎng)人員使用智能終端，通過(guò)無(wú)線聯(lián)網(wǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)獲取具體工作內(nèi)容、更新工作進(jìn)度及反饋遇到的問(wèn)題。使用智能終端獲取到的即時(shí)信息直接傳遞到后臺(tái)管理平臺(tái)，有利于計(jì)劃編訂的人員和數(shù)據(jù)分析人員能及時(shí)獲悉現(xiàn)場(chǎng)信息，并有針對(duì)性地進(jìn)行計(jì)劃和數(shù)據(jù)的優(yōu)化調(diào)整。

（2）作業(yè)人員可以使用智能平板、AR 眼鏡等終端來(lái)查詢施工圖紙或信息，可以實(shí)時(shí)獲取最新的施工計(jì)劃及設(shè)計(jì)圖紙并按計(jì)劃、按圖施工。通過(guò)移動(dòng)終端的使用，紙質(zhì)圖紙的數(shù)量大量減少，同時(shí)改圖、變更等操作都可以進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢，比紙質(zhì)圖紙的查詢效率有大幅提高，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、無(wú)紙化造船提供網(wǎng)絡(luò)支持。

（3）作業(yè)人員可以使用AR 眼鏡呼叫遠(yuǎn)程協(xié)助，通過(guò)視頻共享，遠(yuǎn)程技術(shù)人員可以進(jìn)行遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)。同時(shí)作業(yè)人員可以通過(guò)AR眼鏡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，根據(jù)三維模型對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)船體、電氣、管路等的檢查。

（4）作業(yè)人員可以通過(guò)智能平板實(shí)時(shí)反饋的圖紙的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員可以及時(shí)修正，也設(shè)計(jì)人員將最新的信息及時(shí)傳遞到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)域，盡可能地避免錯(cuò)誤施工。以前現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員和技術(shù)支持人員的溝通大多采用電話或者對(duì)講機(jī)溝通，技術(shù)支持人員很難直觀地了解現(xiàn)場(chǎng)情況。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以及時(shí)傳輸視頻信息，或者實(shí)現(xiàn)視頻通話，有助于技術(shù)支持人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況并協(xié)助解決問(wèn)題。

（5）船廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中船體空間是一個(gè)較為封閉生產(chǎn)區(qū)域，并且船體經(jīng)常會(huì)搬運(yùn)至不同生產(chǎn)平臺(tái)，這些區(qū)域很難通過(guò)光纜敷設(shè)進(jìn)行有線的方式覆蓋；焊機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備常用于室外且經(jīng)常移動(dòng)，固定式的有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)接入需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊較為困難。通過(guò)使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，在部分環(huán)境允許的情況還可以進(jìn)行視頻傳輸。

3.4 部署方案

考慮生產(chǎn)平臺(tái)與船塢區(qū)域信號(hào)傳輸會(huì)受到船體分段遮擋，同時(shí)船塢區(qū)域龍門吊及塔吊在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁信號(hào)干擾，根據(jù)接入終端部署密度及移動(dòng)終端使用區(qū)域，無(wú)線AP 盡量避免部署在空曠區(qū)域，遠(yuǎn)離龍門吊強(qiáng)電電纜及行駛軌道。

3.4.1 球形覆蓋

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境為露天全敞開(kāi)式的生產(chǎn)平臺(tái)，為降低走線難度及成本，采用球形天線進(jìn)行信號(hào)覆蓋，其安裝方式采用立桿，立桿高度在2-3米高的位置，AP 間隔在50-70 米之間，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整，覆蓋整個(gè)平臺(tái)與船塢區(qū)域。每個(gè)AP 設(shè)置1 個(gè)無(wú)線信道，使相鄰AP 之間不存在相互干擾。

球形覆蓋覆蓋范圍廣，安裝簡(jiǎn)單，只需要無(wú)線AP 的位置敷設(shè)一根線纜，即可滿足半徑30-50 米球形范圍的無(wú)線信號(hào)覆蓋。

3.4.2 橋接覆蓋

考慮船塢內(nèi)船體較大，船身甲板距離地面在20 米左右，考慮布線難度，在甲板邊緣部署橋接AP，通過(guò)無(wú)線橋接的方式對(duì)甲板進(jìn)行無(wú)線信號(hào)覆蓋。

橋接覆蓋可以提高無(wú)線AP 覆蓋的范圍，對(duì)于不便于有線連接的區(qū)域，通過(guò)無(wú)線橋接，實(shí)現(xiàn)船體甲板的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

3.4.3 天饋式覆蓋

由于船體都是鋼結(jié)構(gòu)，無(wú)法穿透無(wú)線信號(hào)，采用天饋式進(jìn)行無(wú)線信號(hào)覆蓋，將一個(gè)無(wú)線AP 接4-8 個(gè)天線，通過(guò)饋線進(jìn)行連接，饋線可以靈活轉(zhuǎn)彎，可以把無(wú)線信號(hào)傳送到需要的船艙，實(shí)現(xiàn)對(duì)船體內(nèi)部的需求性覆蓋。天饋式覆蓋可以有效擴(kuò)展無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍，靈活部署到需要的船艙或其他船體內(nèi)部區(qū)域。

3.4.4 頻段選配

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)帶寬需求，平臺(tái)區(qū)域內(nèi)遮擋較多，范圍較廣擴(kuò)，主要以2.4GHz 覆蓋為主；船體甲板及船艙由于面積較小，船艙之間受到鋼板隔斷，主要以5GHz 覆蓋為主。

3.4.5 AP 選擇

采用工業(yè)級(jí)室外AP，通過(guò)POE 對(duì)AP 進(jìn)行供電；采用企業(yè)級(jí)FAT/FIT 混合型AP，在平臺(tái)采用FIT 模式由AC 集中管理，船體甲板及船艙由于AP 數(shù)量較少且為橋接模式，采用FAT 模式進(jìn)行AP管理。

3.4.6 安全防護(hù)

配置防火墻，用于監(jiān)測(cè)各安全域之間的數(shù)據(jù)流；匯聚交換機(jī)上配置acl，限制不同網(wǎng)段之間的訪問(wèn)；設(shè)備配置遠(yuǎn)程登陸賬號(hào)；設(shè)置具有高復(fù)雜度的密碼；關(guān)閉telnet 服務(wù)，采用ssh 方式進(jìn)行登陸；修改AC 的默認(rèn)SSID 和關(guān)閉SSID 廣播；設(shè)置高等級(jí)無(wú)線密鑰；MAC 地址過(guò)濾等；對(duì)于啞終端進(jìn)行mac 綁定，對(duì)于普通移動(dòng)終端進(jìn)行身份認(rèn)證，保障接入終端安全。

3.4.7 無(wú)線AP 群組配置

為避免出現(xiàn)跨AP 切換引起的斷線或延時(shí)的問(wèn)題，根據(jù)平臺(tái)區(qū)域的作業(yè)區(qū)劃分進(jìn)行AP 分組，提升區(qū)域內(nèi)終端無(wú)線信號(hào)的連續(xù)性與穩(wěn)定性。

3.4.8 其他配置

為保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，兩臺(tái)匯聚交換機(jī)和兩臺(tái)AC 均采用堆疊方式進(jìn)行冗余，網(wǎng)絡(luò)有線鏈路部分通過(guò)鏈路聚合協(xié)議進(jìn)行雙鏈路連接，匯聚交換機(jī)與防火墻等核心區(qū)域采用雙鏈路交叉互聯(lián)，AC 旁路接入網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，在產(chǎn)品及技術(shù)更新?lián)Q代頻繁的今天，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要所產(chǎn)生的，隨著此項(xiàng)技術(shù)不斷進(jìn)步完善與成熟，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在特定的工業(yè)環(huán)境下，可以作為有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有效補(bǔ)充及完善。

同時(shí)，隨著不斷地深入研究，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的帶寬、穩(wěn)定性、安全性、通訊有效性問(wèn)題也會(huì)得到完善和解決，為船廠的智能制造提供強(qiáng)大助力。