文｜何祥賢

海上無線通信信號弱，無法滿足海上作業(yè)工作人員平臺日常通信和生產(chǎn)作業(yè)的需求，是推進現(xiàn)代化“海洋牧場” 建設(shè)面臨的難題。本文分析各種海洋復(fù)雜環(huán)境和現(xiàn)有海上作業(yè)平臺信號覆蓋情況，針對不同業(yè)務(wù)需求的特點，探討通過建設(shè)寬帶Mesh自組網(wǎng)方式，充分利用海上作業(yè)平臺掛高和電力資源，搭建面向海洋牧場的無線通信專網(wǎng)，實現(xiàn)高帶寬的TDD雙向通信，解決海上作業(yè)平臺工作人員日常通信和生產(chǎn)作業(yè)的需求，為面向海洋牧場的無線通信專網(wǎng)建設(shè)提供指導(dǎo)。

一、概述

目前傳統(tǒng)海洋養(yǎng)殖僅實現(xiàn)了部分要素或部分空間、時間環(huán)境監(jiān)測上的自動化，但在現(xiàn)代化海洋牧場需要的廣域生態(tài)環(huán)境，多維信息化監(jiān)控和智能化漁業(yè)生產(chǎn)等方面還有很大距離。

為深入踐行海洋強國、農(nóng)業(yè)強國戰(zhàn)略，加快推動現(xiàn)代化海洋牧場高質(zhì)量發(fā)展，應(yīng)對各種海洋復(fù)雜環(huán)境，可通過建設(shè)海上牧場寬帶Mesh自組網(wǎng)傳輸專網(wǎng)系統(tǒng)，借助寬帶Mesh自組網(wǎng)設(shè)備搭建無線傳輸鏈路，將水面及水下攝像機、水質(zhì)監(jiān)測感應(yīng)器等硬件設(shè)備采集數(shù)據(jù)信息回傳至岸基指揮調(diào)度中心，前端海域數(shù)據(jù)實時顯示在指揮中心的管理調(diào)度系統(tǒng)上，形成分析曲線，管理者可結(jié)合視頻、圖像信息分析統(tǒng)計生物量、魚類生長情況，完成海域看護、智能作業(yè)、人員安全防護，實現(xiàn)養(yǎng)殖精準化推動綠色漁業(yè)發(fā)展，奮力打造“藍色糧倉”。

二、Mesh自組網(wǎng)特點

（一）無中心同頻組網(wǎng)

Mesh無線自組網(wǎng)系統(tǒng)屬于無中心同頻系統(tǒng)，單一頻點支持具備 TDD雙向通信，頻率管理簡單，頻譜利用率高。任意節(jié)點設(shè)備在無線自組網(wǎng)系統(tǒng)中功能和作用相同，均可作為末端節(jié)點、中繼節(jié)點或指揮節(jié)點使用。無需機房和有線傳輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施支撐，通過多跳中繼組網(wǎng)，擴大覆蓋范圍。

（二） 多節(jié)點快速靈活組網(wǎng)

目前Mesh無線自組網(wǎng)系統(tǒng)可支持 32 個節(jié)點同頻組網(wǎng)，各節(jié)點快速部署、靈活組網(wǎng)。當任意節(jié)點快速移動時，系統(tǒng)可根據(jù)各個節(jié)點之間的信道質(zhì)量、誤碼率、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率等各項影響業(yè)務(wù)帶寬的指標，改變系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，并自動重新計算各節(jié)點之間的路由關(guān)系，并快速生成新的傳輸路由，且不會因系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)變化而影響語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)。

（三）智能選擇，快速更新路由

當網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，系統(tǒng)能快速響應(yīng)拓撲結(jié)構(gòu)變化，并迅速重新構(gòu)建路由系統(tǒng)，保障信息暢通。當某一節(jié)點脫網(wǎng)后，再開機上電后即可“秒級”注冊組網(wǎng)，簡單實用。保證系統(tǒng)節(jié)點在脫網(wǎng)后重新入網(wǎng)時，能夠迅速建立通信。Mesh 無線自組網(wǎng)如果發(fā)生某條最優(yōu)路徑鏈路剩余帶寬不夠，可自動選擇次優(yōu)進行信息傳輸。

（四）具備高帶寬快移動

基于20MHz載波帶寬情況下，Mesh無線自組網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)峰值帶寬可達 56Mbps。當寬帶無線自組網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備相對運動速度在120公里/小時以內(nèi)，語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)不會由于自組網(wǎng)設(shè)備高速移動導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)快速變化而影響數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬。

（五）安全高度保密

系統(tǒng)通過設(shè)置工作頻點，載波帶寬、擾碼、通信距離及組網(wǎng)模式等“多把鎖”的編組加密，可有效防止非法用戶入侵網(wǎng)絡(luò)，只有當上述多項完全吻合一致時，才能確保合法入網(wǎng)。該系統(tǒng)為全自主研發(fā)，傳輸協(xié)議為全自定義協(xié)議，空口傳輸采用64bit密鑰，可動態(tài)生成加擾序列，實現(xiàn)信道加密，確保信息傳輸?shù)母叨劝踩?/p>

（六）支持多種業(yè)務(wù)

Mesh無線自組網(wǎng)系統(tǒng)支持語音、圖像、數(shù)據(jù)和定位信息（GPS/北斗）的實時傳輸。所有節(jié)點均可與控制終端配合使用，通過配置的 Mesh 自組網(wǎng)終端系統(tǒng)軟件實現(xiàn)各種管理調(diào)度功能。也可利用 Mesh 自組網(wǎng)終端系統(tǒng)軟件配置的移動交互平臺與手機終端進行實時業(yè)務(wù)傳輸。

三、系統(tǒng)組成

（一）建設(shè)布局

寬帶Mesh自組網(wǎng)傳輸專網(wǎng)系統(tǒng)由岸基寬帶自組網(wǎng)基站、海上牧場?；鶎拵ё越M網(wǎng)基站和指揮中心調(diào)度平臺等部分組成。其中岸基基站架設(shè)在陸地鐵塔機房，具備運營商基站信號及光纖外網(wǎng)數(shù)據(jù)接入或互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入端口，利用岸基專用大功率無線基站設(shè)備進行遠距離的語音通話及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送傳輸。

海上養(yǎng)殖平臺海上及海下各區(qū)域多路攝像頭，通過有線鏈路匯聚到海面基地總控室，總控室通過有線鏈接方式將視頻數(shù)據(jù)傳輸給海基大功率自組網(wǎng)基站，并通過寬帶Mesh極跳方式回傳給陸地岸基大功率基站，經(jīng)由運營商鏈路將相關(guān)視頻數(shù)據(jù)傳輸給指揮中心調(diào)度平臺并做圖形化呈現(xiàn)。示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

（二）傳輸方案設(shè)計

考慮到海上養(yǎng)殖平臺設(shè)備架高條件，采用海上專用大功率無線基站設(shè)備，配合軍工級高增益全向玻璃鋼天線，解決陸地鐵塔與海上養(yǎng)殖平臺之間主干鏈路通信。在海上20-50KM距離，實際帶寬速率20Mbps，較好的滿足高帶寬的無線通信需求。

（三）天線安裝位置

選取海上養(yǎng)殖平臺最高點架設(shè)海上牧場?；鶎拵ё越M網(wǎng)基站的設(shè)備天線，陸岸基站設(shè)備天線盡量選取鐵塔最高點，確保兩個設(shè)備天線之間沒有遮擋，采用大功率無線基站設(shè)備可建立兩點之間穩(wěn)定、可靠的無線自組網(wǎng)鏈路通道。

四、應(yīng)用案例解決效果

（一）網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量穩(wěn)定

通過岸上的服務(wù)器向平臺上的遠端設(shè)備進行通信PING包測試，測試時間90分鐘，平均時延15.6ms，丟包率為0%。

（二）網(wǎng)絡(luò)帶寬大

通過岸上的服務(wù)器向平臺上的遠端設(shè)備發(fā)送和下載大數(shù)據(jù)包，經(jīng)過測試平均帶寬20MB/S，帶寬還可以根據(jù)實際需求調(diào)高至50M帶寬，可滿足平臺上的業(yè)務(wù)需求。平臺上作業(yè)人員日常通信通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立的Wi-Fi信號解決。

（三） 實時視頻效果

通過搭建的寬帶Mesh自組網(wǎng)，實現(xiàn)了海上養(yǎng)殖平臺上的視頻信號實時回傳至岸上監(jiān)控中心。視頻畫面達到4K清晰度，為漁業(yè)領(lǐng)域各種決策與預(yù)測提供強有力的數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同、智慧服務(wù)。

五、結(jié)語

寬帶Mesh無線自組網(wǎng)采用是一種基于Mesh組網(wǎng)方式的新型寬帶“無線網(wǎng)狀網(wǎng)”，不依賴于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，支持任意網(wǎng)絡(luò)拓撲，與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)不同，是一個無中心、分布式、多跳中繼、動態(tài)路由及擴展性好的無線寬帶系統(tǒng)，內(nèi)部使用自有的路由協(xié)議，通過無線多跳轉(zhuǎn)發(fā)完成各節(jié)點間的無線通信，具備優(yōu)異的寬帶性能和遠程靈活控制工作模式。

寬帶Mesh無線自組網(wǎng)無線通信解決方案是通過Wi-Fi功能解決平臺上工作人員日常溝通的通信需求，通過視頻數(shù)據(jù)、感應(yīng)數(shù)據(jù)等信息的實時上傳，為海洋牧場深海作業(yè)平臺的實現(xiàn)信息化、智能化、現(xiàn)代化生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。