wlan在長江三峽庫區(qū)航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用_secret

1、WLAN在長江三峽庫區(qū)航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用摘 要：根據(jù)WLAN自身的特點，及其在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域的成功應(yīng)用情況， 長江三峽庫區(qū)航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)采用了WLAN+GPRS的數(shù)據(jù)通訊鏈路，有效的解決了庫區(qū)GPRS信號較弱或無信號時的數(shù)據(jù)通訊問題。本文重點闡述了 WLAN在遙測監(jiān)控系統(tǒng)中的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸和主要技術(shù)參數(shù)。關(guān)鍵字：WLAN 三峽庫區(qū) 遙測監(jiān)控 應(yīng)用一、WLAN在各領(lǐng)域的應(yīng)用情況 WLAN（Wireless Local-Area Network）即無線局域網(wǎng)為固定無線接入的一種解決方案。也就是在不采用傳統(tǒng)纜線的情況下，以微波作為傳輸介質(zhì)結(jié)合擴(kuò)頻技術(shù)，向用戶提供以太網(wǎng)功能 的一種網(wǎng)絡(luò)方式，其

2、采用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，提供111M的傳輸速度，并具有良好的保密性、抗干擾性、架設(shè)與維護(hù)容易等特點。適用于需要在移動中 聯(lián)網(wǎng)和在網(wǎng)間漫游的場合，并在不易布線的地方和需要遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)處理的節(jié)點提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持。由于WLAN不可替代的無線優(yōu)點，其技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用非常廣 泛。在石油工業(yè)領(lǐng)域，WLAN無線網(wǎng)連接可提供從鉆井臺到壓縮機(jī)房的數(shù)據(jù)鏈路；在金融服務(wù)行業(yè)，銀行和證券、期貨交易業(yè)務(wù)可以通過 WLAN無線網(wǎng)絡(luò)將各機(jī)構(gòu)相連，利用手持通信設(shè)備直接進(jìn)行交易；在酒店管理方面，采用WLAN，可以做到隨時隨地為顧客進(jìn)行及時周到的服務(wù)，顧客無論在區(qū) 域范圍內(nèi)的任何地點進(jìn)行任何活動，都可以通過服務(wù)員的手持通訊終

3、端來更新記賬系統(tǒng)；特別是中國移動推出的GPRS+WLAN使WLAN的應(yīng)用更加廣泛化。 種種工程實例，為我們在航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用WLAN技術(shù)提供了豐富、可以借鑒的實踐經(jīng)驗。二、航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)概述 長江三峽庫區(qū)航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)實施范圍為三峽大壩鳊魚溪河段，主要是用于對航標(biāo)的運行狀況及相關(guān)配套設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制，該系統(tǒng)采用無線數(shù)字通訊技 術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)以及計算機(jī)自動控制技術(shù)，實現(xiàn)對航道中岸標(biāo)和浮標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程定位監(jiān)測和工作狀態(tài)監(jiān)控、浮標(biāo)漂移超范圍及航標(biāo)燈工作狀態(tài)異常等情況下的遠(yuǎn)程遙 測監(jiān)控與自動報警。系統(tǒng)形成“標(biāo)、站、處、局”四級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)對航標(biāo)的通訊覆蓋和所有航標(biāo)數(shù)據(jù)資源的共享。通過系統(tǒng)的

4、實施將分布在長江沿岸的航標(biāo)與各 航道站、處、局有機(jī)的聯(lián)系起來，使得對航標(biāo)的管理實現(xiàn)“通訊現(xiàn)代化、管理智能化、科技先進(jìn)化”的目標(biāo)。三、WLAN在遙測監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)是由遙測監(jiān)控平臺、無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及管理軟件三大部分所組成（詳見圖1）。WLAN應(yīng)用于遙測監(jiān)控系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要解 決通訊數(shù)據(jù)傳輸鏈的建立問題，其與公網(wǎng)（GPRS）結(jié)合在公共網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)內(nèi)使用WLAN設(shè)備作為數(shù)據(jù)傳輸中繼，形成覆蓋全河段的通訊網(wǎng)絡(luò)，以解決遙測監(jiān)控系 統(tǒng)中無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的問題，下面按照遙測監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)做簡單介紹。圖1長江航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1、 遙測監(jiān)控平臺（前端控制器）功能是完成采集

5、航標(biāo)各種工作信息及參數(shù)數(shù)據(jù)的裝置，其內(nèi)包含測試太陽能電池充電電壓及電流、電瓶供電電壓及航標(biāo)燈燈質(zhì)及工作電 流的三大模塊，還包含與陸地中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵞K即GPRS/WLAN，另外，在浮標(biāo)上為了滿足浮標(biāo)的定位要求，增設(shè)GPS單點定位模塊。2、 無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要解決遙測平臺與遙測監(jiān)控管理中心的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)的遺失或錯誤將導(dǎo)致航標(biāo)失常，這就要求數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)必須具有高度的可靠性。長江三峽 庫區(qū)屬長江上游山區(qū)河段，沿岸城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)比較落后，通訊設(shè)施建設(shè)還不完善，通過通訊信號測試，目前，聯(lián)通公網(wǎng)在長江上游的大多數(shù)地區(qū)出現(xiàn)無網(wǎng)絡(luò)信號或網(wǎng)絡(luò)信 號不穩(wěn)定現(xiàn)象，只有移動公網(wǎng)可以基本覆蓋長江上游的航道，但有些

6、岸標(biāo)設(shè)置位置比較偏（如在高山的腳下），移動公網(wǎng)信號可能出現(xiàn)盲區(qū)或信號不穩(wěn)定情況。 為了滿足通訊網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠的目標(biāo)，我們進(jìn)行了廣泛的調(diào)研，目前，可以利用的輔助網(wǎng)絡(luò)主要有WLAN、數(shù)傳電臺、甚高頻（VHF）及無線數(shù)據(jù)調(diào)頻技術(shù) （FHSS）四種,根據(jù)目前庫區(qū)內(nèi)實際使用的航標(biāo)電源（4V200Ah）、太陽能電源及日照條件等指標(biāo)，要求中繼通訊設(shè)備必須具有低電壓、低能耗的特點， 數(shù)傳電臺、甚高頻（VHF）及無線數(shù)據(jù)調(diào)頻技術(shù)（FHSS）均不滿足低電壓、低能耗的要求（三種設(shè)備電壓均為912V，工作電流12A），只有 WLAN設(shè)備工作電壓4V、工作電流可以控制在800mA以下，滿足遙測監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備的要求。選擇采

7、用無線專網(wǎng)（WLAN）與公網(wǎng)（GPRS）相結(jié)合的 技術(shù)方案，實現(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)無盲區(qū)的目標(biāo)，保證航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸具有高度的可靠性。該種網(wǎng)絡(luò)結(jié)合有如下優(yōu)點：無公網(wǎng)信號或信號較差的標(biāo)位安裝WLAN設(shè)備，能實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)無盲區(qū)的目標(biāo)；不需要自己建立基站，無需申請專用頻道，無需網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，享受及時網(wǎng)絡(luò)升級。技術(shù)比較成熟,功耗比較小，目前WLAN在城市中應(yīng)用比較廣泛,設(shè)備及相關(guān)技術(shù)比較成熟。使用費用低。 同時為了達(dá)到GPRS數(shù)據(jù)傳輸安全可靠，不發(fā)生掉包現(xiàn)象，設(shè)計采用移動SDH傳輸網(wǎng)，實現(xiàn)監(jiān)控中心局域網(wǎng)與移動GPRS核心網(wǎng)絡(luò)接入平臺的專線鏈接，并 在專線中使用標(biāo)準(zhǔn)的Internet隧道協(xié)議如IPsec、L2

8、TP、GRE網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。另外遙測平臺配備專用IP地址及APN碼，實現(xiàn)遙測平臺和監(jiān)控中心 點對點的傳輸，遙測平臺地更換只需輸入標(biāo)位地專用IP即可，解決了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)復(fù)雜的問題。3、系統(tǒng)軟件主要解決各類航標(biāo)遙測監(jiān)控信息處理的功能。同時具備擴(kuò)展航道作業(yè)船只及航道機(jī)務(wù)管理等各方面的生產(chǎn)管理功能的接口。四、采用WLAN的遙測監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為了滿足航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的安全和管理需要，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計為三層管理，即信息傳輸層、信息管理層及數(shù)據(jù)訪問層，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以靈活根據(jù)情況使用網(wǎng)絡(luò)資源，通過WLAN與GPRS的結(jié)合為信息傳輸層提供可靠的傳輸網(wǎng)絡(luò)。具體的功能作用見下表：層次說明作 用要求信息傳輸層航標(biāo)上的

9、遙測平臺與各航道站之間的GPRS+WLAN航標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送航標(biāo)的狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制命令或參數(shù)采用GPRS+WLAN進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸信息管理層各航道站與上級管理中心之間的Internet/專用航標(biāo)管理網(wǎng)絡(luò)（專線）中心數(shù)據(jù)庫與下級數(shù)據(jù)庫的同步分布式數(shù)據(jù)管理模式傳輸速率：1/10M數(shù)據(jù)訪問層遠(yuǎn)程WEB工作站通過Internet訪問管理中心的遠(yuǎn)程信息服務(wù)遠(yuǎn)程查詢航標(biāo)的狀態(tài)1M以上帶寬接入五、WLAN在遙測平臺中的工作原理 WLAN集成于航標(biāo)遙測平臺內(nèi)，與通訊模塊（GPRS）一起將傳感器收集的航標(biāo)工作信息，向監(jiān)控中心定期發(fā)送。在航標(biāo)工作狀態(tài)發(fā)生異常時，通過工控機(jī)與 通訊模塊向管理中心發(fā)送報警信息；當(dāng)標(biāo)位處于

10、無公網(wǎng)信號時，平臺內(nèi)集成的WLAN設(shè)備將傳感器收集的報警信息，通過無線局域網(wǎng)與網(wǎng)內(nèi)有公網(wǎng)信號標(biāo)位聯(lián)系， 通過GRPS設(shè)備及時地向管理中心發(fā)送報警信息。浮標(biāo)、岸標(biāo)遙測平臺的設(shè)備種類及結(jié)構(gòu)圖分別如圖2、圖3。五、WLAN組網(wǎng)方式及設(shè)備參數(shù) 根據(jù)三峽庫區(qū)的自然環(huán)境條件，結(jié)合WLAN自身無線傳輸?shù)奶攸c，在建立WLAN網(wǎng)絡(luò)過程中，通過實地勘察來確定接入點的位置和數(shù)量，了解實際環(huán)境和使用 方法，確定WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)方案。經(jīng)詳細(xì)踏勘，長江三峽內(nèi)無線專網(wǎng)（WLAN）宜采用對岸鎖鏈?zhǔn)近c對多點方式組網(wǎng)，這種組網(wǎng)方案可以避免由于航道 彎曲遮擋引起的信號中斷或不穩(wěn)定現(xiàn)象。具體WLAN布網(wǎng)示意圖詳見圖4。圖4

11、WLAN布網(wǎng)示意圖WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用無中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，下面針對航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)中WLAN的設(shè)備選型及與如何連接遙測平臺進(jìn)行說明：1. 當(dāng)公網(wǎng)盲區(qū)的范圍比較小，只使用一次中繼即可解決網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯栴}時，遙測平臺只需通過WLAN設(shè)備一次將數(shù)據(jù)傳送到其它有信號的標(biāo)位進(jìn)行中繼，公網(wǎng)無信號 航標(biāo)遙測平臺上所使用的WLAN設(shè)備和中繼遙測平臺上的WLAN設(shè)備均為一張兼容PCMCIA接口的無線網(wǎng)卡，將無線網(wǎng)卡插入遙測平臺上。此時無線網(wǎng)卡可 以直接與有公網(wǎng)信號的航標(biāo)遙測平臺（中繼航標(biāo)）進(jìn)行WLAN通訊，將航標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)通過中繼遙測平臺發(fā)送到監(jiān)控中心。2. 當(dāng)某一段航道無公網(wǎng)信號需進(jìn)行多次中繼時，即某一段航道內(nèi)所有

12、航標(biāo)均無公網(wǎng)信號，在公網(wǎng)信號盲區(qū)內(nèi)的航標(biāo)遙測平臺，要將數(shù)據(jù)通過遙測平臺上的WLAN設(shè)備 將信息傳送到有公網(wǎng)信號的航標(biāo)遙測平臺上，有公網(wǎng)信號航標(biāo)將各個無公網(wǎng)信號的航標(biāo)傳來的數(shù)據(jù)通過公網(wǎng)通訊模塊直接發(fā)送到指揮中心。其中兩端有信號的航標(biāo)遙 測平臺上安裝具有PCMCIA接口的WLAN設(shè)備，無信號的航標(biāo)遙測平臺上要安裝可以接收多個WLAN傳來數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即WLAN無線網(wǎng)橋（具有連接多 個無線網(wǎng)絡(luò)終端能力的設(shè)備，類似HUB），通過無線網(wǎng)橋，將有信號和無信號的航標(biāo)遙測平臺組成了一個無線局域網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)在其間可以自由傳輸，最終通過有公 網(wǎng)信號的遙測平臺統(tǒng)一將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。WLAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選用無線網(wǎng)橋和無

13、線網(wǎng)卡，兩種設(shè)備具體的通用技術(shù)指標(biāo)及工作參數(shù)要求如 下：調(diào)制類型：QPSK,BPSK,CCK；工作頻率：2.4G；頻段：24002497MHz(ETSI)；輸出功率：20mW；動態(tài)速率調(diào) 節(jié)：54M/11M/5.5M/2M/1M；安全加密：40位WEP；128位共享，128位動態(tài)（DLS）；中國無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)(WAPI)；傳輸距離： 1.5Km；供電電壓4V，標(biāo)準(zhǔn)兼容性：Wi-Fi認(rèn)證、IEEE802.11b/a/g及IEEE802.3；可支持固件版本在線升級及遠(yuǎn)程管理；動 態(tài)IP分配，可自動協(xié)調(diào)用戶現(xiàn)有DHCP服務(wù)；即插即用式安裝；具有災(zāi)難性恢復(fù)及臨時性連接功能；安裝WLAN專用防雷器。六、總

14、結(jié) WLAN與GPRS相結(jié)合的通訊網(wǎng)絡(luò)方案，順利、可靠地解決了長江三峽庫區(qū)遙測監(jiān)控系統(tǒng)中通訊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的問題，使航道生產(chǎn)管理及維護(hù)不再局限于單純的 被動式管理，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程管理及查詢功能，管理人員足不出戶便可以掌握管轄范圍內(nèi)任何一座航標(biāo)的工作情況。隨著長江各段遙測監(jiān)控系統(tǒng)的逐步實施，未來的長江 航道將變成科技化、人性化及信息化的航道。參考文獻(xiàn)：1、無線局域網(wǎng)（WLAN）-原理、技術(shù)與應(yīng)用（劉乃安主編）2、無線網(wǎng)絡(luò)原理（ HYPERLINK /search/search_result.jsp?zuozhe=%A3%A8%C3%C0%A3%A9Kaveh+Pahlavan%2CPrashant+Krishn