無線通訊技術在偏遠地區水利工程管理中的應用

摘 要本文介紹如何解決偏遠地區水利工程的通信問題。通過技術理論對比選擇，實際采購，現場施工，最后完成實施。為解決類似偏遠地區工程的通信問題提供參考。

【關鍵詞】偏遠地區 通信 無線

水利工程具有一定的特殊性，它們的位置都是在比較偏遠的地區，如一些水庫都是在崇山峻嶺之間，而一些水閘則都是在大江大河旁邊，這些水利工程都是遠離人們生活的地方，網絡運營商大都沒布線到這些地方，所以這里的安防設施及辦公自動化等一些現代管理方法都沒辦法應用。但是隨著現代無線網絡技術的發展，為解決它們的問題提供了一種可能?，F在我就無線通訊技術在偏遠水利工程管理中的應用談談個人的看法。

現將前一陣子我單位的一個堤防安防監控工程介紹一下，我單位管理范圍11.5公里堤岸，沿路下轄4個旱閘、4個水閘和一個排澇站，單位準備在各個水閘、旱閘、排澇站及部分堤岸都裝上安防監控，且都要通上互聯網，做到無紙化辦公。在這次工程招標方案的設計過程中，碰到一個問題，我們的兩個水閘建在堤岸迎水坡，距離通信商的線路端口大約600米，且中間隔著路堤結合的江濱路。明線布設非常困難。如圖1所示。

所以在這兩個水閘與通信商的連接方面，考慮用無線連接方式。因為如果按照有線方式，那就要破路、破堤挖管鋪設線纜，不管從經濟方面還是地理環境方面都是不可取的。

1 工程需求分析

（1）每個水閘需要3路（1路高清紅外球機、2路紅外槍機）高清視頻監控；

（2）每個水閘都要連接上互聯網滿足辦公上網需求；

（3）由于包括3路實時高清視頻監控，要保證錄像畫面流暢性和清晰度，所以前端往后端硬盤錄像機的流量需求比較大。

2 無線信道及技術方案的選擇

通常的無線信道包括紅外、短波和微波信道。

（1）紅外線是利用紅外光源發光照射到墻壁或屋頂等阻礙物反射紅外線從而形成整個房間的廣播通信系統。這種通信方式的優點是設備便宜，帶寬高，但其傳輸距離很有限，一般在無阻礙物的情況下，可傳輸幾米。常用于家用電器的遙控上。

（2）無線電短波通信是使用甚高頻30-300MHz和超高頻300-3000MHz的電視廣播頻段，其波長在100米-10米之間，其容易受到電磁干擾且帶寬比微波通信要小。

（3）微波通信的頻率段為吉兆段的低端，一般是1-11 GHz，由于頻譜越高，其潛在的帶寬越大，所以它具有高帶寬、容量大的特點。由于使用了高頻率，其工作波長短，因為在天線面積給定時，天線增益與工作波長成反比，所以天線增益高，且可使用小型天線，便于安裝和移動，靈活性更好。

隨著社會的進步，無線技術也日新月異，現在社會上比較流行有以下幾種無線技術，即藍牙、 Zigbee、Wi-Fi。

（1）藍牙技術其傳輸范圍有限，一般只有在4米范圍內，才能收到其信號，大多應用于計算機或手機等與外部設備的連接。

（2）Zigbee是一種新興的無線網絡技術，其傳輸也只有10-100米，標稱傳輸速率為250Kbps。主要適用于自動控制和遠程控制等流量需求比較少的領域。

（3）Wi-Fi俗稱無線寬帶，它在當今社會上被廣泛應用。提到Wi-Fi，我們就要從IEEE802.11這協議說起，它包括IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac等協議。其中802.11n是目前比較主流的協議，它工作于2.4-2.4835 GHz和5.15-5.85 GHz頻段，在物理層用了DSSS（直接序列擴頻）技術，在DSSS系統中，由于發射的碼片只占數據比特的N份之一，所以DSSS信號的帶寬是原來數據帶寬的N倍。它還在MAC子層采用了CSMA/CA（載波監聽多路訪問/沖突避免協議）增強了信號傳輸的可靠性。理論上，它能提供最少1Gbps帶寬進行多站或無線局域網通信，或是最少500Mbps的單一連接傳輸帶寬。

綜上所述，顯然微波通信信道的Wi-Fi比較適合我們實際要求。

按照IEEE802.11協議標準本身來說，其覆蓋范圍是：室內100、室外300。這個數只是理論值，在實際應用中，會碰到各種障礙物，比如混凝土墻壁、木板、玻璃和石膏墻等都會影響其傳輸距離。為了實現我們目標，我考慮增加網絡互連設備?；ミB設備按它們工作的協議層劃分為：中繼器工作于物理層，它只是簡單對接收信號進行再生和發送；路由器工作于網絡層，其處理數據的速度比網橋慢；而網關則工作于網絡層以上協議層，它的產品比較少；網橋和交換機工作于數據鏈路層，轉發處理數據的速度相對較快，所以選擇無線室外網橋橋接來解決我們的難題。接下來就是天線增益的問題。在無線網絡的架設過程中，為有效提高通信效果，減少天線輸入功率，天線會做成各種帶有輻射方向性的結構以集中輻射功率，由此就引申出“天線增益”的概念。天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力，它是選擇天線最重要的參數之一。天線分為全向天線和定向天線，全向天線是全方向的即在水平方向圖360度都有輻射，沒有死角或者死角非常小。一般情況下寬度越大，增益越小，所以其增益小，傳輸距離近，多用于點對多點通信。而定向天線正前方有水平角度，水平角度的大小與其增益數值成反比。其能量集中，增益相對全向天線要高，適合于遠距離點對點通信，同時由于具有方向性，抗干擾能力比較強。

3 設備采購

經過對市場上的產品進行對比、選擇，我們選擇以下主要設備：大華的PFM880和PFM881，其大概參數為無線技術：IEEE802.11a/n；調制方式：IEEE802.11 OFDM；天線：DH-PFM880是外置天線增益16dbi，DH-PFM881是內置天線增益15dbi；傳輸距離可達5千米，傳輸速率最高可到300Mbps。

4 施工階段

攝像機位置固定好后，通過雙絞線連接到交換機，再從交換機連到PFM881的LAN口，其有兩個RJ45接口，一個LAN口，一個POE口。PFM881作為發射端裝在水閘操作房的頂樓，其供電是從POE口通過雙絞線與POE電源上的“POE”口連接，再接到電源插座上。PFM880作為接收端有1個RJ45接口通過雙絞線與POE電源上的“POE”接口連接，給PFM880設備提供24V電源和數據傳輸，POE電源上的“LAN”接口連接光纖收發器，通過布設光纖連接到機房硬盤錄像機再接到監視器上顯示出來。

最后效果圖如圖2所示。

在整個施工過程中總結一下幾個注意點：

（1）在配置發射端或接收端的IP時，應及時修改其默認IP，避免造成沖突。

（2）天線角度的調整整個施工的難度之一，大增益要細細調整，因為水平角度非常小，稍微調整一下，就會失之千里。

（3）發射端和接收端在無線設置時，網絡名稱、無線加密選項和密碼要設置成一樣。

5 結語

實現現代偏遠地區水利工程業務信息的高度共享、傳遞、日常辦公及管理信息化，就必須要把它與外界的通信連接起來。通信包括有線和無線，由于偏遠地區的局限性及現代無線技術的發展，無線通信方式越來越成了我們的選擇，本文通過技術理論對比選擇，實際采購，現場施工，最后實施完成?？蔀榻鉀Q類似偏遠地區工程的通信問題提供參考。

作者簡介

戴建泉（1978-），男，從事電子計算機，水利工程管理方面工作和研究。

作者單位

漳州市九龍江河道防洪排澇管理處 福建省漳州市 363000