基于TD-LTE 1.8G無線專網的基建安全管控系統研究

匡 磊

（廣東大唐國際雷州發電有限責任公司， 廣東 雷州 524255）

引言

基建施工是一項龐大復雜的系統工程，涉及的基建施工單位多、施工人員多，人員素質參差不齊。施工人員雖都經過上崗操作規范和安全培訓，但仍避免不了部分人員疏忽大意或習慣性違章，基建期間的安保、安全工作面臨著極大的挑戰。為了強化施工現場設備設施和人員管理，基建期間設置安全管控系統非常有必要。

1 行業發展背景

安全管控系統實現數據互聯，傳統方式是采用光纖和屏蔽雙絞線進行數據有線傳輸，有線傳輸方式可靠性、帶寬分配、通信實時性、可靠性等方面均有優勢。但是基建現場施工地點分散，土建施工復雜，經常對通信網絡造成破壞。因此有線專網建設周期較長，且后期面臨著線路維護復雜、新接入點拓展成本高、施工受場地、環境限制比較大等困難。一些基建工程和企業也逐步引入基于Wi-Fi、移動運營商的4G等無線通信技術，用于不便于敷設有線網絡的數據通信，解決用戶快速部署數據和語音通訊需求。借助公網移動運營商部署移動數據業務，存在安全隱患大、成本過高、帶寬無法保障等諸多問題。2015年2月，國家工業信息化部發布《關于重新發布1 785～1 805 MHz頻段無線接入系統頻率使用事宜的通知》，將1 785～1 805 MHz劃分為交通（城市軌道交通等）、電力、石油等行業專用通信網和公眾通信網頻段，推動了TD-LTE 1.8G無線專網的積極發展[1]。

2 TD-LTE 1.8G無線專網的優勢

1）TD-LTE是第四代移動通訊系統（4G）的一個重要技術標準，包含大量中國專利，是國家“十二五”支柱性產業，是“新一代信息技術”的關鍵組成部分。TD-LTE具有安全、高速率、大帶寬、高頻譜效率、低時延等諸多優點，不僅在公共移動網絡上得到發展，更是在無線專網建設上逐漸體現出其優勢地位。

2）TD-LTE具有中國自主知識產權，從終端設備的安全認證到無線、系統側的安全加密，都加入了大量的先進技術用于防范黑客入侵和安全信息泄露。1.8G的專有頻段和專用通信終端接入的組網模式，使得專網和公網完全隔離，不會受到公眾應用的影響，最大程度杜絕了各種信息安全隱患和非法侵入的產生。

3）TD-LTE目前已成為國際標準之一，其單用戶下行100 M、上行50 M的高速率，5 ms的延時非常適合于視頻、語音信號的實時傳輸。相對目前WIFI等其他無線組網技術和標準有線組網技術，基于TD-LTE的無線通訊無需考慮復雜的網絡設計、硬件安裝、綜合布線等問題，可以隨時隨地靈活快速部署接入點。其通信架構扁平簡潔、信號穿透能力強、業務覆蓋范圍廣、語音數據一體化的特點，體現出多業務承載、最少工程布線、組網靈活快捷，維護簡單方便、綜合成本相對較低等建網優勢。

3 基建安全管控系統建設方案

基建安全管控系統以TD-LTE1.8G無線專網為數據傳輸網絡，融合視頻監控、單兵作業無線通信系統、門禁系統、電子圍欄、無線應急廣播系統等一體，建立一體化基建安全管控系統，網絡結構如下頁圖1所示。

圖1 網絡結構圖

3.1 安全管控系統前端設備

無線視頻監控系統前端采用兩種型式攝像機，一種是支持TD-LTE 4G信號的無線攝像機，攝像機直接與基站無線連接，適用于信號質量好的區域；一種是采用普通網絡攝像機+工業4G無線路由器組合方式，通過無線路由器與基站進行數據交換，這種方式適合于室內攝像機或信號質量較差的區域。基建現場的塔吊采用無線視頻監控，可以滿足塔吊動態工作下的視頻監控要求，解決了以往塔吊司機室及起吊作業區域監控盲區的問題。無線廣播系統的音柱或喇叭、門禁系統、電子圍欄等前端設備選用帶網絡功能的常規設備即可，采用工業4G無線路由器進行信號傳輸。

3.2 TD-LTE無線專網建設

3.2.1 網絡規劃

首先需要對前端設備布置區域進行工勘及鏈路預算仿真，以某電廠基建工程現場為例。經過建廠勘察，無線專網計劃建設TD-LTE無線基站1個，配屬三個扇區，每個扇區采用8通道天線。小型高集成核心網置于現有核心機房的機架中，同時基站eNB(BBU+RRU)將通過光纖就近接入專網匯聚節點（PE節點），和中心機房核心網EPC進行互聯互通。本工程無線網使用1 785～1 800 MHz頻段中的15 MHz連續可用帶寬，5 MHz作為預留帶寬，采用同頻組網方式進行組網。本無線網的覆蓋質量滿足以下指標的要求：

1）覆蓋區內的終端在90%的位置和99%的時間可以接入網絡，而無線覆蓋區邊緣的通信概率應大于85%；

2）在覆蓋區域內，TD-LTE無線網絡覆蓋率應滿足RSRP＞-105 dBm的概率大于95%；

3）在不高于10 m/s的中低速率移動場景下，覆蓋區域內用戶處于覆蓋區邊緣時能提供上行不低于256 kb/s的數據傳輸能力；

4）基站設備工作在1.8 GHz頻段時，基站系統單天線最大發射功率不少于12 W，天線增益為17±1 dB，并支持以1 dB的粒度進行發射功率調整；

5）基站單小區滿足覆蓋半徑大于3 kM；

6）在20 MHz工作帶寬，上下行峰值吞吐量應大于80 MB/s以上，單終端的上下行峰值吞吐量達到 80 MB/s以上；(上下行時隙配比 3∶1，“配比 0”)；

7）單扇區規劃的可支持的業務數量如表1所示，每個基站支持3個扇區，一個基站完全可以滿足基建施工安全管控的系統的需要。隨著終端數目增加，可以增加基站和扇區擴容。

表1 單扇區規劃的可支持的業務數量

3.2.2 基站構建

本工程基站選址在化水樓，兩個扇區覆蓋集控樓以北的功能區，拉遠一個扇區到燃運樓，覆蓋集控樓以南的業務區。用戶終端側通過配置1.8 G無線數據網卡，實現終端用戶的接入。基站核心網系統設備采用中興ZXTS eTC 10，包括的EPC網元、DSS網元、OMM都放置在同一局域網中，通過嵌入到基帶處理單元BBU中實現供電和連接。基站采用BBU+RRU組網方案，基帶處理單元ZXSDR B8200包括基帶處理板一塊，支持三個射頻單元，通過光纖與遠程射頻單元RRU相連接。

3.3 基建安全管控平臺

視頻監控采用NVR或者磁盤陣列存儲，設置流媒體服務器和管理服務器，管理服務器同時作為門禁、電子圍欄系統的服務器。建立集成化的管理軟件平臺，將安防各子系統整合到一個軟件平臺中。在一體化安全管控系統的協調下，可實現跨子系統聯動，比如電子圍欄與視頻監控聯動、門禁與視頻監控聯動。

4 結語

基建安全管控系統建成后，能夠實現基建工程在全面安全預防、應急處理和管理上的一次重大變革，改變原有的安全檢查必須到現場的狀況，改變突發事件處置滯后的局面。同時，基于1.8 G的TD-LTE專網能夠滿足移動物聯網建設的發展需要，最大化容納企業未來的業務拓展需求，并且具備長遠的技術演進路線，持續平滑演進。