灌區(qū)信息化通信組網(wǎng)的方式探討

龐軍城，張 坤，王寧渝

（江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012）

通信系統(tǒng)是信息化管理平臺(tái)的樞紐，是灌區(qū)系統(tǒng)信息采集，各部門對(duì)水資源管理、渠道運(yùn)行管理、水資源配置，各部門通信、視頻會(huì)議（電話會(huì)議）的重要基礎(chǔ)，在灌區(qū)信息化系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)于國內(nèi)諸多灌區(qū)，特別是大型灌區(qū)，如何解決通信傳輸問題成了信息化發(fā)展的一大瓶頸。

1 灌區(qū)特點(diǎn)對(duì)組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的影響

就灌區(qū)而言，其受到當(dāng)?shù)丨h(huán)境、管理模式、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等影響，組網(wǎng)不能單憑借一種技術(shù)模式實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)目標(biāo)，而是應(yīng)結(jié)合各類技術(shù)手段構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)體系。

1.1 地理位置

大部分灌區(qū)處于山區(qū)丘陵渠道，基本都是沿著山前等高線布設(shè)總干、干渠，灌區(qū)周圍的山地、河流數(shù)量較多，地形起伏較大。因此，在整個(gè)灌區(qū)領(lǐng)域散落布置水量采集點(diǎn)、視頻監(jiān)控點(diǎn)、閘門控制點(diǎn)，如果是建設(shè)通信塔，就會(huì)受到地理環(huán)境以及資源分布影響，點(diǎn)與點(diǎn)之間的直線傳播難度大。

1.2 管理模式

一些大型灌區(qū)由灌區(qū)管理局負(fù)責(zé)統(tǒng)一取水，然后通過各個(gè)樞紐完成配水工作，給各個(gè)區(qū)域灌溉，經(jīng)營運(yùn)行模式相對(duì)獨(dú)立的。因此，大型灌區(qū)通常具有取水分散、多點(diǎn)配水、雙重管理的特性，在組網(wǎng)框架中，應(yīng)按照灌區(qū)管理模式設(shè)置信息中心，分級(jí)管理。其中，信息中心負(fù)責(zé)獲取灌區(qū)運(yùn)營信息，各分級(jí)管理系統(tǒng)可對(duì)信息系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，各個(gè)分中心自成體系，運(yùn)行相對(duì)獨(dú)立[1]。

1.3 發(fā)展現(xiàn)狀

灌區(qū)覆蓋范圍廣，不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村落經(jīng)濟(jì)差異較大，導(dǎo)致較為發(fā)達(dá)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較為完善，欠發(fā)達(dá)地區(qū)多數(shù)是未接入公網(wǎng)或處于初期接入階段，這限制了灌區(qū)組網(wǎng)內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、形式。

2 灌區(qū)組網(wǎng)方案對(duì)比分析

2.1 自建通信系統(tǒng)組網(wǎng)

（1）無線傳輸方式。部分灌區(qū)在信息化建設(shè)中更傾向于修建通信鐵塔，自主建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)。該方式的主要優(yōu)勢(shì)如下：①不僅可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)亟y(tǒng)一防汛調(diào)度，還可以利用周圍的已經(jīng)建設(shè)通信鐵塔基礎(chǔ)資源，降低一部分投資；②雖然新建鐵塔一次性投資較大，但后期運(yùn)維費(fèi)用較低，灌區(qū)信息系統(tǒng)運(yùn)用經(jīng)費(fèi)負(fù)擔(dān)不大，可借助國家、地方投資用作經(jīng)營支撐。該方式的主要劣勢(shì)如下：可能會(huì)受到灌區(qū)地理環(huán)境限制，需增建多個(gè)中繼站，總建設(shè)成本較高，運(yùn)行直接受到氣候環(huán)境影響，難以保證信號(hào)的穩(wěn)定性。

（2）自建光纖傳輸方式。自建光纖對(duì)專業(yè)要求非常高，維護(hù)工作量較大，雖然過去灌區(qū)信息化建設(shè)中自建光纖傳輸方式規(guī)劃設(shè)計(jì)手段不完善，但后續(xù)隨著自建光纖技術(shù)的不斷完善和推廣，其優(yōu)勢(shì)也在不斷顯現(xiàn)。該方式的主要優(yōu)勢(shì)如下：①可沿著渠道布置測站、水閘等信息化節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層面上鋪設(shè)光纖組網(wǎng)；②自建光纖具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等優(yōu)勢(shì)。該方式的主要缺陷如下：各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的間距較遠(yuǎn)，自建光纖一次性投資較大，自行維護(hù)工作量大，同時(shí)渠道需要穿越河流、山谷，在架桿、深埋等鋪設(shè)流程可能受到場地環(huán)境限制[2]。

2.2 公網(wǎng)傳輸方式組網(wǎng)

（1）有線傳輸。隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋面越來越廣，利用公網(wǎng)組網(wǎng)的案例也不斷增多。該方式的主要優(yōu)勢(shì)如下：①隨著灌區(qū)覆蓋區(qū)域不斷發(fā)展，公網(wǎng)覆蓋面積和延伸區(qū)域不斷增加，為灌區(qū)公網(wǎng)組網(wǎng)提供了有利條件；②公網(wǎng)使用費(fèi)用逐年下降，網(wǎng)速逐年上升；③公網(wǎng)的兼容性、穩(wěn)定性、安全性非常好，是灌區(qū)組網(wǎng)的主要趨勢(shì)之一。該方式的主要缺陷如下：①灌區(qū)多處于鄉(xiāng)村，地理位置較為偏僻，與城鎮(zhèn)時(shí)間的距離較遠(yuǎn)，公網(wǎng)通信寬帶受限，不能完全覆蓋運(yùn)營范圍；②公網(wǎng)常年使用、長期維護(hù)費(fèi)用高；③在有線網(wǎng)絡(luò)傳輸下，灌區(qū)水情、工情信息傳輸存在較多局限性。

（2）無線傳輸。雖然如今已經(jīng)有了4G通信技術(shù)乃至5G通信技術(shù)，但灌區(qū)地區(qū)偏僻，故依然以GPRS通信為主。GPRS通信技術(shù)適用于突發(fā)性、間斷性、頻繁性、多點(diǎn)分散、中小流量數(shù)據(jù)信息傳輸。該方式的主要優(yōu)勢(shì)如下：①數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高，建設(shè)費(fèi)用較低；②技術(shù)成熟，應(yīng)用便捷；③設(shè)備功耗低，可長期運(yùn)行，維護(hù)成本低，且會(huì)隨著運(yùn)營商設(shè)備升級(jí)而升級(jí)。該方式的缺陷如下：①GPRS自身特性決定了該項(xiàng)技術(shù)的適用范圍受限，且受網(wǎng)絡(luò)終端影響數(shù)據(jù)傳播速率較低；②GPRS采用不同方向傳輸數(shù)據(jù)到接收終端，在無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)過程中，可能會(huì)出現(xiàn)分組丟失、錯(cuò)誤等問題[3]。

3 灌區(qū)信息化通信組網(wǎng)方式

3.1 基本思路

綜合考慮各類灌區(qū)組網(wǎng)的優(yōu)劣勢(shì)，應(yīng)采用綜合組網(wǎng)方案，利用現(xiàn)有的公網(wǎng)資源，構(gòu)建有線與無線、公網(wǎng)與自建的綜合傳輸方案，統(tǒng)籌兼?zhèn)洹⒁虻刂埔送瓿山M網(wǎng)建設(shè)，短距離干線自建光纖，在干線上匯聚重要信息化節(jié)點(diǎn)，散點(diǎn)借助GPRS獨(dú)立傳輸，采用各種傳輸方式實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣互補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化目標(biāo)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)

很多主干網(wǎng)都是選用無線傳播技術(shù)，但受距離、氣候等因素限制，工程建設(shè)難度大，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量較差，無法滿足一步通信的標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)這一問題，可以采用光纜通道來保證傳輸率、穩(wěn)定性，提高整個(gè)系統(tǒng)的互操作性。考慮到鋪設(shè)光纜成本高、施工周期長，實(shí)際操作中可采用資源置換方案，組建總局到灌區(qū)管理局的公網(wǎng)光纖鏈路（速度為100～300M）用作灌區(qū)主干通信傳輸鏈路。如果之前有無線傳輸鏈路可用作應(yīng)急備用，主要借助公網(wǎng)構(gòu)建高速、穩(wěn)定、安全的通信渠道負(fù)責(zé)一、二級(jí)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。

分干網(wǎng)建設(shè)主要采用互聯(lián)網(wǎng)接入方式，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)寬帶系統(tǒng)，保持中高等傳輸速率，借助管理局信息中心IP地址，實(shí)現(xiàn)管理局和干渠管理部門的通信連接。

基層網(wǎng)借助光纖接入方案與配水樞紐連接，樞紐借助VPN與管理局信息中心連接，干渠管理部門和管理所借助網(wǎng)絡(luò)連接。水量采集點(diǎn)借助采集系統(tǒng)，通過GPRS輸送到管理局信息中心，信息中心獲取信息后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理模式。干渠管理部門根據(jù)上級(jí)授權(quán)權(quán)限訪問網(wǎng)站和中心軟件，管理采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行使用、備份[4]。

3.3 無線寬帶系統(tǒng)

借助射頻技術(shù)構(gòu)成局域網(wǎng)，如今無線傳輸技術(shù)在短距離信息傳遞的質(zhì)量有了保障，在短距離信息傳遞可以使用無線寬帶系統(tǒng)。由于灌區(qū)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)具有覆蓋面廣、分布零散等特點(diǎn)，因此在無線寬帶組網(wǎng)時(shí)可以選擇多點(diǎn)、點(diǎn)到點(diǎn)的靈活組網(wǎng)方案。無線寬帶設(shè)備主要用于二、三級(jí)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，帶寬設(shè)計(jì)為100～300M，整個(gè)無線系統(tǒng)基站設(shè)置GPS芯片，與GPS技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)全同步。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)視頻監(jiān)控、語音、瀏覽器等進(jìn)行優(yōu)化，縮短分組包的延遲時(shí)間，提升信息反饋速度。

3.4 水情數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

灌區(qū)信息化建設(shè)中需設(shè)置大量、分散的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，出于實(shí)用性、成本等方面考量，應(yīng)采用體積小、耗能低、成本低的傳輸設(shè)施實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)傳。水情數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)對(duì)信息采集的優(yōu)先性、可靠性、及時(shí)性、精準(zhǔn)性有非常高的要求，應(yīng)采取低能耗、可移動(dòng)、無線的通信模塊，網(wǎng)絡(luò)布局為“一對(duì)多”的布局形式[5]。無線數(shù)據(jù)傳輸可根據(jù)集控中心距離、網(wǎng)絡(luò)條件等情況，選擇通信供應(yīng)商GPRS通信模塊，確保覆蓋無盲區(qū)，如圖1所示。

圖1 水情監(jiān)測示意圖

3.5 IP語音通信網(wǎng)絡(luò)

IP語音電話主要是借助無線寬帶通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳播語音數(shù)據(jù)，為其提供電話服務(wù)功能。IP語音電話在我國普及度較高，語音傳輸技術(shù)經(jīng)過十幾年發(fā)展已經(jīng)十分成熟，因此可以充分利用帶寬資源，對(duì)IP電話進(jìn)一步推廣和普及，開通相應(yīng)的IP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，降低通信成本投入，提高各個(gè)部門溝通交流便捷性，減少通信費(fèi)用[6]。

結(jié)合灌區(qū)總局架構(gòu)模式以及各項(xiàng)業(yè)務(wù)特性，信息中心機(jī)房作為IP語音通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)核心接入二、三級(jí)節(jié)點(diǎn)的基層單位，挑選高性能語音交換機(jī)設(shè)備用于全區(qū)范圍呼叫處理、用戶管理，交換機(jī)、中繼系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)管轄區(qū)域內(nèi)通信，實(shí)現(xiàn)IP語音護(hù)筒。IP語音系統(tǒng)的撥號(hào)方式、號(hào)碼分配與普通手機(jī)操作并無明顯差異，用戶可直接使用，不同單位根據(jù)用戶使用量可以選擇性接入32用戶或8用戶。IP語音系統(tǒng)既可與相應(yīng)的IP語音對(duì)象互通，又可直接與移動(dòng)通信用戶互通。

3.6 無線固話平臺(tái)

灌區(qū)受特殊條件限制，存在布局難、無線安裝難、通信成本高等特性。這一問題可以借助無線固話平臺(tái)解決，且該方式可以最大程度上保證通話質(zhì)量。將老舊的電臺(tái)通信系統(tǒng)淘汰，借助電信運(yùn)營商提供的無線網(wǎng)絡(luò)，在原有的點(diǎn)、段、站更換為無線固話平臺(tái)，可以直接與語音IP電話互通，實(shí)現(xiàn)無障礙電話通信。另外，建設(shè)無線固話平臺(tái)之后，可采用接口與普通電話通信，與當(dāng)?shù)剡\(yùn)營商合作，通話使用網(wǎng)絡(luò)資源，使用戶可以像用普通固話一樣進(jìn)行通信交流，從而實(shí)現(xiàn)IP語音電話的免費(fèi)互通與交流。

4 結(jié)束語

綜上所述，在灌區(qū)信息化通信中，做好組網(wǎng)方式選擇和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)是非常重要的一環(huán)，也是推動(dòng)灌區(qū)信息化發(fā)展的第一步。考慮到不同灌區(qū)的地理?xiàng)l件、使用要求不同，其通信條件存在一定差異，因此應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，剖析各類組網(wǎng)方案的優(yōu)劣勢(shì)，采用綜合網(wǎng)絡(luò)通信模式解決各類組網(wǎng)方式的問題，從而實(shí)現(xiàn)全面覆蓋、經(jīng)濟(jì)適用的目標(biāo)。