無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在造船企業(yè)中的應(yīng)用

田紅偉 陶健 翟夫樂

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 上海市 201913）

無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是利用無線電波來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。由于工廠環(huán)境的影響，部分生產(chǎn)區(qū)域無法部署有線網(wǎng)絡(luò)或者成本過高，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以為此類環(huán)境下通訊提供網(wǎng)絡(luò)保障。無線通訊技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)境中正發(fā)揮著舉足輕重的作用。

1 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)其本質(zhì)是通過電磁波信號來交換信息。該技術(shù)主要通過無線網(wǎng)絡(luò)連接來傳輸數(shù)據(jù)（如：信息、語音或視頻等）。

目前，無線終端設(shè)備得到了快速的發(fā)展，已包含諸多便于攜帶、移動的各類終端，包括手機、筆記本電腦、平板電腦、PDA 等，這些設(shè)施可為造船企業(yè)在生產(chǎn)過程中帶來便利。

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較之有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)降低了網(wǎng)絡(luò)部署的成本，但同時由于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳輸介質(zhì)是大氣，所以在傳輸過程中易受干擾，需在設(shè)計階段通過現(xiàn)場勘測、選擇正確的無線點位來降低環(huán)境對信號傳輸?shù)母蓴_。

2 無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢

2.1 部署便捷

設(shè)置統(tǒng)一的管理中心。部署時采用AC+瘦AP 的模式，所有配置、管理等都通過AC 進(jìn)行下發(fā)，在AC 上可以對所有接入網(wǎng)絡(luò)的AP 進(jìn)行配置下發(fā)，不需要進(jìn)行每一臺接入AP 的配置調(diào)試工作，提高部署效率。

2.2 覆蓋范圍廣

無線連接方式與有線連接方式相比，無線連接方式的優(yōu)勢在于無線信號受地理條件、周邊環(huán)境影響較小。在船塢、碼頭等不便于部署有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域可以采用無線橋接等方式進(jìn)行覆蓋，大幅提升覆蓋范圍。

2.3 安全接入

在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，首先，可以隨時加入支持無線網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備，然而當(dāng)采用有線網(wǎng)絡(luò)時，需再次增設(shè)有線點位；其次、公司內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)終端都進(jìn)行資產(chǎn)管理，在AC 上進(jìn)行賬號、MAC綁定，同時可以進(jìn)行通道加密，安全性已經(jīng)有巨大提升，完全可以滿足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全需求；再次，通過802.1X、AES、WPA 等加密和安全機制，配合防火墻的安全策略，可以有效的提高無線通訊的安全防護(hù)能力。

2.4 信道劃分

由于無線區(qū)域大，AP 數(shù)量多，根據(jù)AP 的分布，對相鄰AP 使用不同的信道，降低相鄰AP 之間的信號干擾，提高無線通訊信號的穩(wěn)定性。

2.5 Wi-Fi頻段

根據(jù)現(xiàn)場不同的環(huán)境，利用2.4GHz 其傳輸距離遠(yuǎn)、穿透能力強的特點，對空曠區(qū)域或者遮擋嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行信號覆蓋；利用5GHz 頻段網(wǎng)速快、抗干擾能力強的特點，在室內(nèi)或干擾較多的區(qū)域進(jìn)行信號覆蓋。

3 無線網(wǎng)絡(luò)在造船企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

由于造船廠的現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，要實現(xiàn)造船工業(yè)化和信息化，在實時信息應(yīng)用方面，企業(yè)面臨著應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸、視頻監(jiān)控、供應(yīng)鏈管理、設(shè)備設(shè)施管理等方面問題，通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以很好地提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，解決當(dāng)前所存在主要問題。

在船廠建造平臺及船塢區(qū)域，由于生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡略，平臺上僅具備動能管路，電纜、動能氣管等都在同一管路中，為保障無線覆蓋信號質(zhì)量，通常在平臺區(qū)域采用光纖進(jìn)行有線方式互聯(lián)；船塢區(qū)域由于生產(chǎn)因素等，船體會經(jīng)常移動或吊裝分段過程中，常常會因為有線線纜被剪斷或在移動、吊裝過程中被拉斷影響安全生產(chǎn)及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，為保證通訊正常，船塢區(qū)域通常采用無線橋接的方式進(jìn)行聯(lián)接。

3.1 網(wǎng)絡(luò)情況及配置

無線覆蓋區(qū)域120M*810M，本次應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)常規(guī)配備匯聚層交換機、防火墻、接入交換機、AC、AP 等。匯聚交換機與接入交換機之間通過光纖有線互聯(lián)，匯聚交換機與AC 之間通過光纖或者雙絞線的有線方式互聯(lián)，AP 可以采用光纖或者雙絞線的有線方式部署，不能進(jìn)行有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的的船塢區(qū)域通過定向無線AP 與全向無線AP 橋接等方式進(jìn)行部署。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求，制定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)圖如圖1。

圖1：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)圖

3.2 平臺覆蓋

組網(wǎng)圖如圖2。

圖2：組網(wǎng)圖

3.3 應(yīng)用優(yōu)勢

（1）現(xiàn)場人員使用智能終端，通過無線聯(lián)網(wǎng)，在現(xiàn)場及時獲取具體工作內(nèi)容、更新工作進(jìn)度及反饋遇到的問題。使用智能終端獲取到的即時信息直接傳遞到后臺管理平臺，有利于計劃編訂的人員和數(shù)據(jù)分析人員能及時獲悉現(xiàn)場信息，并有針對性地進(jìn)行計劃和數(shù)據(jù)的優(yōu)化調(diào)整。

（2）作業(yè)人員可以使用智能平板、AR 眼鏡等終端來查詢施工圖紙或信息，可以實時獲取最新的施工計劃及設(shè)計圖紙并按計劃、按圖施工。通過移動終端的使用，紙質(zhì)圖紙的數(shù)量大量減少，同時改圖、變更等操作都可以進(jìn)行實時查詢，比紙質(zhì)圖紙的查詢效率有大幅提高，為實現(xiàn)數(shù)字化、無紙化造船提供網(wǎng)絡(luò)支持。

（3）作業(yè)人員可以使用AR 眼鏡呼叫遠(yuǎn)程協(xié)助，通過視頻共享，遠(yuǎn)程技術(shù)人員可以進(jìn)行遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)。同時作業(yè)人員可以通過AR眼鏡進(jìn)行現(xiàn)場檢驗，根據(jù)三維模型對比，實現(xiàn)對船體、電氣、管路等的檢查。

（4）作業(yè)人員可以通過智能平板實時反饋的圖紙的問題，設(shè)計人員可以及時修正，也設(shè)計人員將最新的信息及時傳遞到現(xiàn)場作業(yè)區(qū)域，盡可能地避免錯誤施工。以前現(xiàn)場作業(yè)人員和技術(shù)支持人員的溝通大多采用電話或者對講機溝通，技術(shù)支持人員很難直觀地了解現(xiàn)場情況。通過無線網(wǎng)絡(luò)可以及時傳輸視頻信息，或者實現(xiàn)視頻通話，有助于技術(shù)支持人員及時了解現(xiàn)場情況并協(xié)助解決問題。

（5）船廠生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境中船體空間是一個較為封閉生產(chǎn)區(qū)域，并且船體經(jīng)常會搬運至不同生產(chǎn)平臺，這些區(qū)域很難通過光纜敷設(shè)進(jìn)行有線的方式覆蓋；焊機等生產(chǎn)設(shè)備常用于室外且經(jīng)常移動，固定式的有線網(wǎng)絡(luò)無法滿足網(wǎng)絡(luò)接入需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊較為困難。通過使用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，在部分環(huán)境允許的情況還可以進(jìn)行視頻傳輸。

3.4 部署方案

考慮生產(chǎn)平臺與船塢區(qū)域信號傳輸會受到船體分段遮擋，同時船塢區(qū)域龍門吊及塔吊在移動過程中會產(chǎn)生強烈電磁信號干擾，根據(jù)接入終端部署密度及移動終端使用區(qū)域，無線AP 盡量避免部署在空曠區(qū)域，遠(yuǎn)離龍門吊強電電纜及行駛軌道。

3.4.1 球形覆蓋

現(xiàn)場環(huán)境為露天全敞開式的生產(chǎn)平臺，為降低走線難度及成本，采用球形天線進(jìn)行信號覆蓋，其安裝方式采用立桿，立桿高度在2-3米高的位置，AP 間隔在50-70 米之間，根據(jù)信號強度調(diào)整，覆蓋整個平臺與船塢區(qū)域。每個AP 設(shè)置1 個無線信道，使相鄰AP 之間不存在相互干擾。

球形覆蓋覆蓋范圍廣，安裝簡單，只需要無線AP 的位置敷設(shè)一根線纜，即可滿足半徑30-50 米球形范圍的無線信號覆蓋。

3.4.2 橋接覆蓋

考慮船塢內(nèi)船體較大，船身甲板距離地面在20 米左右，考慮布線難度，在甲板邊緣部署橋接AP，通過無線橋接的方式對甲板進(jìn)行無線信號覆蓋。

橋接覆蓋可以提高無線AP 覆蓋的范圍，對于不便于有線連接的區(qū)域，通過無線橋接，實現(xiàn)船體甲板的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

3.4.3 天饋式覆蓋

由于船體都是鋼結(jié)構(gòu)，無法穿透無線信號，采用天饋式進(jìn)行無線信號覆蓋，將一個無線AP 接4-8 個天線，通過饋線進(jìn)行連接，饋線可以靈活轉(zhuǎn)彎，可以把無線信號傳送到需要的船艙，實現(xiàn)對船體內(nèi)部的需求性覆蓋。天饋式覆蓋可以有效擴(kuò)展無線信號覆蓋范圍，靈活部署到需要的船艙或其他船體內(nèi)部區(qū)域。

3.4.4 頻段選配

根據(jù)現(xiàn)場帶寬需求，平臺區(qū)域內(nèi)遮擋較多，范圍較廣擴(kuò)，主要以2.4GHz 覆蓋為主；船體甲板及船艙由于面積較小，船艙之間受到鋼板隔斷，主要以5GHz 覆蓋為主。

3.4.5 AP 選擇

采用工業(yè)級室外AP，通過POE 對AP 進(jìn)行供電；采用企業(yè)級FAT/FIT 混合型AP，在平臺采用FIT 模式由AC 集中管理，船體甲板及船艙由于AP 數(shù)量較少且為橋接模式，采用FAT 模式進(jìn)行AP管理。

3.4.6 安全防護(hù)

配置防火墻，用于監(jiān)測各安全域之間的數(shù)據(jù)流；匯聚交換機上配置acl，限制不同網(wǎng)段之間的訪問；設(shè)備配置遠(yuǎn)程登陸賬號；設(shè)置具有高復(fù)雜度的密碼；關(guān)閉telnet 服務(wù)，采用ssh 方式進(jìn)行登陸；修改AC 的默認(rèn)SSID 和關(guān)閉SSID 廣播；設(shè)置高等級無線密鑰；MAC 地址過濾等；對于啞終端進(jìn)行mac 綁定，對于普通移動終端進(jìn)行身份認(rèn)證，保障接入終端安全。

3.4.7 無線AP 群組配置

為避免出現(xiàn)跨AP 切換引起的斷線或延時的問題，根據(jù)平臺區(qū)域的作業(yè)區(qū)劃分進(jìn)行AP 分組，提升區(qū)域內(nèi)終端無線信號的連續(xù)性與穩(wěn)定性。

3.4.8 其他配置

為保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，兩臺匯聚交換機和兩臺AC 均采用堆疊方式進(jìn)行冗余，網(wǎng)絡(luò)有線鏈路部分通過鏈路聚合協(xié)議進(jìn)行雙鏈路連接，匯聚交換機與防火墻等核心區(qū)域采用雙鏈路交叉互聯(lián)，AC 旁路接入網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，在產(chǎn)品及技術(shù)更新?lián)Q代頻繁的今天，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是順應(yīng)時代發(fā)展需要所產(chǎn)生的，隨著此項技術(shù)不斷進(jìn)步完善與成熟，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在特定的工業(yè)環(huán)境下，可以作為有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有效補充及完善。

同時，隨著不斷地深入研究，無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬、穩(wěn)定性、安全性、通訊有效性問題也會得到完善和解決，為船廠的智能制造提供強大助力。