一種面向海洋牧場的無線通信解決方案

文｜何祥賢

海上無線通信信號弱，無法滿足海上作業工作人員平臺日常通信和生產作業的需求，是推進現代化“海洋牧場” 建設面臨的難題。本文分析各種海洋復雜環境和現有海上作業平臺信號覆蓋情況，針對不同業務需求的特點，探討通過建設寬帶Mesh自組網方式，充分利用海上作業平臺掛高和電力資源，搭建面向海洋牧場的無線通信專網，實現高帶寬的TDD雙向通信，解決海上作業平臺工作人員日常通信和生產作業的需求，為面向海洋牧場的無線通信專網建設提供指導。

一、概述

目前傳統海洋養殖僅實現了部分要素或部分空間、時間環境監測上的自動化，但在現代化海洋牧場需要的廣域生態環境，多維信息化監控和智能化漁業生產等方面還有很大距離。

為深入踐行海洋強國、農業強國戰略，加快推動現代化海洋牧場高質量發展，應對各種海洋復雜環境，可通過建設海上牧場寬帶Mesh自組網傳輸專網系統，借助寬帶Mesh自組網設備搭建無線傳輸鏈路，將水面及水下攝像機、水質監測感應器等硬件設備采集數據信息回傳至岸基指揮調度中心，前端海域數據實時顯示在指揮中心的管理調度系統上，形成分析曲線，管理者可結合視頻、圖像信息分析統計生物量、魚類生長情況，完成海域看護、智能作業、人員安全防護，實現養殖精準化推動綠色漁業發展，奮力打造“藍色糧倉”。

二、Mesh自組網特點

（一）無中心同頻組網

Mesh無線自組網系統屬于無中心同頻系統，單一頻點支持具備 TDD雙向通信，頻率管理簡單，頻譜利用率高。任意節點設備在無線自組網系統中功能和作用相同，均可作為末端節點、中繼節點或指揮節點使用。無需機房和有線傳輸等基礎設施支撐，通過多跳中繼組網，擴大覆蓋范圍。

（二） 多節點快速靈活組網

目前Mesh無線自組網系統可支持 32 個節點同頻組網，各節點快速部署、靈活組網。當任意節點快速移動時，系統可根據各個節點之間的信道質量、誤碼率、數據業務速率等各項影響業務帶寬的指標，改變系統拓撲結構，并自動重新計算各節點之間的路由關系，并快速生成新的傳輸路由，且不會因系統拓撲結構變化而影響語音、數據和視頻業務。

（三）智能選擇，快速更新路由

當網絡拓撲結構發生變化時，系統能快速響應拓撲結構變化，并迅速重新構建路由系統，保障信息暢通。當某一節點脫網后，再開機上電后即可“秒級”注冊組網，簡單實用。保證系統節點在脫網后重新入網時，能夠迅速建立通信。Mesh 無線自組網如果發生某條最優路徑鏈路剩余帶寬不夠，可自動選擇次優進行信息傳輸。

（四）具備高帶寬快移動

基于20MHz載波帶寬情況下，Mesh無線自組網系統的數據業務峰值帶寬可達 56Mbps。當寬帶無線自組網系統設備相對運動速度在120公里/小時以內，語音、數據和視頻業務不會由于自組網設備高速移動導致網絡結構快速變化而影響數據業務帶寬。

（五）安全高度保密

系統通過設置工作頻點，載波帶寬、擾碼、通信距離及組網模式等“多把鎖”的編組加密，可有效防止非法用戶入侵網絡，只有當上述多項完全吻合一致時，才能確保合法入網。該系統為全自主研發，傳輸協議為全自定義協議，空口傳輸采用64bit密鑰，可動態生成加擾序列，實現信道加密，確保信息傳輸的高度安全。

（六）支持多種業務

Mesh無線自組網系統支持語音、圖像、數據和定位信息（GPS/北斗）的實時傳輸。所有節點均可與控制終端配合使用，通過配置的 Mesh 自組網終端系統軟件實現各種管理調度功能。也可利用 Mesh 自組網終端系統軟件配置的移動交互平臺與手機終端進行實時業務傳輸。

三、系統組成

（一）建設布局

寬帶Mesh自組網傳輸專網系統由岸基寬帶自組網基站、海上牧場海基寬帶自組網基站和指揮中心調度平臺等部分組成。其中岸基基站架設在陸地鐵塔機房，具備運營商基站信號及光纖外網數據接入或互聯網數據接入端口，利用岸基專用大功率無線基站設備進行遠距離的語音通話及網絡數據的發送傳輸。

海上養殖平臺海上及海下各區域多路攝像頭，通過有線鏈路匯聚到海面基地總控室，總控室通過有線鏈接方式將視頻數據傳輸給海基大功率自組網基站，并通過寬帶Mesh極跳方式回傳給陸地岸基大功率基站，經由運營商鏈路將相關視頻數據傳輸給指揮中心調度平臺并做圖形化呈現。示意圖如圖1所示。

圖1 系統組網示意圖

（二）傳輸方案設計

考慮到海上養殖平臺設備架高條件，采用海上專用大功率無線基站設備，配合軍工級高增益全向玻璃鋼天線，解決陸地鐵塔與海上養殖平臺之間主干鏈路通信。在海上20-50KM距離，實際帶寬速率20Mbps，較好的滿足高帶寬的無線通信需求。

（三）天線安裝位置

選取海上養殖平臺最高點架設海上牧場海基寬帶自組網基站的設備天線，陸岸基站設備天線盡量選取鐵塔最高點，確保兩個設備天線之間沒有遮擋，采用大功率無線基站設備可建立兩點之間穩定、可靠的無線自組網鏈路通道。

四、應用案例解決效果

（一）網絡質量穩定

通過岸上的服務器向平臺上的遠端設備進行通信PING包測試，測試時間90分鐘，平均時延15.6ms，丟包率為0%。

（二）網絡帶寬大

通過岸上的服務器向平臺上的遠端設備發送和下載大數據包，經過測試平均帶寬20MB/S，帶寬還可以根據實際需求調高至50M帶寬，可滿足平臺上的業務需求。平臺上作業人員日常通信通過數據業務建立的Wi-Fi信號解決。

（三） 實時視頻效果

通過搭建的寬帶Mesh自組網，實現了海上養殖平臺上的視頻信號實時回傳至岸上監控中心。視頻畫面達到4K清晰度，為漁業領域各種決策與預測提供強有力的數據支撐，實現業務協同、智慧服務。

五、結語

寬帶Mesh無線自組網采用是一種基于Mesh組網方式的新型寬帶“無線網狀網”，不依賴于現有網絡基礎設施，支持任意網絡拓撲，與傳統無線網絡不同，是一個無中心、分布式、多跳中繼、動態路由及擴展性好的無線寬帶系統，內部使用自有的路由協議，通過無線多跳轉發完成各節點間的無線通信，具備優異的寬帶性能和遠程靈活控制工作模式。

寬帶Mesh無線自組網無線通信解決方案是通過Wi-Fi功能解決平臺上工作人員日常溝通的通信需求，通過視頻數據、感應數據等信息的實時上傳，為海洋牧場深海作業平臺的實現信息化、智能化、現代化生產奠定了堅實的基礎。