琼州海峡船岸WIFI联网方案探讨

琼州海峡船岸WIFI联网方案探讨

黄景旺

广东省湛江航运集团有限公司524003

摘要：以5.8GHz的ISM频段点对多点（PMP）无线通信系统为航运船舶提供船上监控通信，岸基通过点播对船上监控视频进行调阅。该处所述点对多点（PMP）无线通信系统有别于常规意义上的无线网桥系统，采用了特殊技术支持海上远距离高带宽能力。

关键词：琼州海峡；船岸WIFI；联网方案

引言

随着国家综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通（四个交通）快速推进和发展，智能航运也成了行业关注的重点领域。智能航运是以信息化、智能化为牵引，推动现代信息技术和通信技术与航运管理、航运安全和航运服务的全面融合，实现航运船舶调度管理和航运服务组织的智能化，提升效率、质量和实现节能环保。在智能航运的推进中，船舶的信息化在新造船中已经得到了很大的提升，实现了基于总线技术的船舶航行控制设备、船舶机舱重要设备的集中控制管理和信息展示，建设了船舶内部的宽带通信网络和信息化系统；与此同时，许多航运企业也建设了岸端的船舶航运管理的信息化系统。但是受船岸通信和网络数据传输技术和通信费开销的制约，航运企业期望出现具有较低使用成本和较好技术性能的船岸通信和网络数据传输系统，实现船端和岸端信息化平台的对接，支撑智能航运的快速发展。

1可用系统的参数

工作频段：5.8GHz；传输体制：OFDM，抗多径；信息带宽：20Mb（标称）；接收门限：-90dBm（速率@20Mbps，BER@1e-6）；发射功率：22dBm（约160mW）；双工方式：时分双工（TDD）；多址方式：时分多址（TDMA）；带宽分配方式：动态分配，带宽利用率不低于85%；接口：以太网接口（IEEE802.3），物理连接RJ45。供电：DC12V，电池供电。天线增益：定向20dBi，全向9dBi。

试验系统提供1套主站，2套船站，2套船站表明系统是一个点对多点无线系统。主站安装在港口楼顶，采用定向天线，对航道进行覆盖；2套船站在船上择地安装，采用全向天线。船站连接摄像机，在办公楼上以计算机进行船上的视频观看。

2试验测试内容及方法

2.1传输带宽认定

以计算机文件传输的方式测试。主站、船站均连接计算机，计算机运行文件传输软件，该软件可以显示当前实时有效带宽，软件以全速传输占用全部无线系统的带宽，记录软件带宽显示值。

该项测试内容的目的是：因船站数量不足，若仅传输视频，不能证明系统具备20Mbps带宽的传输能力，因此对带宽专门测试。

2.2传输体制

OFDM抗多径传输，传输体制与IEEE802.11a网桥相同，在全向天线条件下抗多径能力好。考虑海面反射强烈，多径严重，造成信号衰落，为可靠传输计，选用多天线分集接收抗衰落技术，具体为岸上2扇区天线，增益18dBi；船上2全向天线，增益12dBi。

分集接收是自动根据信号电平对信号进行相干合并，提高传输可靠度的有效手段，在信号存在衰落时，是必不可少的技术措施。

2.3通信距离试验

岸上、船只上安装毕设备后，船启动；在船只航行途中，系统一直加电运行，视频保持传输；待视频传输不流畅时，以GPS计算主站、船站距离，进行记录。

3粗略计算

3.1基本参数

发射功率：33dBm；全向天线：增益12dBi；扇区天线：增益18dBi，波束角65°；接收门限：-87dBm（速率@40Mbps，BER@1e-6）。

3.2组网、覆盖方式

多个主站对全部船只分组覆盖，每主站扇区天线覆盖航道；岸、船两端均分集接收，提高海上抗衰落能力，保证平稳传输；多个点对多点子系统各工作于不同频点，同时无干扰工作；需要注意的是，5.8GHz是开放频段，可能存在其它用户的系统，因此具体频点需要现场电测后确定。

3.2.165°扇区天线覆盖能力

扇区天线仅考察最远点30km处的情况。30km处路径传输损耗20*log（距离*频率）+93=138dB，那么接收电平（中值）为18+12+33-138=-75dBm，余量12dB，两天线分集接收，分集增益可达15dB，可靠度相当于单天线下电平余量27dB，传输可靠度可达98%以上。

3.2.2船只分组考虑

在每艘船保证3Mbps带宽的要求下，若50艘船只同时监控，需要分为5组，每组10艘船，每10艘船由1套主站提供接入服务。若50艘船中同一时间对30艘船进行监控，具体被监控的船只人工进行选择，则可分为3组，每组17艘船，可保证所有船只同时在线，然而同时监控的船只为10艘，随时进行切换。

4方案实现

4.1通过无线传输实现两岸直连

由于只有一端（海口港或者海安港）连接有线宽带网络，因此首先需要通过无线传输链路，将没有有线宽带连接的另一端接入到有线网络中由于航线长度为20-30KM，因此两岸岸上安装的PTP650非视距微波设备（使用450MLicense），可以直接采用集成天线型，安装简便快速，且可以保证有效吞吐量100Mbps以上且可用度>99.99%。

4.3船上无线传输网络设施部署

在船上安装八台ePMP同步型设备，每台设备安装配套的ePMP90°扇区天线如果条件允许，最理想的安装位置是分别在船头和船尾各安装四台四台ePMP同步型设备连接配套的ePMP90°扇区天线后，形成360°全向接入角度，因此可以克服船舶在航道上行驶时偏转、掉头所产生的方向偏离为了避免船上的八台ePMP同步型设备在连接两岸的ePMP同步型中心基站时产生以太网环路，需要连接支持链路聚合的交换机，并启用动态LACP协议

4.4方案说明

考虑到工程安装方便以及尽量少占用基站空间（以便于预留更多空间给点对多点基站设备），南岸（海口港）和（海安港）之间的无线传输链路建议采用PTP650集成型设备，采用450M容量License可以保证99.99%可用度100Mbps的吞吐量；如过需要进一步提高两岸连接的容量，而且岸上的安装空间足够，也可以采用外接型的PTP650设备+0.9米天线。

通过两岸部署ePMP同步型点对多点无线传输系统，可以实现对航道以及船舶进港时绕行线路的全覆盖。

航道覆盖的ePMP同步型中心站设备设计覆盖距离为14.5-15KM，船舶进港绕行线路覆盖的ePMP同步型中心站设备设计的覆盖距离为3KM。

船舶上安装共4台ePMP同步型点对多点无线传输设备，连接ePMP配套的90°扇区天线，4台ePMP同步型点对多点无线传输设备形成一个360°全向接入角度，以克服船在航行过程中由于偏转、掉头所产生的方向偏离而致无法对准两岸基站的问题。

船上的ePMP点对多点无线传输系统可以通过设定接入的基站优先顺序，从而实现自动选择可连接的岸上基站。

船上的交换机以及两岸交换机相关的连接端口，都需要进行链路聚合的动态LACP配置，以保证点对多点系统连接时不会产生以太网环回。

4.5测试确认问题

两岸无线基站的信号覆盖效果以及传输速率。根据理论计算，两岸基站设计航道覆盖距离最远为14.5KM，每个基站设计最大同时连接5艘船，则每个基站可以提供50Mbps吞吐量，即该距离下ePMP同步型点对多点设备（按照两端均采用90°扇区天线来估算），每艘船可以提供10Mbps吞吐量。实测时需要确认信号强度（波动范围）及带宽（波动范围）是否满足该预测结果。

多交换机链路聚合功能。根据链路聚合的原理以及与华为交换机工程师讨论咨询的结果，该方案所采用的网络拓扑，可以通过动态LACP功能来避免以太网环路。实测时需要注意配置细节与功能实现的效果（实测时可能用其它品牌交换机，需要交换机厂家工程师确认该网络拓扑如何实现LACP）

5系统扩容

两岸之间的无线传输链路，经测算，使用集成型PTP650时，可以保证100Mbps吞吐量，而如果需要更高的连接带宽，可以使用外接型的PTP650+0.9米天线；需要注意集成型PTP650和外接型PTP650为不同硬件，无法互换，因此需要在敲定方案时就要确定是选用集成型还是外接型PTP650。

两岸的点对多点基站与船舶之间连接的传输带宽如果需要扩容，可以在两岸增加点对多点基站，并重新分配每个基站下的连接船舶数量，即可增加传输带宽，船舶上的无线传输设备无需改动或者重新部署。

6效果预估

根据以下参数进行预估：发射功率：22dBm；全向天线：增益9dBi；定向天线：增益20dBi；接收门限：-90dBm。

距离10km时，路径传输损耗20*log（距离*频率）+93=123.9dB，那么接收电平（中值）为9+20+22-123.9=-72.9dBm，余量17.1dB，根据微波传播可靠度预计模型，可靠度可达99%；因此，在10km处能够可靠通信。

距离15km时，路径传输损耗20*log（距离*频率）+93=127.4dB，那么接收电平（中值）为9+20+22-123.9=-76.4dBm，余量13.6dB，根据微波传播可靠度预计模型，可靠度可达98%；因此，在15km处一般能够可靠通信。

距离20km时，路径传输损耗20*log（距离*频率）+93=129.9dB，那么接收电平（中值）为8+18+22-123.9=-78.9dBm，余量11.1dB，根据微波传播可靠度预计模型，可靠度可达97%；因此，在20km处一般能够通信。

7结语

在船舶移动中，提供不中断的无线连接，保证船舶可以实时、高速接入网络（每艘船10Mbps吞吐量（上行+下行）），实现船上视频监控回传，并给船上的乘客以及工作人员提供互联网接入。

参考文献：

[1]周明天.汪文勇.TCP/IP网络原理与技术.清华大学出版社.1993.12

[2]谢希仁.计算机网络.大连理工大学出版社.2000.6