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解決方案 

基于高速Wifi內河數字化港口應用的關鍵技術研究
 

一、研究內容和目標

(一)、階段性目標

1、電子標簽和無線掃描應用可實現物流、點貨和清貨,實現及時錄入及回傳實時數據,確保碼頭物流倉儲管理的準確性,消除了錯誤的發生機率以及由此帶來的成本。降低勞動成本,庫房操作人員無需花時間到處尋找貨品、無需人工輸入大量數據。提高客戶服務質量,實時掌握訂單狀況、消除訂單延遲。減少庫存,消除過量庫存,保證安全庫存、減少庫存核銷。無線網絡可以作為有線備份網絡,可以提高網絡的健壯性,保障港口業務的順利運行,同時使用光伏設備給無線AP供電,可以在緊急斷電的情況下,保證網絡的正常運行。

2、無線監控:在無法全網布設有線和供電不方便到達點,可以使用無線網絡來實現。這樣無線網絡使用無線鏈路進行信號傳輸,避免了對光纖的依賴。建設方便,運維簡單;同時在無線網路信號覆蓋范圍內,攝像頭可以安裝在任意位置,靈活性高,擴展方便。

這樣給港口帶來的效益為無線網絡設備可靈活調整站點布設位置和加入新站點,滿足未來擴容或應用方案調整的需求,有效地保護投資,提高了港口安全生產的能力,可以及時發現各種危險狀況,制止事故的發生。

3、辦公應用:其主要內容包含:視頻監控系統、語音通信系統、數據通信系統以及應急通信提供;無線網絡可以實現移動辦公服務,同時通過虛擬隔離,保障用戶進入各自的業務,實現網絡安全。通過安裝車載單元,實現站場內的運輸貨車的調度。在安裝無線船載單元后,可以提供船舶的上網服務,提供到一些港口相關的信息服務。

(二)、最終目標:有線無線一體化管理平臺

無線基礎網絡建設在滿足電子標簽,和視頻監控需求的同時,還可以為其它應用提供傳輸通道,如:可以提供移動辦公、語音通信等業務。一個覆蓋完全,實施靈活的無線網絡,能有效降低工作強度、運營成本,提高工作效率。無線網絡是遠程集中管理、遠程辦公的基礎,是加快港口數字化、自動化建設的關鍵。

二、達到的科學技術水平、經濟、社會效益及其推廣應用范圍

通過本項目研究,達到國內領先水平;

港口因特殊的地理位置和獨特的物流集散功能,有線網絡在很多場合無法完全滿足需求。在通常情況下,由于港口面積較大,需要監控的點位置分散,利用傳統的有線連接方式,線路鋪設成本高昂,而且施工周期長。隨著港口進一擴大,當增加或調整監控點位置時,需要重新鋪設光纖,原鋪設的光纖資源完全不能回收和重新利用,使應用整體成本急劇上升。

近年來,無線視頻監控解決方案已經成為港口視頻監控系統的全新選擇。無線網絡相對于有線網絡具有先天優勢,在各行業,無線的視頻監控系統已經被廣泛的應用。

一個有線無線一體化管理的網絡,能有效降低港口工作人員的工作強度、降低港口整體運營成本,降低網絡CIO,提高工作效率,為港口帶來更高的效益。同時一個安全可靠的一體化網絡是數字化港口的必要的保障。

三、研究、試驗方法和技術路線

本項研究的主要研究試驗方法為:

1.通過市場調研和技術溝通的方法,獲取適合港口行業應用的,性價比高的無線傳輸網絡設備。

2.建立無線網絡傳輸基礎平臺,通過實驗室搭建無線傳輸網絡模擬環境,在該環境里實現無線平臺上的數據應用。

3.以示范工程為契機,實現無線網絡在港口行業的應用和推廣。

本項研究的技術路線為:

本項研究采用的技術為第三代多模塊Mesh網狀網組網和多業務無線網。

(1)第三代多模塊Mesh網狀網組網

從拓撲角度來說,Mesh拓撲結構超越了傳統無線網橋的點到點、點到多點的拓撲結構,從而從根本上解決了城市范圍內大規模無線網絡部署中存在的建筑物等阻擋物的影響。

基于802.11g/a/j技術的Mesh網絡的無線鏈路帶寬為54Mbps,通過使用Turbo模式,無線鏈路帶寬可高達108Mbps,為大規模的使用提供了高帶寬基礎。同時支持2.4GHz、4.9GHz和5.8GHz,支持多種無線覆蓋和回程的組合,可以有效地提高系統對多個頻率的使用效率。

其拓撲圖如下:

第三代多模塊Mesh網狀網組網有以下幾方面的優點:

Ø部署維護簡單——自動配置、自動發現

系統具有自動配置能力,當網絡節點啟動后,該節點內的各模塊互相自動發現并且自動確定各自的工作模式、智能掃描信道等功能,無需進行每個設備的手工配置。當網絡中一個或者多個新加入的節點時,系統也可以自動發現新節點,通過管理界面對節點進行Mesh組網授權后,新節點會自動下載配置。系統自動配置和自動發現的能力降低了網絡部署和管理運維的工作負荷。

Ø網絡穩定性——自動調節、鏈路自愈

無線網絡連接建立后形成Mesh結構,每個網絡節點以一定的時間間隔不斷的執行決策算法。每個節點具有的分布式智能以信號強度和網絡性能為指標,在多條無線鏈路中選取最優路徑路由流量,并且不斷動態調整數據路徑,限制了廣播并且消除了瓶頸。這保證了任何由于網絡單元被增加或是移除導致的網絡拓撲變化都可以立即被檢測到并進行相關的措施,保證網絡總是處于最優的性能和運行狀態。這樣,網絡必須具備了Self-tuning性能自我調節和Self-Healing鏈路自動修復兩個自組網特性。

如下圖所示,在故障發生前,Mesh網絡節點保持主鏈路、備選鏈路的信息,并且不斷的動態的更新鏈路信息列表;當網絡中的某一點由于供電、損毀等原因出現故障,其他周邊設備會迅速的在備選鏈路表中,選取具有最優參數的備選鏈路作為主鏈路;在毫秒級別即完成主備鏈路的切換,整個過程對于網絡中的最終用戶都是透明的,不會造成用戶的數據、語音或視頻等應用的中斷。

Mesh拓撲圖–故障發生前

Mesh拓撲圖–故障發生后

Ø多模塊、多信道、多射頻技術Mesh

支持多模塊、多信道和多射頻技術進行Mesh組網,如下圖所示-每個節點都有多個不同功能的無線模塊,分別處理無線終端接入、Mesh回程和Mesh擴展等,利用多個專用模塊提高無線Mesh內部的性能。

同時,每跳都是使用不同的2.4GHz或者5.8GHz信道進行傳輸,大幅度的改善了多個Mesh節點之間或者外界射頻環境帶來的干擾。

(2)多業務無線網

大規模或者區域級別的無線網絡部署要求各個服務對象可以并發的使用無線網絡,同時要求不同的用戶組能夠得到不同的安全級別和QoS服務質量。支持標準終端支持和多用戶安全接入。

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