無線專網技術在水利信息化建設的應用探討

□張風桐（山東省泰安市水利和漁業局）

?

無線專網技術在水利信息化建設的應用探討

□張風桐（山東省泰安市水利和漁業局）

摘要：文章結合山東省泰安市水利無線寬帶應急通訊網絡系統建設經驗，從分析無線專網的技術特點、與信息化綜合應用平臺結合、無線專網應用前景等方面進行闡述，討論無線專網的特點和實際應用中遇到的技術難題，以及解決技術方案，通過不斷實踐提升水利業務的綜合管理效率，提高水利業務管理系統的智慧決策和綜合指揮調度水平，逐步實現水利管理“從靜態到動態、從平面到立體、從管理到決策”。

關鍵詞：無線專網；McLTE；第四代移動通信技術；水利信息化；系統整合

0　引言

隨著信息技術的不斷發展，水利各項業務對信息化應用需求不斷提升，依托第四代移動通信技術，組建無線專網，建設水利信息化綜合應用平臺，解決現有各系統的信息整合、資源共享以及智慧決策調度等問題，進而提升水利業務的綜合管理效率，實現數據統一存儲管理、資源共享、二三維一體化展示、水資源的優化配置與調度預測分析等業務管理系統的智慧決策和綜合指揮調度，最終達到水利管理“從靜態到動態、從平面到立體、從管理到決策”的水利現代化創新模式。

1　泰安水利無線專網建設情況

泰安市依托工程建設，同步推進信息化，于2014 a開始建設無線寬帶應急通訊網絡系統，在原有依靠光纖傳輸水利業務內網的基礎上，進一步擴展了網絡的覆蓋范圍。光纖傳輸費用高，對資源要求高，只能覆蓋主要工程和業務單位。由于泰安市位于泰山山脈，屬于山地地形，項目在選取區域的制高點建設5套基站，信號就覆蓋全市大部分范圍，全市大中型水庫、重點小（1）型水庫、骨干河道等水利工程基本都在范圍內，項目開始階段只是將重點水利工程的視頻進行回傳，后期準備建設雨水情、土壤墑情等數據的上傳。同時配備手持無線終端，具備實時對講、語音、視頻通話及視頻回傳等功能，為防汛抗旱指揮調度、應急決策、水利工程運行安全提供保障。

項目建設采用的是國內獨立知識產權的McLTE（Multimedia Communication LTE）技術，它是以第四代移動通信技術TD-LTE為核心，將TD-LTE的高速率、大帶寬與數字集群技術中的資源共享、快速呼叫建立、指揮調度等特點進行融合，集語音、數據、視頻為一體的新一代寬帶多媒體數字集群系統。

2　無線專網技術特點

項目建設使用的頻段是400 MHz，采用先進全IP網絡架構設計，與傳統的TD-LTE技術相比較，McLTE技術吸收了同行業應用經驗和專網系統設計理念，具備以下技術特點：

2.1性能高效

McLTE系統在400 MHz頻段下，下行瞬間峰值速率100 Mbps，上行瞬間峰值速率50 Mbps；系統具有良好的移動性能，滿足終端120 km/h高速移動下高性能服務需求，在120～350 km/h（在特殊情況下能至500 km/h）下能保持蜂窩網絡的業務性能；在集群調度指標、系統延遲、系統容量等方面，也優于其他無線通信系統。

2.2業務融合

McLTE系統具有高數據吞吐能力，為用戶提供高清視頻服務、物聯網數據采集、移動互聯網等服務，并且根據客戶需求提供專業多媒體集群調度功能，滿足行業客戶語音、集群等業務需求。

2.3應用靈活

McLTE系統采用TDD時分雙工技術，上下行時隙資源可根據需求協調配置。系統帶寬可以從3 M/5 M/10 M/15 M/20 M靈活配置，保證了頻帶資源的優化利用，并有效提高了頻譜利用率。McLTE系統通過GOS、QOS控制策略，保證在發生突發事件時，重要客戶可以正常通信，并且系統組網靈活，可擴展性好，支持網絡從單站通信到城市聯網等不同規模的組網。

2.4安全穩定

McLTE系統具有良好的安全保密性能，通過無線空口加密、端到端語音加密、數據加密、硬件加密等加密認證措施，確保了網絡通信的安全可靠。并且系統采用冗余化網絡架構設計方案，關鍵網元（如核心網、HSS等）采用N+1方式進行網絡設計與組網，保證網絡運行的安全可靠。

3　無線專網在綜合信息化平臺建設中的應用

無線專網的應用在國內水利行業并沒有先例，綜合應用平臺與無線專網的結合是項目建設的難點。項目根據水利行業的特點，在技術方面進行了許多大膽嘗試。

項目以市縣兩級光纖專線作為全市水利主干網，將無線專網作為分支網和末端網。為了比較光纖專線與無線專網的通訊質量，對末端傳輸設備進行升級改造，成功將原光纖傳輸的路由寫入無線終端設備，實現原有線專線和無線專線同時上傳數據，達到作為應用測試的目的，獲得更好的對比數據，為以后的無線專網應用提供依據。項目實施最大的技術難點就是針對水利業務需求對上行容量情況進行容量分析和技術設計，無線專網作為末端網主要擔負前端水利業務數據的上傳任務，下行容量完全滿足業務需求，上行業務容量就受到限制，所以針對業務數據的不同進行特殊的設計。

對于視頻監控業務，采用512 Kbps的CIF圖像傳輸，此時單基站最大承載視頻監控并發的數量可達60路，占用30 Mbps上行帶寬。考慮到實際應用環境，60路視頻并發同時回傳，對后臺平臺監控的壓力較大，且由于數量較大，后方指揮/值班人員沒有時間逐一查看，不能達到有效監控的目的。所以采用“平時靜默、戰時調用、按需下載”的業務模式，及通過一定比例的輪詢系數設定，一方面與后臺應用平臺相匹配，另一方面也能緩解無線網絡壓力以便承載更多的業務應用。

對于數據采集業務，單一數據采集點數據需求帶寬約為32 Kbps，數據量較小，且數據采集應用中多為固定周期采集回傳，并無實時并發的需求。在單基站分配1 Mbps給數據采集業務的情況下：在一個數據采集周期內，采用輪詢策略，每次采集30路數據業務，占用1 Mbps上行帶寬，設定收斂比為1：4（輪詢系數為4），共計可承載120路數據采集業務。

對于語音集群業務，每個語音組呼占用64 kbps帶寬，與數據采集類似，語音集群業務也不需要每個組均實時并發，按照行業經驗，業務收斂比為1：5（并發率為20%），即基站信道利用率約為20%。在單基站分配1 Mbps給語音集群業務的情況下，單基站可支持語音集群并發組為16組，共計可承載80個語音集群組在該基站下工作，完全能夠勝任洪區應急指揮調度中的需求。

對于無線辦公業務上行帶寬需256 Kbps，按照業務經驗，辦公類業務收斂比為1：5（并發率為20%），即基站信道利用率為20%，在單基站分配3 Mbps給無線辦公業務的情況下，單基站可支持無線辦公并發數為12人，共計可承載60人在線辦公。另外預留1 Mbps上行帶寬，作為系統余量。

通過解決這幾個技術難點，實現無線專網與水利綜合應用平臺的結合，特別在視頻監控方面，通過對比有些地區無線傳輸圖像的流暢度要明顯好于原來有線專線的圖像。

4　無線專網建設的應用前景

雖然現階段無線傳輸存在一些技術難題，比如傳輸的帶寬與理論值有一定差距，傳輸的穩定性不是很好，但是相信隨著信息化技術的發展，問題會逐步解決。特別是隨著水利數據的采集及現場設施的視頻監控應用的增多，像泰安這樣多山脈地區，傳統的有線數據采集及視頻監控由于施工困難、抗毀性差、維護成本過高等問題，無法在現場實際應用，而無線數據采集及視頻監控能夠很好地解決有線方式的問題，實現山洪防治區的各種數據的回傳應用，解決水利系統精細化管理、高效化預報等信息化工作中遇到的通信傳輸瓶頸，為水文數據采集回傳、分析共享、決策發布、多方聯動提供高效可靠的通信傳輸系統。

當發生突發災害時，現有的水利通信網不能滿足水利現場應急通信的需求，主要體現在應急機動通信能力不足、應急網絡覆蓋范圍較小、應急網絡功能單一等方面，嚴重影響水利應急現場搶險救援工作的展開。所以，建設一個能夠滿足水利應急通信要求的無線寬帶專網將非常必要，對應急現場信息的收集、反饋以及與指揮中心的溝通至關重要。同時通過無線通信系統系統可以實現自動或人工向各級部門發布防汛預警信息，最大程度地避免人身財產損失。

在水利工程實施過程中，需實時地報送水利工程信息、水文信息等到相關部門，特別是在防汛期間，上級更需要工程現場信息來輔助防汛決策，而這些區域多處于偏遠地區，而且出現險情的地段不固定，水利工作人員經常需要深入到工程現場查看情況，這給現場與總指揮部的信息溝通帶來較大困難，無線專網應用可很好地解決異地辦公、移動辦公的需求。

所以，無線專網通信在水利信息化上的應用將越來越廣，作為水利信息化工作者，我們將繼續實踐無線技術在水利工作中的應用，更好地為水利事業服務，提高水利信息化水平。

（責任編輯：左英勇）

中圖分類號：TN98

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）04-0072-02

收稿日期：2016-03-10