一種基于TD睱TE技術的綜合集群調度系統在海上鉆井平臺應用

楊晉寧 彭義東

摘要：本文在運用TDLTE技術的基礎上，開發了一種適用于海上平臺的綜合集群調度系統，以提供集群對講、實時視頻拍傳、IP電話、電話會議等功能為一體的融合通信業務應用。經實踐證明，綜合集群調度系統有效地服務于現場應急調度、平臺人員信息交互、巡檢、現場指揮、設備故障搶修等生產作業內容。

關鍵詞：TDLTE；海上鉆井平臺；Android終端；RADWIN仿真軟件

中圖分類號：TN919.85

南海，由于其豐富的石油天然氣資源，近年一直為石油天然氣開采的熱點。而南海海域廣闊，海上鉆井平臺普遍離岸較遠，與岸基通信基本上靠衛星，且衛星通信費用昂貴，因此采油平臺內部各工作組間、平臺與船舶之間局域網通訊的重要性就突顯出來。

1 TDLTE網絡

TD LTE 全稱為Time Division Long Time Evolution（分時長期演進），是我國主導的新一代移動通信技術，是我國具有自主知識產權的3G 國際標準TDSCDMA 的后續演進技術，具有傳輸速率高、時延短、頻譜效率高等特點[1]，引入了MIMO（多入多出技術）與OFDM（正交頻分復用技術）[2]。相比于3G系統，在性能方面，TDLTE在系統帶寬、網絡時延、移動性方面都有了跨越式提高，能夠為用戶提供更加豐富多彩的移動互聯網業務[3]；在應用方面，TDLTE能夠滿足用戶移動無線寬帶的需求，可以提供高清視頻下載、高清視頻會議等豐富多彩的業務。

1.1 業務優勢

“移動、高速、寬帶”的特點，為數據業務發展提供了強大的基礎。TDLTE網絡支持1.25MHz20MHz帶寬，上行峰值達到20Mbps，用戶延時小于5ms，是現有3G網絡數據傳輸速度的數倍[4]。特別是采用OFDM（正交頻分復用）和MIMO（多出多入）技術，實現更高的傳輸速率和頻率效率，使視頻電話更為流暢、更為清晰，極大滿足移動寬帶數據傳輸需求。

1.2 技術應用

（1）高速無線上網：更高的峰值速率和頻譜效率及采用了更適合于寬帶系統的技術，同時結合多天線和快速分組調度等先進的設計，避免了背景模糊不清，且圖像會隨著手的晃動出現模糊的現象，實現了畫面更加清晰、流暢的視頻電話。

（2）通訊質量提升：隨著TDLTE 無線網絡傳輸度的提升，無線網絡通道之間的擁堵情況會大量減少。且依靠高速網絡所實現的功能或服務項目也會越來越多，這在滿足用戶需求的同時，也保證了網絡的穩定性及網絡傳輸速度的迅速性[5]。

（3）即攝即傳：利用TDLTE高帶寬、低時延的特點，在攝像機上，通過通用接口，外接TDLTE通信模塊及編碼器，將高清視頻通過TDLTE網絡實時回傳到媒體中心，同時媒體中心視頻實時回傳至前端。

（4）高清視頻通話：利用TDLTE網絡，在移動狀態（如車載、船載情況）下，為各大行業用戶提供高清制式的視頻通話服務，體驗無線狀態下高保真的遠程溝通。

2 綜合集群調度系統整體架構設計

本文提出的綜合集群調度系統由服務器端、調度臺PC端、Android終端組成，如圖1所示。其中服務器端分為多種服務模塊，例如：圖1綠色板塊所示的包括集群調度、人員定位、視頻服務及系統擴展在內的十一個服務模塊。而其核心服務實現通信機制的處理，并對系統業務應用功能進行擴展。

調度臺PC端主要對管轄范圍內的Android終端分組同時以單呼、組呼、跨組呼、多選擇組呼、代建組呼等方式進行通信，實時視頻通話、專網微信、IP音視頻電話等功能。

Android終端使用TDLTE專網提供單呼、組呼、跨組呼、多組呼等多種模式的對講功能，以及實時視頻上傳、互傳功能。

3 TDLTE 技術在綜合集群調度系統的應用方案

如圖2所示，綜合集群調度系統核心服務器（包括GSTSCC中心服務器和GSTVM流媒體服務器）及配套的VOIP網關和集群網關作為服務器端與調度臺PC端被統一部署在海上鉆井平臺上的報房調度中心中，通過交換機接入到現有鉆井平臺局域網內，實現與現有網絡的互通。同時鉆井平臺的局域網通過交換機與鉆井平臺上的LTE專網基站相聯、通過微波系統與附近船舶上TDLTE專網基站相聯，而鉆井平臺上的Android終端和附近船舶上的Android終端通過各自的TDLTE專網與各自的TDLTE專網基站相聯，最終形成一個融合了局域網、TDLTE專網、微波網絡的融合網絡，使鉆井平臺上的各工作組里的Android終端間、及與船舶上各工作組里的Android終端間在鉆井平臺上調度臺的控制下完成單呼、組呼、跨組呼、多選擇組呼、代建組呼及實時視頻通話、專網微信、IP音視頻電話等功能。

4 工程實例

4.1 工程概況

XJ2XX鉆井平臺隸屬于中國海洋石油公司南海東部石油管理局，位于南中國海，距離陸地210公里，其全長約100米，寬約35米。其分為四層甲板，其中底甲板距海平面8.5米；下甲板距海平面18.5米；中甲板距海平面25米；上甲板距海平面29.5米。該項目使用TDLTE技術，對XJ2XX鉆井平臺進行4G無線寬帶專網信號覆蓋，為平臺全區域以及附近30公里范圍內的所有船舶提供高速、高效、穩定的無線傳輸網絡。

4.2 系統構成

系統使用了不同的覆蓋方式，針對鉆井平臺及船舶上的基站與Android終端間采用多個定向和全向天線進行覆蓋，而鉆井平臺基站與船舶基站間采用微波系統和全向天線進行覆蓋。整個系統包括的設備如下：

4.2.1 中心設備

一套中心服務器16020R、一套流媒體服務器16030R及一套VOIP網關MX604S/4。

4.2.2 鉆井平臺設備安裝

由于鉆井平臺天線安裝位置受限，所以只能通過現有位置的選擇來判斷其是否滿足鉆井平臺基站至船舶基站30KM最遠通信距離的要求。假設天線高度設置為距海平面30米高，信道帶寬為10MHz，當通信距離為30KM時，使用仿真軟件[6]進行計算，得出當天線架設高度距離海平面30米，平臺基站至船舶基站距離為30KM時，帶寬可達到3.4Mbps，仍能滿足要求。最終選用TQJ4960AH12型全向玻璃鋼天線布置在距離海平面30米處，以及在報房調度中心中安裝一套GSTBS1800型TDLTE基站。

4.2.3 船舶設備安裝

船舶安裝一套TDLTE基站GSTBS1800和一套TQJ4960AH12型全向玻璃鋼天線。

4.2.4 手持Android終端

由于海上鉆井平臺多屬于1級易燃易爆區域，因而手持Android終端選用防爆等級為：ExicIIBT6Gc的防爆型智能手持終端產品GST9800/GE。其操作系統為android 4.2，支持3G、4G、LTE專網、WIFI等多種網絡，且具備集群對講功能和實時視頻上傳、互傳功能。

4.3 運行結果

在XJ2XX鉆井平臺建設基于TDLTE 技術的綜合集群調度系統是LTE在國內海洋石油領域的首次嘗試，自2016年12月開通以來，設備運行穩定可靠，其提供的無線通道完全滿足了海洋石油行業多種業務需求。

圖4所示為2016年12月15日試運營開通當天IP音視頻電話播放效果。系統支持終端之間、調度臺與終端之間實現音視頻撥打交互。

語音清晰度達到MOS指數不低于4（最好時為5），視頻類型支持QCIF、CIF、VGA、720P。

圖5為終端之間、終端與調度臺之間多方的電話/視頻會議的效果，會議發起方既可以從終端發起召開會議，也可以從調度臺端發起召開會議，建立會議室完成后，可從通訊錄中選取多個參會方，發起會議呼叫，帶備選人員接聽會議呼叫后，即可開始會議。會議結束后，僅需要參會人員全部掛機即可，也可由發起會議方撤銷會議。

5 結語

隨著近年來通信技術的飛速發展，海洋石油行業對海上設施之間數據傳輸質量的要求越來越高。而本文中提出基于TDLTE技術的綜合集群調度系統在我國南海海域已經得到了成功的運用，相信在不久的將來，這種技術將會被廣泛運用在海洋石油領域，為我國的海洋石油開采貢獻力量。

參考文獻：

[1]王雪，李平.TDLTE 產業發展情況及策略分析[J].黑龍江科技信息，2011（12）：215.

[2]金鵬，孫慶文.地震行業網絡TDLTE無線接入設計[J].地震地磁觀測與研究，2016（2）：161162.

[3]謝健驪，李翠然.面向鐵路應用的TD-LTE 實驗室建設探討[J].實驗室科學，2015（12）：7981.

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[5]王志超.TDLTE 無線網絡建設規劃設計探析[J].科技展望，2014（16）：7.

[6]http：//www.radwin.com/planner/.

[7]Erik Dahlman，Stefan Parkvall，Johan Skold.4G LTE/LTEAdvanced for Mobile Broadband[M].Academic Press，2011.

[8]UIC.EIRENE Functional System Requirements Specification V7.3.0[S].Europe： UIC，2012.

[9]吳純勇.TDLTE開啟全新互聯網時代[J].網絡傳播，2014（3）：8687.

[10]岳瑩昭，郭寶.TDLTE室內覆蓋規劃設計與建設方案分析[J].電信技術，2014（2）：9799.

[11]張炎炎，孟繁麗，張新程，等.TDLTE網絡結構評估方法研究及預規劃分析[J].電信工程技術與標準化，2014（1）：1015.

基金項目：中國海洋石油總公司科技項目資助（項目編號：CNOOCKJ 125 ZDXM 000002NFXK2015）