无线专网技术在水利信息化建设的应用探讨

□张风桐（山东省泰安市水利和渔业局）



无线专网技术在水利信息化建设的应用探讨

□张风桐（山东省泰安市水利和渔业局）

摘要：文章结合山东省泰安市水利无线宽带应急通讯网络系统建设经验，从分析无线专网的技术特点、与信息化综合应用平台结合、无线专网应用前景等方面进行阐述，讨论无线专网的特点和实际应用中遇到的技术难题，以及解决技术方案，通过不断实践提升水利业务的综合管理效率，提高水利业务管理系统的智慧决策和综合指挥调度水平，逐步实现水利管理“从静态到动态、从平面到立体、从管理到决策”。

关键词：无线专网；McLTE；第四代移动通信技术；水利信息化；系统整合

0　引言

随着信息技术的不断发展，水利各项业务对信息化应用需求不断提升，依托第四代移动通信技术，组建无线专网，建设水利信息化综合应用平台，解决现有各系统的信息整合、资源共享以及智慧决策调度等问题，进而提升水利业务的综合管理效率，实现数据统一存储管理、资源共享、二三维一体化展示、水资源的优化配置与调度预测分析等业务管理系统的智慧决策和综合指挥调度，最终达到水利管理“从静态到动态、从平面到立体、从管理到决策”的水利现代化创新模式。

1　泰安水利无线专网建设情况

泰安市依托工程建设，同步推进信息化，于2014 a开始建设无线宽带应急通讯网络系统，在原有依靠光纤传输水利业务内网的基础上，进一步扩展了网络的覆盖范围。光纤传输费用高，对资源要求高，只能覆盖主要工程和业务单位。由于泰安市位于泰山山脉，属于山地地形，项目在选取区域的制高点建设5套基站，信号就覆盖全市大部分范围，全市大中型水库、重点小（1）型水库、骨干河道等水利工程基本都在范围内，项目开始阶段只是将重点水利工程的视频进行回传，后期准备建设雨水情、土壤墒情等数据的上传。同时配备手持无线终端，具备实时对讲、语音、视频通话及视频回传等功能，为防汛抗旱指挥调度、应急决策、水利工程运行安全提供保障。

项目建设采用的是国内独立知识产权的McLTE（Multimedia Communication LTE）技术，它是以第四代移动通信技术TD-LTE为核心，将TD-LTE的高速率、大带宽与数字集群技术中的资源共享、快速呼叫建立、指挥调度等特点进行融合，集语音、数据、视频为一体的新一代宽带多媒体数字集群系统。

2　无线专网技术特点

项目建设使用的频段是400 MHz，采用先进全IP网络架构设计，与传统的TD-LTE技术相比较，McLTE技术吸收了同行业应用经验和专网系统设计理念，具备以下技术特点：

2.1性能高效

McLTE系统在400 MHz频段下，下行瞬间峰值速率100 Mbps，上行瞬间峰值速率50 Mbps；系统具有良好的移动性能，满足终端120 km/h高速移动下高性能服务需求，在120～350 km/h（在特殊情况下能至500 km/h）下能保持蜂窝网络的业务性能；在集群调度指标、系统延迟、系统容量等方面，也优于其他无线通信系统。

2.2业务融合

McLTE系统具有高数据吞吐能力，为用户提供高清视频服务、物联网数据采集、移动互联网等服务，并且根据客户需求提供专业多媒体集群调度功能，满足行业客户语音、集群等业务需求。

2.3应用灵活

McLTE系统采用TDD时分双工技术，上下行时隙资源可根据需求协调配置。系统带宽可以从3 M/5 M/10 M/15 M/20 M灵活配置，保证了频带资源的优化利用，并有效提高了频谱利用率。McLTE系统通过GOS、QOS控制策略，保证在发生突发事件时，重要客户可以正常通信，并且系统组网灵活，可扩展性好，支持网络从单站通信到城市联网等不同规模的组网。

2.4安全稳定

McLTE系统具有良好的安全保密性能，通过无线空口加密、端到端语音加密、数据加密、硬件加密等加密认证措施，确保了网络通信的安全可靠。并且系统采用冗余化网络架构设计方案，关键网元（如核心网、HSS等）采用N+1方式进行网络设计与组网，保证网络运行的安全可靠。

3　无线专网在综合信息化平台建设中的应用

无线专网的应用在国内水利行业并没有先例，综合应用平台与无线专网的结合是项目建设的难点。项目根据水利行业的特点，在技术方面进行了许多大胆尝试。

项目以市县两级光纤专线作为全市水利主干网，将无线专网作为分支网和末端网。为了比较光纤专线与无线专网的通讯质量，对末端传输设备进行升级改造，成功将原光纤传输的路由写入无线终端设备，实现原有线专线和无线专线同时上传数据，达到作为应用测试的目的，获得更好的对比数据，为以后的无线专网应用提供依据。项目实施最大的技术难点就是针对水利业务需求对上行容量情况进行容量分析和技术设计，无线专网作为末端网主要担负前端水利业务数据的上传任务，下行容量完全满足业务需求，上行业务容量就受到限制，所以针对业务数据的不同进行特殊的设计。

对于视频监控业务，采用512 Kbps的CIF图像传输，此时单基站最大承载视频监控并发的数量可达60路，占用30 Mbps上行带宽。考虑到实际应用环境，60路视频并发同时回传，对后台平台监控的压力较大，且由于数量较大，后方指挥/值班人员没有时间逐一查看，不能达到有效监控的目的。所以采用“平时静默、战时调用、按需下载”的业务模式，及通过一定比例的轮询系数设定，一方面与后台应用平台相匹配，另一方面也能缓解无线网络压力以便承载更多的业务应用。

对于数据采集业务，单一数据采集点数据需求带宽约为32 Kbps，数据量较小，且数据采集应用中多为固定周期采集回传，并无实时并发的需求。在单基站分配1 Mbps给数据采集业务的情况下：在一个数据采集周期内，采用轮询策略，每次采集30路数据业务，占用1 Mbps上行带宽，设定收敛比为1：4（轮询系数为4），共计可承载120路数据采集业务。

对于语音集群业务，每个语音组呼占用64 kbps带宽，与数据采集类似，语音集群业务也不需要每个组均实时并发，按照行业经验，业务收敛比为1：5（并发率为20%），即基站信道利用率约为20%。在单基站分配1 Mbps给语音集群业务的情况下，单基站可支持语音集群并发组为16组，共计可承载80个语音集群组在该基站下工作，完全能够胜任洪区应急指挥调度中的需求。

对于无线办公业务上行带宽需256 Kbps，按照业务经验，办公类业务收敛比为1：5（并发率为20%），即基站信道利用率为20%，在单基站分配3 Mbps给无线办公业务的情况下，单基站可支持无线办公并发数为12人，共计可承载60人在线办公。另外预留1 Mbps上行带宽，作为系统余量。

通过解决这几个技术难点，实现无线专网与水利综合应用平台的结合，特别在视频监控方面，通过对比有些地区无线传输图像的流畅度要明显好于原来有线专线的图像。

4　无线专网建设的应用前景

虽然现阶段无线传输存在一些技术难题，比如传输的带宽与理论值有一定差距，传输的稳定性不是很好，但是相信随着信息化技术的发展，问题会逐步解决。特别是随着水利数据的采集及现场设施的视频监控应用的增多，像泰安这样多山脉地区，传统的有线数据采集及视频监控由于施工困难、抗毁性差、维护成本过高等问题，无法在现场实际应用，而无线数据采集及视频监控能够很好地解决有线方式的问题，实现山洪防治区的各种数据的回传应用，解决水利系统精细化管理、高效化预报等信息化工作中遇到的通信传输瓶颈，为水文数据采集回传、分析共享、决策发布、多方联动提供高效可靠的通信传输系统。

当发生突发灾害时，现有的水利通信网不能满足水利现场应急通信的需求，主要体现在应急机动通信能力不足、应急网络覆盖范围较小、应急网络功能单一等方面，严重影响水利应急现场抢险救援工作的展开。所以，建设一个能够满足水利应急通信要求的无线宽带专网将非常必要，对应急现场信息的收集、反馈以及与指挥中心的沟通至关重要。同时通过无线通信系统系统可以实现自动或人工向各级部门发布防汛预警信息，最大程度地避免人身财产损失。

在水利工程实施过程中，需实时地报送水利工程信息、水文信息等到相关部门，特别是在防汛期间，上级更需要工程现场信息来辅助防汛决策，而这些区域多处于偏远地区，而且出现险情的地段不固定，水利工作人员经常需要深入到工程现场查看情况，这给现场与总指挥部的信息沟通带来较大困难，无线专网应用可很好地解决异地办公、移动办公的需求。

所以，无线专网通信在水利信息化上的应用将越来越广，作为水利信息化工作者，我们将继续实践无线技术在水利工作中的应用，更好地为水利事业服务，提高水利信息化水平。

（责任编辑：左英勇）

中图分类号：TN98

文献标识码：A

文章编号：1673-8853（2016）04-0072-02

收稿日期：2016-03-10