WLAN在长江三峡库区航标遥测监控系统的应用

一、WLAN在各领域的应用情况

　　WLAN（Wireless Local-Area Network）即无线局域网为固定─无线接入的一种解决方案。也就是在不采用传统缆线的情况下，以微波作为传输介质结合扩频技术，向用户提供以太网功能的一种方式，其采用IEEE802.11标准，提供1～11M的传输速度，并具有良好的保密性、抗干扰性、架设与维护容易等特点。适用于需要在移动中联网和在网间漫游的场合，并在不易布线的地方和需要远距离数据处理的节点提供强大的网络支持。由于WLAN不可替代的无线优点，其技术和产品应用非常广泛。

　　在石油工业领域，WLAN无线网连接可提供从钻井台到压缩机房的数据链路；在服务行业，银行和证券、期货交易业务可以通过WLAN无线网络将各机构相连，利用手持通信设备直接进行交易；在酒店管理方面，采用WLAN，可以做到随时随地为顾客进行及时周到的服务，顾客无论在区域范围内的任何地点进行任何活动，都可以通过服务员的手持通讯终端来更新记账系统；特别是移动推出的GPRS+WLAN使WLAN的应用更加广泛化。种种工程实例，为我们在航标遥测监控系统中应用WLAN技术提供了丰富、可以借鉴的实践经验。

二、航标遥测监控系统概述

　　长江三峡库区航标遥测监控系统实施范围为三峡大坝～鳊鱼溪河段，主要是用于对航标的运行状况及相关配套设备进行监测和控制，该系统采用无线数字通讯技术、卫星定位技术以及机自动控制技术，实现对航道中岸标和浮标进行远程定位监测和工作状态监控、浮标漂移超范围及航标灯工作状态异常等情况下的远程遥测监控与自动报警。系统形成“标、站、处、局”四级网络架构，实现对航标的通讯覆盖和所有航标数据资源的共享。通过系统的实施将分布在长江沿岸的航标与各航道站、处、局有机的联系起来，使得对航标的管理实现“通讯化、管理智能化、科技先进化”的目标。

三、WLAN在遥测监控系统中的应用

　　航标遥测监控系统是由遥测监控平台、无线数据传输网络以及管理软件三大部分所组成（详见图1）。WLAN应用于遥测监控系统的无线数据传输网络，主要解决通讯数据传输链的建立问题，其与公网（GPRS）结合在公共网络盲区内使用WLAN设备作为数据传输中继，形成覆盖全河段的通讯网络，以解决遥测监控系统中无线传输网络的问题，下面按照遥测监控系统的基本结构做简单介绍。

图1　长江航标遥测监控系统结构示意图

1、遥测监控平台（前端控制器）功能是完成采集航标各种工作信息及参数数据的装置，其内包含测试太阳能电池充电电压及电流、电瓶供电电压及航标灯灯质及工作电流的三大模块，还包含与陆地中心进行数据传输的通讯模块即GPRS/WLAN，另外，在浮标上为了满足浮标的定位要求，增设GPS单点定位模块。

2、无线数据传输网络主要解决遥测平台与遥测监控管理中心的数据传输，数据的遗失或错误将导致航标失常，这就要求数据传输网络必须具有高度的可靠性。长江三峡库区属长江上游山区河段，沿岸城镇比较落后，通讯设施建设还不完善，通过通讯信号测试，目前，联通公网在长江上游的大多数地区出现无网络信号或网络信号不稳定现象，只有移动公网可以基本覆盖长江上游的航道，但有些岸标设置位置比较偏（如在高山的脚下），移动公网信号可能出现盲区或信号不稳定情况。

　　为了满足通讯网络稳定可靠的目标，我们进行了广泛的调研，目前，可以利用的辅助网络主要有WLAN、数传电台、甚高频（VHF）及无线数据调频技术（FHSS）四种,根据目前库区内实际使用的航标电源（4V200Ah）、太阳能电源及日照条件等指标，要求中继通讯设备必须具有低电压、低能耗的特点，数传电台、甚高频（VHF）及无线数据调频技术（FHSS）均不满足低电压、低能耗的要求（三种设备电压均为9～12V，工作电流1～2A），只有WLAN设备工作电压4V、工作电流可以控制在800mA以下，满足遥测监控系统对设备的要求。选择采用无线专网（WLAN）与公网（GPRS）相结合的技术方案，实现通讯网络无盲区的目标，保证航标遥测监控系统数据传输具有高度的可靠性。该种网络结合有如下优点：

• 无公网信号或信号较差的标位安装WLAN设备，能实现整个网络无盲区的目标；
• 不需要自己建立基站，无需申请专用频道，无需网络维护，享受及时网络升级。
• 技术比较成熟,功耗比较小，目前WLAN在城市中应用比较广泛,设备及相关技术比较成熟。
• 使用费用低。

　　同时为了达到GPRS数据传输安全可靠，不发生掉包现象，设计采用移动SDH传输网，实现监控中心局域网与移动GPRS核心网络接入平台的专线链接，并在专线中使用标准的Internet隧道协议如IPsec、L2TP、GRE网络协议。另外遥测平台配备专用IP地址及APN码，实现遥测平台和监控中心点对点的传输，遥测平台地更换只需输入标位地专用IP即可，解决了网络维护复杂的问题。

3、系统软件主要解决各类航标遥测监控信息处理的功能。同时具备扩展航道作业船只及航道机务管理等各方面的生产管理功能的接口。

四、采用WLAN的遥测监控系统网络结构

　为了满足航标遥测监控系统网络结构的安全和管理需要，系统网络结构设计为三层管理，即信息传输层、信息管理层及数据访问层，该网络结构可以灵活根据情况使用网络资源，通过WLAN与GPRS的结合为信息传输层提供可靠的传输网络。具体的功能作用见下表：

五、WLAN在遥测平台中的工作原理

　　WLAN集成于航标遥测平台内，与通讯模块（GPRS）一起将传感器收集的航标工作信息，向监控中心定期发送。在航标工作状态发生异常时，通过工控机与通讯模块向管理中心发送报警信息；当标位处于无公网信号时，平台内集成的WLAN设备将传感器收集的报警信息，通过无线局域网与网内有公网信号标位联系，通过GRPS设备及时地向管理中心发送报警信息。浮标、岸标遥测平台的设备种类及结构图分别如图2、图3。

五、WLAN组网方式及设备参数

　　根据三峡库区的环境条件，结合WLAN自身无线传输的特点，在建立WLAN过程中，通过实地勘察来确定接入点的位置和数量，了解实际环境和使用方法，确定WLAN的网络结构及组网方案。经详细踏勘，长江三峡内无线专网（WLAN）宜采用对岸锁链式点对多点方式组网，这种组网方案可以避免由于航道弯曲遮挡引起的信号中断或不稳定现象。具体WLAN布网示意图详见图4。

图4 WLAN布网示意图

　　WLAN的网络结构采用无中心拓扑结构，下面针对航标遥测监控系统中WLAN的设备选型及与如何连接遥测平台进行说明：

1. 当公网盲区的范围比较小，只使用一次中继即可解决网络传输的问题时，遥测平台只需通过WLAN设备一次将数据传送到其它有信号的标位进行中继，公网无信号航标遥测平台上所使用的WLAN设备和中继遥测平台上的WLAN设备均为一张兼容PCMCIA接口的无线网卡，将无线网卡插入遥测平台上。此时无线网卡可以直接与有公网信号的航标遥测平台（中继航标）进行WLAN通讯，将航标相关数据通过中继遥测平台发送到监控中心。

2. 当某一段航道无公网信号需进行多次中继时，即某一段航道内所有航标均无公网信号，在公网信号盲区内的航标遥测平台，要将数据通过遥测平台上的WLAN设备将信息传送到有公网信号的航标遥测平台上，有公网信号航标将各个无公网信号的航标传来的数据通过公网通讯模块直接发送到指挥中心。其中两端有信号的航标遥测平台上安装具有PCMCIA接口的WLAN设备，无信号的航标遥测平台上要安装可以接收多个WLAN传来数据的网络设备即WLAN无线网桥（具有连接多个无线网络终端能力的设备，类似HUB），通过无线网桥，将有信号和无信号的航标遥测平台组成了一个无线局域网络，数据在其间可以自由传输，最终通过有公网信号的遥测平台统一将数据传送到监控中心。

　　WLAN网络设备选用无线网桥和无线网卡，两种设备具体的通用技术指标及工作参数要求如下：调制类型：QPSK,BPSK,CCK；工作频率：2.4G；频段：2400～2497MHz(ETSI)；输出功率：>20mW；动态速率调节：54M/11M/5.5M/2M/1M；安全加密：40位WEP；128位共享，128位动态（DLS）；无线网络标准(WAPI)；传输距离：≥1.5Km；供电电压4V，标准兼容性：Wi-Fi认证、IEEE802.11b/a/g及IEEE802.3；可支持固件版本在线升级及远程管理；动态IP分配，可自动协调用户现有DHCP服务；即插即用式安装；具有灾难性恢复及临时性连接功能；安装WLAN专用防雷器。

六、

　　WLAN与GPRS相结合的通讯网络方案，顺利、可靠地解决了长江三峡库区遥测监控系统中通讯网络不稳定的问题，使航道生产管理及维护不再局限于单纯的被动式管理，实现了远程管理及查询功能，管理人员足不出户便可以掌握管辖范围内任何一座航标的工作情况。随着长江各段遥测监控系统的逐步实施，未来的长江航道将变成科技化、人性化及信息化的航道。

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1、无线局域网（WLAN）-原理、技术与应用（刘乃安主编）

2、无线网络原理（（美）Kaveh Pahlavan,Prashant Krishnamurthy）

3、通用无线分组业务（GPRS）技术与应用（（美）R.J.(Bud)Bates）

4、无线数据传输网络——蓝牙、WAP和WLAN （Gil Held）