一种基于TD睱TE技术的综合集群调度系统在海上钻井平台应用

杨晋宁 彭义东

摘要：本文在运用TDLTE技术的基础上，开发了一种适用于海上平台的综合集群调度系统，以提供集群对讲、实时视频拍传、IP电话、电话会议等功能为一体的融合通信业务应用。经实践证明，综合集群调度系统有效地服务于现场应急调度、平台人员信息交互、巡检、现场指挥、设备故障抢修等生产作业内容。

关键词：TDLTE；海上钻井平台；Android终端；RADWIN仿真软件

中图分类号：TN919.85

南海，由于其丰富的石油天然气资源，近年一直为石油天然气开采的热点。而南海海域广阔，海上钻井平台普遍离岸较远，与岸基通信基本上靠卫星，且卫星通信费用昂贵，因此采油平台内部各工作组间、平台与船舶之间局域网通讯的重要性就突显出来。

1 TDLTE网絡

TD LTE 全称为Time Division Long Time Evolution（分时长期演进），是我国主导的新一代移动通信技术，是我国具有自主知识产权的3G 国际标准TDSCDMA 的后续演进技术，具有传输速率高、时延短、频谱效率高等特点[1]，引入了MIMO（多入多出技术）与OFDM（正交频分复用技术）[2]。相比于3G系统，在性能方面，TDLTE在系统带宽、网络时延、移动性方面都有了跨越式提高，能够为用户提供更加丰富多彩的移动互联网业务[3]；在应用方面，TDLTE能够满足用户移动无线宽带的需求，可以提供高清视频下载、高清视频会议等丰富多彩的业务。

1.1 业务优势

“移动、高速、宽带”的特点，为数据业务发展提供了强大的基础。TDLTE网络支持1.25MHz20MHz带宽，上行峰值达到20Mbps，用户延时小于5ms，是现有3G网络数据传输速度的数倍[4]。特别是采用OFDM（正交频分复用）和MIMO（多出多入）技术，实现更高的传输速率和频率效率，使视频电话更为流畅、更为清晰，极大满足移动宽带数据传输需求。

1.2 技术应用

（1）高速无线上网：更高的峰值速率和频谱效率及采用了更适合于宽带系统的技术，同时结合多天线和快速分组调度等先进的设计，避免了背景模糊不清，且图像会随着手的晃动出现模糊的现象，实现了画面更加清晰、流畅的视频电话。

（2）通讯质量提升：随着TDLTE 无线网络传输度的提升，无线网络通道之间的拥堵情况会大量减少。且依靠高速网络所实现的功能或服务项目也会越来越多，这在满足用户需求的同时，也保证了网络的稳定性及网络传输速度的迅速性[5]。

（3）即摄即传：利用TDLTE高带宽、低时延的特点，在摄像机上，通过通用接口，外接TDLTE通信模块及编码器，将高清视频通过TDLTE网络实时回传到媒体中心，同时媒体中心视频实时回传至前端。

（4）高清视频通话：利用TDLTE网络，在移动状态（如车载、船载情况）下，为各大行业用户提供高清制式的视频通话服务，体验无线状态下高保真的远程沟通。

2 综合集群调度系统整体架构设计

本文提出的综合集群调度系统由服务器端、调度台PC端、Android终端组成，如图1所示。其中服务器端分为多种服务模块，例如：图1绿色板块所示的包括集群调度、人员定位、视频服务及系统扩展在内的十一个服务模块。而其核心服务实现通信机制的处理，并对系统业务应用功能进行扩展。

调度台PC端主要对管辖范围内的Android终端分组同时以单呼、组呼、跨组呼、多选择组呼、代建组呼等方式进行通信，实时视频通话、专网微信、IP音视频电话等功能。

Android终端使用TDLTE专网提供单呼、组呼、跨组呼、多组呼等多种模式的对讲功能，以及实时视频上传、互传功能。

3 TDLTE 技术在综合集群调度系统的应用方案

如图2所示，综合集群调度系统核心服务器（包括GSTSCC中心服务器和GSTVM流媒体服务器）及配套的VOIP网关和集群网关作为服务器端与调度台PC端被统一部署在海上钻井平台上的报房调度中心中，通过交换机接入到现有钻井平台局域网内，实现与现有网络的互通。同时钻井平台的局域网通过交换机与钻井平台上的LTE专网基站相联、通过微波系统与附近船舶上TDLTE专网基站相联，而钻井平台上的Android终端和附近船舶上的Android终端通过各自的TDLTE专网与各自的TDLTE专网基站相联，最终形成一个融合了局域网、TDLTE专网、微波网络的融合网络，使钻井平台上的各工作组里的Android终端间、及与船舶上各工作组里的Android终端间在钻井平台上调度台的控制下完成单呼、组呼、跨组呼、多选择组呼、代建组呼及实时视频通话、专网微信、IP音视频电话等功能。

4 工程实例

4.1 工程概况

XJ2XX钻井平台隶属于中国海洋石油公司南海东部石油管理局，位于南中国海，距离陆地210公里，其全长约100米，宽约35米。其分为四层甲板，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。该项目使用TDLTE技术，对XJ2XX钻井平台进行4G无线宽带专网信号覆盖，为平台全区域以及附近30公里范围内的所有船舶提供高速、高效、稳定的无线传输网络。

4.2 系统构成

系统使用了不同的覆盖方式，针对钻井平台及船舶上的基站与Android终端间采用多个定向和全向天线进行覆盖，而钻井平台基站与船舶基站间采用微波系统和全向天线进行覆盖。整个系统包括的设备如下：

4.2.1 中心设备

一套中心服务器16020R、一套流媒体服务器16030R及一套VOIP网关MX604S/4。

4.2.2 钻井平台设备安装

由于钻井平台天线安装位置受限，所以只能通过现有位置的选择来判断其是否满足钻井平台基站至船舶基站30KM最远通信距离的要求。假设天線高度设置为距海平面30米高，信道带宽为10MHz，当通信距离为30KM时，使用仿真软件[6]进行计算，得出当天线架设高度距离海平面30米，平台基站至船舶基站距离为30KM时，带宽可达到3.4Mbps，仍能满足要求。最终选用TQJ4960AH12型全向玻璃钢天线布置在距离海平面30米处，以及在报房调度中心中安装一套GSTBS1800型TDLTE基站。

4.2.3 船舶设备安装

船舶安装一套TDLTE基站GSTBS1800和一套TQJ4960AH12型全向玻璃钢天线。

4.2.4 手持Android终端

由于海上钻井平台多属于1级易燃易爆区域，因而手持Android终端选用防爆等级为：ExicIIBT6Gc的防爆型智能手持终端产品GST9800/GE。其操作系统为android 4.2，支持3G、4G、LTE专网、WIFI等多種网络，且具备集群对讲功能和实时视频上传、互传功能。

4.3 运行结果

在XJ2XX钻井平台建设基于TDLTE 技术的综合集群调度系统是LTE在国内海洋石油领域的首次尝试，自2016年12月开通以来，设备运行稳定可靠，其提供的无线通道完全满足了海洋石油行业多种业务需求。

图4所示为2016年12月15日试运营开通当天IP音视频电话播放效果。系统支持终端之间、调度台与终端之间实现音视频拨打交互。

语音清晰度达到MOS指数不低于4（最好时为5），视频类型支持QCIF、CIF、VGA、720P。

图5为终端之间、终端与调度台之间多方的电话/视频会议的效果，会议发起方既可以从终端发起召开会议，也可以从调度台端发起召开会议，建立会议室完成后，可从通讯录中选取多个参会方，发起会议呼叫，带备选人员接听会议呼叫后，即可开始会议。会议结束后，仅需要参会人员全部挂机即可，也可由发起会议方撤销会议。

5 结语

随着近年来通信技术的飞速发展，海洋石油行业对海上设施之间数据传输质量的要求越来越高。而本文中提出基于TDLTE技术的综合集群调度系统在我国南海海域已经得到了成功的运用，相信在不久的将来，这种技术将会被广泛运用在海洋石油领域，为我国的海洋石油开采贡献力量。

参考文献：

[1]王雪，李平.TDLTE 产业发展情况及策略分析[J].黑龙江科技信息，2011（12）：215.

[2]金鹏，孙庆文.地震行业网络TDLTE无线接入设计[J].地震地磁观测与研究，2016（2）：161162.

[3]謝健骊，李翠然.面向铁路应用的TD-LTE 实验室建设探讨[J].实验室科学，2015（12）：7981.

[4]钟震宇，赵晓亮.基于LTE网络结构的冰水情自动监测系统[J].数学的实践与认识，2015（1）：158162.

[5]王志超.TDLTE 无线网络建设规划设计探析[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]吴纯勇.TDLTE开启全新互联网时代[J].网络传播，2014（3）：8687.

[10]岳莹昭，郭宝.TDLTE室内覆盖规划设计与建设方案分析[J].电信技术，2014（2）：9799.

[11]张炎炎，孟繁丽，张新程，等.TDLTE网络结构评估方法研究及预规划分析[J].电信工程技术与标准化，2014（1）：1015.

基金项目：中国海洋石油总公司科技项目资助（项目编号：CNOOCKJ 125 ZDXM 000002NFXK2015）