一种面向海洋牧场的无线通信解决方案

文｜何祥贤

海上无线通信信号弱，无法满足海上作业工作人员平台日常通信和生产作业的需求，是推进现代化“海洋牧场” 建设面临的难题。本文分析各种海洋复杂环境和现有海上作业平台信号覆盖情况，针对不同业务需求的特点，探讨通过建设宽带Mesh自组网方式，充分利用海上作业平台挂高和电力资源，搭建面向海洋牧场的无线通信专网，实现高带宽的TDD双向通信，解决海上作业平台工作人员日常通信和生产作业的需求，为面向海洋牧场的无线通信专网建设提供指导。

一、概述

目前传统海洋养殖仅实现了部分要素或部分空间、时间环境监测上的自动化，但在现代化海洋牧场需要的广域生态环境，多维信息化监控和智能化渔业生产等方面还有很大距离。

为深入践行海洋强国、农业强国战略，加快推动现代化海洋牧场高质量发展，应对各种海洋复杂环境，可通过建设海上牧场宽带Mesh自组网传输专网系统，借助宽带Mesh自组网设备搭建无线传输链路，将水面及水下摄像机、水质监测感应器等硬件设备采集数据信息回传至岸基指挥调度中心，前端海域数据实时显示在指挥中心的管理调度系统上，形成分析曲线，管理者可结合视频、图像信息分析统计生物量、鱼类生长情况，完成海域看护、智能作业、人员安全防护，实现养殖精准化推动绿色渔业发展，奋力打造“蓝色粮仓”。

二、Mesh自组网特点

（一）无中心同频组网

Mesh无线自组网系统属于无中心同频系统，单一频点支持具备 TDD双向通信，频率管理简单，频谱利用率高。任意节点设备在无线自组网系统中功能和作用相同，均可作为末端节点、中继节点或指挥节点使用。无需机房和有线传输等基础设施支撑，通过多跳中继组网，扩大覆盖范围。

（二） 多节点快速灵活组网

目前Mesh无线自组网系统可支持 32 个节点同频组网，各节点快速部署、灵活组网。当任意节点快速移动时，系统可根据各个节点之间的信道质量、误码率、数据业务速率等各项影响业务带宽的指标，改变系统拓扑结构，并自动重新计算各节点之间的路由关系，并快速生成新的传输路由，且不会因系统拓扑结构变化而影响语音、数据和视频业务。

（三）智能选择，快速更新路由

当网络拓扑结构发生变化时，系统能快速响应拓扑结构变化，并迅速重新构建路由系统，保障信息畅通。当某一节点脱网后，再开机上电后即可“秒级”注册组网，简单实用。保证系统节点在脱网后重新入网时，能够迅速建立通信。Mesh 无线自组网如果发生某条最优路径链路剩余带宽不够，可自动选择次优进行信息传输。

（四）具备高带宽快移动

基于20MHz载波带宽情况下，Mesh无线自组网系统的数据业务峰值带宽可达 56Mbps。当宽带无线自组网系统设备相对运动速度在120公里/小时以内，语音、数据和视频业务不会由于自组网设备高速移动导致网络结构快速变化而影响数据业务带宽。

（五）安全高度保密

系统通过设置工作频点，载波带宽、扰码、通信距离及组网模式等“多把锁”的编组加密，可有效防止非法用户入侵网络，只有当上述多项完全吻合一致时，才能确保合法入网。该系统为全自主研发，传输协议为全自定义协议，空口传输采用64bit密钥，可动态生成加扰序列，实现信道加密，确保信息传输的高度安全。

（六）支持多种业务

Mesh无线自组网系统支持语音、图像、数据和定位信息（GPS/北斗）的实时传输。所有节点均可与控制终端配合使用，通过配置的 Mesh 自组网终端系统软件实现各种管理调度功能。也可利用 Mesh 自组网终端系统软件配置的移动交互平台与手机终端进行实时业务传输。

三、系统组成

（一）建设布局

宽带Mesh自组网传输专网系统由岸基宽带自组网基站、海上牧场海基宽带自组网基站和指挥中心调度平台等部分组成。其中岸基基站架设在陆地铁塔机房，具备运营商基站信号及光纤外网数据接入或互联网数据接入端口，利用岸基专用大功率无线基站设备进行远距离的语音通话及网络数据的发送传输。

海上养殖平台海上及海下各区域多路摄像头，通过有线链路汇聚到海面基地总控室，总控室通过有线链接方式将视频数据传输给海基大功率自组网基站，并通过宽带Mesh极跳方式回传给陆地岸基大功率基站，经由运营商链路将相关视频数据传输给指挥中心调度平台并做图形化呈现。示意图如图1所示。

图1 系统组网示意图

（二）传输方案设计

考虑到海上养殖平台设备架高条件，采用海上专用大功率无线基站设备，配合军工级高增益全向玻璃钢天线，解决陆地铁塔与海上养殖平台之间主干链路通信。在海上20-50KM距离，实际带宽速率20Mbps，较好的满足高带宽的无线通信需求。

（三）天线安装位置

选取海上养殖平台最高点架设海上牧场海基宽带自组网基站的设备天线，陆岸基站设备天线尽量选取铁塔最高点，确保两个设备天线之间没有遮挡，采用大功率无线基站设备可建立两点之间稳定、可靠的无线自组网链路通道。

四、应用案例解决效果

（一）网络质量稳定

通过岸上的服务器向平台上的远端设备进行通信PING包测试，测试时间90分钟，平均时延15.6ms，丢包率为0%。

（二）网络带宽大

通过岸上的服务器向平台上的远端设备发送和下载大数据包，经过测试平均带宽20MB/S，带宽还可以根据实际需求调高至50M带宽，可满足平台上的业务需求。平台上作业人员日常通信通过数据业务建立的Wi-Fi信号解决。

（三） 实时视频效果

通过搭建的宽带Mesh自组网，实现了海上养殖平台上的视频信号实时回传至岸上监控中心。视频画面达到4K清晰度，为渔业领域各种决策与预测提供强有力的数据支撑，实现业务协同、智慧服务。

五、结语

宽带Mesh无线自组网采用是一种基于Mesh组网方式的新型宽带“无线网状网”，不依赖于现有网络基础设施，支持任意网络拓扑，与传统无线网络不同，是一个无中心、分布式、多跳中继、动态路由及扩展性好的无线宽带系统，内部使用自有的路由协议，通过无线多跳转发完成各节点间的无线通信，具备优异的宽带性能和远程灵活控制工作模式。

宽带Mesh无线自组网无线通信解决方案是通过Wi-Fi功能解决平台上工作人员日常沟通的通信需求，通过视频数据、感应数据等信息的实时上传，为海洋牧场深海作业平台的实现信息化、智能化、现代化生产奠定了坚实的基础。