關(guān)于系統無(wú)線(xiàn)通信的研究論文
1.方案設計
1.1新建網(wǎng)絡(luò )頻率規劃
由于工業(yè)級遠距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋具有1～3dB的低C／I值，同時(shí)采用GPS時(shí)鐘同步、定向天線(xiàn)等多種技術(shù)手段提高系統的抗干擾能力。設備的每個(gè)信道帶寬頻率是20MHz，因此頻率間隔不應該設置得比20MHz低。通訊模塊允許運營(yíng)商以5MHz為間隔來(lái)選擇頻率。因此在同址安裝其他設備時(shí)，運營(yíng)者可以根據互用性來(lái)制定頻率規劃。一般使用6個(gè)不重疊的信道（5.735GHz、5.755GHz、5.775GHz、5.795GHz、5.815GHz、5.840GHz）。這6個(gè)信道也可以在回傳點(diǎn)到點(diǎn)鏈路中使用。在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )建設中，每個(gè)中心基站使用2～3個(gè)AP（接入點(diǎn)）組成一個(gè)接入點(diǎn)集群。扇區按表1進(jìn)行頻率規劃和扇區ID分配。所以在兩個(gè)接入點(diǎn)集群（APCluster）中每個(gè)集群最多只需使用3個(gè)頻點(diǎn)（5.755GHz、5.775GHZ和5.795GHz）。每個(gè)頻點(diǎn)做不同方向的二次復用就可以正常工作，其余3個(gè)頻點(diǎn)可以用于點(diǎn)對點(diǎn)回傳設備的工作頻率。工程采用的工業(yè)級遠距離無(wú)線(xiàn)系統支持6個(gè)無(wú)干擾的信道，因此對于單個(gè)扇區可最多架設6個(gè)點(diǎn)對多點(diǎn)設備。
1.2氣田原通信系統硬件升級改造
井場(chǎng)的RTU單元在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入前，原有線(xiàn)鏈路通過(guò)交換機的2M中繼與中心站進(jìn)行數據交換，在加入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )后，需要無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)之間的判斷環(huán)路。中心站除了數據上傳外，還需要對井場(chǎng)RTU數據進(jìn)行打包處理，由此可以判斷環(huán)路主要出現在中心站及井場(chǎng)之間。所以井場(chǎng)與中心站必須同時(shí)安裝CISCO2960后才能使STP（生成樹(shù)協(xié)議）生效，參與本地環(huán)路判斷，自動(dòng)辨別環(huán)路的狀態(tài)形成。中心站和井場(chǎng)改造完畢后即可對處理廠(chǎng)的原有線(xiàn)部分的CISCO3845路由器進(jìn)行配置。無(wú)線(xiàn)通信在進(jìn)入路由器之前，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )工作站監控站可以通過(guò)增加的CISCO2960作為與無(wú)線(xiàn)鏈路中的設備通信接口。在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據為主、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據為輔的情況下，工作站檢測備用鏈路中各無(wú)線(xiàn)設備的通斷情況，一旦發(fā)生情況即可發(fā)出警告。根據配置后的CISCO3845接口定義，將有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)鏈路分別插入對應的網(wǎng)絡(luò )接口即可實(shí)現正常通訊。
2.兩種網(wǎng)絡(luò )互備傳輸存在的問(wèn)題及解決方法
2.1存在的問(wèn)題
由于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )屬于已建成的網(wǎng)絡(luò )，無(wú)線(xiàn)備用通道在傳輸過(guò)程中會(huì )形成一定的環(huán)路。如果無(wú)法解除環(huán)路的產(chǎn)生，那么網(wǎng)絡(luò )的正常通訊會(huì )因為環(huán)路形成網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴而導致網(wǎng)絡(luò )通訊的擁塞和中斷。M2-8RTU單元、M2-6RTU單元、M2-B1RTU單元等各個(gè)終端信號在本地交換機與無(wú)線(xiàn)設備和中心站處理交換機數據交換過(guò)程中，形成了多處環(huán)路。這些環(huán)路造成了各個(gè)交換機之間的通信堵塞，大量的重復信息嚴重占用了通信帶寬，使正常通信無(wú)法進(jìn)行。只有在單獨使用單一通訊的情況下，環(huán)路線(xiàn)路才可能中斷從而使通信恢復正常。
2.2環(huán)路的解決方法
1）方案一。需要在中心連接處增加CISCO3層交換設備，并對末端RTU的地址進(jìn)行重新分配，然后利用VLAN進(jìn)行劃分，還需更換光纖適配器傳輸模塊，使末端設備鏈路工作在不同的VLAN，在需要中心三層交換機中進(jìn)行通信的IP數據包交換并對各個(gè)線(xiàn)路進(jìn)行隔離。但設計及訂貨時(shí)間要求較長(cháng)，而且需要增更換通信設備，需要工藝人員堅守各個(gè)井場(chǎng)關(guān)鍵控制點(diǎn)，配合更換設備。
2）方案二。需要對各個(gè)井場(chǎng)交換機重新進(jìn)行配置，采用混合VLAN的形式進(jìn)行組網(wǎng)配置時(shí)間較長(cháng)，配置時(shí)通信會(huì )發(fā)生中斷，所有交換設備處都必須做出修改，中心及井場(chǎng)交換機組網(wǎng)完畢后，還需對處理廠(chǎng)路由器做出部分修改，需要工藝人員堅守各個(gè)井場(chǎng)關(guān)鍵控制點(diǎn)，配合更換設備。
3）方案三。需對原井場(chǎng)普通交換機更換為支持STP協(xié)議交換機（帶路由功能），作業(yè)時(shí)間為每站單獨中斷2min，中心站更換設備通信中斷時(shí)間為5min，中心站無(wú)線(xiàn)設備插接安裝完畢共需20min，安裝前需要保證井場(chǎng)或機柜內電源插口有余，在交換機啟動(dòng)、配置完畢后可直接進(jìn)行換插，需要工藝人員堅守各個(gè)井場(chǎng)關(guān)鍵控制點(diǎn)，配合更換設備。以上3種方案中，方案一耗時(shí)長(cháng)且投資最高，風(fēng)險最大；方案二耗時(shí)較長(cháng)且風(fēng)險較大；方案三耗時(shí)最短，投資和風(fēng)險控制較為理想。在復雜的網(wǎng)絡(luò )條件下的環(huán)路解決方案為：在環(huán)型鏈路中，采用思科STP協(xié)議（生成樹(shù)協(xié)議）可在二層設備數據交換時(shí)，對行環(huán)型鏈路進(jìn)行自動(dòng)識別并快速切換。當某端口通信線(xiàn)路發(fā)生故障口后，CISCO交換機設備可根據STP協(xié)議使備用的線(xiàn)路在1～2s內轉為主要電路，在原主要線(xiàn)路故障恢復后交換機將自動(dòng)進(jìn)行無(wú)縫鏈路的切換，使得中心站通信持續保持正常，網(wǎng)絡(luò )環(huán)路所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴會(huì )自動(dòng)消失。
3.M氣田應用成效
M氣田建設的無(wú)線(xiàn)數據通訊鏈路采用TCP／IP以太網(wǎng)通訊協(xié)議，傳輸過(guò)程為透明網(wǎng)橋式傳輸�，F采用摩托羅拉無(wú)線(xiàn)寬帶接入系統（canopy系統）建立無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，摩托羅拉無(wú)線(xiàn)寬帶系統為標準以太網(wǎng)數據設備，提供10BASE-T／100BASE-T（RJ-45）自適應標準以太網(wǎng)接口，遵循TCP／IP標準以太網(wǎng)通訊協(xié)議。單個(gè)氣井的數據先傳輸到數據中心站，再通過(guò)數據中心站無(wú)線(xiàn)傳回到處理廠(chǎng)SCADA系統進(jìn)行監視、控制和聯(lián)鎖，解決了固定光纖數據傳輸系統遭遇突發(fā)地質(zhì)、山洪等災害造成通信中斷的問(wèn)題。以此作為有線(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò )的備用通道，也擴展了氣田網(wǎng)絡(luò )的覆蓋區域，提高了其網(wǎng)絡(luò )數字化工作的能力。天上無(wú)線(xiàn)（無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋）、地上有線(xiàn)（SDH）建成后，對無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行全線(xiàn)接通，中心通信設備通訊正常。當操作人員拔出主干有線(xiàn)鏈路后，無(wú)線(xiàn)連接等立即轉化立即接替有線(xiàn)通訊，整個(gè)轉換在1s內全部完成，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設備通信全部正常。而主電纜恢復連接后，交換機自動(dòng)進(jìn)行無(wú)縫的主電路切回，各井場(chǎng)RTU—中心站RTU處理—處理廠(chǎng)SCADA系統之間數據傳輸未發(fā)生丟失情況，有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)傳輸的數據互備傳輸系統得到了良好地實(shí)施。
4.結束語(yǔ)
以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋系統作為光纖傳輸系統的熱備系統，在光傳輸系統出現斷路、光信號衰減過(guò)大的情況下，可自動(dòng)切換至無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋系統進(jìn)行數據傳輸工作，通過(guò)在M氣田項目上幾年的測試和實(shí)際運行，證實(shí)了此方案的可行性、通信的可靠性和數據傳輸的準確性。
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