码头堆场无线数据传输系统改造浅析

码头堆场无线数据传输系统改造浅析

刘铜生

天津港太平洋国际集装箱码头有限公司 天津市滨海新区 300450

摘要：随着集装箱码头信息化系统逐渐的完善，数据传输系统需要承载的业务种类随之增加，网络的稳定性、可靠性、可用性成为码头的最核心的需求。太平洋码头已有多个核心的业务系统，数据传输承载于堆场无线数据传输系统上，目前此系统已不能满足码头发展需求，必须在满足业务需求的同时做到统一和整合。本文对太平洋码头无线数据传输系统现状简单地介绍，对存在的问题进行分析，阐述无线网络设计原则、方案设计，根据码头堆场实际情况，提供了完备的堆场无线数据传输系统改造方案。
关键词：集装箱码头；无线网桥；无线数据传输系统；

一、无线数据传输系统的现状及问题

1.1无线数据传输应用在生产的各个环节

主要无线网络有： 2.4G无线TOS系统、5.8G网络RCMS系统、800M对讲机系统、基于4G-eLTE专网拖车及流机作业指令，场桥岸桥作业监控系统。其中场桥的TOS系统、RCMS系统、作业监控系统为空中覆盖；拖车流机作业系统为地面覆盖。

1.2无线数据传输系统存在问题
多制式网络接入，网络规划无法进行统一规划。随着绿色智慧码头建设推进，业务种类增加，现有无线网络资源无法满足需求增长。

堆场2.4G和5.8G的无线AP系统运行至今已达14年，产品生命周期已过，维修备件不足，设备故障率会不断增加。

基于4G-eLTE专网运行至今达达9年，核心设备已到故障高发期，需要升级更新。一方面运营商资金投入不足，造成技术服务无法持续，应用系统风险增大；另一方面网络频段运营商专有，参与开发的技术厂商较少，终端配套设施不全面，可选资源少。
二、无线网络规划原则

3.1规划原则

在规划WLAN网络时，首先考虑满足AP跟无线网卡信号的交互，以及堆场内场桥岸桥可有效的接入网络。系统的覆盖规划应主要考虑保证AP无线信号的有效覆盖，对AP天线进行选址与相关配置。在选择AP摆放位置时，遵循以下原则：

信号塔架AP设备部署点位应参考当前2.4G和5.8G点位覆盖设计图和现有具备部署条件的点位进行布点设计，保障场区2.4G和5.8G无线信号的覆盖效果。

场桥岸桥部署点位考虑当前堆场定点部署的无线AP覆盖范围进行设计，在场桥岸桥部署的无线AP可选用全向天线。

码头无线覆盖场景为室外场景，选用的AP设备保证室外环境下正常使用。

堆场无线信号覆盖距离较远，应根据实际的部署环境选用不同增益和波瓣规格的定向天线。

结合场桥岸桥、塔架的AP主机天线的安装方式，选用不同规格的射频线缆。

码头实际部署环境比较特殊，在场桥岸桥、塔架等不同使用场景，选用不同的上行链路，其中场桥岸桥选用电口上行，塔架AP选用光链路作为上行接口。

3.2网络规划参数

穿透损耗：室外型AP覆盖范围会因为建筑物结构特点而显现出明显的信号衰减特征，造成信号盲区。2.4G微波对各种材质的穿透损耗的实测经验值。

室外路径损耗：室外开放环境路径损耗计算公式:

其中，L：路径损耗（dB）；f：工作频率（MHz）；d：距离（Km）。

所以，室外开放环境路径损耗随距离取值如下表:

链路预算公式：

其中，RSSI：场强(dBm)；P：发射功率(dBm)；Tx：发射天线增益(dBi)；Rx：接收天线增益(dBi)；L：路径损耗(dB)；S：穿透损耗(dB)。

链路预算只作为理论参考，在实际网络建设中，应结合建筑物类型、现场无线环境和模拟测试情况做出适当的调整。

四、改造方案设计

无线数据传输系统属于码头关键业务网络，需要针对码头实际业务场景进行定制化设计，针对不同的业务所需的覆盖区域可划分为地面和空中两种覆盖区域，其中地面区域覆盖满足拖车、流机的作业需求，空中区域满足场桥岸桥的作业数据回传需求。

4.1拖车流机：拖车流机是集装箱堆场作业车辆，需要针对拖车流机所在的地面区域进行覆盖。通过空箱重箱堆场、岸桥底端行车道等区域附近的塔架顶端部署2.4G高增益单频定向天线进行覆盖，在信号覆盖时在单个区域附近的两个塔架顶端的2.4G高增益单频天线形成的双扇区进行覆盖，提高网络的可靠性。在拖车流机部署工业级CPE设备与塔架AP建立空中接口，实现拖车流机的作业指令回传。

4.2场桥：场桥是集装箱码头堆场专用机械，分布于重箱堆场冷箱区等多种区域内，在覆盖时要针对场桥所在的区域附近的塔架通过2.4G+5.8G双频天线完成信号覆盖，且单个区域通过两个塔架部署的两个2.4G+5.8G双频天线形成的双扇区进行覆盖。场桥端通过2.4G单频全向天线与塔架AP建立空中接口，实现场桥作业指令、视频业务数据回传。

4.3岸桥：岸桥是集装箱船舶专业设备，分布于岸边区域，要在靠近岸边的塔架部署无线AP和天线对岸桥区域进行信号覆盖，且岸桥覆盖的区域分为岸桥空中和岸桥底端行车道两种区域，针对岸桥底端的行车道通过部署2.4G单频高增益天线实现远距离地面覆盖，用于行车道上拖车作业指令回传。针对岸桥顶端采用2.4G+5.8G双频天线完成信号覆盖，用于岸桥作业数据回传。

五、网络架构设计分析

5.1网络架构设计

考虑到网络用于堆场的作业数据回传，要保障整体网络架构的可靠性，关键设备和链路采用冗余设计，无线控制器采用双机冗余部署，在主设备出现故障时可快速切换至备用设备防止无线AP掉线影响业务。

网络接入节点部署在塔架底端的弱电箱内，接入对应塔架上的无线AP设备，通过双万兆链路上联至网核心交换机。

塔架AP使用双频定向天线设计，并根据实际覆盖区域和场强要求选用不同规格的定向天线，在天线安装过程中采用射频馈线连接无线AP和天线。

拖车流机采用WIFI6 CPE设备与塔架AP之间建立空中接口，实现业务数据的回传。

5.2主流组网架构技术分析

为了保证整体技术的先进性，在设计过程中通过参考当前多种主流无线回传的技术和投资成本进行对比分析。

经过考察和分析，改造方案中分别有无线网桥模式（AP+AP）组网和终端模式（AP+CPE）组网两种技术。无线网桥使用的也是WIFI技术，集装箱堆场无线网络改造场景应用区别点在于端侧使用AP还是CPE，一般来讲，对于终端移动范围较小的场景，如岸桥场桥，采用网桥模式回传，对于地面流机拖车覆盖，采用终端CPE模式回传，覆盖效果取决于天线性能。

5.3堆场AP点位规划

改造方案采用终端+无线网桥混合组网架构部署，拖车流机数据回传通过CPE+AP的方式进行组网（终端模式组网），岸桥数据回传采用AP+AP的方式进行组网（无线网桥模式组网）。

AP布放方式融合现网2.4G+5.8G两个频段以及后续扩建并已具备布放条件点位进行综合补点设计，AP采用双频设计，将原有的两套AP融合为一套AP。信号覆盖遵循冗余备份原则，单个“空中”或“地面”区域至少有2个信号扇区进行覆盖，保障堆场无线网络可靠性的同时提高网络性能。
　　参考文献
　　[1].陈天一，于爱民.2.4GHz无线局域网在室外传播的路径损耗分析[J].电讯技术，2005,45（1）:35-39
　　[2].刘乃安.无线局域网（WLAN）-原理、技术与应用[M].西安电子科技大学出版社，2004.45-47.