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    風電場基于mesh智能無線組網傳輸介紹

     風力發電是把風的動能轉為電能。是一種清潔、無污染的可再生能源,在歷史上很早就被人們利用,利用風船抽水、磨面等工作。利用風力發電非常環保,且風能蘊量巨大,因此日益受到世界各國的重視。

           風機電場分布在風力豐富的地區、如隔壁、平原、海上、山頭等。由于風頁大,地點非常分散,風機和風機、風機和主控室距離均較遠。但風機和逆變室均有移動辦公及移動檢修的業務聯網需求,風電場對無線網絡的建設尤為突出。如何建設一張無線網絡滿足業務信息傳遞是運營公司需要考慮的問題。

     由此,我們的目標是在新能源風電場建成一套完善的無線Mesh網絡,滿足運營方日常移動辦公,移動檢修需求;同時傳輸安保監控數據信息。綜合現場業務需求和結合無線網絡傳輸的特點,我們決定以智能無線mesh自組網為基礎設計無線傳輸解決方案,并形成標準化方案。

    海上風力發電場mesh無線網絡覆蓋建設目標

    1、通過建設單個/多個無線通信節點,構建全場無線通信網絡,保證無線信號在風電場升壓站、風機機艙內、風機點位50米范圍內、場內道路、線路巡檢路線的覆蓋。通信節點架設應避免破壞風機、桿塔等設備原有結構;

    2、提供風機機艙內的信號覆蓋,保證無線網路覆蓋范圍內的通信高質量、低時延;

    3、以構建的無線通信網絡完成風場移動業務承載,通過配備手持終端或穿戴設備,實現工作現場實時畫面或視頻信息回傳等功能;

    4、帶寬條件應滿足現場多路視頻圖像回傳,集群調度等業務需求;

    5、網絡通信系統整體應具備高度可靠性,單點故障不影響全站通信,且故障能夠快速發現和排除;

    6、移動應用無線網絡應滿足信息安全要求,并與升壓站監控網絡物理隔離;

    7、滿足惡劣環境下的工作要求:長期經受不利的氣候條件的考驗,如大雪、冰雹、大風、雷雨、海水腐蝕等惡劣環境下的戶外要求;IP防護等級不低于IP54。

    8、 滿足在較強電磁干擾的情況下工作。

        建設方案

        智能無線Mesh網絡平臺概述

    企業級專用智能無線Mesh網絡是一種具有智能自組織功能的分布式寬帶無線通信網絡。網絡可以部署在政府與公共安全、公用事業等行業或單位內部,為其構建可靠、有效、安全的傳輸通道,提供語音、視頻和數據等綜合業務,滿足其組織管理、安全生產、調度指揮等需要。

    PWMN基于高效的自組網傳輸協議、優化的二層路由協議和可靠的無線資源分配協議等關鍵技術設計實現,具有傳輸帶寬高(兩節點理論有效傳輸速率可達300Mbps)、傳輸距離遠(兩節點間單跳傳輸距離可達10km,多跳后距離成倍增加),智能網絡自組織、自愈能力強等特點。網絡采用全IP體制,可與現有互聯網、集團專網、WIFI終端(手機、PAD等)實現無縫互聯。此外,網絡節點輕便小巧、可靠性高,便于架設,維護方便,特別適合于地理位置偏移、環境復雜和運營商網絡覆蓋薄弱等場合使用。

       網絡平臺具有如下特點

    ★網絡部署靈活方便,抗毀性強

    網絡不需要任何基礎設施,沒有中心節點,使得系統的部署非常靈活方便;網絡具有自組織、自愈、多跳特性,各節點可以自動組成網絡,當某一節點損毀時,其他節點會迅速重新聚合成一個新的完整網絡,抗毀性強。

    ★網絡覆蓋范圍大,非視距傳輸

    優化的傳輸協議保證在通視條件下,兩節點可實現10km的單跳傳輸距離;多跳后,系統覆蓋范圍可進一步成倍擴展;系統在5跳范圍內均可提供有效的QoS保障。不相鄰節點可通過多跳接力形式完成通信,可以輕松實現非視距傳輸(NLOS

    ★網絡帶寬高、時延小,支持音視頻等多媒體業務

    網絡具有高帶寬、低時延的特性,兩節點之間最高帶寬可以達到300Mbps,距離10km條件下,兩節點帶寬仍然可保10Mbps以上。同時,由于采用多正交信道設計,Mesh節點之間全雙工工作,多跳后帶寬下降較小,3跳后仍能較高有效帶寬。系統采用了高效的最佳網絡二層路由協議,節點間數據傳輸時延更小,單跳傳輸時延小于3ms。

    ★分布式網絡管理、無單點故障

    基于SNMP協議設計實現了分布式網絡管理軟件,在每個Mesh節點上均可實現對整個Mesh網絡的管理,不存在單點故障問題。通過網管軟件,既可查看網絡的拓撲信息、節點間連接關系、傳輸速率等信息,也可對節點的使用頻率、IP地址、發射功率等進行配置。

    ★具備較好的動中通能力

    系統具備較好的抗多普勒頻移能力,可實現運動中的不間斷通信,支持的相對運動速率不小于80km/h。

        平臺組成

    從使用角度劃分,平臺主要由固定節點、船載節點和用戶節點組成。所有節點均基于嵌入式平臺自主設計,采用統一的核心硬件架構,通過更改軟件參數實現節點功能改變,可完成信息接入、骨干傳輸以及網關等功能。

    ★信息接入功能,節點可與手機、PAD等終端通過局域網有線或WIFI無線等形式互聯,實現終端信息網絡接入;

    ★骨干傳輸功能,節點間可自主形成網狀網絡,并實現大容量數據在風機間、風機與船舶間遠距離、高寬帶傳輸;

    ★網關功能,節點可通過有線接口實現與運營方現有網絡互聯。

    基于上述節點,專用智能無線Mesh網絡平臺可實現數據、語音、視頻等多類型綜合業務數據實時、安全傳輸。

    通信方案

    風電場移動通信平臺分為集中控制與處理、數據傳輸和數據采集等模塊。其中,集中控制與處理主要完成所有上傳數據信息的集中管控、調度、處理與顯示功能,由多臺工作站、服務器和大屏顯示設備組成;數據傳輸主要完成綜合業務數據的回傳和調度指令的下達等功能,包括風電場已有網絡和專用智能無線Mesh網絡兩部分,專用智能無線Mesh網絡與已有網絡物理隔離,當需要異構網絡信息交互時,通過防火墻和電子圍欄等設備實現對敏感信息的保護,專用智能無線Mesh網絡是完全分布式的自組織網絡,其節點主要部署在升壓站、風機和巡檢船上;終端數據采集主要完成現場語音、視頻、圖片的采集和上報,利用移動終端和可穿戴式設備完成。

       

    具體部署方案

    升壓站無線路由接入

           在升壓站部署一臺或多臺無線路由器,路由與風機固定節點光纖收發器連接。

    該路由器既可與部署于風機和船載網絡節點互聯。另外,可以為本區域提供熱點覆蓋功能,計算機、手機、PAD等業務終端可以通過WiFi或有線接入,實現話音、短信、圖片、實時視頻及其他數據的傳輸。

    風機固定節點

    在選取的風機頂部布置一臺固定節點,采用支架方式固定安裝在風機頂部,該節點由一臺智能MESH主機一臺、2.4/5.8G 高靈敏度全向天??紤]到風機頂部承重能力有限、空間較為狹小且風機會隨著風向變換方向,安裝難度較大。因此設計節點輕便小巧,結構件貼合風機頂部平面,安裝過程簡單快捷。設備基于POE供電,當出現供電異常時,可直接切換至UPS備用電源。

    風機固定節點主要用于實現風機與升壓站光纖連接和船載節點之間的無線組網,提供單跳或多跳的信息傳輸通道。還可以為本區域提供熱點覆蓋功能,計算機、手機、PAD等業務終端可以通過WiFi接入,實現話音、短信、圖片、實時視頻及其他數據的傳輸。

    (3)船載移動節點

    船載節點配備于巡檢船上,采用吸頂支架的方式固定在船上,配備一臺智能無線MESH主機一臺、2.4/5.8G高靈敏全向天線。設備由船載電源或者專用電池供電。

    在行進中船載移動節點與各固定節點無線互聯,并為移動節點船上人員的手機、PAD等業務終端提供wifi無線接入,提供各種業務通信;當到達需要檢查和維修風機下時,船載移動節點可為維修作業的人員提供無線連接,使維修作業人員可以與其他人有進行話音和視頻通信,控制中心人員也可以用話音和視頻為作業人員提供指導。船載節點安裝拆卸方便,當某一區域出現信號故障時,船載節點可隨船快速達到預定區域,填補覆蓋漏洞,實現全區域現場信息的實時可視和指令信息的實時可達。

    (4)用戶節點

    用戶節點采用小型天線和結構一體化設計,維修作業人員隨身攜帶使用,用戶節點可以和船載節點通信同時為業務終端提供wifi無線接入,實現維修作業人員在船外、風機點位和風機機艙內等所有作業區實時信息交互??朔L機塔筒的屏蔽作用,工作人員在風機塔筒移動過程中的信號不間斷。

    系統搭建好以后,所有固定節點和升壓站形成星行鏈路,實現各種節點之間互聯互通、數據共聯。通過這套系統,可以在陸地全天候監控風機工作狀態和運行情況,為企業降低運營成本和提高運行效率提供支撐。


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