風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)MESH無(wú)線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方案

一、項(xiàng)目需求

近些年清潔能源被列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的能源方式，其中風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)上馬速度較快，在全國(guó)各地重要風(fēng)資源地方開(kāi)始部署，由于風(fēng)場(chǎng)均處于郊外，為了防止破壞，為了更好監(jiān)管風(fēng)場(chǎng)設(shè)備，風(fēng)場(chǎng)管理部門(mén)開(kāi)始考慮上馬風(fēng)場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)布設(shè)。

 

二、項(xiàng)目難點(diǎn)及解決思路

  風(fēng)場(chǎng)一般位于郊外偏遠(yuǎn)且空曠地區(qū)，風(fēng)機(jī)可能布于各個(gè)山頭，非常分散，各個(gè)風(fēng)機(jī)距離主控室距離均較遠(yuǎn)。風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控的主要難點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋到，風(fēng)機(jī)和逆變室均有移動(dòng)辦公及移動(dòng)檢修的聯(lián)網(wǎng)需求，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)對(duì)無(wú)線的需求尤為突出。怎樣建設(shè)一張網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足檢修等信息傳遞是我們要考慮的問(wèn)題?？蛻粢蟮哪繕?biāo)是風(fēng)電場(chǎng)站建成一套完善的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)，從而滿足移動(dòng)辦公，移動(dòng)檢修需求；

由于現(xiàn)場(chǎng)用有線部署較為困難，因此一般采用的方法是在風(fēng)機(jī)附近設(shè)立桿或裝載于風(fēng)機(jī)頂上，安裝視頻監(jiān)控探頭，電源可以就近從風(fēng)機(jī)附近取電。通過(guò)遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸組網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋并最后匯聚到遠(yuǎn)程主控中心。

 

三、項(xiàng)目目標(biāo)：

  風(fēng)電以其建設(shè)周期短、輸配電簡(jiǎn)單、能源利用效率高、環(huán)境相容性好及運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)和利用。目前風(fēng)電企業(yè)的風(fēng)電場(chǎng)日益增多，企業(yè)管理能力的提升對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的信息化和智能化提出了更高的要求。項(xiàng)目通過(guò)采用業(yè)界先進(jìn)的Mesh組網(wǎng)技術(shù)，以突破風(fēng)電場(chǎng)及風(fēng)機(jī)塔內(nèi)無(wú)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的困境，將各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的文字、語(yǔ)音、視頻等信息實(shí)時(shí)傳輸至管理控制中心，實(shí)現(xiàn)全程、全景、全維度可視。

 

新能源場(chǎng)站無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)目標(biāo)如下：

1、通過(guò)建設(shè)單個(gè)/多個(gè)無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建全場(chǎng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，保證無(wú)線信號(hào)在風(fēng)電場(chǎng)升壓站、風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)、風(fēng)機(jī)點(diǎn)位50米范圍內(nèi)、場(chǎng)內(nèi)道路、線路巡檢路線的覆蓋。通信節(jié)點(diǎn)架設(shè)應(yīng)避免破壞風(fēng)機(jī)、桿塔等設(shè)備的原有結(jié)構(gòu)；

2、提供風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)的信號(hào)覆蓋，保證無(wú)線網(wǎng)路覆蓋范圍內(nèi)的通信高質(zhì)量、低時(shí)延；

3、以構(gòu)建的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)完成風(fēng)場(chǎng)移動(dòng)業(yè)務(wù)承載，通過(guò)配備手持終端或穿戴設(shè)備，實(shí)現(xiàn)工作現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫(huà)面或視頻信息回傳等功能；

4、帶寬條件應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)多路視頻圖像回傳，集群調(diào)度等業(yè)務(wù)需求；

5、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)整體應(yīng)具備高度可靠性，單點(diǎn)故障不影響全站通信，且故障能夠快速發(fā)現(xiàn)和排除；

6、移動(dòng)應(yīng)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足信息安全要求，并與升壓站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理隔離；

7、滿足惡劣環(huán)境下的工作要求：長(zhǎng)期經(jīng)受不利的氣候條件的考驗(yàn)，如大雪、冰雹、大風(fēng)和雷雨等惡劣環(huán)境下的戶外要求；IP防護(hù)等級(jí)不低于IP54。

8、 滿足在較強(qiáng)電磁干擾的情況下工作。

 

四、建設(shè)方案

4.1無(wú)線寬帶Mesh網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)概述
  企業(yè)級(jí)專用無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)（PWMN：Private Wireless Mesh Network for Enterprise）是一種具有自組織功能的分布式寬帶無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)部署在政府與公共安全、公用事業(yè)等行業(yè)或單位內(nèi)部，為其構(gòu)建可靠、有效、安全的傳輸通道，提供語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)，滿足其組織管理、安全生產(chǎn)、調(diào)度指揮等需要。

PWMN基于高效的自組網(wǎng)傳輸協(xié)議、優(yōu)化的二層路由協(xié)議和可靠的無(wú)線資源分配協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具有傳輸帶寬高（兩節(jié)點(diǎn)有效傳輸速率可達(dá)54Mbps）、傳輸距離遠(yuǎn)（兩節(jié)點(diǎn)間單跳傳輸距離可達(dá)3-10km，多跳后距離成倍增加），網(wǎng)絡(luò)自組織、自愈能力強(qiáng)等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)采用全I(xiàn)P體制，可與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)、集團(tuán)專網(wǎng)、WIFI終端（手機(jī)、PAD等）實(shí)現(xiàn)無(wú)縫互聯(lián)。此外，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)輕便小巧、可靠性高，便于架設(shè)，維護(hù)方便，特別適合于地理位置偏移、環(huán)境復(fù)雜和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)覆蓋薄弱等場(chǎng)合使用。

網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)具有如下特點(diǎn)：

（1）網(wǎng)絡(luò)部署靈活方便，抗毀性強(qiáng)

網(wǎng)絡(luò)不需要任何基礎(chǔ)設(shè)施，沒(méi)有中心節(jié)點(diǎn)，使得系統(tǒng)的部署非常靈活方便；網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自愈、多跳特性，各節(jié)點(diǎn)可以自動(dòng)組成網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)損毀時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)會(huì)迅速重新聚合成一張新的完整的網(wǎng)絡(luò)，抗毀性強(qiáng)。

（2）網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大，非視距傳輸

優(yōu)化的傳輸協(xié)議保證在通視條件下，兩節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)3-10km的單跳傳輸距離；多跳后，系統(tǒng)覆蓋范圍可進(jìn)一步成倍擴(kuò)展；系統(tǒng)在5跳范圍內(nèi)均可提供有效的QoS保障。不相鄰的節(jié)點(diǎn)可通過(guò)多跳接力的形式完成通信，很容易實(shí)現(xiàn)非視距傳輸（NLOS）

（3）網(wǎng)絡(luò)帶寬高、時(shí)延小，支持音視頻等多媒體業(yè)務(wù)

網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬、低時(shí)延的特性，兩節(jié)點(diǎn)之間最高帶寬可以達(dá)到54Mbps，距離10km條件下，兩節(jié)點(diǎn)帶寬仍然可保持5Mbps以上。另外，由于采用多正交信道設(shè)計(jì)，Mesh節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)全雙工工作，多跳后帶寬下降較小，3跳后帶寬仍能保持在4Mbps以上。此外，系統(tǒng)采用了高效的最佳網(wǎng)絡(luò)二層路由協(xié)議，節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延更小，單跳傳輸時(shí)延小于3ms。

（4）分布式網(wǎng)絡(luò)管理、無(wú)單點(diǎn)故障

基于SNMP協(xié)議設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了分布式網(wǎng)絡(luò)管理軟件，在每個(gè)Mesh節(jié)點(diǎn)上均可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)Mesh網(wǎng)絡(luò)的管理，不存在單點(diǎn)故障等問(wèn)題。通過(guò)網(wǎng)管軟件，既可查看網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?、?jié)點(diǎn)間連接關(guān)系、傳輸速率等信息，也可對(duì)節(jié)點(diǎn)的使用頻率、IP地址、發(fā)射功率等進(jìn)行配置。

（5）具備較好的動(dòng)中通能力

系統(tǒng)具備較好的抗多普勒頻移能力，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)中的不間斷通信，支持的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率不小于80km/h。

4.2平臺(tái)組成
  從使用角度劃分，平臺(tái)主要由固定節(jié)點(diǎn)、車載節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)組成。所有節(jié)點(diǎn)均基于嵌入式平臺(tái)自主設(shè)計(jì)，采用統(tǒng)一的核心硬件架構(gòu)，通過(guò)更改軟件參數(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)功能的改變，可完成信息接入、骨干傳輸以及網(wǎng)關(guān)等功能。

信息接入功能，節(jié)點(diǎn)可與手機(jī)、PAD等終端通過(guò)局域網(wǎng)有線或WIFI無(wú)線等形式互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)終端信息的網(wǎng)絡(luò)接入；

骨干傳輸功能，節(jié)點(diǎn)間可自主形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)在風(fēng)機(jī)間、風(fēng)機(jī)與移動(dòng)車輛間的遠(yuǎn)距離、寬帶傳輸；

網(wǎng)關(guān)功能，節(jié)點(diǎn)可通過(guò)有線接口實(shí)現(xiàn)與華能現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。

基于上述節(jié)點(diǎn)，專用無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻等多類型綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、寬帶、安全傳輸。

4.3通信方案
風(fēng)電場(chǎng)移動(dòng)通信平臺(tái)分為集中控制與處理、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)采集等模塊。其中，集中控制與處理主要完成所有上傳數(shù)據(jù)信息的集中管控、調(diào)度、處理與顯示功能，由多臺(tái)工作站、服務(wù)器和大屏顯示設(shè)備組成；數(shù)據(jù)傳輸主要完成綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的回傳和調(diào)度指令的下達(dá)等功能，包括風(fēng)電場(chǎng)已有網(wǎng)絡(luò)和專用無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)兩部分，專用無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)與已有網(wǎng)絡(luò)物理隔離，當(dāng)需要異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)信息交互時(shí)，通過(guò)防火墻和電子圍欄等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感信息的保護(hù)，專用無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是完全分布式的自組織網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)主要部署在升壓站、風(fēng)機(jī)和巡修車上；數(shù)據(jù)采集主要完成現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音、視頻、圖片的采集和上報(bào)，利用移動(dòng)終端和可穿戴式設(shè)備完成。

 

4.4具體部署方案
（1）升壓站無(wú)線路由接入

在升壓站部署一臺(tái)或多臺(tái)無(wú)線路由器，路由與風(fēng)機(jī)固定節(jié)點(diǎn)光纖收發(fā)器連接。

該路由器既可與部署于風(fēng)機(jī)和車載的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)。另外，可以為本區(qū)域提供熱點(diǎn)覆蓋功能，計(jì)算機(jī)、手機(jī)、PAD等業(yè)務(wù)終端可以通過(guò)WiFi或有線接入，實(shí)現(xiàn)話音、短信、圖片、實(shí)時(shí)視頻及其他數(shù)據(jù)的傳輸。

（2）風(fēng)機(jī)固定節(jié)點(diǎn)

根據(jù)所選取的風(fēng)機(jī)頂部部署一臺(tái)固定節(jié)點(diǎn)，采用支架的方式固定安裝在風(fēng)機(jī)頂部，配備一臺(tái)偉福特VFD-5318W-Mesh無(wú)線數(shù)字自組網(wǎng)微波主機(jī)一臺(tái)、5.8G高靈敏18dbi定向90°天線一幅作主干道傳輸，2.4G高靈敏18dbi桿狀玻璃鋼全向天線一幅作WIFI覆蓋?？间浀斤L(fēng)機(jī)頂部承重能力有限、空間較為狹小且風(fēng)機(jī)會(huì)隨著風(fēng)向變換方向，安裝難度較大。因此設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)輕便小巧，結(jié)構(gòu)件貼合風(fēng)機(jī)頂部平面，安裝過(guò)程簡(jiǎn)單快捷。設(shè)備基于POE供電，當(dāng)出現(xiàn)供電異常時(shí)，可直接切換至UPS備用電源。

風(fēng)機(jī)固定節(jié)點(diǎn)主要用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)與升壓站光纖連接和車載節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線組網(wǎng)，提供單跳或多跳的信息傳輸通道。還可以為本區(qū)域提供熱點(diǎn)覆蓋功能，計(jì)算機(jī)、手機(jī)、PAD等業(yè)務(wù)終端可以通過(guò)WiFi接入，實(shí)現(xiàn)話音、短信、圖片、實(shí)時(shí)視頻及其他數(shù)據(jù)的傳輸。

（3）車載移動(dòng)節(jié)點(diǎn)

車載節(jié)點(diǎn)配備于巡修車，采用吸頂支架的方式固定在車頂，配備一臺(tái)偉福特VFD-5318W-Mesh無(wú)線數(shù)字自組網(wǎng)微波主機(jī)一臺(tái)、5.8G高靈敏18dbi定向90°天線一幅作主干道傳輸，2.4G高靈敏18dbi桿狀玻璃鋼全向天線一幅作WIFI信號(hào)覆蓋。設(shè)備基于車載電源或者專用電池供電。

傳輸拓普?qǐng)D

 在行進(jìn)中車載移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與各固定節(jié)點(diǎn)無(wú)線互聯(lián)，并為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)車上人員的手機(jī)、PAD等業(yè)務(wù)終端提供WiFi無(wú)線接入，提供各種業(yè)務(wù)通信；當(dāng)?shù)竭_(dá)需要檢查和維修風(fēng)機(jī)下時(shí)，車載移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可為維修作業(yè)的人員提供無(wú)線連接，使維修作業(yè)人員可以與其他人有進(jìn)行話音和視頻通信，控制中心專家也可以用話音和視頻為作業(yè)人員提供指導(dǎo)。車載節(jié)點(diǎn)安裝拆卸方便，當(dāng)出現(xiàn)某一區(qū)域信號(hào)故障時(shí)，車載節(jié)點(diǎn)可隨車快速達(dá)到預(yù)定區(qū)域，填補(bǔ)覆蓋漏洞，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)可視和指令信息的實(shí)時(shí)可達(dá)。

（4）用戶節(jié)點(diǎn)

用戶節(jié)點(diǎn)采用小型天線和結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，維修作業(yè)人員隨身攜帶使用，用戶節(jié)點(diǎn)既可以與車載節(jié)點(diǎn)通信，又可以為業(yè)務(wù)終端提供WiFi無(wú)線接入，從而實(shí)現(xiàn)維修作業(yè)人員在車外、風(fēng)機(jī)點(diǎn)位和風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)等所有作業(yè)區(qū)的實(shí)時(shí)信息交互。能夠客服風(fēng)機(jī)塔筒的屏蔽作用，保證維修人員在風(fēng)機(jī)塔筒移動(dòng)過(guò)程中的信號(hào)不間斷。

網(wǎng)絡(luò)覆蓋示意圖

★總體要求

  風(fēng)電場(chǎng)無(wú)線通信采用自組網(wǎng)動(dòng)態(tài)鏈路技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備、自動(dòng)尋找路由，當(dāng)某通信節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)恢復(fù)，頑存性強(qiáng)；系統(tǒng)適合于平原、山區(qū)和草原、森林、荒漠等風(fēng)電場(chǎng)所處復(fù)雜環(huán)境和偏僻無(wú)通信基礎(chǔ)設(shè)施的場(chǎng)合使用。

風(fēng)電場(chǎng)無(wú)線通信系統(tǒng)主要用于建立覆蓋風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機(jī)點(diǎn)位及升壓站站內(nèi)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)在場(chǎng)區(qū)內(nèi)部署固定通信節(jié)點(diǎn)，以及為運(yùn)檢人員配備相應(yīng)的便攜式移動(dòng)終端，從而在風(fēng)電場(chǎng)主控室與運(yùn)檢人員之間建立寬帶無(wú)線傳輸鏈路，滿足風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)開(kāi)具工作票、操作票、巡檢管理、語(yǔ)音及視頻通訊等移動(dòng)運(yùn)維業(yè)務(wù)需要。同時(shí)，運(yùn)檢車輛和人員也可利用該系統(tǒng)實(shí)時(shí)向主控室上報(bào)指令操作信息、回傳工作中的標(biāo)清或高清視頻圖像。

主要功能要求：

終端接入功能：可與移動(dòng)終端（如PC、手機(jī)、PAD等）通過(guò)局域網(wǎng)有線或無(wú)線等形式互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)終端信息的網(wǎng)絡(luò)接入；

無(wú)線傳輸性能：主要無(wú)線通信設(shè)備在通視條件下的通信距離應(yīng)大于6km，且在此條件下仍可保持較高的通訊速率，實(shí)現(xiàn)音頻、視頻和數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)距離傳輸（建議傳輸速率≥5Mbps），并通過(guò)無(wú)線傳輸與主服務(wù)器通信；

無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)：各節(jié)點(diǎn)之間可通過(guò)自組織模式構(gòu)建無(wú)中心、分布式無(wú)線寬帶接入網(wǎng)絡(luò);

安全性：無(wú)線通信支持多種加密技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸。例如256位AES加密、WPA2-PSK加密認(rèn)證協(xié)議、SSID隱藏、白名單過(guò)濾、端口轉(zhuǎn)發(fā)控制、系統(tǒng)完整性保護(hù)與破壞告警；

供電方式：當(dāng)風(fēng)機(jī)維修過(guò)程中發(fā)生停電，通過(guò)備用電源等方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙內(nèi)及風(fēng)機(jī)點(diǎn)位50米范圍內(nèi)無(wú)線覆蓋續(xù)航時(shí)間不低于六小時(shí)；

環(huán)境適應(yīng)性：IP防護(hù)等級(jí)滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作環(huán)境要求；

溫度適應(yīng)性：在現(xiàn)場(chǎng)極端氣溫環(huán)境下能正常工作(-40℃～ +55℃)。

 

★無(wú)線基本性能要求：

使用WLAN專用測(cè)試儀表或在插有無(wú)線網(wǎng)卡的筆記本電腦上運(yùn)行專用測(cè)試軟件，在設(shè)計(jì)目標(biāo)覆蓋區(qū)域（風(fēng)機(jī)塔頂、塔底周邊10米以內(nèi)）內(nèi)測(cè)試所有AP信道及SSID筆記本通過(guò)認(rèn)證接入網(wǎng)絡(luò)；筆記本通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡分別ping AC或AC上連端口的IP地址，ping包大小為1500bytes，ping包次數(shù)為100次；時(shí)延不大于50ms；  Ping包的丟包率不大于3%。筆記本終端加載可記錄用戶傳輸速率的軟件，要求在下載過(guò)程中沒(méi)有明顯中斷。用戶接入時(shí)，在信號(hào)強(qiáng)度大于-70dBm的區(qū)域，802.11a和802.11g模式終端平均速率不低于6Mbps。