風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)MESH無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)數據傳輸方案

風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)MESH無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)數據傳輸方案

一、項目需求

近些年清潔能源被列為國家重點(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，為了更好監管風(fēng)場(chǎng)設備，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)電設施監控系統以及網(wǎng)絡(luò )布設。

 

二、項目難點(diǎn)及解決思路

  風(fēng)場(chǎng)一般位于郊外偏遠且空曠地區，風(fēng)機可能布于各個(gè)山頭，非常分散，各個(gè)風(fēng)機距離主控室距離均較遠。風(fēng)場(chǎng)監控的主要難點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò )無(wú)法覆蓋到，風(fēng)機和逆變室均有移動(dòng)辦公及移動(dòng)檢修的聯(lián)網(wǎng)需求，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)對無(wú)線(xiàn)的需求尤為突出。怎樣建設一張網(wǎng)絡(luò )來(lái)滿(mǎn)足檢修等信息傳遞是我們要考慮的問(wèn)題�？蛻�(hù)要求的目標是風(fēng)電場(chǎng)站建成一套完善的無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )，從而滿(mǎn)足移動(dòng)辦公，移動(dòng)檢修需求；

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

 

三、項目目標：

  風(fēng)電以其建設周期短、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)管理能力的提升對風(fēng)電場(chǎng)的信息化和智能化提出了更高的要求。項目通過(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)機塔內無(wú)網(wǎng)絡(luò )覆蓋的困境，將各環(huán)節中產(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)現全程、全景、全維度可視。

 

新能源場(chǎng)站無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋建設目標如下：

1、通過(guò)建設單個(gè)/多個(gè)無(wú)線(xiàn)通信節點(diǎn)，構建全場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，保證無(wú)線(xiàn)信號在風(fēng)電場(chǎng)升壓站、風(fēng)機機艙內、風(fēng)機點(diǎn)位50米范圍內、場(chǎng)內道路、線(xiàn)路巡檢路線(xiàn)的覆蓋。通信節點(diǎn)架設應避免破壞風(fēng)機、桿塔等設備的原有結構；

2、提供風(fēng)機機艙內的信號覆蓋，保證無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路覆蓋范圍內的通信高質(zhì)量、低時(shí)延；

3、以構建的無(wú)線(xiàn)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備，實(shí)現工作現場(chǎng)實(shí)時(shí)畫(huà)面或視頻信息回傳等功能；

4、帶寬條件應滿(mǎn)足現場(chǎng)多路視頻圖像回傳，集群調度等業(yè)務(wù)需求；

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

6、移動(dòng)應用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )應滿(mǎn)足信息安全要求，并與升壓站監控網(wǎng)絡(luò )物理隔離；

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

8、 滿(mǎn)足在較強電磁干擾的情況下工作。

 

四、建設方案

4.1無(wú)線(xiàn)寬帶Mesh網(wǎng)絡(luò )平臺概述
  企業(yè)級專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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)或單位內部，為其構建可靠、有效、安全的傳輸通道，提供語(yǔ)音、視頻和數據等綜合業(yè)務(wù)，滿(mǎn)足其組織管理、安全生產(chǎn)、調度指揮等需要。

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(xiàn)資源分配協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù)設計實(shí)現，具有傳輸帶寬高（兩節點(diǎn)有效傳輸速率可達54Mbps）、傳輸距離遠（兩節點(diǎn)間單跳傳輸距離可達3-10km，多跳后距離成倍增加），網(wǎng)絡(luò )自組織、自愈能力強等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò )采用全IP體制，可與現有互聯(lián)網(wǎng)、集團專(zhuān)網(wǎng)、WIFI終端（手機、PAD等）實(shí)現無(wú)縫互聯(lián)。此外，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)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(huán)境復雜和運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )覆蓋薄弱等場(chǎng)合使用。

網(wǎng)絡(luò )平臺具有如下特點(diǎn)：

（1）網(wǎng)絡(luò )部署靈活方便，抗毀性強

網(wǎng)絡(luò )不需要任何基礎設施，沒(méi)有中心節點(diǎn)，使得系統的部署非常靈活方便；網(wǎng)絡(luò )具有自組織、自愈、多跳特性，各節點(diǎn)可以自動(dòng)組成網(wǎng)絡(luò )，當某一節點(diǎn)損毀時(shí)，其他節點(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。

（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，兩節點(diǎn)可實(shí)現3-10km的單跳傳輸距離；多跳后，系統覆蓋范圍可進(jìn)一步成倍擴展；系統在5跳范圍內均可提供有效的QoS保障。不相鄰的節點(diǎn)可通過(guò)多跳接力的形式完成通信，很容易實(shí)現非視距傳輸（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，兩節點(diǎn)之間最高帶寬可以達到54Mbps，距離10km條件下，兩節點(diǎn)帶寬仍然可保持5Mbps以上。另外，由于采用多正交信道設計，Mesh節點(diǎn)可實(shí)現全雙工工作，多跳后帶寬下降較小，3跳后帶寬仍能保持在4Mbps以上。此外，系統采用了高效的最佳網(wǎng)絡(luò )二層路由協(xié)議，節點(diǎn)間數據傳輸時(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)議設計實(shí)現了分布式網(wǎng)絡(luò )管理軟件，在每個(gè)Mesh節點(diǎn)上均可實(shí)現對整個(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 )的拓撲信息、節點(diǎn)間連接關(guān)系、傳輸速率等信息，也可對節點(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

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

4.2平臺組成
  從使用角度劃分，平臺主要由固定節點(diǎn)、車(chē)載節點(diǎn)和用戶(hù)節點(diǎn)組成。所有節點(diǎn)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(guò)更改軟件參數實(shí)現節點(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，節點(diǎn)可與手機、PAD等終端通過(guò)局域網(wǎng)有線(xiàn)或WIFI無(wú)線(xiàn)等形式互聯(lián)，實(shí)現終端信息的網(wǎng)絡(luò )接入；

骨干傳輸功能，節點(diǎn)間可自主形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，并實(shí)現大容量數據在風(fēng)機間、風(fēng)機與移動(dòng)車(chē)輛間的遠距離、寬帶傳輸；

網(wǎng)關(guān)功能，節點(diǎn)可通過(guò)有線(xiàn)接口實(shí)現與華能現有網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)。

基于上述節點(diǎn)，專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )平臺可實(shí)現數據、語(yǔ)音、視頻等多類(lèi)型綜合業(yè)務(wù)數據的實(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(wù)器和大屏顯示設備組成；數據傳輸主要完成綜合業(yè)務(wù)數據的回傳和調度指令的下達等功能，包括風(fēng)電場(chǎng)已有網(wǎng)絡(luò )和專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )兩部分，專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )與已有網(wǎng)絡(luò )物理隔離，當需要異構網(wǎng)絡(luò )信息交互時(shí)，通過(guò)防火墻和電子圍欄等設備實(shí)現對敏感信息的保護，專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )是完全分布式的自組織網(wǎng)絡(luò )，其節點(diǎn)主要部署在升壓站、風(fēng)機和巡修車(chē)上；數據采集主要完成現場(chǎng)語(yǔ)音、視頻、圖片的采集和上報，利用移動(dòng)終端和可穿戴式設備完成。

 

4.4具體部署方案
（1）升壓站無(wú)線(xiàn)路由接入

在升壓站部署一臺或多臺無(wú)線(xiàn)路由器，路由與風(fēng)機固定節點(diǎn)光纖收發(fā)器連接。

該路由器既可與部署于風(fēng)機和車(chē)載的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)互聯(lián)。另外，可以為本區域提供熱點(diǎn)覆蓋功能，計算機、手機、PAD等業(yè)務(wù)終端可以通過(guò)WiFi或有線(xiàn)接入，實(shí)現話(huà)音、短信、圖片、實(shí)時(shí)視頻及其他數據的傳輸。

（2）風(fēng)機固定節點(diǎn)

根據所選取的風(fēng)機頂部部署一臺固定節點(diǎn)，采用支架的方式固定安裝在風(fēng)機頂部，配備一臺偉福特VFD-5318W-Mesh無(wú)線(xiàn)數字自組網(wǎng)微波主機一臺、5.8G高靈敏18dbi定向90°天線(xiàn)一幅作主干道傳輸，2.4G高靈敏18dbi桿狀玻璃鋼全向天線(xiàn)一幅作WIFI覆蓋�？间浀斤L(fēng)機頂部承重能力有限、空間較為狹小且風(fēng)機會(huì )隨著(zhù)風(fēng)向變換方向，安裝難度較大。因此設計節點(diǎn)輕便小巧，結構件貼合風(fēng)機頂部平面，安裝過(guò)程簡(jiǎn)單快捷。設備基于POE供電，當出現供電異常時(shí)，可直接切換至UPS備用電源。

風(fēng)機固定節點(diǎn)主要用于實(shí)現風(fēng)機與升壓站光纖連接和車(chē)載節點(diǎn)之間的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)，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(diǎn)覆蓋功能，計算機、手機、PAD等業(yè)務(wù)終端可以通過(guò)WiFi接入，實(shí)現話(huà)音、短信、圖片、實(shí)時(shí)視頻及其他數據的傳輸。

（3）車(chē)載移動(dòng)節點(diǎn)

車(chē)載節點(diǎn)配備于巡修車(chē)，采用吸頂支架的方式固定在車(chē)頂，配備一臺偉福特VFD-5318W-Mesh無(wú)線(xiàn)數字自組網(wǎng)微波主機一臺、5.8G高靈敏18dbi定向90°天線(xiàn)一幅作主干道傳輸，2.4G高靈敏18dbi桿狀玻璃鋼全向天線(xiàn)一幅作WIFI信號覆蓋。設備基于車(chē)載電源或者專(zhuān)用電池供電。

傳輸拓普圖

 在行進(jìn)中車(chē)載移動(dòng)節點(diǎn)與各固定節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)互聯(lián)，并為移動(dòng)節點(diǎn)車(chē)上人員的手機、PAD等業(yè)務(wù)終端提供WiFi無(wú)線(xiàn)接入，提供各種業(yè)務(wù)通信；當到達需要檢查和維修風(fēng)機下時(shí)，車(chē)載移動(dòng)節點(diǎn)可為維修作業(yè)的人員提供無(wú)線(xiàn)連接，使維修作業(yè)人員可以與其他人有進(jìn)行話(huà)音和視頻通信，控制中心專(zhuān)家也可以用話(huà)音和視頻為作業(yè)人員提供指導。車(chē)載節點(diǎn)安裝拆卸方便，當出現某一區域信號故障時(shí)，車(chē)載節點(diǎn)可隨車(chē)快速達到預定區域，填補覆蓋漏洞，實(shí)現全區域現場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)可視和指令信息的實(shí)時(shí)可達。

（4）用戶(hù)節點(diǎn)

用戶(hù)節點(diǎn)采用小型天線(xiàn)和結構一體化設計，維修作業(yè)人員隨身攜帶使用，用戶(hù)節點(diǎn)既可以與車(chē)載節點(diǎn)通信，又可以為業(yè)務(wù)終端提供WiFi無(wú)線(xiàn)接入，從而實(shí)現維修作業(yè)人員在車(chē)外、風(fēng)機點(diǎn)位和風(fēng)機機艙內等所有作業(yè)區的實(shí)時(shí)信息交互。能夠客服風(fēng)機塔筒的屏蔽作用，保證維修人員在風(fēng)機塔筒移動(dòng)過(guò)程中的信號不間斷。

網(wǎng)絡(luò )覆蓋示意圖

★總體要求

  風(fēng)電場(chǎng)無(wú)線(xiàn)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)現網(wǎng)內設備、自動(dòng)尋找路由，當某通信節點(diǎn)失效時(shí)，網(wǎng)絡(luò )能夠自動(dòng)恢復，頑存性強；系統適合于平原、山區和草原、森林、荒漠等風(fēng)電場(chǎng)所處復雜環(huán)境和偏僻無(wú)通信基礎設施的場(chǎng)合使用。

風(fēng)電場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信系統主要用于建立覆蓋風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機點(diǎn)位及升壓站站內的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)在場(chǎng)區內部署固定通信節點(diǎn)，以及為運檢人員配備相應的便攜式移動(dòng)終端，從而在風(fēng)電場(chǎng)主控室與運檢人員之間建立寬帶無(wú)線(xiàn)傳輸鏈路，滿(mǎn)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)運維業(yè)務(wù)需要。同時(shí)，運檢車(chē)輛和人員也可利用該系統實(shí)時(shí)向主控室上報指令操作信息、回傳工作中的標清或高清視頻圖像。

主要功能要求：

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

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

無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò )：各節點(diǎn)之間可通過(guò)自組織模式構建無(wú)中心、分布式無(wú)線(xiàn)寬帶接入網(wǎng)絡(luò );

安全性：無(wú)線(xiàn)通信支持多種加密技術(shù)，實(shí)現數據的安全傳輸。例如256位AES加密、WPA2-PSK加密認證協(xié)議、SSID隱藏、白名單過(guò)濾、端口轉發(fā)控制、系統完整性保護與破壞告警；

供電方式：當風(fēng)機維修過(guò)程中發(fā)生停電，通過(guò)備用電源等方式，實(shí)現機艙內及風(fēng)機點(diǎn)位50米范圍內無(wú)線(xiàn)覆蓋續航時(shí)間不低于六小時(shí)；

環(huán)境適應性：IP防護等級滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際工作環(huán)境要求；

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

 

★無(wú)線(xiàn)基本性能要求：

使用WLAN專(zhuān)用測試儀表或在插有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的筆記本電腦上運行專(zhuān)用測試軟件，在設計目標覆蓋區域（風(fēng)機塔頂、塔底周邊10米以?xún)龋﹥葴y試所有AP信道及SSID筆記本通過(guò)認證接入網(wǎng)絡(luò )；筆記本通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(hù)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(hù)接入時(shí)，在信號強度大于-70dBm的區域，802.11a和802.11g模式終端平均速率不低于6Mbps。