黄晨，万力

（上海城投原水有限公司青草沙水库管理分公司，上海 201913）

青草沙水库（以下简称“水库”）作为我国最大的河口江心型水库，是上海重要的水源地之一。环库大堤一圈为48.41 km，形态狭长犹如江鲟。水库主要设备分布在取水泵闸、下游水闸、输水管理区三个区域。地域广而设备分散同时水库内设立多处水质监测浮筒，随着设备增多对于网络宽带、网络安全、网络稳定性要求增加，因此，使用2.4 G无线技术实现水库水面设备的无线局域网络覆盖。

1 水面无线网络覆盖方案

水库形态狭长，水面设备有较高速率的网络需求。为满足水库水面高清视频监控、在线水质数据传输等网络需求，需对无线网络覆盖进行设计优化，并对各项网络数据实现本地存储。同时，考虑水库现有网络资源，提出了分布式核心网络方案，实现分布式集中管理调度。水库无线网络结构如图1所示。

1.1 网络特征分析

1.1.1 网络模型

水面设备基本都安装在浮筒上，通信主要有水面高清视频传输和水面在线数据传输，对上行传输需求很高，而水质在线数据传输对网络传输稳定性要求又很高。一般情况下，一个高清视频传输上行速率不超过5 Mbps，下行速率不超过1 Mbps，单个天线覆盖范围内不超过4个视频高清摄像机。每个浮筒数据上行速率传输不超过200 kbps，下行速率不超过100 kbps，单个天线覆盖范围内不超过4个浮筒。

1.1.2 网络特征

水库形态狭长犹如江鲟，三个管理区域进行分区域管理，各个区域间相对比较独立。在各个区域间内具有独立自主的网络管理，而大量的视频存储业务和在线数据集中在输水管理区域进行集中统一管理。

网络特征为：网络分管区域独立管理，高清视频监控、数据传输到各分管区域后通过已有本地网络集中至输水管理区；水质在线数据传输，需要保持网络的连续性；各区域间的网络数据能够集中在输水管理区进行集中管理。

1.2 无线网络方案

1.2.1 以3个生产区域网络为核心

基于网络需求，一个区域暂时不超过覆盖4个浮筒时需满足20 Mbps的视频数据上行和800 kbps的水质数据上行。同时，满足4 Mbps的视频下行和400 kbps的水质数据下行要求。考虑到浮筒紧贴水面，水面信号传输的波导效应影响，水面信号传播性能差异较大。充分利用水库岸边的高层建筑，使用UBNT airMAΧ的无线传输系统并架设24DB定向天线，扩大信号覆盖范围。

水面设备安装在浮筒上，并在一定范围内移动，浮筒移动会影响网络通信。浮筒使用UBNT airMAΧ的无线传输系统并架设15DB全向天线尽量降低浮筒移动时的影响。

1.2.2 有线网络方案

有线网络方案依赖水库内3个管理区域已有网络资源，采用无线网络转有线网络的传输方式和管理方式。

网络数据主要发生在水面浮筒AP上传至水库3个管理区域机房AP，无线网络再转至有线网络通过水库核心网络统一至输水管理区集中管理。

1.2.3 水面设备风光互补供电系统

太阳能和风能在时间和地域上都有很强的互补性，阳光最强时一般风很小，而在晚上没有阳光时，由于温差比较大，空气流动导致风的形成。然而，在晴天太阳能比较充足、风能相对较小；在阴雨天气时，阳光会很弱，但阴雨天气会伴随着大风，风能相对较大。风光互补供电系统结构见图2.

图2 风光互补供电系统结构

在水面上持续稳定供电是个难题，原本水面设备供电只依靠太阳能供电，一般天气设备供电正常。当遇到持续恶劣天气时，水面设备供电就会暴露出问题，太阳能板所产生电能不能满足设备耗电，开始使用蓄电池储备能源，而当蓄电池多次过放电后电池失去活性，必须更换电池。水面设备新增设备时都需要考虑供电耗电问题。太阳能和风能在时间和地域上都有很强的互补性，根据风光的互补特性使用风光互补系统可以很好地解决供电问题，实现连续、稳定的供电。青草沙水库位于长江口，江心拥有丰富的风能可以利用，浮筒上安装风光互补发电系统可以充分利用水面风能和太阳能，满足水面视频监控设备、水面在线数据设备、无线网络通信设备的供电需求。同时，增加蓄电池容量，以防遇到持续迷雾、无风阴雨天的极端情况，确保水面设备的持续供电。

2 结论

经测试，3个区域使用2.4G无线网络覆盖速率平均在50 Mbps。水库水面无线网络覆盖具有较好的覆盖性。由于没有成熟的水面传播模型，水面信号传输受波导效应的影响，且水面无线通信设备安装在浮筒上，而浮筒会在水面移动，不利于无线网络覆盖。使用2.4G无线网络覆盖方案可以较好地满足水面设备通信要求，有明显的富余网络带宽。