××集装箱码头
无线覆盖解决方案
上海寰创通信科技有限公司
2008年9月
目 录
1 前言
1.1 项目背景
1.2 项目环境
1.3 网络与业务需求
2 无线网络方案想象
2.1 链路预算
2.1.1 回传链路预算
2.1.2 接入链路预算
2.1.3 无线环境影响
2.2 频率规划
2.2.1 2.4G系统频率规划
2.2.2 5.8G系统频率规划
2.3 无线宽带网络想象规划
2.4 网络技术特点
2.4.1 无线网络业务QoS保障
2.4.2 完善的安全保证机制
2.4.3 包级动态路由调整
2.4.4 快速功率控制
2.4.5 信道动态调整
2.4.6 无缝软切换功能
3 主装备技术规格
3.1 PowerMesh-B系列无线MESH路由器产品技术规格
4 主装备清单
5 相关应用案例
5.1 上海外高桥一期集装箱码头（已运行）
5.2 上海外高桥四期集装箱码头（已运行）
5.3 深圳蛇口集装箱码头（试运行）
1 前言
1.1 项目背景
伴着国家经济建设的发展，近年来港口业务发展飞快，无论是内陆港，还是进出口港都对港口业务建设的数字化提出了越来越高的要求，数字化港口是港口业务发展的方向。浙江宁波××集装箱码头业务日益繁忙，装卸装备数量越来越多，必须不断提高码头的信息技术以提高装卸效率和处理各种事务能力。××集装箱码头现对无线宽带网络进行全面规划扩展，对包括堆场和泊位前沿的作业区域进行地面和空中的无线覆盖，用于接入桥吊、轮胎吊、集卡的调度终端及地面工作人员的手持业务终端，完成与调度中心的消费业务数据交互。
1.2 项目环境
××集装箱码头平面表示图如下：
××集装箱码头平面表示图
上图中的泊位及堆场，面积大小为720m×670m。前沿包括4号、5号、6号3个泊位及配套的桥吊，堆场中分布有若干轮胎吊；集卡、地面人员在堆场及前沿的地面进行作业。上图中红色点为灯杆位置。
1.3 网络与业务需求
l 覆盖要求：对堆场和前沿区域进行空中和地面的无线覆盖（2.4G），用于桥吊、轮胎吊、集卡的调度终端及地面工作人员的手持业务终端的接入；空中无线回传网络组成高度可靠的无线Mesh(5.8G)网络，落地到调度中心，完成各类业务终端与调度中心的消费业务数据交互。
l 主要应用业务：GPS业务，调度业务（桥吊，轮胎吊，集卡，地面人员）；后期可能会扩展可视化业务应用。
2 无线网络方案想象
无线网络方案想象主要包括链路预算、频率规划以及无线网络想象及网络技术特点等几个部分。
2.1 链路预算
在××集装箱码头无线覆盖方案中，要对无线MESH路由器回传模块的回传链路和AP模块的接入链路进行预算。通常回传模块工作于5.8GHz，AP模块工作于2.4GHz。
链路预算根据接收敏捷度、人体损耗、衰落冗余、干扰冗余等参数得到接收点处所需要的接收功率，再根据发射源的实际发射功率，计算出在空中所答应的路径损耗，结合合适的传播模型，计算出平均覆盖距离，从而指导工程师选择合适的站址和合适的天线。
2.1.1 回传链路预算
在保证8Mbps回传数据速率的基础上，进行链路预算。
参数
数值
备注
总体
工作频点
5.8G
上、下行工作频点相同
数据速率(Mbps)
8.00
发射机
回传模块发射功率(dBm)
16
a
身体损耗（dB）
0.00
d
接收机
回传敏捷度(dBm)
-86.00
f
选择合并增益(dB)
0
h
线缆损耗
1.5
i
覆盖概率
90.0%
标准方差
4
阴影衰落余量(dB)
2.5
m
快衰落余量(dB)
5
n
噪声恶化(dB)
0
p
最少接收功率(dBm)
-77
r=f-h+i+m+n+p
最大答应的链路损耗(dB)
93
t=a-r
就电波空间传播损耗来说，有近似的路径传播损耗。对于5.8G频点，公式近似为自由空间衰L(dB) = 52 + 10 * n *Log D（m）
其中，D为传播路径，n为衰减因子。针对不同的无线环境，衰减因子n的取值有所不同。在自由空间中，路径衰减与距离的平方成正比，即衰减因子为2。在详细环境中，n需要实际测量，参考其他类似码头场景的实测数据，我们可取n为2.3。所以根据链路预算和传播模型的公式，在不考虑天线的情况下，室外空旷环境5.8G回传在保证8Mbps数据率的最大传播距离为60m左右。
考虑天线增益，选择5.8G 12dBi高增益定向天线，再来计算保证8Mbps数据率的最大传播距离。假设发射端和接收端运用同样天线，并考虑天线接头和线损为3dB，因此最大答应的链路损耗为114dBi。经计算，此时的传播距离为496m。
2.1.2 接入链路预算
我们在保证覆盖边缘8Mbps接入数据速率的基础上进行链路预算。
参数
数值
备注
总体
工作频点
2.4G
上、下行工作频点相同，802.11b模式
数据速率(Mbps)
8.00
发射机
终端节点发射功率(dBm)
24
a
身体损耗（dB）
0.00
d
接收机
接收终端接收敏捷度(dBm)
-86.00
f
选择合并增益(dB)
0
h
接收天线
2
g
线缆损耗
1.5
i
覆盖概率
90.0%
标准方差
4
阴影衰落余量(dB)
2.5
m
快衰落余量(dB)
6
n
噪声恶化(dB)
1
p
最小接收功率(dBm)
-77
r=f-h-g+i+m+n+p
最大答应的链路损耗(dB)
101
t=a-r
对于2.4G频点，自由空间衰近似公式为L(dB) = 46 + 10 * n *Log D（m）
根据回传类似的计算，在不考虑天线的情况下，无遮挡理想环境下2.4G覆盖在保证3Mbps数据率的最大覆盖半径为246m。
我们同时考虑发射端天线增益（接收终端天线在上表中已考虑），选用2.4G 5dBi柱状全向天线，传播距离更远，完全可满意本项目需求。
2.1.3 无线环境影响
以上回传链路和接入链路的预算是根据无线传播模型理论上的技术结果，只具备参考作用。集装箱码头无线环境特别复杂，尤其是对地面进行覆盖时，集装箱对电磁波反射严重，加上集装箱位置和高度经常变化，以及桥吊、轮胎吊的来回移动遮挡，导致无线环境特别恶劣。因此，类似的集装箱码头的实测数据更具参考价值。
下图为我们在上海某集装箱码头对AP接入信号覆盖进行测试的表示图：图中虚线是信号覆盖测试路线，数字标识观测点位置；DT21运用的是2.4G 5dBi增益的全向天线，天线垂直向下安装。
信号覆盖测试表示图
实测信噪比记录如下：
1号点
20dB
2号点
26dB
3号点
33dB
4号点
40dB
5号点
33dB
6号点
20dB
7号点
24dB
8号点
23dB
9号点
30dB
10号点
23dB
11号点
24dB
12号点
28dB
13号点
31dB
14号点
38dB
15号点
32dB
16号点
25dB
由实测数据分析可知：发射点与接收点间跨一个集装箱区时，完全能够满意终端接入要求。故针对浙江××集装箱码头无线覆盖项目，参考以上实测数据，同时考虑到同时覆盖空中和地面，建议每个AP的覆盖半径规划为150m～200m，并注意不要跨越2个以上的集装箱区。
2.2 频率规划
为解决同频干扰和邻频干扰问题，必须对无线网络中各节点进行频率规划。
2.2.1 2.4G系统频率规划
GBCOM无线MESH路由器的AP模块工作于2.4GHz（802.11b）来完成各类无线终端的接入，可用的独立信道有channel 1、channel 6和channel 11。我们可通过在肯定的距离上进行频率复用的方式来避免同频干扰和邻频干扰。基本原则：相邻两个AP之间尽量频点分开，工作于不同信道；不相邻的AP可工作于同一信道，进行频率复用。但是，部分AP安装于QC等移动装备上，相邻AP会发生变化，不能完全做到频点分开。此时，GBCOM无线MESH路由器的自动快速功率控制功能发挥作用，体现出呼吸效应的优势，根据节点密度和信噪比自顺应调整发射功率缩小覆盖范围，从而最大程度上减小同频干扰。
2.2.2 5.8G系统频率规划
本项目中GBCOM无线MESH路由器的回传模块工作于5.8GHz，考虑到各节点距离较近，同频组网相互间干扰较大，故回传网络不能进行同频组网。5.8G共有5条可用的完全隔离的信道：channel 149、channel 153、channel 157、channel 161和channel 165。GBCOM无线MESH路由器支持动态变频组网，自动扫描频率动态选择最佳数据信道和控制信道组网。
2.3 无线宽带网络想象规划
根据环境与需求，结合链路预算，进行无线宽带网络想象规划。
××集装箱码头无线宽带网络想象如下：
无线网络组网表示图
u 在灯杆上安装室外型无线MESH路由器（含AP模块和高性能回传模块，本方案推荐B3201e），AP模块负责空中和地面的2.4G覆盖，回传模块在空中构成高可靠的无线MESH回传网络。根据平面图，初步估计需12台B3201e。
u 根据现场环境和流量需求设置若干个落地接入点与有线网汇合，最终接入到调度控制中心。本方案建议设3个落地点。
u 每台B3201e包括一个AP模块和两个高性能回传模块。AP模块工作于2.4GHz频段负责各类无线终端的接入，并进行频率规划与相邻AP频点分开（见组网表示图）；高性能回传模块工作于5.8GHz频段，支持动态变频组网，组成网状网回传网络，自动选择最优工作信道。
u AP模块采用2.4G 5dBi柱状全向天线，安装时应注意垂直向下安装，进行空中覆盖的同时兼顾地面的覆盖。高性能回传模块采用5.8G 12dBi板状定向天线，并支持智能双天线技术，多个大角度定向天线构成大角度覆盖，组成网状回传网络。天线安装高度建议在20m左右。天线均需加装避雷器。
u 桥吊、轮胎吊、集卡等的驾驶室外壳为金属材料，可能会对内部的终端装备无线信号造成屏蔽，最好将业务调度终端的天线外接馈线安装到驾驶室顶部。
u 本方案中各点的安装位置均为现有的灯杆，具备可实时性。特别指出，为减小＃4点与＃7点及＃5点与＃10点之间的同频干扰，可恰当调小这四个点的发射功率，其他相邻节点可保证边缘区域的覆盖。
2.4 网络技术特点
2.4.1 无线网络业务QoS保障
GBCOM无线产品提供可由用户定制的QoS策略，定制种类包括：根据业务类型定制，根据业务源端口定制、根据业务目的端口定制、根据业务目的IP地址定制。带宽调度系统会根据业务QoS级别完成优先级调度，并为类似于消费控制指令一类的高优先级业务，预留无线带宽，进一步保证可靠传输。
2.4.2 完善的安全保证机制
无线装备的安全性一直为客户关注，尤其是用于工业消费控制系统中的无线装备，对网络安全更是有严格的要求。
GBCOM无线产品提供三级数据和信令保密机制：空口加密、传输加密和端到端加密。提供节点认证机制、用户鉴权机制，有效禁止非法节点和用户的进入，并提供非法侵入告警机制。另外，由于GBCOM无线装备采用私有协议，能有效防止恶意侵入和截取信息。
GBCOM无线产品提供完整的地址过滤机制，可以由用户定制从无线层到应用层不同协议层的地址过滤机制，完全屏蔽非法和恶意用户的接入。
GBCOM无线产品还支持VLAN划分，有效抑制广播风暴，提高网络整体安全性，管理起来更加便捷直观。
2.4.3 包级动态路由调整
网络拓扑结构快速变化是网状网关键难题之一，路由协议性能直接影响网状网应用范围和产品竞争力。GBCOM无线MESH产品采用专利技术，充分利用无线模块的链路质量和干扰等信息，快速准确的调整路由，达到了业界最快的包级路由调整速度，并且可以在超大网络中运用，有效解决网状网的一大难题。
2.4.4 快速功率控制
GBCOM无线MESH产品利用快速功率控制技术来完成网络的呼吸效应，根据节点密度和信噪比自顺应调整发射功率，保证各节点的最佳覆盖范围，从而最大程度上减小同频、邻频干扰。此外，对于无线信道快速深衰落效应，GBCOM产品采用内环闭环快速功控策略，实时检测信道衰落情况，快速调整发射功率，以补偿衰落带来的影响。
2.4.5 信道动态调整
GBCOM无线产品除提供传统数据信道动态选择功能外，还提供控制信道动态选择功能。目前业界还没有提供类似技术，使WiFi和MESH产品一直面临着严重干扰问题。GBCOM采用数据信道和控制信道分离机制，支持动态异频组网，不仅数据信道能够动态选择，还提供独一无二的控制信道动态调整技术，大大提高整套系统的抗干扰能力。
2.4.6 无缝软切换功能
相比WiFi的尽力而为型，GBCOM无线MESH产品在无线性能上有很大改善。WiFi在运用一条无线链路时，将一直到其无法运用，然后断开重新建新链路。GBCOM MESH产品的作法完全不同，它一直处于无线链路动态检测过程中，随时选择一条更好的链路进行数据传输，使某一无线链路在不可用前就换入其它链路，并支持多路径软切换，完成无缝切换。
3 主装备技术规格
3.1 PowerMesh-B系列无线MESH路由器产品技术规格
B系列无线MESH路由器，是GBCOM最新推出的多模块系列产品，属于PowerMesh “天网”系列，可根据不同的应用场景选择1到4个模块，且各模块可灵活配置成AP模块、回传模块或高性能回传模块。B系列无线MESH路由器，利用多模块技术彻底解决了WiFi-MESH多跳损耗问题，并采用多种技术在无线性能（传输距离、移动速率、抗干扰、穿透等）方面大幅增强，支持高速率移动环境下的无线宽带数据传输、无线视频图像监控、无线VOIP语音等业务，能够适用于更多更复杂的应用场景，为客户提供最先进的无线网络路由和接入解决方案。
B系列室内型产品（I）最多可配置成2个模块，室外型产品（E）最多可达4个模块，可根据实际应用场景选用合适的产品型号搭建无线MESH网络。
B系列产品型号定义规则如下：
PowerMesh-B××××无线MESH路由器产品主要技术规格参数见下表。
PowerMesh-B××××产品技术规格
规格项
规格子项
规格描述
备注
无线特性
工作频段
2.412～2.472GHz
5.745～5.825GHz
同时支持802.11 a/b/g模式
调制方式
802.11a/g：OFDM(64 QAM, 16 QAM, QPSK,BPSK)；
802.11b：DSSS(DBPSK, DQPSK, CCK)
遵循802.11 a/b/g标准
最大速率
每模块 54Mbps
最大带宽（向上层提供的净带宽）
AP模块: 27Mbps
回传模块: 22Mbps
高性能回传模块: 20Mbps
传输距离(室外型)
1000m（回传模块）
3000m（高性能回传模块）
运用18dBi定向天线，空旷环境。
传输距离(室内型)
50m（回传模块）
150m（高性能回传模块）
运用3dBi全向天线。
最大移动速度
大于50Km/h（回传模块）
大于300Km/h（高性能回传模块）
最大发射功率
26dBm（for 2.4GHz）
20dBm（for 5.8GHz）
实际发射功率
根据节点密度和信噪比自顺应调整，保证够用就好（可提供最大功率400mw）
发送速率
支持54Mbps，36Mbps……，运用时根据需要自顺应调整
信道选择
可静态配置，也可自动选择
网络特性
快速层2网状网路由协议
路由更新工夫小，对业务基本无影响
回传模块
增强的快速层2网状网路由协议
路由更新工夫小，对业务无影响
高性能回传模块
节点切换
硬切换，时延小于200ms
回传模块
软切换，软切换径数可配，无切换时延
高性能回传模块
最大跳数
10跳
单跳时延
2ms以下
QoS
支持ToS与无线层优先级的映射
安全
无线安全
节点间相互鉴权；
逐跳加密；
支持WEP 64/128位加密和WPA、WPA2加密
ACL
支持MAC地址过滤，只答应指定的MAC地址通过；支持基于协议、IP地址、协议端口的过滤
包过滤
管理
内置WEB服务器
运用直接方便
SNMP协议
空口接入
可以通过空中接口进行管理
此功能可关闭
专用网管系统
专业电信网管，可进行全网管理
硬件特性
天线接口
室内型：每模块2×反极性SMA公头。
室外型：每模块2×标准N型母头。
网络接口
2×自顺应10/100Base T以太网口，一个用于上连，一个用于下连。
电源接口
室内型： 12V，DC，2A
室外型：160-280V, AC, 50-60HZ
重量
室内型：0.5Kg
室外型：7.5Kg
尺寸
长×宽×深：
室内型：230×182×48mm
室外型：350×280×145mm
功耗
室内型：12W（两模块）
室外型：20W（四模块）
环境要求
(室外型)
工作温度
-40℃～55℃
保存温度
-65℃～85℃
工作湿度
0％～95％（非凝固）
防水标准
IP67
防风能力
>250Km/h
4 主装备清单
序号
装备类型
产品型号
单位
数量
备注
1
无线主装备
无线MESH主装备
PowerMesh-B3201e
台
12
1AP模块＋2高性能回传模块，室外型
2
天线及避雷器
2.4G 5dBi柱状全向天线
ANO-24/5/30
根
12
5.8G 12dBi板状定向天线
ANO-58/12/120
根
24
2.4G标准避雷器
ARA-0124
个
12
5.8G标准避雷器
ARA-0158
个
24
标准型馈线
CAB-01
米
80
标准型馈线接头
INTN-01
个
72
注：以上装备数量和型号为初期估算值，可根据实际勘测结果调整。
5 相关应用案例
5.1 上海外高桥一期集装箱码头（已运行）
客户需求：集卡实时调度、GPS信息实时传递
应用环境：近100万平方米、 40座灯塔、场内集装箱业务繁忙
难点分析：集装箱对电磁波反射严重，加上集装箱位置和高度经常变化，以及龙门吊的来回移动遮挡，导致无线环境特别恶劣。
解决方案：
Ø MESH节点部署：30个
Ø 落地接入点部署：7个，与有线网汇合
Ø 服务终端：150个，主要分布于码头的集装箱卡车、龙门吊、桥吊
l 各集装箱卡车：配置支持WiFi的GPS终端一部，同时在驾驶室配备消费调度终端一部
l 龙门吊、桥吊：各配置支持WiFi的GPS终端一部、消费调度终端一部
现场节点布置图：
5.2 上海外高桥四期集装箱码头（已运行）
客户需求：集卡实时调度、桥吊实时视频监控
应用环境：场内集装箱业务繁忙、17台移动作业的桥吊距离监控中心所在大楼约1000m
难点分析：无线环境特别恶劣，桥吊在肯定范围内移动，视频监控画面需通过无线方式传送到监控中心集中监控，无线网络需支持高清视频传输。
解决方案：
Ø 作业调度和无线视频监控分成两张网络独立建设
Ø 集卡调度无线网络：采用4个无线MESH路由器对堆场进行覆盖，集卡、龙门吊、桥吊上陪无线调度终端
Ø 无线视频监控网络：采用21个无线MESH路由器组成无线传输通道，设4个落地点
5.3 深圳蛇口集装箱码头（试运行）
客户需求：移动SPARCS
应用环境：场内集装箱业务繁忙、占地面积广、道路分布复杂，堆场面积总计81.83公顷，要求对SCT的堆场和泊位前沿进行地面和空中的无缝覆盖。
难点分析：无线环境复杂，移动SPARCS业务对带宽要求高，无线终端在不同AP间切换要求业务联结不能中断。
解决方案：
Ø SCT区域：采用GBCOM无线MESH路由器搭建无线网络，共35个节点，设7个落地点。中心节点产品型号采用室外型B3201 E（共19台），外围节点产品型号采用室外型B2101 E（共16台）。
Ø SKP区域：共11个节点，设3个落地点。B3201 E（共3台），B2101 E（共8台）。
组网表示图如下:
SCT区域网络表示图 SKP区域网络表示图
上海寰创通信装备有限公司（GBCOM）是一家专注于无线MESH宽带产品领域技术研究、产品 、开发和销售的高科技公司。 wifi-mesh产品主要应用在港口码头、物流仓储、油田、电力等领域的无线覆盖和无线监控。在大连集龙，上海外一、外二、外四、外五及外六，南京，宁波北仑三期、梅山、乍浦、大榭、舟山、镇海，南通，深圳蛇口，岳阳，重庆，宜宾等港口码头，一直采用我司wifi-mesh室外基站来建设港口业务调度系统。
上海寰创通信装备有限公司 上海东川路555号紫竹科学园区
联系人：高山浩
电话：15121088223
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