项目背景

数字河道管理系统是海事部门在内河航道业务领域的具体应用，是综合运用遥感、遥测、地理信息系统、宽带网络、通讯、计算机模拟、多媒体等多种技术对航道业务流程、动态监控管理和辅助决策服务的数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统，是信息基础设施和信息系统的集成。

内河航道以其蜿蜒曲折的不规律性分布以及网络摄像机、巡逻艇移动执法、船载监测终端、码头物流监控等新型设备的应用急剧增加，不健全或缺失的信息通信网络系统对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞。

(1) WLAN的技术优势

随着互联网技术的飞速发展和无线通信技术的广泛应用，无线局域网(Wireless Local Area Network——WLAN)以其特有的优势得到发展迅速。针对于数字河道管理系统，无线局域网和其他有线网络相比，具有高灵活性和移动性、安装便捷、易于进行网络规划和调整、便捷的故障定位、高性价比等优势。

利用无线局域网的技术优势创造更多的价值正成为通信技术人员的研究课题，从无线局域网的进一步推广应用来看，未来的研究方向主要集中在安全性、移动漫游、网络管理以及与3G等其他移动通信系统之间的关系上，而基于无线局域网的网络规划设计正在成为一个跨地域、跨行业的全面解决方案，为各行各业的管理决策者提供了一种全新直观的网络环境。

(2) 项目概况

本文是以蕴藻浜智能河道管理系统为实证研究，根据上海宝山区地方海事处应用需求及蕴藻浜河道地理环境而进行的研究设计，数字河道管理系统主要由监控中心、监控点、移动巡逻艇组成，本项目拟在蕴藻浜航道沿线布设20个监控点，实现航道的重点区域的监控覆盖。

蕴藻浜航道沿线监控环境较复杂，传输距离远，监控中心与监控前端中间有高大建筑物等阻挡，拟采取无线中继传递，对于部分直接点对点微波信号传递困难的航道，可建中继站中继传输。

(3) 系统设计

3.1 协议选择与频率规划

在WLAN中，通信协议是指由IEEE提出802.1l协议族，包括802.1la、802.1lb、802.1lg和802.11n。作为无线局域网协议族中最成熟的IEEE802.1lb主要是工作在2.4GHz频段，频段范围为2.4—2.483GH，IEEE802.1la扩充了标准的物理层，规定该层使用5GHz的频带，频段范围为：5.15—5.25、5.25—5.35及5.725—5.825GHz，采用OFDM(正交频分复用)来传输数据，其物理层的吞吐量分别为6、12、18、24、36、48、54Mbps，由于输出功率高，适于建筑物之间或室外环境的无线应用;

基于以上技术分析，考虑到802.1lb协议在民用系统中的大量应用，2.4GHz频段的无线干扰会比较大，影响数据的带宽，因此选用了5.8GHz频段的802.1la协议。

科洛理思JETWAVE2600系统无线网桥设备在传输速率10M带宽的条件下提供13个不交叠的工作信道。通过配合中继点的选择以及做好相应的信道规划，完全可满足项目的要求，避免同频之间的干扰。

3.2 设备选型

数字河道管理系统属于政府职能部门的功能性系统，对于河道的安全起到了重要作用，也对网络设备提出了更高的要求，需求综合如下：

• 野外安装，需满足IP67工业防护标准，支持-30~70℃宽温工作环境

• 安装简便，需满足一体化安装要求

• 网络链路复杂，需满足双带方案，同时支持802.11a和802.11b/g协议

• 覆盖范围要求广，需使用TDMA技术，提升网络性能和 覆盖范围，

• 需支持基站、CPE、网桥中继、点对点和点对多点的工作模式

鉴于上述要求，选用JETWAVE2600系列的网桥设备完全满足系统要求。

分中心：JETWAVE2620

中继站：JETWAVE2620

监控站：JETWAVE2640

船载终端：JETWAVE2410

3.3 网络测试

根据地理信息分析及现场踏勘，蕰藻浜河道横穿整个宝山区，在宝山区界内从外环线至吴淞大桥总长约20公里，河道蜿蜒曲折，河道两岸遍布工厂及货运码头，局部地区存在高楼及桥梁，综合项目实际情况，将20公里的河道划分为三段，设立3个分中心作为电信接入点，再根据河道弯曲度和周边建筑物地形特点选取中继点。

采用JETWAVE网桥设备进行现场实测，完成了对于整个河道的覆盖，对于网络模型和结构的设计提供理论结合实践的基础。

3.4 网络模型

结合测试数据及应用要求，建立如下网络模型：

模型共分为6层：

监控中心：实现网络数据的汇总及应用，实现视频显示存储、数据库管理、语音对话、指令下发、执法上传、数据采集等监控功能。

电信网络接入层：借助电信网络的VPN功能实现河道的分段接入，解决了长距离的大数据量的传输。

分中心网桥：进行有线\无线网络的转换，采用JET-WAVE2620，解决了沿河道两个方向的无线覆盖。

中继网桥：进行无线网络的覆盖延伸，采用JET-WAVE2620，一个端口与分中心形成链路，一个端口进行中继，与下级网络连接，解决了因高楼阻挡、河道弯曲而引起的覆盖盲区。同时终端网络设备的直接接入。

现场监控点：终端网络设备的直接接入，采用JETWAVE2640，一个端口与分中心或中继站链接，另一个2.4GHZ端口作为AP覆盖周边河道，可接入船载移动WIFI设备。

3.5 系统结构

根据测试数据及模型的确定，整个网络确定了网络设备的清单：

项目现场具体位置，如下图：

3.6 系统结构

3.7 系统功能

系统具有以下功能：

监督管理功能

• 船舶在水域航行、停泊和作业时，监控管理人员可通过现代化的视频监控设施监视船舶的水上运动情况及港口码头泊位作业情况，纠正其航行和作业中的违章行为。

信息收集功能

• 通过监控现场安装的摄像机和全方位旋转云台，可以实时收集监视区域内的下列信息：

• 船舶的航行动态信息;

• 码头、泊位停泊船舶的作业信息;

• 水上、水下施工作业信息;

• 船舶锚泊情况信息;

• 水域污染情况信息;

信息处理功能

• 系统应具有较强的图像信息处理功能，同时对来自多个摄像机的图像信息进行处理;也可以将图像保存为通用数据文件格式，用其他专业图像处理软件进行二次处理。

• 系统可以随时方便、及时地检索、回放记录存贮的图像信息，如可按时间、地点(镜头)或图像信息进行检索和回放。

• 监控系统应具有较高的安全性，只有授权管理人员才可以对系统进行设置和操作。网络用户必须安装远程监控软件，并经授权管理人员授权才能使用该监控系统。

系统还具有断电自动保护、来电自动恢复的功能。

记录取证功能

• 视频监控系统可以将多个摄像机收集的图像信息，经数字化处理、压缩后存贮在计算机硬盘里，存储容量大，保存时间长，还可以根据用户需要，加大硬盘以扩展存储周期，或增加其他外存设备，如光盘刻录机等，定期将图像信息进行刻录以永久保存存档。

• 信息服务功能

• 视频监控图像信息服务，应为海事处内部有关部门、海事处外有关单位提供服务，使相关人员通过WEB可以实现浏览视频，同时须保证系统的安全。

3.8 网络安全

航道管理涉及海事职能部门管理的保密性，而无线局域网不像有线局域网，可通过物理传输价值轻易隔离未授权访问。无线局域网没有物理介质的保护，很难将非法访问隔离开来。一些加密技术如WEP\WAP等，通过对无线电波的数据加密，实现整个无线网络的安全防护。

(4) 项目意义

项目实施，在对整个系统竣工后进行详细的数据测试随之调整和修改。根据系统在运行过程中发现的若干实际问题，进行分析探讨，给出解决方案，本设计满足了将近20KM蕴藻浜的海事监督管理需求，达到了中国移动无线局域网WLAN工程测试验收规范，并获得上海世博推广项目荣誉，进一步证明方案的安全性，可靠性，可扩展性及经济性。

本工程实例参照上海市金山区金山卫海事处航道监控项目，金山卫海事处航道监控系统监控航道总长14公里，设视频监控点14个，采用光纤专线敷设方式组网。而宝山海事处航道监控项目采用WLAN组网方式，监控航道总长20公里，设河道视频监控点20个、码头视频监控点8个，移动执法巡逻船终端3台，项目总投资反而节约30%，显而易见，宝山海事处航道监控系统不仅从系统监控范围和监控点数量上远多于金山卫海事处航道监控系统，而且系统功能及性能更胜一筹，充分证明了本研究的应用价值。

本文对WLAN在中国海事部门数字航道系统的应用具有重要的实践意义和参考价值。特别是IEEE802.11协议、混合组网方式、MESH漫游、 TDMA技术、MAC接入技术在WLAN中的使用保证了对网络实施性、安全性的需求，在本设计得到完善的体现。以具体案例证明了WLAN在数字航道系统不可替代的地位，也为中国海事在今后的数字化管理中广泛应用WLAN提供了实践性的经验。