摘 要：海洋平臺內(nèi)部復(fù)雜的鋼鐵結(jié)構(gòu)及密閉艙室的存在，在一定程度阻礙了無線信號的傳播，以至于產(chǎn)生較多的信號“盲區(qū)”。為了解決平臺內(nèi)部的信號盲區(qū)和外部30 km海域的通信問題，基于海洋平臺及船舶的LTE集群調(diào)度系統(tǒng)，首次提出了一種信號覆蓋方案。經(jīng)過現(xiàn)場施工后的檢測，結(jié)果表明該方案能夠滿足這種集群調(diào)度系統(tǒng)在數(shù)據(jù)、語音、視頻等不同信息的傳輸要求，實現(xiàn)了海洋平臺本身及其周圍30 km海域的無線信號全覆蓋。

關(guān)鍵詞：集群調(diào)度系統(tǒng)；海洋平臺；TD-LTE

中圖分類號：TN919.85 文獻標(biāo)志碼：A

近年來，隨著全球能源問題的日益突出，蘊含著豐富石油資源的海洋也已經(jīng)成為各國能源爭奪的戰(zhàn)場。而那些遠(yuǎn)離陸地的海洋平臺及船舶由于其所處地理環(huán)境的特殊性，無法使用任何運營商的網(wǎng)絡(luò)資源，其與陸地間的通信只能依靠海事衛(wèi)星系統(tǒng)；而海洋平臺內(nèi)部以及與附近船舶間的通信只能依靠微波和各類短波電臺。

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多先進的通信技術(shù)在經(jīng)過改進后被用于海洋平臺上。該文提到的基于TD-LTE技術(shù)的集群調(diào)度系統(tǒng)正是在這種背景下誕生的，而該文提出的解決這種調(diào)度系統(tǒng)覆蓋問題的方案，在國內(nèi)海洋石油領(lǐng)域尚屬首次。

1 基于TD-LTE技術(shù)的集群調(diào)度系統(tǒng)介紹

TD-LTE是一種新一代寬帶移動通信技術(shù)，引入了MIMO（多入多出技術(shù)）與OFDM（正交頻分復(fù)用技術(shù)），多頻寬分配并支持集群通信，數(shù)據(jù)傳輸速度可達到下行100 Mb/s，上行50 Mb/s。

基于TD-LTE技術(shù)的集群調(diào)度系統(tǒng)由服務(wù)器端、調(diào)度臺PC端、安卓終端組成，如圖1所示。其中調(diào)度臺PC端主要對管轄范圍內(nèi)的安卓終端進行分組，同時以單呼、組呼、跨組呼、多選擇組呼、代建組呼等方式進行通信，包括實時視頻通話、專網(wǎng)微信、IP音視頻電話等功能；而服務(wù)器端包括多種服務(wù)模塊，其中有集群調(diào)度、語言服務(wù)、視頻服務(wù)及專網(wǎng)微信在內(nèi)的11個服務(wù)模塊。安卓終端使用TD-LTE專網(wǎng)，提供單呼、組呼、跨組呼、多組呼等多種模式的對講功能，以及實時視頻上傳、互傳等功能。

LTE集群調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接主要分為海洋平臺的內(nèi)部連接和海洋平臺與附近海域船舶的外部連接2種，如圖2所示。其中，內(nèi)部連接為安卓手持終端通過接入海洋平臺局域網(wǎng)的平臺LTE基站，與統(tǒng)一部署在海洋平臺調(diào)度中心里的調(diào)度系統(tǒng)的服務(wù)器及配套的網(wǎng)關(guān)之間的連接。

而外部連接則是平臺上的LTE基站通過微波與船舶上的LTE基站相連接，最終實現(xiàn)平臺上的安卓終端和船舶上的安卓終端之間的通信。形成了一個融合了局域網(wǎng)、TD-LTE專網(wǎng)、微波網(wǎng)絡(luò)的融合網(wǎng)絡(luò)，使鉆井平臺上的各工作組里的安卓終端間，及與船舶上各工作組里的安卓終端間，在海洋平臺上的調(diào)度臺的控制下完成單呼、組呼、跨組呼、多選擇組呼以及實時視頻通話、專網(wǎng)微信、IP音視頻電話等功能。

2 海洋平臺內(nèi)部的覆蓋方案及測試

眾所周知，海洋平臺主要由鋼鐵材料建成，且平臺各層甲板皆由厚重的鋼板焊接而成，同時平臺內(nèi)部建有眾多密閉的艙室，這些復(fù)雜的鋼鐵結(jié)構(gòu)都在一定程度上阻礙了無線信號的傳播，以至于產(chǎn)生了較多的信號“盲區(qū)”。為了解決上述信號盲區(qū)問題，以中海油南海X號平臺為例，該文首次提出一種艙室內(nèi)外的混合覆蓋方式。

南海X號平臺由3層甲板組成。上層甲板建有層高22.4 m層數(shù)為4層生活樓及鉆井模塊。其中生活樓為封閉結(jié)構(gòu)，且外墻為厚鋼板結(jié)構(gòu)，室內(nèi)房間之間為薄鋼板結(jié)構(gòu)，有吊頂；鉆井模塊多數(shù)為開闊區(qū)，裝配少量的機器設(shè)備和建造有一定數(shù)量的房間，房間外墻仍為厚鋼板結(jié)構(gòu)，房間之間是薄鋼板結(jié)構(gòu)。中層甲板和下甲板皆為長53.5 m，寬35.3 m的區(qū)域，室外機器設(shè)備擺放較密集。

2.1 覆蓋基站的布設(shè)方案

覆蓋基站的布設(shè)方案如圖3所示。覆蓋基站及2根全向天線布設(shè)在生活樓樓頂，即海洋平臺除井架外的最高點，且其網(wǎng)絡(luò)及電源通過網(wǎng)線和電源線接入報房。基站采用3根7/8饋線作為信號干線，其中干線一負(fù)責(zé)上層甲板即生活樓和鉆井模塊的無線覆蓋，干線二負(fù)責(zé)中層甲板的無線覆蓋，干線三負(fù)責(zé)下層甲板的無線覆蓋。如圖3所示，紅色線就是主干線二的布設(shè)方式，其從生活樓頂樓基站出來，沿平臺內(nèi)部線槽敷設(shè)，通往中層甲板與安裝在中層甲板的中層甲板主功分器相連，而圖3中所示的紅色線則是主干線一和主干線三的布設(shè)方式，其中主干線一從生活樓頂樓基站出來，與安裝在鉆井模塊的鉆井功分器相連；主干線三在生活樓處與主干線一的布設(shè)位置一致，當(dāng)它們到達生活樓一樓即上層甲板時，主干線一通向鉆井模塊，主干線三則一直往下通往下層甲板，與安裝在下層甲板的下層甲板功分器相連。

2.2 上層甲板的布設(shè)方案

圖4是上層甲板無線覆蓋的方案結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看到，從覆蓋基站出來的主干線一經(jīng)過二功分器后分成生活樓和鉆井模塊2個部分。其中生活樓部分通過3個耦合器分成四路，每路又由一個四功分器和4個吸頂天線組成，分別部署在生活樓的每個樓層，具體的布設(shè)位置如圖 5所示；鉆井模塊部分通過一個耦合器分成2路，每一路又經(jīng)過一個四功分器分成4個支路，這4個支路分別接著3個吸頂天線和1個室外板狀天線，具體的布設(shè)位置如圖6所示。

2.3 中、下層甲板的布設(shè)方案

中甲板多數(shù)為開闊區(qū)，裝配大量的機器設(shè)備和建造有一定數(shù)量的房間，房間外墻為厚鋼板結(jié)構(gòu)，房間之間是薄鋼板結(jié)構(gòu)。根據(jù)中層甲板的這些特點，設(shè)計出如圖7所示的結(jié)構(gòu)。從圖中可以看到，從覆蓋基站出來的主干線二經(jīng)過4個耦合器分成5個支路，其中甲板中部的幾個房間內(nèi)布設(shè)著一個四功分器和一個三功分器，前者與4個吸頂天線相連，而后者與3個吸頂天線相連，它們負(fù)責(zé)這些房間的室內(nèi)無線覆蓋。

中甲板的其余開闊區(qū)域均勻布設(shè)著4個三功分器，并各自分別連接3個室外覆蓋天線，負(fù)責(zé)中甲板這些安裝著設(shè)備的開闊區(qū)域的室外無線覆蓋。具體的布設(shè)位置如圖8所示。

由于下層甲板的房間設(shè)置位置、開闊區(qū)的位置及其面積大體一致，所以下甲板的無線覆蓋方案與中甲板覆蓋方案相同，將不再贅述。

2.4 海洋平臺30 km區(qū)域無線信號覆蓋方案

海洋平臺附近30 km海域的船舶上的防爆手持終端，通過駕駛艙內(nèi)部部署的無線AP接入網(wǎng)絡(luò)，再通過船舶最高處架設(shè)的360°全向天線與海洋平臺上的覆蓋基站主天線進行數(shù)據(jù)的交互。由此實現(xiàn)海上油氣平臺及周邊30 km區(qū)域范圍的TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

2.5 測試

海洋平臺經(jīng)過以上無線覆蓋改造后，為了測試無線覆蓋的效果，使用網(wǎng)絡(luò)檢測命令“ping”和Net Meter軟件對其進行測試。Net Meter是一款非常實用的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控軟件；它支持同時監(jiān)視多個LAN 、WAN 的網(wǎng)絡(luò)流量，可以實現(xiàn)圖形化、數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)流量細(xì)節(jié)，并且記錄下所有的網(wǎng)絡(luò)流量，還有日志功能、流量事件等；無論在什么樣的網(wǎng)絡(luò)連接下，都可以進行工作，包括Modem、LAN等。

隨機選取了平臺上一個區(qū)域作為測試地點，將1臺防爆手持終端放置在該區(qū)域內(nèi)，并使用網(wǎng)絡(luò)檢測命令“ping”對該手持終端的IP地址進行網(wǎng)絡(luò)診斷，在圖9中，選取的手持終端IP地址為10.134.150.248，對其進行診斷后得知其延時時間為40 ms左右，無丟包且此時的信號接收功率RSRP為-81 dBm，覆蓋強度等級較好。再使用Net Meter進行測試，測試結(jié)果如圖10所示下行平均速率約6.48 Mbps，上行速率平均為2.11 Mbps，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)優(yōu)良。

將所測試的手持終端放置在海洋平臺周圍30 km海域內(nèi)的不斷運動的船舶上，在海洋平臺上使用Net Meter對其網(wǎng)絡(luò)進行測試，如圖 11所示，下行平均速率約2.03 Mbps，上行速率平均為1.32 Mbps，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)優(yōu)良。

3 結(jié)語

該文提出的無線覆蓋方案建成后，海洋平臺上任何區(qū)域和平臺30 km范圍內(nèi)的船舶的工作人員，都能夠隨時隨地的相互通信，保證了上級指令的下達和安全信息的反饋，大大提高了工作效率和安全性，同時在極端情況下，對應(yīng)急搶險的指揮、人員的安全撤離都具有重要的意義。

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