CN214591997U - 一种基于mesh网络的通讯电台终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于mesh网络的通讯电台终端，包括壳体所述壳体上设置有天线，所述天线进行电台射频收发。本实用新型通过野外适应性更强的网络通讯及无线电收发技术，对国内油田在野外生产时进行现场的音视频数据远距离传输，解决了目前野外架设网桥设备或铺设光纤专线存在的建设成本高、施工周期长的问题，本实用新型使用基于无线电收发技术的电台结合Mesh网络进行通信，无线电信号的收发无角度限制，且有一定的越障绕传性能，通讯内容可包含数据、图片、及音视频的传输，能够避免传输中断问题，安装调试简单，现场使用无需像部署网桥设备需要进行架高而建设或租用专用铁塔，设备的无线电收发通讯模式避障性强，更适合野外环境使用。

Description

一种基于mesh网络的通讯电台终端

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体为一种基于mesh网络的通讯电台终端。

背景技术

无线Mesh技术是一种与传统无线网络完全不同的新型无线多跳网络技术。在传统的WLAN中，现场使用微波通讯基站作为一个网桥接入点(AP)，每个网桥基站均通过一条与接入点(AP)相连的无线链路访问网络，用户若要进行相互通信，必须首先访问一个固定的AP，这种网络结构称为单跳网络。而在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可同时作为路由器，网络中的每个节点都能发送和接收信号，每个节点都能与一个或多个对等节点进行直接通信，实现数据通讯的多跳传输。

目前随着国内油田信息化程度的不断提高，目前油田野外生产现场主要采用4G、架设远距离无线网桥、铺设光纤专线三种网络覆盖方式进行现场数据远传。少数油田实验性的与联通运营商合作进行了生产现场5G网络测试，可满足油田现场高质量数据远传需求，但因在野外大范围配备5G设备短期内并无可行性，因此5G网络在油田广泛应用推广不具备硬件技术条件。

而随着技术发展，油田精细化管理对野外生产现场的视频、现场抽油机电参、示功图、油水管汇压力、温度等数据的采集及传输要求不断提高，仅现场使用的视频摄像头已从几年前的200万像素枪机发展到800万像素高清球机，而仅800万像素的摄像头视频远程传输流量24小时为80G，这就造成仅生产现场的视频数据如使用4G传输，会产生高额的流量成本，且因野外存在大量4G信号质量差或无4G网络覆盖区域，4G网络仅可作为部分油田区域简单物联网建设的通讯解决方案。

通过铺设光纤到站(野外每个生产站点)实现油田生产现场数据远传，虽然通讯质量稳定，长期使用运营成本低，但前期建设投资巨大，目前油田生产区域铺设光纤专线的成本(包含油区占地赔付)已达到2.5万元/公里。油田生产现场多在离城镇较远的偏远山区，光纤铺设实际长度远高于平原地区，不大实用。

采用架设网桥设备进行全油田信息化数据传输，主要通过在所有油田现场建设高架铁塔(成本约为10万元/座)，搭载国外进口网桥设备进行整个油田生产现场组网实现数据互传，通过网桥进行的数据传输网络容易受到异常天气影响，且普通网桥无法保障大数据量的传输质量，进口高性能网桥虽然性能稳定，但加上铁塔建设成本，油田整体网络搭建成本基本与铺设光纤相当，但投用稳定性并不及以光纤通信的数据传输解决方案，因此也很难推广。

目前一方面各油田加速信息化建设降本增效势在必行，而当前信息化建设的基础在于解决野外生产现场高质量通讯网络覆盖实现数据远传，另一方面目前油田投资不足无法承担高成本光纤铺设或架设网桥的通讯网络建设模式，针对目前油田发展对高质量数据传输的需求与传统光纤及网桥建设高成本的矛盾，而基于mesh网络技术，研发的无线通讯设备，能够适应油田站库、山区、长输管线、移动作业等各类油田生产现场，以低建设成本替代基于传统无线网桥及光纤专线的油田野外生产现场数据传输网络延伸及组网。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于mesh网络的通讯电台终端，解决了目前野外架设网桥设备或铺设光纤专线存在的建设成本高、施工周期长的问题。

为达成上述目的，本实用新型提出如下技术方案：一种基于mesh网络的通讯电台终端，包括壳体，所述壳体上设置有天线，所述天线进行电台射频收发，所述电台设置有网络信号接口，通过网络信号接口接入光纤连接网络，并通过电台选择设置无线电收发频段，进行在一定频率内的无线电信号收发；

还包括射频模块、基带处理模块、网络协议模块、IP透传模块和供电模块，所述射频模块、基带处理模块、网络协议模块、IP透传模块和供电模块安装与壳体内，所述射频模块包括射频功率放大器，进行远距离无线射频收发，所述基带处理模块包括基带芯片，并实现物理层的纠错编解码、OFDM调制解调、信道均衡、多谱勒频移估计补偿和载波同步功能，所述网络协议模块通过配置MAC协议、mesh路由协议、实现电台组网网络态势感知及网络拓扑管理，所述Ip透传模块进行点对点、点对多点的抗干扰数据透传收发。

进一步的，在本实用新型中，所述Ip透传模块的工作频段为433M/470M/868M/915M。

进一步的，在本实用新型中，所述射频功率放大器的输出功率为37/40±1dBm的。

进一步的，在本实用新型中，所述天线在2.4GHz-5.8GHz频段进行数据通讯。

进一步的，在本实用新型中，所述壳体为铝合金防护外壳。

进一步的，在本实用新型中，所述壳体的底部安装有云台三角架。

有益效果，本申请的技术方案具备如下技术效果：

本实用新型通过野外适应性更强的网络通讯及无线电收发技术，对国内油田在野外生产时进行现场的音视频数据远距离传输，解决了目前野外架设网桥设备或铺设光纤专线存在的建设成本高、施工周期长的问题，本实用新型使用基于无线电收发技术的电台结合Mesh网络进行通信，无线电信号的收发无角度限制，且有一定的越障绕传性能，通讯内容可包含数据、图片、及音视频的传输，能够避免传输中断问题，安装调试简单，现场使用无需像部署网桥设备需要进行架高而建设或租用专用铁塔，设备的无线电收发通讯模式避障性强，更适合野外环境使用。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型结构示意图。

图3为本实用新型使用现场网络拓扑示意图。

图中，各附图标记的含义如下：1、壳体；2、天线；3、射频模块；4、基带处理模块；5、网络协议模块；6、IP透传模块；7、供电模块。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

如图1-3所示，一种基于mesh网络的通讯电台终端，包括壳体1，所述壳体1为铝合金防护外壳，进一步的，在本实施例中，所述壳体1的底部安装有云台三角架，所述壳体1上设置有天线2，所述天线2进行电台射频收发，所述电台设置有网络信号接口，通过网络信号接口接入光纤连接网络，并通过电台选择设置无线电收发频段，进行在一定频率内的无线电信号收发。

还包括射频模块3、基带处理模块4、网络协议模块5、IP透传模块6和供电模块7，所述射频模块3、基带处理模块4、网络协议模块5、IP透传模块6和供电模块7安装与壳体1内，所述射频模块3包括射频功率放大器，进行远距离无线射频收发，所述射频功率放大器的输出功率为37/40±1dBm的，所述基带处理模块4包括基带芯片，并实现物理层的纠错编解码、OFDM调制解调、信道均衡、多谱勒频移估计补偿和载波同步功能，所述网络协议模块5通过配置MAC协议、mesh路由协议、实现电台组网网络态势感知及网络拓扑管理，所述IP透传模块6进行点对点、点对多点的抗干扰数据透传收发，所述IP透传模块6的工作频段为433M/470M/868M/915M。

本实施例中的电台设备的供电模块7采用220V进行供电，天线2为两根玻璃钢全向天线，在5.8GHz/2.4GHz频段进行数据通讯。可以通过网络信号接口接入和路由器将电台接入光纤或者4G网络，并通过电台选择设置无线电收发频段，进行在一定频率内的无线电信号收发。根据电台功率，在5-10km半径范围内，可部署多个电台设备，通过设置相同频率，电台之间直接进行通讯，超出电台功率半径范围外的电台，在相同频段下可就近连接功率覆盖范围内的任意电台，间接实现电台间的通讯。因电台的无线电收发特性，同频段电台在电台功率覆盖范围内可自动扫描频段相同电台设备并自动连接，从而实现当频段内一个电台出现问题，临近电台设备的无线电数据会自动跳转至任意一个临近电台继续传输，避免传输中断，通信内容可包含数据、图片、及音视频的传输。

本实施例电台终端通讯标准：采用无线数传电台采用230MHz中心频率进行纯数字方式进行数据交换，通讯标准为：802.11a/g，5.8GHz/2.4GHz。

本实施例中的电台终端技术标准为：通讯响应时间<10ms，接收应用信息准确率100％；通讯故障率<5‰；通讯误码率<10-6；保证矿区内通讯无盲区；采用数字信号处理(DSP)技术，纯数字方式调制解调，接收灵敏度大于-108dBm，信噪比18-20db，信号强度-110—-90dBi；通讯带宽25KHz，无线传输速率19200bps；端口速率最高可达384000bps；采取校验和与指令校验多重机制，保证指令、数据传送不丢失。

电台设计技术规格如下：

无线标准：IEEE 802.11a/g；

频段:802.11a-5.15-5.25GHz，5.25-5.35GHz-5.470-5.725GHz(capable)，5.725-5.850GHz 802.11g-2.4-2.462GHz(Americas，FCC)-2.4-2.472GHz(Europe，ETSI)-2.4-2.497GHz(Japan，MKK)；

数据速率(Mbps):-6，9，12，18，24，36，48，54(802.11a/g/4.9)；

无线媒介:802.11a/g/4.9–OFDM；

调制方式:802.11a/4.9-BPSK，QPSK，16QAM，64QAM802.11g-DBPSK，DQPSK，CCK；

工作频段:802.11a-13(Americas，FCC)8indoor，5outdoor-13+(Europe，ETSI)，13(Japan，MKK)802.11g-11(Americas，FCC)-13(Europe，ETSI)，13(Japan，MKK)>>U.S.PublicSafety-2(4.955GHz，4.975GHz)；

发射功率(802.11a/g/4.9):26dBm；

LO(crystal)频率稳定度:+/-20PPM；

湿度：10－95％无冷凝；

工作温度：－40度至+80度；

物理规格：12"高x 10"宽x 6"厚(不含配件)，重量:14.5lbs(6.58Kg)，IP67防水能力；壁挂和抱杆安装；

电气规格。电源输入：自感应120/240VAC 50/60Hz，内置ANSI/IEEE C62.41C3级别集成的分支电路保护；交流功耗：典型30W，最大65W；直流输入：24V，最大6A；

安全认证：认证:支持WEP，WPA，WPA2/802.11i(AES)，802.1x，加密:IEEE802.11i；

电台终端技术特性：高性能和远距离通信能力，业界领先的多跳后持续的高带宽能力，板卡化设计，支持任意射频技术、任意配置的无线网络技术，支持多达6个射频单元，以处理不同的业务类型，支持无线Mesh网络独有的高移动性，任意射频技术、任意无线模块数量、任意信道的灵活部署，满足无线组网和用户覆盖使用，多跳后更高的带宽、更低的时延，支持实时的语音、视频和数据应用；

电台终端网络安全性：检测、报警并阻止2.4及5.8GHz中未经授权的接入点。SNMPv3和SSL提供保护，防止通过管理接口进行未经授权的接入点参数更改。最高级的鉴权和加密算法，包括相互鉴权、信息完整性检查(MIC)、按数据包散列密钥初始化矢量和公共密钥轮换。支持静态MAC地址过滤、网络协议过滤、代理ARP、组播/广播风暴过滤、TCP/UDP端口过滤、同一AP服务区内部数据流过滤和生成树等采取校验和与指令校验多重机制，保证指令、数据传送不丢失。自动信道选择(动态频段选择DFS)，支持的加密方法和加密位。支持业界标准安全协议。支持RADIUS，WPA，EAP-MD5，EAP-TLS，PEAP-TTLS认证。支持AES的802.11i(WPA2)，WEP加密。可基于每个SSID设置MAC地址ACL(Access Control List)。

电台使用的Mesh网络通讯方式：

①、Mesh邻居发现：

Mesh发现是Mesh网络建立过程中的第一步，Mesh节点(MP)通过主动发送ProbeRequest探测帧，或侦听Beacon帧，来收集邻居信息。Beacon或Probe帧中包含Mesh ID、MeshConfiguration以及安全能力等相关信息，MP从接收到的Beacon或Probe Response帧中解析发端MP的Mesh profile信息，与本端Mesh profile信息进行匹配。只有当扫描双方的Mesh profile匹配时，双方才可以建立邻居关系。

②、Mesh邻居连接管理：

MP在选出候选邻居信息后，可以与之发起Mesh连接建立过程。协商Mesh连接的双方需要确保使用相同的Mesh profile。

每个MP根据需要可以建立一条或多条Mesh连接，Mesh连接建立后，需要继续进行后续的认证和安全协商，之后Mesh连接才可以参与Mesh数据转发，连接双方中任一方，均可以主动向对方发送邻居连接关闭消息，以关闭双方间的Mesh连接。

③、Mesh通信数据转发：

对于目标设备硬件地址为单发地址的数据帧，首先查找转发表项。若查到匹配表项，则将数据帧由该表项对应的Mesh链路发送出去；若未匹配任何表项，则将该数据帧从所有处于活跃状态的Mesh链路发送出去。

对于目标设备硬件地址为组发或广播地址的数据帧，MP将数据帧从所有处于活跃状态的Mesh链路发送出去。

本发明通过野外适应性更强的网络通讯及无线电收发技术，为国内油田在野外生产现场生产及音视频数据的远距离传输提供了除使用设传统网桥设备及光纤专线外进行野外网络延伸或覆盖的高性价比解决方案。解决了目前野外架设网桥设备或铺设光纤专线存在的建设成本高、施工周期长的问题。相比使用传统工业网桥设备或铺设光纤专线具有以下优点：

①、Mesh自组网电台终端组成的无线互连系统被称为无线MESH网络，无线网桥组成的互连系统被称为无线分布系统(WDS)，其中网桥组网传输过程中要求直线视距对照传输，有固定的信号覆盖角度，且连接通信质量的强度受两站间正对角度偏差影响。而Mesh网络组网设备采用360°全向天线2自动扫描连接，组网传输中每个节点都是AP，且一旦组网中某个AP可用率下降，数据将会自动重新选择一个AP进行传输，网络传输的稳定性远高于WDS通讯系统。

②、从拓扑结构上看WDS通讯技术在通讯上属于单跳网络，即点对点互传，一个固定的主AP被多个从AP设备共享使用，随终端设备数量的增多，主AP的通讯网络可用率会大幅下降，而Mesh网络是通过增加节点提高传输距离，每个点之间可任意跳转连接，所以每个节点的传输功率并没有提高，这减少了相同系统内的无线干扰，提高单个信道的信噪比，使得同一个mesh网络中相同信道可重复使用。WDS通讯技术如传输过程中遇到障碍物遮挡，需要增加中继站转发数据，而Mesh网络同时多跳的网络传输方式支持通过中间节点的跳跃，允许MESH网络传输绕过障碍物。

③、当多站进行网络延伸情况下，WDS通讯系统连接中任意中继站点出现故障，整路传输中断，而Mesh组网设备不分主站及中继站，连接中任意站点出现故障，数据自动跳转至临近站发出，不会出现传输中断，且当网络中任一节点掉线或数据带宽不足时，下游节点会自动将路径切换到其他空闲路由节点上，

④、无线通信中由于外界对无线信号的干扰，传输距离越远信号失真越严重，需要增加更多的信号校验，所以相同发射功率下，无线范围越远数据速率越低。Mesh组网技术通过增加节点，提高了远距离时单位范围内的无线信号功率，所以能获得更高的数据速率。

⑤、安装调试简单，现场使用无需像部署网桥设备需要进行架高而建设或租用专用铁塔，设备的无线电收发通讯模式避障性强，更适合野外环境使用。

远距离传输无需架设专用中继站，与使用网桥设备进行网络延伸情况下需要工业级专用定向中继站相比，同样的传输距离，可大幅降低设备及安装成本。

⑥、因无线电收发可进行360°收发，相同传输距离，与在野外铺设光纤或架设网桥相比，可大幅降低设备部署的工程量。

因不使用无线网桥所用的微波通讯，设备在野外部署不受风力发电等强电磁干扰，数据传输稳定性更高。

⑦、采用Mesh网络通讯技术，相比网桥及光纤专线一个点出现故障整路通讯全部中断，本发明可在单个设备出现故障的情况下，数据自动跳转至临近的站点实时发送，不会造成数据传输中断，从而导致远端数据分析系统数据丢包影响数据分析结果。

⑧、同时设备还具备以下智能化操作功能：

1)、数据通讯等级排序：

等级排名保证了有多个协调器的系统隔离和控制传输的机制，以减轻重叠覆盖区域中的碰撞。系统中的每个协调器都会自动分配一个列组，从主协调器开始(主协调为列组0)。最多使用4个级别的排名，然后对需要更多层的系统重复。

远程客户端会有线选择最低级别的协调员，无论其距离远近。Mesh网络成为一种有效的网络拓扑，必须执行路由功能来发现网络中到每个目标的路径，以确保选择最佳路径。Mesh网络中的所有单元，包括远程客户端，都可以按需要开启或关闭路由功能。

2)、智能路由：

将单元开启路由以提供冗余，并为路由数据传输提供备用路径，可以共享网络负载。一般来说，在网络边缘的远程客户端不需要开启路由。

3)、最佳传输路径自动计算：

在路由请求/路由发现过程中，可能会返回多个路由作为最佳路由的候选路由。通过计算跳数和跳间信号强度的成本指标，可以确定哪条路由是最佳路由。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种基于mesh网络的通讯电台终端，包括壳体，其特征在于：所述壳体上设置有天线，所述天线进行电台射频收发，所述电台设置有网络信号接口，通过网络信号接口接入光纤连接网络，并通过电台选择设置无线电收发频段，进行在一定频率内的无线电信号收发；

还包括射频模块、基带处理模块、网络协议模块、IP透传模块和供电模块，所述射频模块、基带处理模块、网络协议模块、IP透传模块和供电模块安装与壳体内，所述射频模块包括射频功率放大器，进行远距离无线射频收发，所述基带处理模块包括基带芯片，并实现物理层的纠错编解码、OFDM调制解调、信道均衡、多谱勒频移估计补偿和载波同步功能，所述网络协议模块通过配置MAC协议、mesh路由协议、实现电台组网网络态势感知及网络拓扑管理，所述Ip透传模块进行点对点、点对多点的抗干扰数据透传收发。

2.根据权利要求1所述的一种基于mesh网络的通讯电台终端，其特征在于：所述Ip透传模块的工作频段为433M/470M/868M/915M。

3.根据权利要求1所述的一种基于mesh网络的通讯电台终端，其特征在于：所述射频功率放大器的输出功率为37/40±1dBm的。

4.根据权利要求1所述的一种基于mesh网络的通讯电台终端，其特征在于：所述天线在2.4GHz-5.8GHz频段进行数据通讯。

5.根据权利要求1所述的一种基于mesh网络的通讯电台终端，其特征在于：所述壳体为铝合金防护外壳。

6.根据权利要求1所述的一种基于mesh网络的通讯电台终端，其特征在于：所述壳体的底部安装有云台三角架。

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