电力线无线Mesh网络技术建议书.docx
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电力线无线Mesh网络技术建议书
长春电力
MESH技术方案建议书
Strix中国
2010年1月31日
目录
第1章、需求分析3
1.1、概述3
1.2、用户需求4
第2章、Strix公司和技术介绍6
2.1、Strix公司介绍6
2.2、Strix产品介绍7
2.3、Strix产品特点8
2.4、Strix解决方案优势10
第3章、技术解决方案11
3.1、方案设计11
3.1.1、系统介绍11
3.1.2、工作方式12
3.2、无线基站分布14
3.3、无线网络容量和业务分析14
3.4、方案解决的问题15
3.5、方案的典型应用17
3.6、设备清单19
第4章、设计原则20
4.1、高可用性原则20
4.2、安全性原则22
4.3、高机动性原则23
4.4、可管理性原则23
4.5、可扩展性原则25
4.6、经济性原则25
第5章、Strix产品介绍26
第1章、需求分析
1.1、概述
随着电力行业的快速发展，电力产业的信息化建设变得越来越至关重要；尤其是在雪灾等恶劣天气、地震等灾情下，及时了解电力设备工作情况，保障电力设施安全、稳定可靠的工作，已经成为电力行业紧迫的需求。
对于电力线沿线的多跳无线视频监控也是Strix无线Mesh解决方案的主要特点，可以充分满足恶劣地理条件下的远距离、大规模的无线视频传输，通过5-10跳的无线组网，最终实现多路视频的实时回传，解决了传统光纤方案的实施周期长、成本高等问题，保证了电力系统稳定的工作、安全可靠的保障。
StrixMesh依靠多跳、远距离的高性能无线传输系统，大幅度的减少了光纤网络建设工程，通过2.4GHz/5.8GHz高频微波在电力线沿线架设无线Mesh网络，将变电站、电力设施等处的数据视频监控系统的视频信号，进行实时回传，以满足电力传输系统的远程监控和安全保障工作。
Strix采用革命性的Mesh（网格）技术，节点之间采用无线级联方式通信。
同时每个节点都可与其他节点使用点对多点（point-to-multipoint）的方式连接，无线级联没有跳数的限制。
1.2、用户需求
下面就针对本次电力系统的需求进行简要的描述和分析：
需求：
建设无线监控系统，要求采用先进的无线网络技术，要求无线网络安装方便、可靠性高、安全性高。
分析：
就目前无线网络的发展来看，先进的Mesh技术是无线网络发展的方向。
●Strix无线Mesh网络采用“网格”状的组网结构，可以自由扩展，安装非常灵活、方便。
●Strix无线Mesh网络是一种智能的网络，网络自身可以自动组网、自动故障隔离、自动网络优化，具有很高的可靠性和稳定性。
需求：
本次电力系统的项目中，无线设备要求在光纤资源缺乏的野外的高压线沿线架设，要求无线Mesh设备有良好的多跳性能和稳定性延伸监控范围。
分析：
Strix无线Mesh基站使用模块化的、多频、多信道、多RF的方式展示高级的回程方式，根据现场环境满足每根电力杆架设一台基站，以便实现更好的现场图像获取和远程监控，并且通过Strix无线Mesh网络良好的多跳性能延伸监控范围，降低光纤点的数量
需求：
因本地区环境恶劣，且本项目大部分设备需在野外安装使用，要求无线网络设备应能在恶劣的地理环境中工作。
分析：
由于本地区的环境恶劣，对无线网络设备的选取将变得格外严格，Strix设备经过相关管理部门严格的测试认证，达到以下的各项指标，完全满足项目需求。
Ø工作温度：
-40°C到+55°C
Ø储藏温度：
-50°C到+85°C
Ø天气等级：
IP67防风雨
Ø可承受风速：
>165mph
Ø可承受风力（165mph）：
<1024牛顿
Ø抗盐/雾/生锈特性：
Mil-STD-810F509.4
Ø抗击打和抗震性：
ESTI300-192-4规格T41.E，Class4M3，Mil-STD-810
需求：
本电力系统无线项目要求建设的无线网络系统能够有很好的投资保护，能够进行长期平滑的技术升级。
分析：
目前无线网络的技术发展速度非常的快，本项目建设好之后，如何保障建设的无线网络系统不过时，如何能够跟随技术的发展进行平滑的技术升级是非常重要的。
这正是先进的StrixMesh模块化设计的优势，可以通过简单的替换的功能模块就可以实现长期的、平滑的技术升级，这一点是其它无线网络产品难以作到的。
需求：
要求在整个高压线沿线区域能够提供无线IP电话服务、无线视频监控服务等，用于工作人员的通信和指挥调度等。
分析：
StrixMesh无线网产品的全套无线IP电话解决方案，包括无线视频监控、应急通讯指挥等领域都有完整、成熟的应用案例。
相比较传统方式的电力线沿线监控技术，无线Mesh技术提供了革命性的宽带组网技术，可以完全实现电力线沿线视频监控的需要，解决传统监控方式遇到的以下问题：
1.高压线沿线光纤资源不可用，重新架设光纤费用昂贵，技术难度大，因此无法采用有线通信方式解决现场的视频监控
2.直升机、无人机方式耗费大量的租用费用，即需要人员车辆赴现场配合，并且无法及时实时的获取现场情况
3.运营商GPRS、CDMA或者3G信号往往在部分高压线沿线没有信号覆盖，也就没有办法提供远程通信，并且3G等技术还不能提供宽带的通信质量，对系统应用有很大的限制
综上所述，无线Mesh技术作为远距离无线、多跳、组网的首选技术方案，可以解决电力线沿线监控的落后、被动的局面，更好的服务于特高压变电等电力线的实时、及时的远程监控，满足了日常维护和应急通信等不同场景下的使用。
第2章、Strix公司和技术介绍
2.1、Strix公司介绍
美国Strix系统公司总部位于美国加州洛杉机，由风险基金于2000年投资建立并拥有业界的强大合作伙伴，如Intel,Atheros和三星。
作为高性能无线Mesh（网状网格）网络接入系统的领先厂商，Strix系统公司根据无线网络发展的趋势所提出的Access/One™Network架构及系列产品，可以完全摆脱对线缆部署和传输资源的依赖，建立起真正意义上的无线局域网络，引领着Wi-Fi业界一次新的革命。
Strix系统公司致力于新一代Mesh无线局域网、城域网技术和产品的研发和制造，并在全球范围内推广。
从2005年开始，StrixSystems连续三年蝉联全球Mesh市场销售额第一名。
2007年2月，Samsung战略性投资StrixSystems，双方计划通过就Wi-Fi和WiMAX两种无线城市技术进行合作，满足近期项目需求以及远期技术发展和融合的要求。
在7年时间里，StrixSystems得到了来自于风险投资6500万美金的投资，并且将于2008年达到4.5亿美金的融资规模。
2008年10月，Strix引入了全球投资者的战略投资，以进一步促进公司在美国和国际市场的加速成长、快速扩张和新技术开发，提高Strix在美国和国际销售及支持组织的规模，扩大其市场和教育资源，为无线网状网络在全球范围内的采纳推波助澜。
同时，Strix在印度设立了研发中心建立了全新的工程设计机构，从而增强公司的全球研发和技术支持网络。
Strix中国区代表处成立于2004年6月，是业界最早在国内推广无线Mesh技术的先驱。
多年来，Strix中国区为运营商和非运营商客户提供了高质量的无线Mesh网络部署实施。
Strix中国积极的推进本地市场和建立本地支持。
网络产品和方案广泛的用与电信运营商市场、如上海移动、江苏移动、宁夏电信、新疆电信等多个大型的城市、园区网络部署；并且为非运营商市场中的高质量用户提供了大规模的组网实施，包括北京市政府、北京市西城区公安分局、奥运安保、阳泉煤矿集团、神华煤矿集团、东风本田等城市级别、区域级别的无线Mesh网络；被业界普遍认可为最适合高性能高可靠性、大规模大范围、高速移动漫游的无线Mesh解决方案。
2.2、Strix产品介绍
Strix提供了无线Mesh业界最全面的产品线，下图为产品示意图：
Access/One产品家族共包括：
●室内型Mesh设备–IWS（IndoorWirelessSystem）
●室外型Mesh设备–OWS（OutdorWirelessSystem）
●固定CPE设备–EWS（EdgeWirelessSystem）
●移动CPE设备–MWS（MobileWirelessSystem）
●Hot-spot设备–HSx（Hot-SpotSystem）
●专业可定制板卡–OWS-11AG-XX
●网络管理系统–Manager/One
其中，
●IWS产品基于模块化设计，支持4种类型的不同RF配置，满足室内Mesh组网需要
●OWS包括2个系列共5个型号，支持2模、4模和6模，是业界性能最高的无线Mesh基站产品
●EWS产品支持2个型号，分别提供2.4GHz单模、2.4GHz/5.8GHz双模的CPE
●MWS产品满足了作为移动车载设备，满足了公共安全、应急和军队等行业应用需求
●HSx产品是业界唯一的低成本双模Mesh设备，用于热点、区域、城域组网和覆盖
●Strix为OWS设备提供专业的板卡定制服务，满足不同类型用户的特殊应用需求
●Manager/One专业的Mesh网管系统，提供批量配置、统一管理能力
2.3、Strix产品特点
Ø二层Mesh组网技术
⏹业界最稳定、高效的二层Mesh组网协议
⏹避免了三层Mesh组网协议自动组网速度慢、网络拓扑收敛慢、协议负荷高等多个问题
⏹性能和组网收敛特性均优于三层Mesh组网协议
Ø多无线技术、多频点、多扇区的高性能Mesh网络
⏹StrixAccess/One多射频技术、多频点、多信道的OWS室外型基站设备
◆单Mesh基站支持2.4GHz、4.9GHz和5.8GHz，可任意用于设备无线互联和用户无线覆盖
◆Mesh基站最多支持6模配置，是业界容量最高的无线基站设备
⏹多模块技术、多跳组网能力强
◆为无线Mesh互联组网提供多个802.11a无线模块，每个模块都可以工作与4.9GHz频段或者5.15-5.85GHz频段
◆确保每跳无线网络的带宽损耗低于6%，支持15跳以上的无线组网
◆单跳最远距离可达40公里，15公里后提供8Mbps稳定带宽
⏹根节点位置使用多扇区组网技术（3扇区、6扇区等），充分的将光纤点的带宽资源注入到无线Mesh网络
⏹多网关备份能力，充分的利用传输资源，负载均衡冗余备份
⏹抗干扰能力
◆利用StrixOWS设备的智能频点扫描和多频点规划能力，避免无线Mesh网络系统内的干扰问题
◆配合扇区和定向天线，减少Mesh组网和覆盖受到外界干扰的机会
Ø自动修复能力和自动性能调整能力
⏹采用二层Mesh技术组网，分布式智能快速建立Mesh拓扑和收敛网络
⏹Mesh网络的自动修复能力和自动性能调整远胜于三层Mesh组网协议
⏹每基站均根据信号强度、链路质量、跳数、性能、时延等多种参数的加权平均值建立具有多个Mesh链路的路径表，根据网络可达性和链路指标进行自愈和自动链路性能调整
⏹网络自愈或者Mesh链路切换不会造成用户业务中断，毫秒级切换对用户完全透明
Ø灵活组网–空间多层次组网
⏹多个射频技术和频段灵活使用，2.4GHz、5.8GHz和4.9GHz均可用于无线覆盖和无线互联
⏹多层次组网--无线Mesh网络由三层组网，形成立体的、有层次的分布式无线Mesh网络架构
◆无线建筑物楼顶铁塔高度的Mesh汇聚层
◆街道沿线灯杆高度的Mesh分布层
◆道路、小区和园区、热点和室内的Mesh接入层
⏹充分利用建筑屋顶、通讯铁塔和灯杆等不同高度的安装位置
⏹支持配合不同类型的天线-全向天线、板状天线、扇区天线和抛物面天线等实现无线Mesh设备互联和网络覆盖，都可以通过选择相应的外接天线和调整天线垂直角度，以实现最大化的组网灵活度和多层次的组网
Ø高速移动、快速切换支持
⏹支持300公里时速高速移动下的快速切换
⏹满足高速移动下视频、语音和数据等业务的传输
Ø安全性
⏹无线Mesh网络内建可信机制、保证Mesh设备统一认证和互信
◆系统统一认证无线Mesh设备，管理人员在网络管理系统中可通过一次性的操作批量认证和授权Mesh设备
◆未经认证授权的Mesh节点将自动阻断用户数据，保证网络数据私有性
◆AES强制加密方式实现MeshAP之间的链路安全性
⏹面向用户接入的多种安全机制
Ø管理性
⏹跨三层网络的统一网管系统，可针对整个网络、子网和设备等3个级别进行批量配置、统一配置
⏹支持统一SNMP网管，支持事件和告警等多种功能
2.4、Strix解决方案优势
ØStrix专利的DMA二层Mesh组网协议：
同样覆盖区域同样成本的情况下，Strix无线Mesh网络提供最高带宽、最低时延，更适合视频、语音和数据Triple-Play业务。
DMA二层Mesh算法解决了传统二层算法的广播问题、以及三层算法的收敛速度和切换问题，能最有效的利用无线Mesh网络资源，提供业界性能最佳、稳定性最高的组网。
ØStrix业界最高的性能满足大规模、大范围的无线组网
Strix最高提供6模块的室外无线Mesh基站设备，支持15跳以上的多跳组网，提供40公里远距离无线链路等技术，为室外城市、城区、园区组网提供了高性能、大范围的成熟组网方案。
Ø支持高速移动和快速切换
StrixDMA协议支持300公里时速的高速移动和快速切换，在铁路、高速公路等交通领域有着广泛的应用，能够满足用户对于移动组网、临时组网的需求。
StrixSuperCloud技术也为跨子网漫游提供了无缝切换能力。
Ø管理性和安全性
Strix提供了专用网管系统Manager/One并且支持，提供对整个网络的全面管理、批量配置功能。
Strix的Virtual/Strix技术提供了强大的用户安全性和Mesh组网安全性。
第3章、技术解决方案
3.1、方案设计
3.1.1、系统介绍
本方案采用StrixMesh无线组网解决方案，实现无线网络覆盖，对固定监控、移动监控和应急临时监控及VOIP语音服务提供宽带无线接入。
系统特性
⏹按照每根电力杆架设视频监控点的设计，基站间距为500米
⏹固定基站采用OWS2400-20四模无线Mesh产品，任意两台基站之间的通信距离最远可达40公里盖（视具体监控摄像机的密集度，以及现场环境的可达性有所不同）
⏹通常在电力线沿线每1-2公里架设基站，如下图所示：
⏹固定基站的系统骨干连接采用5.8GHz频段的无线互联，配合高增益的定向天线；最大限度的节省光纤架设或者租用成本
⏹固定基站对周边的手持终端和移动车辆提供无线覆盖，在传输高清晰照片和视频传输的同时，该无线系统还同时支持其他的应用
⏹数据传输
⏹语音功能
3.1.2、工作方式
无线基础架构系统由StrixAccess/One网络节点，使用multi-channel、multi-radio的方式组建Mesh无线网状网络。
⏹Mesh拓扑结构保证任何两个之间链路视距可达，基站就近相连
⏹每无线网络节点内置多个功能不同的模块，分别处理用户接入和Mesh骨干业务，每跳带宽损耗低
⏹每无线网络节点可采用多个不同的信道同时工作，全网充分利用了2.4GHz和5GHz频段，提供效能并且避免大规模覆盖的干扰
⏹支持高速移动和快速切换
Mesh基站配置
无线宽带系统中主要使用四模块无线Mesh基站OWS2400-20
无线Mesh基站OWS2400-20
无线Mesh基站使用OWS2400-20设备。
该设备内置2块802.11a模块和2块802.11g模块。
两块5.8GHz模块分别处理Mesh上行、Mesh下行的通信，保证了无线网络多跳的高带宽和低时延。
该基站的具体配置如下：
ØOWS2400-20
Ø内置2块5.8GHz11a模块和2块2.4GHz11g模块
Ø多模块节点作为多跳Mesh骨干中继节点
✧1个802.11a模块用于Mesh上行无线链路
✧1个802.11a模块用于Mesh下行无线链路
✧802.11g模块用于其他无线终端的接入
Ø设备安装
⏹设备和天线抱杆安装，具体安装设备和天线参考OWS安装手册
Ø供电选择
⏹设备支持本地或直流供电，交流电压范围110-240V，直流供电范围24V
⏹若采用风能或太阳能供电，需要考虑系统设计，使系统在连续多个阴天的情况下依然可以提供充足的电量，保持系统正常工作
设备接口和天线配置如下图所示：
固定Mesh基站安装在专用的抱杆之上，配合5.8GHz定向天线进行设备无线互联和无线接入。
如下图所示：
3.2、无线基站分布
无线基站主要分布在高压线沿线，分布图如下：
其中，红色为无线网络根节点位置（光纤传输点位置）；其他为无线中继设备
●设备主要放置在高压线沿线，共需XX台无线Mesh基站设备，每个根节点设备需要1条100Mbps以太网接口
●具体的光纤节点按照实际组网需要再行考虑
在实施前的现场勘测阶段将根据初步设计，进一步的充分听取用户的建议，并且考察安装、供电的工程因素后，以决定具体的安装位置和安装方式。
3.3、无线网络容量和业务分析
无线Mesh网络系统整体容量：
Ø根节点采用了OWS2400-20设备
⏹内置2个802.11a无线模块
⏹单个802.11a5.8GHz射频模块提供15Mbps汇聚吞吐量（保守计算下的平均吞吐量）
⏹根节点MWS100-HSX20的2个11a无线模块，将配合5.8GHz扇区天线，分别接入中继节点
⏹根节点处的总的汇聚吞吐量为30Mbps
Ø无线Mesh中继基站采用优化的Mesh算法进行互联
⏹采用信号强度、网络时延等参数的加权平均值来作为评估无线链路性能的指标
⏹总是选择性能最佳的做为主链路，其他链路作为备选
Ø系统总体容量与根节点数量（即光纤节点数量）有关，通过增加落地的光纤节点数量就可以成倍的增加网络总体带宽
监控业务容量需求：
Ø按照150公里长电力线估算
Ø每500米架设之间，共需300个Mesh基站设备来传输视频图像或图片
Ø监控主要需求为静态高分辨率的图片，而非连续图像；并且每天每基站回传5张图片即可满足需要（按照每张图片压缩后2M字节计算）
Ø总体业务容量约3G字节的容量
按照单台根节点设备30Mbps带宽计算，只需要不到15分钟即可完成所有图片的传输；考虑实际环境影响以及远距离组网时延等影响，建议采用分时方式进行图片传输。
总体来说，无线Mesh网络提供了充分的带宽，可以完全满足电力线沿线的视频监控和图片传输的需要。
3.4、方案解决的问题
点到多点的拓扑限制问题
通常说来，传统的网桥在大范围内部署无线网络都会遇到远距离的限制问题，处于网络边缘的基站不能就近连接，必须与处于无线网络的中心基站进行介入，为远距离的大范围无线建网以及未来的网络扩展带来很多的限制。
StrixMesh拓扑结构引入了网状网络的概念，完全不需要所谓的中心点-任意两个无线节点之间都可以连接，对于每个无线节点都有一条到多条的无线链路可供选择。
Mesh无线网状网的特性轻易地解决了点到多点的拓扑限制问题问题。
光纤成本和Mesh多跳后的吞吐量损耗问题
利用Mesh拓扑结构的特点，在进行大规模无线网络所遇到的阻挡问题，可以非常容易进行规避。
但是，Mesh拓扑将在无线网络中引入更多的无线跳（hop，每经过一个无线设备叫做一跳）；如果每跳带来的吞吐量损耗过大（如single-radioMesh单无线射频网状网每跳加入50%以上的吞吐量损耗），就势必需要更多的光纤等有线回程线路，从而导致项目整体成本的飙升。
StrixMesh采用独特的multi-radioMesh（多无线射频网状网）技术，极大的降低了每跳的吞吐量损耗，如下表所示：
在实验室环境下，每跳损耗小于1%；在实际应用中，每跳损耗可达到低于10%。
因此，在本方案中，10端固定基站的设备之间的带宽损耗极小，在从头到尾的端到端的网络中，可以提供至少10Mbps以上的吞吐量。
无线网络冗余特性
当所有无线Mesh基站启动运行后，各个基站将自动决策到有线网络的最优路径，随之产生的Mesh拓扑将基于网络性能进行流量的负载平衡。
如下图所示：
当电力线沿线任何一个铁路站点的光纤点发生故障，该区间内的固定Mesh基站将自动的调整无线链路，重新汇聚到就近的另外一个站点的光纤点，如下图所示：
当电力线沿线任何一个固定基站发生故障时，受到影响的固定Mesh基站将自动的调整无线链路，按照性能最优的方式重新进行汇聚，如下图所示：
3.5、方案的典型应用
StrixAccess/One无线网络具有自我组织、自动配置、性能自动调节、链路自动修复等特性，支持负载均衡和冗余备份功能，为区域范围内的无线监控和移动无线监控提供了稳定可靠的承载平台。
可满足以下应用：
⏹无线视频监控
◆电力线沿线远程监控—在电力线沿线设置无线Mesh基站和视频监控摄像头，通过Strix高性能多跳Mesh网络，将沿线的视频监控图像实时地回传到调度中心，电力企业的工作人员可以便捷地对必要区域、实时地监控系统作业和查看系统参数，尤其适用于一些关键线路或者无人值守区域，可以确保安全生产，杜绝事故隐患，提高生产效率
◆电力设施设备和财产监控--通过采用无线方式对电力设置或者电厂等关键区域进行布控，摆脱光纤的传输限制；一方面减少了有线电缆的部署成本和企业内施工对生产的影响和不可行性；另一方面也可以便捷调整对现有电力设施和场所的无线覆盖，例如增减及变更监控点，随时满足安全生产和保障需求
⏹无线语音通信--StrixMesh网络有能力对电力线沿线的变电站等站点以及电力企业大面积区域进行无缝信号覆盖，通过Wi-Fi语音通信系统，为电力企业提供企业内部的免费通话平台，大幅节省企业通信费用，并提高工作效率。
企业工作人员在无线覆盖区域内，可以享受免费的移动语音通信，使用Wi-Fi手机与总控室沟通汇报现场状况；同时也可以降低与外部通信成本
⏹无线数据采集--StrixMesh网络所提供的数据服务，使供电/发电系统观测站等值班作业信息化、无纸化，并且在总控室可以看到每个电力设备系统的参数监测，电流、温度、相关越限告警信息，以及非法闯入告警
⏹企业移动办公--Strix的无线Mesh网具备的大面积广泛覆盖能力，对于电厂和大中型变电站等占地面积大的电力企业，可以将电力企业的办公区和生产区无缝连接在一起。
工作人员可以在电力企业内，随时随地接入相关网络进行数据查询、生产调度和通信联络等
⏹应急通信--在有关移动车辆上安装StrixMesh节点。
车载Mesh节点可与固定Mesh节点相配合，建立无线链路，支持移动视频监控应用。
在电力企业室外临时的，或急需无线信号覆盖的区域，可通过车载点覆盖一定的范围并与电力企业无线Mesh网络互联，为该区域在最短时间提供应急通信服务，如数据，语音，视频。
基于Mesh技术的Access/One无线网络支持完全无线的方式进行网络建设，可以迅速地进行无线网络搭设，具有高机动性、
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