某水务集团水库视频监控无线传输解决方案
一、功能需求
某水务集团下辖 7 个淡水水库，库区水资源由陆地管道输送而来。每个水库周边原本都有视频监控点，但随着设备老化和修路施工等原因，部分视频监控点损坏以致无法继续使用，另外，为了更全方位地检测水库数据及安防监控，需要增加若干无线通讯视频监控点和广播点。无线通讯装置采用国家允许的通用工作频率（5.8G），所选择的通讯方式必须保障数据传输的稳定可靠。
无线通讯系统配置避雷装置，保障通讯系统正常。无线通讯装置安装在下部平台合适位置，天线的安装位置结合现场实际情况确定。
二、方案设计
2.1设计说明
（1）整个无线网络均采用 802.11ac 大功率工业 WiFi 设备，具有带宽大， 抗多径干扰能力强，网络传输速率快的特点。
（2）工作频段选用 ISM 全球免执照运行的 5.8GHz 频段。
（3）天线选择玻璃钢定向天线。
（4）设备安装在机柜内，天线安装在支架上。设备体积小，所需安装空间比较小。
（5）室外天线安装专用 0-6GHzGHz 避雷器。避免雷电对大功率无线设备的损坏。
（6）采用就近获取电源的方式。电源采用 24VDC。
（7）监控摄像头必须采用以太网传输方式。
（8）广播设备必须支持以太网传输方式
建议：建议使用太阳能供电，可避免延水库周边铺设电缆。
三、硬件设备
3.1 无线通讯模块
无线通讯装置我公司选用加拿大WitLinc生产的WL-245H-S型工业大功率WiFI通讯模块， WL-245H-S工业大功率WiFI模块为工厂、SCADA 自动化、 过程控制系统和移动办公，Wi-Fi 基础设施等提供安全可靠的无线解决方案。该无线模块工作在 5 GHz频段。工作模式可以支持：AP、Repeater、Client模式。802.11ac 技术带来高达 1.3Gbps 的快速数据传输速率。同时在恶劣的工况条件下，保证网络连通的稳定性。快速漫游技术可以使移动中的无线设备在50 ms 以内完成在不同AP之间的切换，从而解决了以往快速移动设备采用无线通信时常出现的通讯中断的问题。
模块说明：
WL-245H-S 无线通讯模块专为工业应用而设计，最大发射功率可到1W，可以广泛应用于石油&天然气、煤炭、矿山、钢铁、水处理、新能源和其他工业行业。通过该模块可以方便的将现场的 PLC、变频器、DCS 以及现场仪表进行连接。
WL-245H-S无线模块基于802.11ac MIMO技术，拥有2个802.3以太网端口，1个WAN端口，1个LAN端口。不同IP段的系统都可以通过WL-245H-S模块连接。
- 无线安全策略遵从集中管理(802.11i)，通过QoS控制数据优先级（802.11e）
- 支持802.11AC无缝漫游（802.11r），切换时间小于50ms
- 可支持国别选择（802.11d）
- 支持动态频率选择（DFS）空时块编码（STBC）
- 无线传输8-10km
- 无线速率可到1.3 Gbps （OFDM）组播，3×3 MIMO技术
- 2个带路由功能的1000Mpbs以太网端口
- 支持基于5.150GHz-5.875Ghz的WiFi 802.11a/n/ac
- 支持路由功能，可通过网页设置静态路由表
- 强大的防火墙功能，端口转发，NAT
- 支持视频监控与控制系统同时传输
- -40°C to +70°C ——工业室外环境中，长期稳定运行
- 可支持WiVPN
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技术规范 |
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无线 |
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无线标准 |
支持IEEE 802.11n, 802.11h, 802.11i,802.11a, 802.11g,802.11ac (Legacy)无线标准 |
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信道数据速率(802.11a/g/n/ac) |
1300,900,300,150,54, 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6 Mbps |
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频带 |
5.150 GHz to 5.850 GHz |
36 to 165 |
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传输功率 |
0-30 dBm (802.11ac) 可调 |
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接收灵敏度 |
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发射功率 |
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安全性 |
64/128-bit WEP (Wired Equivalent Privacy) WPA & WPA-PSK &WPA2 -PSK(Wi-Fi Protected Access) MAC ID filter |
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硬件规格 |
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重量 |
1.2 lbs （543g） |
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安装 |
铝制 DIN导轨 |
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接口 |
2×RJ45（10/100/1000Mbps），3×SMA，1×DB9，1×Rs485，2×DO |
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温度 |
工作：-40℃ - 70℃ 存储：-40℃ - 85℃ |
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相对湿度 |
95% (不结露) |
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冲击 |
IEC 60068 2-6 (20g, 3-Axis) |
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振动 |
IEC 60068 2-27 (5g, 10Hz to 150Hz) |
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电源 |
9-36 VDC |
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功率 |
工作: 130mA@24VDC 最大: 250mA@24VDC 平均:160mA@12VDC |
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相关认证 |
CE、RoHS、FCC |
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3.2 天线：WL-5512-O
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型号 |
WL-5512-O |
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频率范围-MHz |
5150-5850 |
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增益 |
12dBi |
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驻波比 |
≤2.0 |
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前后比 |
≥30 |
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极化方式 |
水平 |
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最大功率 |
50W |
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接头 |
N-Jack |
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支撑杆直径 |
Ф40-Ф50 |
特点：
⚫双频段宽频带工作
⚫增益高、驻波小
⚫重量轻、体积小、低剖面
⚫防腐能力强
⚫提供抱杆安装套件
3.3 避雷器：WL-2458N-LP
⚫专为 2.4GHz、5GHz 双频设计，防雷效果好；
⚫结构简单，坚固，易于安装
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型号 |
WL-2458N-LP |
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频率范围 |
2000-6000MHz |
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输入阻抗 |
50Ω |
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最大功率 |
500W |
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电压驻波比 |
≤1.2 |
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接头 |
N-Jack |
四、优势分析
4.1WL-245H-S 优势分析： 普通无线通讯存在的问题
1）用户要求数据可靠快速
2）现场安装空间有限
3）对于诊断，维护，售后的要求高
4.1.1WitLinc 针对以上问题的应对方法
1）现场电磁干扰，多径干扰严重 ：WL-245H -S 采用独有的 MIMO-OFDM 技术，将多径有效利用以达到抗多径干扰以及提高带宽。抗干扰能力强。
2）可燃性粉尘、腐蚀性气体浓度高：WL-245H -S 适合于安全等级要求较高的场合使用。而且可采用信号穿透力较强的 5.875GHz 频段。
3）用户要求数据可靠快速：WL-245H -S 在不牺牲通讯灵敏度和误码率的前提下，大大提高了通讯速度，最高可达到 1.3Gbps。
4）现场安装空间有限：WL-245H -S 采用IP55 封装，具有体积小巧，质量轻等特点。
4.1.2结构灵活、延展性高
整个无线网络能够提供多种架构，点对点、点对多点、等方式、以适用多种复杂环境。若在已建设完成的无线网络中增加或减少无线设备，都可以轻松完成。
4.1.3高通讯速率
通过 MIMO-OFDM 技术将电台通讯速率提高到 1.3Gbps。
4.1.4接收灵敏度可达到-92dBm
4.2网络结构分析
网络结构示意图
按图中所示的网络拓扑图所示，因为水库上方空旷无遮挡，水库周边对库区侧面二层楼房完全可视，故选取该楼房处作为无线传输的中心点，配置WL-245H-S 工业大功率无线传输设备和12dBi全向天线，水库周边其他无线监控点配WL-245H-S工业大功率无线传输设备和17dBi定向天线，天线的方向都指向二层楼房天线处。
因为水库管理中心在水库旁边的山洼里，与水库旁边二层楼房可视性较差， 为增强无线传输的信号稳定可靠，设计在水库泵房处架设WL-245H-S工业大功率无线传输设备作为无线中继站，将水库旁边二层楼房处的信号传输至水库管理中心。中继站需配置12dBi全向天线。
这种网络拓扑方式下，用户每增加一个无线监控点，只需要将其天线指向二层楼房处，配置无线通讯设备连接到二层楼房处的设备上即可，无需其他设置。