无线网络辅助系统应用平台设计课件

无线网络辅助系统应用平台建设方案 1 无线网络辅助系统无线网络辅助系统 应用平台应用平台 建建 设设 方方 案案 2008 年年 3 月月 无线网络辅助系统应用平台建设方案 2 目目 录录 1无线网络系统应用需求3 2无线系统总体设计4 3无线系统基站分布图9 4无线网络监控软件11 5无线终端选择13 6无线终端介绍14 7系统预算18 无线网络辅助系统应用平台建设方案 3 1无线网络系统应用需求无线网络系统应用需求 站场范围站场范围 初步设计站场长约 3.5 公里，宽约 350 米。 无线场地覆盖设计需求无线场地覆盖设计需求 1提供站场全部地面信号覆盖（主要为现场人员的无线手持终端应用） 。 2网络必须覆盖整个生产作业现场，提供 100%的覆盖冗余。 3提供足够的无线网络带宽，避免基站重叠覆盖区内同频复用，以保证各类车 载终端应用得到足够的带宽。 无线技术选用需求无线技术选用需求 1采用直序扩频技术，至少满足 IEEE802.11b 标准，满足覆盖要求的场地上能 够接收到的最大信号的信噪比应大于等于 10dB。 2保证在确保当前大部份投资的前提下，今后可升级至更新的无线技术以满足 今后业务的发展。 3保证机动性，满足未来扩展的需求。 无线技术稳定性需求无线技术稳定性需求 满足站场 7x24 小时的不间断的作业环境。整个无线系统具有 100%的 冗余性，当有部分基站（至少一至两个设备）由于各种原因而无法工 作时，整个作业系统不可以中断，剩下的基站应仍能保证全场对覆盖 的要求；系统应具备良好的抗干扰性能，可防止因信号折射、反射产 生多径衰弱和干扰，防止其他频率干扰，防止信道之间干扰；系统应 保证系统传输数据不会丢失，传输成功率应大于 95%，不会被非相关 人员删除和修改，不会被非法侵入后台系统；系统中终端漫游切换时 间应在一秒左右，基本对用户透明，根基站由于各种原因造成的切换 应不大于 40 秒。 无线系统通讯性能需求无线系统通讯性能需求 整个无线系统基站设备应具备负载均衡能力，能自动协调网络流 量；保证在无线最为拥挤的区域能基本满足各终端的通讯需求，保证 在拥挤处仍能保证各通讯设备所需通讯带宽。 无线技术可管理性需求无线技术可管理性需求 无线网络辅助系统应用平台建设方案 4 系统应提供基站节点管理软件工具，设备可支持网络管理专用协 议（SNMP） ，为管理人员监控和及时发现故障点提供平台。 2无线系统总体设计无线系统总体设计 无线系统整体设计拓扑图无线系统整体设计拓扑图 网络监控台 应用服务器 1，2，3 主专换器 蜂窝式无线多路径 局域网 主机房 作业区 使用先进的 802.11b/g 的无线局域网标准，对站场进行无线网络覆 盖。整体设计考虑了成熟性、稳定性和针对站场整体工程的延续性， 以及冗余性、工业性能等要求，能够满足站场对于信息系统的要求。 802.11b/g 无线局域网是国际组织 IEEE 提出的无线局域网标准，受 到各生产厂商的重视。为使各生产厂商的产品的兼容性及互操作性， 厂商的联盟通过了 Wi-Fi 认证标准，凡通过该项认证的产品都能够平 滑无缝地兼容并使用无线局域网。 所建议无线系统关键技术及优势一览所建议无线系统关键技术及优势一览 我们建议使用一个扩展性绝佳的蜂窝 Wi-Fi （802.11b/g) 的网络 对场站进行 100%的覆盖，数据传输的平均速度最高可以达到 27 Mbps。这种设计将会提供： 高性能蜂窝网高性能蜂窝网这种网络支持 802.11b/g 无线通信协议，最高数据 传输速度可达到 54Mbps，基于场站内设备位置的不同，可以提供 无线网络辅助系统应用平台建设方案 5 从 500 kbps 到 27 Mbps 不等的数据传输速度。 所使用的无线基站单体包含了所有必需的组件在内，无须在配置安 装任何外设，如电源、加热器等等，安装方便简单，只需要 15 分 钟和一把螺丝刀就可以完成。 独特的独特的 PWRP 无线通讯协议无线通讯协议- 智能预测无线路由协议 （Predictive Wireless Routing Protocol） 蜂窝蜂窝 Wi-Fi 的关键技术的关键技术自动配置和优化 蜂窝蜂窝 Wi-Fi 的关键技术的关键技术故障路径自动痊愈 兼容标准的兼容标准的 IEEE 并支持并支持 Wi-Fi (802.11b/g) 支持所有工业无线 标准，兼容所有的笔记本、PDA 等无线终端，无须外加特殊装置。 高接收灵敏度高接收灵敏度 全面改进无线收发的性能，使覆盖更广泛，性能 更稳定。 数据传输数据传输 & 服务质量服务质量 (QoS) 数据传输质量极高，有效范围内极 少掉包。 扩展性扩展性 (覆盖区域覆盖区域) 我们将以的方案目前仅使用了 4 个基站来覆 盖制定区域，在未来的发展中，一旦需要扩大覆盖区域，可以非常 方便地安装相应数量的基站就可以轻松做到，不需要在布线和重新 配置网络。 单体集成 无线基站将这些组件全部设计在他的单体包装中，安装的时候只 需要一些固定工具和少量的时间，装到相应的位置，同上标准的电源 （AC200V250V）就可以了。这时的整个安装过程非常简单、方便， 也大幅减少了后期维护的工作。 无线网络辅助系统应用平台建设方案 6 标准的安装组件 蜂窝蜂窝 Wi-Fi 的关键技术的关键技术PWRP - Predictive Wireless Routing Protocol 在一个大型的无线网络中，通常要求用于无线通信控制协议的带 宽和用户用于数据交换的带宽有一个合理的分配，应该尽可能在不同 的情况下都能使后者占据主要的大部分的带宽资源，保证数据交换的 流畅无阻。PWRP的专利技术就是为了满足这种需求而特别设计的。 传统的无线基站桥接技术，在点对点的情况下，使用了将近一半 的带宽来进行通信协议的控制，留给用户的带宽只有原来的一半，因 此，性能下降了一半。而如果想要进行三点间的互联，则难上加难， 几乎成为不可能的事情。 而使用了 PWRP协议的蜂窝 Wi-Fi 技术，在点对点桥接的情况 下，仅仅使用了不到 5%的带宽资源来进行通信协议的控制，用户可 以使用多达 95%的带宽来进行数据通信。而在二点以上的无线桥接情 况下，最多也仅使用 5%的带宽来进行通信协议的控制，如上图所示， 无线网络辅助系统应用平台建设方案 7 网络中无论有多少个点进行互连，用于这部分控制的带宽总是不超过 5%。这就使得蜂窝 Wi-Fi 网络成为现实。 蜂窝蜂窝 Wi-Fi 的关键技术的关键技术自动配置和优化自动配置和优化 由于使用了 PWRP技术，网状无线网络的构建变得非常容易。因 为主干网仅仅需要连接到其中一个无线基站（Gateway）上即可，其他 的无线基站（Node）将通过 PWRP技术自动桥接到这个 Gateway 上， 从而链入主干网。 如下图所示，红色的粗线表示主干网到无线基站（Gateway）之间 的有线链路，虚线则表示各基站（Node）之间的无线桥接链路。各个 Node 和 Gateway 的无线基站之间，通过 PWRP技术的优化，将自动 寻找到最直接的路径通过 Gateway 与主干网连接。粗蓝色的线则表示 最远端的 Node 与 Gateway 之间最优化的无线链路路经。 这样的配置基本上是无需人工干预的。一旦某个 Node 被安装到这 个网络中后，将由 PWRP协议控制自动寻找链接伙伴，自动对话，自 动配置和适应。主系统将在其稳定接入后重新优化路径，自动完成网 络的重组。 蜂窝蜂窝 Wi-Fi 的关键技术的关键技术故障路径自动痊愈故障路径自动痊愈 蜂窝 Wi-Fi 具有路径终端自动重组和痊愈的功能。 如下图所示，蓝色子网（组）和红色子网（组）之间原来的互联 路径因故中断，系统即刻发现这一故障，马上重新选择另外的链接路 无线网络辅助系统应用平台建设方案 8 径，通过上端的 Node 重新将二个组连接起来。 而下图显示的是主干网故障的情况下，蜂窝 Wi-Fi 网络是如何自动 恢复工作的。 网络支持标准网络支持标准 支持所有工业无线通信标准（802.11b/g） ，兼容所有现有笔记本电 脑、PDA 等无线通信终端。 高接收灵敏度高接收灵敏度 无线网络辅助系统应用平台建设方案 9 如图所示，独特的超高接收灵敏度保证了远距离无线通信的稳定 性，最大程度减少了通信掉包的几率。 数据传输数据传输 & 服务质量服务质量 为了提高整体无线网络的稳定性，还提供了冲突弹性解决机制， 以防止有线或无线链路的中断对整个网络的服务质量造成影响。这为 使用无线网络承担语音和视频通信提供了很好的条件。 覆盖扩展性覆盖扩展性 简单添加基站（Node）就可以方便扩展覆盖区域，并且无须人工 干预调整网络设置。一切都是自动完成，只需要观察指示灯的状态， 就可以知道工作状态了。 在安装好第二个机站后，只须开电，只需要观察指示灯的状态， 覆盖区域扩展就可以自动完成 3无线系统基站分布图无线系统基站分布图 针对系统的应用需求，在本方案中，使用室外无线基站设备构成无线网 络。 无线网络辅助系统应用平台建设方案 10 到到 发发 场场 编编 组组 场场 常常规规便便携携台台 防防火火墙墙 信信 号号 楼楼 无无线线信信息息接接口口服服务务器器 控控制制信信息息网网 无线覆盖区域 常常规规便便携携台台 常常规规便便携携台台 常常规规便便携携台台 按照场站的结构布局，我们设计使用 24 个基站安装在灯柱上（30 米高度） ，组成蜂窝 Wi-Fi WLAN。如上图所示，互为冗余，冗余度为 100%。中心机房将设二根主干光纤连接每组中的一个 AP，以防止任一 主干故障导致 WLAN 中断的发生。 无线网络辅助系统应用平台建设方案 11 4无线网络监控软件无线网络监控软件 软件特点软件特点 可独立应用，也可兼容于 SNMP 型监控系统，如 HP 的 Openview 内。通过这一控制系统，用户可以高度集中地完成无线网状网络的管 理，包括配置、日常操作、节点监控、基站 FirmWare 升级和日常维护 管理。 快速部署快速部署 实现快速简捷的野外部署，使实施工程费用和联网时间降到最低。 其自动发现功能使整个网络的扩展变得非常容易。 预安装配置预安装配置 连接 Wi-Fi 单元到管理系统，预装软件和配置数据（出厂默认值） 。 安装基站并通电运行。 自动发现自动发现 网络运行中，添加或移除无线基站，将自动扩展或调整覆盖范围。 无线网络辅助系统应用平台建设方案 12 管理系统自动感觉到新安装的基站并上传相应的软件和配置数据。 网络监控网络监控 管理系统提供多视图的网络和其基站单元的控制，并可继承物理 地图和实际基站位置。 同时，管理系统也监控基站的运行情况，如传输性能，尽早发现 如下潜在的问题： 故障或无法连接的基站单元； 性能差的基站单元； 系统内置了完整的报告工具，可以将长期的性能记录进行复杂分 析。 网络管理网络管理 管理系统可以集中管理所有基站单元的配置参数。 Wi-Fi cell-to-client 和 cell-to-cell 传送率管理。 为了防止非法侦听和入侵，管理软件使用了代理体系，在网关基 站中收集发送到各个节点基站的管理信息，运行 AES 加密机制，通过 SNMP 发送到管理服务器端。 无线网络辅助系统应用平台建设方案 13 5无线终端无线终端选择选择 针对本次科研组情况，无线终端设备的选择成为重点之一，好的无线终端既 能满足业务应用的需求，同时也能减小辅助系统开发的难度，经过我们对市场 主流的无线终端的比较，见下图： 競爭產品比較表競爭產品比較表 v3G 128 / 128128 / 12864 / 6464 / 64128 / 128内存 QVGAQVGAQVGAQVGAVGA/QVGA显示屏 2726 / 4424/38/482228 / 56键盘(N/Q) 2M数码相机 IP64IP54IP54IP54IP64工业等级 1.5 M1.2 M1.2 M1.2 M1.5 M落摔 L / C / 2D / RFID L / C / 2D(1D / 2D)C L / C / 2D / RFID 读头 PXA 270PXA 270PXA 270PXA 255PXA 270CPU CE 5.0Mobile 5.0CE 5.0Mobile 2003CE 5.0操作系统 Datalogic Jet MC 70MC 3070CN2B CipherLab 9400 因为无线终端系统需要进行实时的数据采集、上传和处理，为此，其操作系 统最好为 Windows CE，其基于.NET 的应用，能够满足二次开发的要求。通过 性价比的比较，我公司建议采用赛弗莱公司出品的 9400 系列工业级移动计算机 中的 9470，它支持 Wi-Fi 802.11b/g，能够使用无线局域网模式对数据进行传输， 满足对无线网络的传输要求。此设备采用 VGA 屏幕，最大分辨率达到了 640*480，同时还支持触摸屏手写输入，能够及时、方便、快捷的业务服务。它 支持红光/激光/二维的条码扫描，还支持 RFID 读写器，如果工作需要，还能配 置 200 万像素的摄像头，满足将来应用扩张的需求。考虑到满洲里当地的室外 气温情况，虽然其标准的工作温度为-10-50，但是我们在冬天（低于-10） 可以配置一个保温外套，从而满足其应用的温度条件（该设备已经在哈尔滨冰 雕节投入使用，并成功克服室外温度过低的障碍）。 无线网络辅助系统应用平台建设方案 14 6 6无线终端介绍无线终端介绍 产品图片：产品图片： 产品特点：产品特点： 1.操作系统： 采 Microsoft Windows CE 5.0 专业版，视窗型彩色操作界面更简便、更友善。 2.CPU： 采用业界领先的 Intel XScale PXA270 520MHz CPU，计算能力更快速、效能易于应 用与系统集成能力之开发。 3.内存： 128MB Flash 与 128MBSDRAM，并提供 Mini SD 插卡槽可供内存卡扩充，增加了系统 开发所需的扩充性与灵活性。 4.显示屏： 3.5 吋 QVGA(分辨率达 320X240)或 VGAVGA（分辨率达（分辨率达 640X480640X480）彩色触控屏幕可选， 提供更多的信息显示，更清晰的信息读取。 半穿透式 LCD 折中于穿透式 LCD 和反射式 LCD 之间，使用户在两种光照条 件下都可以得到更好的使用效果。 5.键盘： 28 键或 59 键选配，可适合不同应用领域 6.工作电源： 主电源采用 3.7V 1800mAh 锂离子充电电池，可供长时间的系统操作；另提供 3.7V 70mAh 备用电池，在主电源没电的情况下可支持数据存储至少 20 小时，以确保机器 在断电情况下数据资料不会丢失。 无线网络辅助系统应用平台建设方案 15 7.读取确认： 提供三种不同方式的条形码读取确认，三色(绿、红、蓝)LED、蜂鸣器与震动器，提 供更直观的感受。 8.读头： 条码读头：采用更先进的激光式二维图像器，可读各种标准一维及二维条形码， 读取更灵敏更快速。 13.56MHz RFID 读头可选，应用更广泛 9.数码相机功能： 万像素数码相机选配，提供更多元化的客户应用服务 10. 无线传输技术： 同时提供最先进的蓝芽与 802.11b/g 两种无线传输方式，提供更快速的实时数据交 换。 GSM/GPRS 模块可选，使数据交换更快速、灵活 11. 中文手写输入法： 在 win ce 操作系统基础上提供稳定、功能强大的中文手写输入法，更适合中国客户使 用 12. 通讯传输： 提供充电、传输两用的 USB 接口专用传输座，传输数据速度更快更准确。 13. 工业等级： 更高 IP64 的防尘防水等级、1.5 米六面、每面五次的落摔测试，并通过 2000 次滚摔测 试，耐用度更佳。 14. 操作温度： 可在零下 10 度至 50 度的作业环境下工作，环境适用性更佳。 15. 配件： 旅行充电器、手柄、车载充电传输座、保护皮套等配件可选，使客户应用更加轻松和 人性化 16. 软件提供： 可提供 Forge、Mirror、Stream、MCL、Wavelink 等功能强大的软件开发工具，使软件 人员更快速、优质的完成程序开发工作 17. 质量认证： 通过 ISO-9001 质量保证体系，符合 CE、FCC、RSS-210、C-Tick 等多国安规认证。 产品规格：产品规格： 型号9400 947094809490 操作系统 Microsoft Windows CE 5.0 Professional CPU Intel Xscale PXA270 520MHz 内存 128MB Flash ROM / 128MB SDRAM 扩展性Mini SD 插槽 3.7V 1800mAh 锂电子充电电池 工作电源 适配器：AC110V/220V 输入，DC6V/3.3A 经由通信底座 工作时间 批次模式 10 小时，WLAN 模式 8 小时 3.7V 70mAh 锂电池 备用电源 数据至少保存 20 小时 性能性能 报警器 音频扬声器 / 振动器 / 三色 LED 无线网络辅助系统应用平台建设方案 16 扩音器 通过蓝牙或有线耳机 无线局域网络 Wi-Fi 802.11b/g 250m 视线距离 Wi-Fi 802.11b/g 250m 视线距离 无线个人网络 2 级蓝牙 (Class2) 无线通讯无线通讯 无线广域网络 GSM / GPRS / EDGE (四频段)-仅用于数据 条码扫描 红光/激光/二维 RFID 读写器 频率：13.56MHz 支持标签:ISO 14443A、ISO14443B、ISO15693、Tag-it 数据收集数据收集 数码照相机 2 百万像素 CMOS 显示屏 3.5 英寸彩色 VGA 或 QVGA，TFT 半穿透式触摸屏，LED 背光 键盘 28 或 59LED 背光键 LED 三色 ：绿红蓝实体特性实体特性 尺寸 L*W*H 重量 170*90*38 mm/6.7*3.5*1.5 in 14.1 oz./400g(视结构配置而定) 工作温度 - 1050 (14F122F) 存储温度 - 2060 (-4F140F) 湿度 非结露 5%-95% (无结露) 抗震 多次 1.5 米(5ft.)落摔混凝土地面（每面 5 次）/2000 次滚摔(50cm)/IP64 防尘 防水 电流释放 +/- 15kV 空气放电；+/-8kV 直接放电 用户环境用户环境 EMC 规范 CE、FCC、RSS-210、TELEC、C-Tick 编程 eMbedded Visual C+4.0,Visual Studio.NET,Visual Studio 2005,Windows CE SDK,Reader Configuration Utility,CipherLab Power Suite FORGE Application Generator,STREAM Wire