王宣喬 南海航海保障中心??诤綐?biāo)處
2021年2月,??诤綐?biāo)處在瓊州海峽及附近海域成功投放6座多功能航標(biāo),該多功能航標(biāo)上搭載的設(shè)備可采集水域附近的水文氣象信息傳回岸基后臺,并通過E航海等對外提供服務(wù)。因瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)位于距離岸基較遠(yuǎn)的瓊州海峽中線附近,存在不同程度的數(shù)據(jù)延遲及無法回傳的問題,經(jīng)過初步分析論證,產(chǎn)生該問題的原因是信號強(qiáng)度不夠、覆蓋范圍不夠遠(yuǎn)或標(biāo)體上通信終端的通信性能不佳。
為進(jìn)一步優(yōu)化多功能航標(biāo)通信,提供穩(wěn)定可靠的水文氣象信息,海口航標(biāo)處協(xié)調(diào)運(yùn)營商于2022年5月進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化部署,同年6月,前往信號最差的多功能航標(biāo)(瓊州海峽船舶定線制警1號燈浮標(biāo))附近的海域開展通信終端的測試工作,采集相關(guān)通信數(shù)據(jù)。
本文分析的通信數(shù)據(jù)來自以下兩個部分。
瓊州海峽多功能航標(biāo)是在瓊州海峽現(xiàn)有航標(biāo)基礎(chǔ)上選取關(guān)鍵位置試點(diǎn)建設(shè)多功能航標(biāo)系統(tǒng),航標(biāo)改造的總數(shù)量為6座,其中燈浮標(biāo)4座、燈樁2座;在航標(biāo)原有功能基礎(chǔ)上,增加能見度觀測、風(fēng)速風(fēng)向觀測、表面流觀測和CCTV視頻監(jiān)控等多功能模塊(見表1),收集轄區(qū)水域通航信息。其中秀英港1號燈浮標(biāo)、秀英港北堤燈樁及北岸航線軸線導(dǎo)航燈樁的信號回傳基本持續(xù)穩(wěn)定,瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)均出現(xiàn)不同程度的數(shù)據(jù)延遲及無法回傳的問題。因此,運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化部署后,對瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)的采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析更具有參考意義。
表1 瓊州海峽6座多功能航標(biāo)相關(guān)信息
當(dāng)前的瓊州海峽多功能航標(biāo)搭載的能見度儀、海流計、風(fēng)速風(fēng)向儀等設(shè)備通過數(shù)據(jù)采集器串口與數(shù)傳模塊進(jìn)行串口通訊,通信終端將數(shù)據(jù)通過VPDΝ專線4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至岸基數(shù)據(jù)中心。為解決瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)數(shù)據(jù)延遲及無法回傳問題,需開展通信終端的通信性能測試,2022年6月28日??诤綐?biāo)處選取在瓊州海峽船舶定線制警1號燈浮標(biāo)上單獨(dú)安裝升級版本的通信終端(見圖1)進(jìn)行測試,該升級版的通信終端安裝了電信手機(jī)卡、移動手機(jī)卡和電信貼片卡,而岸上系統(tǒng)部署在服務(wù)器,總共由接收軟件和數(shù)據(jù)庫組成,接收到的通信終端數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫。通過對接收的信號強(qiáng)度等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,為下一步開展瓊州海峽多功能航標(biāo)通信優(yōu)化調(diào)整提供參考依據(jù)。
2022年5月11日運(yùn)營商對瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)的信號覆蓋小區(qū)進(jìn)行天線方位角及下傾調(diào)整,并在瓊州海峽船舶定線制警2-3號燈浮標(biāo)附近海域加載了超遠(yuǎn)覆蓋功率及覆蓋距離。5月20日運(yùn)營商按最遠(yuǎn)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)對瓊州海峽船舶定線制警1燈浮標(biāo)附近海域加載了超遠(yuǎn)覆蓋功率及覆蓋距離。下面對瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)在2022年5月11日-5月31日期間的數(shù)據(jù)延遲情況進(jìn)行分析。
說明:根據(jù)表1得知,瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)數(shù)據(jù)采集時間最快為1min/次。本次數(shù)據(jù)傳輸延遲時間取值為數(shù)據(jù)庫保存數(shù)據(jù)時間與浮標(biāo)上數(shù)據(jù)采集時間差,當(dāng)通信信號強(qiáng)度好且穩(wěn)定時,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)保存到岸基數(shù)據(jù)庫的時間與浮標(biāo)上采集的數(shù)據(jù)時間應(yīng)該是同步的,當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸延遲時間越大時,通信信號越差。另外,當(dāng)數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)隨著時間推移越不連貫,則說明通信終端通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)傳數(shù)據(jù)無法實(shí)時傳回,側(cè)面反映了通信信號比較差。
根據(jù)圖2至圖4得知,5月1日至10日,瓊州海峽船舶定線制警1號燈浮標(biāo)最大數(shù)據(jù)延遲1426分鐘(約23.7小時),超過600分鐘(10小時)的數(shù)據(jù)延遲8次,數(shù)據(jù)不連貫;瓊州海峽船舶定線制警2號燈浮標(biāo)最大數(shù)據(jù)延遲9.7分鐘,超過6分鐘的數(shù)據(jù)延遲10次,數(shù)據(jù)較密且連貫;瓊州海峽船舶定線制警3號燈浮標(biāo)最大數(shù)據(jù)延遲1073分鐘(約17.8小時),超過600分鐘(10小時)的數(shù)據(jù)延遲2次,超過420分鐘(7小時)的數(shù)據(jù)延遲有6次,數(shù)據(jù)基本連貫。
綜上分析可知:在運(yùn)營商未進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署時,瓊州海峽船舶定線制警1號燈浮標(biāo)信號最差,不僅無法實(shí)時傳輸,補(bǔ)傳數(shù)據(jù)也無法全部傳回;瓊州海峽船舶定線制警2號燈浮標(biāo)信號相對較好,補(bǔ)傳數(shù)據(jù)基本能如數(shù)傳回,但仍然出現(xiàn)數(shù)據(jù)延遲現(xiàn)象;瓊州海峽船舶定線制警3號燈浮標(biāo)信號相對較差,補(bǔ)傳數(shù)據(jù)基本能傳回,但數(shù)據(jù)延遲現(xiàn)象仍然較為嚴(yán)重。
根據(jù)圖5至圖7得知,5月11日-20日瓊州海峽船舶定線制警1號燈浮標(biāo)最大數(shù)據(jù)延遲1513分鐘(約25.2小時),超過600分鐘(10小時)的數(shù)據(jù)延遲4次,數(shù)據(jù)不連貫但相對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化未調(diào)整前稍微緊密;瓊州海峽船舶定線制警2號燈浮標(biāo)最大數(shù)據(jù)延遲22分鐘,超過10分鐘的數(shù)據(jù)延遲9次,數(shù)據(jù)較密且連貫,相較網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化未調(diào)整前變化不大;瓊州海峽船舶定線制警3號燈浮標(biāo)最大數(shù)據(jù)延遲424分鐘(約7小時),超過240分鐘(4小時)的數(shù)據(jù)延遲9次,數(shù)據(jù)基本連貫,相較網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化未調(diào)整前緊密一些。
綜上分析可知:經(jīng)運(yùn)營商對瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)附近海域的天線方位角及下傾調(diào)整,并在瓊州海峽船舶定線制警2-3號燈浮標(biāo)附近海域加載了超遠(yuǎn)覆蓋功率及覆蓋距離后,瓊州海峽船舶定線制警1-2號燈浮標(biāo)通信信號變化不大,瓊州海峽船舶定線制警3號燈浮標(biāo)的通信信號稍微改善,但并不明顯。瓊州海峽船舶定線制警1、3號燈浮標(biāo)數(shù)據(jù)延遲嚴(yán)重且部分補(bǔ)傳數(shù)據(jù)無法傳回。
根據(jù)圖8至圖10得知,5月21日-5月31日瓊州海峽船舶定線制警1號燈浮標(biāo)最大數(shù)據(jù)延遲1324分鐘(約22小時),超過600分鐘(10小時)的數(shù)據(jù)延遲5次,數(shù)據(jù)不連貫;瓊州海峽船舶定線制警2號燈浮標(biāo)最大數(shù)據(jù)延遲520分鐘,根據(jù)5月份的數(shù)據(jù)顯示,此類延遲可初步判斷為偶發(fā)事件,超過10分鐘的數(shù)據(jù)延遲1次,數(shù)據(jù)較密且連貫;瓊州海峽船舶定線制警3號燈浮標(biāo)最大數(shù)據(jù)延遲424分鐘(約7小時),超過240分鐘(4小時)的數(shù)據(jù)延遲9次,數(shù)據(jù)基本連貫。
綜上分析可知:隨著運(yùn)營商按最遠(yuǎn)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)對瓊州海峽船舶定線制警1號燈浮標(biāo)加載了超遠(yuǎn)覆蓋功率及覆蓋距離后,對瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署已完成,瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)數(shù)據(jù)回傳效果有所提升,數(shù)據(jù)延遲相對降低,數(shù)據(jù)通信情況均有所改善,但不顯著,其中瓊州海峽船舶定線制警1、3號燈浮標(biāo)通信信號仍比較差。
2022年6月28日,海口航標(biāo)處在瓊州海峽船舶定線制警1號燈浮標(biāo)獨(dú)立安裝升級版本通信終端,通過統(tǒng)計該通信終端向服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù),進(jìn)一步分析多功能航標(biāo)海域附近的信號強(qiáng)度及通信情況。本次分析統(tǒng)計了6月29日-7月6日8天的數(shù)據(jù),中間經(jīng)歷了信號誤停,雙臺風(fēng)天氣等特殊情況,時間雖然短,但比較有代表性,具體情況如下:
3.2.1 數(shù)據(jù)數(shù)量和成功率
通信終端安裝有電信手機(jī)卡、移動手機(jī)卡和電信貼片卡,每個終端設(shè)置每10秒鐘給服務(wù)器發(fā)送1條數(shù)據(jù),每分鐘6條,每小時360條,每天8640條,完全滿足1min/次數(shù)據(jù)采集頻率要求,為了每個時間段的信號強(qiáng)度測試準(zhǔn)確,該終端不具備補(bǔ)傳功能。
通過表2、圖11和圖12分析得知:
表2 2022年6月29日-2022年7月6日數(shù)據(jù)統(tǒng)計
①電信手機(jī)卡、電信貼片卡、移動手機(jī)卡平均通信成功率分別為93.55%、90.37%、88.61%,如果加上數(shù)據(jù)補(bǔ)傳功能,預(yù)期可以實(shí)現(xiàn)99%數(shù)據(jù)正確回傳。
②本次測試的信號強(qiáng)度范圍在1-31之間,31信號最好,其中信號強(qiáng)度<11,不容易附著網(wǎng)絡(luò);1<信號強(qiáng)度<18在此區(qū)間網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定會導(dǎo)致誤碼較多;信號強(qiáng)度>18,能穩(wěn)定通信。電信手機(jī)卡、電信貼片卡、移動手機(jī)卡平均信號強(qiáng)度分別為24.41、22.46、20.63,故該通信終端基本上能穩(wěn)定通信。
③電信手機(jī)卡、電信貼片卡、移動手機(jī)卡日數(shù)據(jù)方差為96.14、146.81、659.29,平均信號強(qiáng)度方差為0.39、0.37、0.62??梢娤鄬τ谝苿泳W(wǎng)絡(luò),該通信終端的電信通信信號最強(qiáng)。
3.2.2 數(shù)據(jù)延遲
數(shù)據(jù)延遲指的是本條數(shù)據(jù)與上一條數(shù)據(jù)時間差,因?yàn)楸敬螠y試數(shù)據(jù)10秒發(fā)送1次,所以理想的數(shù)據(jù)延遲時間是10秒。如果數(shù)據(jù)延遲時間大于10秒,表示出現(xiàn)信號中斷,數(shù)據(jù)延遲時間越長代表信號中斷時間越長。信號不好時,數(shù)據(jù)無法發(fā)送,通信測試終端會臨時緩存,等到信號好了集中發(fā)送,所以也存在數(shù)據(jù)延遲時間小于10秒的情況。
表3統(tǒng)計了測試期間數(shù)據(jù)延遲最嚴(yán)重的100條數(shù)據(jù)的平均值:
由表3可知電信手機(jī)卡、電信貼片卡、移動手機(jī)卡前100個最長延遲時間平均值為106.38秒、145.15秒、493.79秒,該通信終端的電信通信數(shù)據(jù)延遲較移動通信小,通信信號較為穩(wěn)定。
表3 數(shù)據(jù)延遲時間統(tǒng)計
通過對本次瓊州海峽多功能航標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化部署前后數(shù)據(jù)對比及通信終端數(shù)據(jù)分析,總結(jié)有以下結(jié)論:
(1)網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化部署后,瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)的通信終端的通信信號改善并不明顯;
(2)通信終端升級后,數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示該通信終端的通信信號強(qiáng)度、數(shù)據(jù)通信成功率、信號穩(wěn)定性等方面均有顯著提升。
(1)需再次進(jìn)行更為全面的模擬測試。本次測試無補(bǔ)傳數(shù)據(jù)功能,其數(shù)據(jù)通信成功是否達(dá)到預(yù)期有待進(jìn)一步驗(yàn)證,且數(shù)據(jù)通過公網(wǎng)而不是目前瓊州海峽多功能航標(biāo)使用的VPΝD專線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸,與實(shí)際情況有些不符,測試時間也相對較短。故需要再次進(jìn)行測試,增加補(bǔ)傳數(shù)據(jù)功能,并通過VPDΝ進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸,延長測試時間以獲取更多數(shù)據(jù)資料,待確定信號強(qiáng)度、穩(wěn)定性等可保證數(shù)據(jù)延遲較少且均能回傳數(shù)據(jù)后,方可對瓊州海峽船舶定線制警1-3號燈浮標(biāo)的通信終端進(jìn)行升級。
(2)根據(jù)本次數(shù)據(jù)測試分析顯示,瓊州海峽多功能航標(biāo)的通信中數(shù)據(jù)延遲和部分?jǐn)?shù)據(jù)無法回傳等問題可通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署及升級通信終端進(jìn)行改善。伴隨著現(xiàn)代航運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展,未來航標(biāo)用戶對多功能航標(biāo)的需求呈現(xiàn)多樣化,對航標(biāo)的要求越來越高,航標(biāo)功能齊全、信息化程度高、節(jié)能環(huán)保等已是今后航標(biāo)發(fā)展趨勢,保證通信信號穩(wěn)定且強(qiáng)度高可為多功能航標(biāo)信息化、成點(diǎn)成片建設(shè)提供扎實(shí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的升級更新,5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的崛起,給瓊州海峽多功能航標(biāo)通信優(yōu)化提供新的思路。根據(jù)相關(guān)資料顯示,700MΗZ頻段5G網(wǎng)絡(luò)有覆蓋效果好、繞射能力強(qiáng)、信號穩(wěn)定的特點(diǎn),海南島也基本實(shí)現(xiàn)環(huán)島水域的700MΗZ頻段5G信號覆蓋,覆蓋近海近40km水域。因此,建議下一步可開展基于700MΗZ頻段5G網(wǎng)絡(luò)的瓊州海峽多功能航標(biāo)系統(tǒng)通信優(yōu)化相關(guān)研究,為不斷升級瓊州海峽多功能航標(biāo)通信優(yōu)化提供技術(shù)支持,實(shí)現(xiàn)多功能航標(biāo)的可持續(xù)發(fā)展。