飞艇无线以太网应用方案

二、 系统设计以及相关考虑
    为了保证系统最高的数据通信安全性和可靠性。在设备选型、设备配置、系统设计几方面均经过仔细分析和考虑，采取了相应的措施。
2.1  设备选型
        美国GE MDS公司
        美国GE MDS公司是世界公认的提供无线数据采集系统的先锋，七十多万台GE MDS电台在世界各地安装使用。GE MDS电台的性能树立了无线数据通信行业的标准。
        MDS公司成立于1985年，位于纽约州北部罗彻斯特市，专门研制生产专业无线数据通信设备。26年来，MDS公司一直在工业专网通信领域的前沿独领风骚，成为这一行业最大生产厂商。 MDS公司现有员工280人，占有美国70%同类 产品市场。   
        MDS拥有世界级的厂房和自动化生产设施。它的生产管理系统采用柔性制造生产。它有两条表面焊接技术生产线，所有的部件、半成品及成品的试验和检测都是自动控制完成的。工厂依据客户的订单进行生产，每天可以生产多种不同的机型，日产可达1,000台。 56,000平方英尺的厂房，ISO-9001质量认证体系， 先进的管理系统， 造就了一流的产品，一流的企业。         
       MDS一方面不断创新，加强技术储备，另一方面下大力量保持产品的兼容性，使已安装的产品与新产品可以兼容并升级换代。MDS为了电台的安装调试和使用维护方便，开发了许多专用工具和软件，深受用户喜爱。MDS电台已成为了行业的标准。         
       2007年3月 美国通用电器公司（GE）收购了MDS公司，更名为GE MDS公司。

       GE MDS iNET300是一款工业级的无线以太网设备，它的传输距离远，传输速率高。通过iNET300，用户可以将远端以太网或串口网络的数据直接传输到基于IP的网络中，如：油井、气井、泵站、管道、储液罐及仪表的各种数据。它也可以为基于车载移动的各种应用提供一个移动的无线访问网络。
       GE MDS iNET300 工作频点为336MHz－344MHz频段，因其频率较低，传输距离比微波设备远很多，在视距情况下最大传输距离可达100公里，电台的空中传输速率最高可达512Kbps。

GE MDS iNET300无线方案的优势

传输距离远：
        工业级产品，同类产品传输距离最远。
可靠性高：
         双机热备主站（通过P21实现）能够为一些关键的应用提供很高的系统可靠性。远端设备也可以采用双机热备模式。
安全性能强：
         无线链路提供多级保护措施，包括300MHz物理层的调频扩频技术及128位数据加密等，支持AES-128，支持RADIUS。
灵活性好：

         iNET 300电台支持多个用户的多个应用，通过多种不同协议在同一个电台或网络中同时工作。
兼容性强：
         iNET 300采用开放的接口标准，能够向上向下兼容。
网管功能强：
         可使用NETview MS 进行远程管理。NETview MS基于独立的Java应用平台，它可以和其他厂商的管理软件集成在一起。

功能特点

◆ 同一个设备或网络支持多种协议，多种应用，多个用户。
◆ 电台同时支持以太网口及串口——可作为已有串口设备到以太网转换的网关设备。
◆ 工业级设备性能——可以在各种恶劣环境下工作。
◆ 支持工业以太网协议。
◆ 传输距离远——最远可达100KM。
◆ 传输速率高——最高可达512Kbps
◆ 安全性能好——多级安全防护措施，确保设备不被窃听及非法访问。
◆ 可靠性能高——提供双机热备冗余配置，保证网络的可靠性。
◆ 即插即用——设备简单配置即可使用。
◆ MDS网管系统——先进的SNMP管理系统，易于简化设备操作维护及提高网络操作性能。

2.2  系统频率的选择
         考虑到飞艇在空中的高度较高，易受气流，风力等天气条件的影响，我们拟定采用具有绕射能力比较强的超短波频段，336-344MHz之间的任何频点都符合这个要求。
2.3  系统计算分析
        不管采用什么样的工程公式计算，实际数据可能不一样，但结论都将是相同的。只是采用的公式考虑的因素少的时候，数据会有利一些，但和实际情况的差距也会大一些。公式考虑的因素越全越接近实际情况。这里都是视距传输，采用自由空间传输计算公式比较接近实际值。

2.3.1 计算分析

1、假设控制中心与飞艇距离20km计算系统衰弱储备值 
      已知的基础设施的原始数据：
      飞艇高度＝1000米
      控制中心位置未知，假设控制中心距离飞艇20KM，假设接收天线高度为50米。
      天线选用全向天线，天线增益为8dB

日本人奥村，对地面移动通信的电波传播问题，做了大量的统计工作，并归纳出一个大城市适用的传播损耗 Lb  经验公式： 

Lb(dB)=75 + 26Lgf + 45LgR - GT(dB) - GR(dB)–(14+6.5LgR）×LgHT–3.2 [ Lg（12HR）]2 
式中， 收、发天线高度HR ， HT 单位为 m ， f为340MHz，
则Lb(dB) = 75＋26Lg340＋45Lg20－8－8－（14＋6.5Lg20）×Lg1000－3.2[Lg(12×50)]2
                   = 75 + 68.82 + 58.55 – 8 – 8 - 67.37 - 24.70
                   = 94.3dB

iNET300电台的发射功率为37dB，接收灵敏度为－97dBm。
衰落储备实际值=系统增益-接头损耗-电缆损耗-传播损耗
其中：
系统增益=数字电台的发射功率-数字电台的接收灵敏度=37-（-97）=134dBm
接头损耗=8×0.25=1dB(按照8个接头，包括馈线和跳线的所有接头)
电缆损耗，不同安装位置的电缆长度不同，按照估计，飞艇上的电缆长度不超过10m，地面不超过50m。
电缆长度=10米（飞艇）+50米（地面）=60米
电缆损耗=3.83dB×60/100=2.298dB（使用普通1/2”电缆，3.83dB/100m）

则系统衰弱储备值＝系统增益-接头损耗-电缆损耗-传播损耗
                                ＝134－1－2.298－94.3
                                ＝36.40dB
则此时接收机的接收场强约为－60.60dB，系统留有36.40dB的余量。

2、假设控制中心距离飞艇50KM
      飞艇到地面间的传播损耗计算：
Lb(dB)=75 + 26Lgf + 45LgR - GT(dB) - GR(dB)–(14+6.5LgR）×LgHT–3.2 [ Lg（12HR）]2
            =75 + 68.82 + 76.45 – 8 – 8 – 75.12 - 24.70
            =104.45 dB
则系统衰弱储备值＝系统增益-接头损耗-电缆损耗-传播损耗
                                ＝134－1－2.298－104.45
                                ＝26.25dB
则此时接收机的接收场强约为－70.75dB，系统留有26.25dB的余量。

三、结论

        根据前面的计算分析，采用GE MDS公司的iNET300设备，无论是设计余量还是系统硬件冗余、数据带宽冗余、通信距离都非常合理。
        充分考虑到飞艇在空中时，易受风力、气流的影响，会造成天线的摆动，致使传输方向上的增益和极化方向都会发生变化，最恶劣的情况是天线在传输方向上的增益为0，极化方向垂直（影响传输最大值3dB）,则为系统带来最大19dB的传输路径上的插入损耗。而我们iNET300设备设计的系统衰弱储备值远大于最恶劣情况带来的影响值。
        所以，iNET300电台在此可完全满足设计要求。