一种海上油田移动通信融合系统的制作方法

本实用新型属于海上移动通信技术领域，特别是涉及一种基于移动通讯网络融合技术的海上油田融合移动通信系统，解决海上油田移动设施的数据传输问题，为海上油田移动设施提供传输通道，打造海上宽窄带融合网络。

背景技术：

海上油田移动设施众多，增强移动设施之间，或移动设施与陆地之间的语音、数据以及广域网等多媒体通信能力，有利于提升海上作业信息化水平和工作效率，提高海上作业的安全性，这也是信息高速公路延伸到海上的一种必然趋势。随着海上业务的不断开发，船舶需要得到便利有效的通信和业务支持。然而，因海上移动船舶的接入仍缺乏有效手段，船舶的有效通信仍然是海上作业信息化的明显短板。具体而言，大部分船舶仍处于原始的单边带短波电台时代，无有效通讯手段。部分船舶虽然有卫星作为传输手段，但由于卫星的终端设备购置费用、维护更新费用和通信资费较高，致使用户使用范围有限。同时，目前卫星传输手段存在一些缺点，主要包括：存在通信盲区，误码率高，建设费用高等。因此，如何保证海上油田移动设施移动用户在任意区域都能保证有效的通信质量，并且可以获得安全作业和生产所需的各种信息业务应用，已成为目前需要解决的问题。

在移动设施信息业务应用层面，一方面由于缺乏有效传输手段，导致船舶现有一些应用系统没有很好得到应用，另一方面由于缺乏传输链路，船舶的生产数据、工业控制数据均以人工抄送形式进行，不但费时、费精力，而且时效性和精确度也较差，所以急需低成本、可靠的数据传输手段来促进船舶的生产信息化应用。同时，随着海上作业业务类型的多样化，以及其对数据传输需求量的扩大，迫切需要以大带宽高速率的通信方式，来应对越来越多的数据回传、应急通信等的需求。此外，驻船人员生活工作相对单调，更加需要通过丰富的通讯手段，来满足其上网获取实时信息，与家人、岸基通信，以及应用各类媒介丰富工余文化生活的需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，针对海上油田移动设施大容量、高稳定性的通讯需求，解决海上油田移动设施的数据融合问题，并对船舶的信息化业务系统进行融合测试，形成一种海上油田移动通讯网络融合系统，提供海上油田移动设施的通讯网络融合解决方案。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种海上油田移动通信融合系统，包括卫星网络和lte网络组成的通信网络层，以及网络接入层和应用业务层，其中网络接入层由自主切换模块和网络交换机组成，自主切换模块内设置有网络监测模块，自主切换模块的用途在于实现自主或手动切换为卫星网络或lte网络，并将切换后的相应网络通过网络交换机与应用业务层相连通。

进一步来讲，lte网络可使用联通、移动或电信；当卫星网络和lte网络双链路同时畅通时，优先选用lte网络链路；当应用业务层中的移动设备进入lte网络信号覆盖海域时，自主切换到lte链路；当进入lte网络信号未覆盖的区域，系统由lte链路切换回卫星链路，切换时长不可超过60秒，整个切换过程均保证链路通讯丢包率小于等于0.1％。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

1.本实用新型系统融合有lte网络与卫星网络，可实现手动切换双链路、单链路切换功能，两种链路形式均可正常工作，丢包率、稳定性均正常，且在系统双链路同时畅通时能够优先选用lte无线网络链路。当船移动设施入lte网络信号覆盖海域时，船舶自主切换到lte链路，辅用链路切换至主用链路可实现无缝切换。当进入lte网络信号未覆盖区域，系统由lte链路切换回卫星链路，切换时长不可超过60秒，整个切换过程均保证链路通讯丢包率不大于0.1％，且lte网络均可使用联通、移动、电信三网。此外，本实用新型系统能够确保链路的顺畅稳定，特别是处于lte网络信号边缘地带时仍能确保链路在卫星通道上，确保通讯质量，丢包率不大于0.1％，且系统的各项业务均能正常运行。

2.针对目前海上存在多种通讯资源，但基本都是独立运营，缺乏多系统整体融合的现状，本实用新型系统解决了多套通讯系统的整体融合问题，即通过整合海上大带宽高速率网络资源的优势条件，解决通讯资源利用率低问题，集约化地满足船舶用户通讯需求。

3.不同于当前海上卫星系统成本高，自动跟踪天线成本高、费用贵等情况，本实用新型系统可解决高卫星费用问题，降低用户资费。

4.本实用新型系统综合宽窄带网络应用，针对不同场景进行定制化设计方案，可解决单一系统、业务单一问题，满足不同场景下的业务需要，提升服务质量，提升工业化智能水平。

附图说明

图1是本实用新型系统的分层框架结构示意图。

图2是本实用新型系统的具体框架结构示意图。

图3是本实用新型系统中自主切换模块的切换流程示意图。

图4是自主切换模块内部的框架示意图。

图5a至图5c是自主切换模块的基本参数示意图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，下面对本实用新型作进一步详细说明。(注：此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。)

本实用新型针对海上油田移动设施大容量、高稳定性的通讯需求，解决海上油田移动设施的数据融合问题，并对船舶的信息化业务系统进行融合测试，最终搭建一套海上油田移动通讯网络融合系统，形成海上油田移动设施的通讯网络融合解决方案。

本实用新型系统的设计思路如下：由于目前海上网络资源有限，船舶卫星通讯系统成本较高，带宽也较为受限，存在一定的范围局限，而海上lte无线覆盖系统存在依靠平台基站的区域限制。

1.本着充分利用海上现有链路资源，将不同的底层传输链路用来统一传输ip数据，实现上层数据的透明传输，忽略链路的差别，完成链路整合。

2.通过基于ip链路的快速链路信号及网络性能检测，解决链路优先级判断，最优化选择链路。

3.基于ip的链路整合有利于构建强大的通信网络，实现最优lte网络与卫星网络两种通讯形式的高效自主切换，保障通讯链路的顺畅无缝衔接，保障船舶通讯服务质量，保障通讯效果，大大提升海上通讯系统的完整性。

通过对lte网络覆盖、卫星网络的融合，实现融合系统在海上油田移动设施的高效运行后，结合业务需求探究更广范围的通讯系统融合，形成集成性能高、专业性能强的业务打包产品，利用一体化服务产品带动业务运营模式的创新。同时，解决各子模块间接口、海上移动设施的网络接入形式、兼容性等方面的问题，与已有系统的对接(语音电话、办公应用、气象、视频监控、视频会议、定位、油耗、远程对讲、单兵视频、物联网等系统)。

本实用新型融合后的通信系统可有效整合海上油田网络资源优势条件，解决船舶通讯问题，满足船舶用户通讯需求，并有助于解决高卫星费用问题，降低用户资费。其系统构建基于灵活、可扩展性、通用性强等特点，设计了一种基于网络覆盖和网络分层结构的、适用于船舶使用的通信系统分层框架，如图1所示。

该系统框架划分为通信网络层、网络接入层、应用业务层。通信网络层由卫星网络和lte网络构成，为以上两层功能的实现提供物理网络支持。通信网络层基于ip的链路整合，能够大大提升海上通讯系统完整性，有利于构建强大的通信网络；网络接入层自主切换技术解决链路优先级问题，能够实现最优无线网络与卫星两种通讯形式的高效自主切换。保障通讯链路的顺畅无缝衔接，能够保障海上油田移动设施的通讯服务质量。高效的卫星网络与lte网络优先级界定、链路信号及网络性能检测技术，能够快速进行链路切换判断。

应用业务层为海上移动船舶提供各种通信应用和服务，例如语音电话、办公应用、气象、视频监控、视频会议、定位、油耗、远程对讲、单兵视频、物联网等系统的对接。

本实用新型系统通过对覆盖的lte网络和卫星通讯的融合，组成海上油田移动通讯网络融合系统，可实现海上油田移动设施的双向通讯。当海上移动设施航行到平台lte覆盖范围内时，自主切换到平台lte网络，通过平台网络进行回传数据。整个系统的系统框图如附图1所示，主要通过载动中通卫星天线接入卫星网络，通过lte天线接入无线网络信号，再交由自主切换模块进行链路优先级判断、链路选择，最终接入海上油田内部网络。海上油田移动通讯网络融合系统所含括业务形式丰富，可传输语音电话、数据、气象、视频监控、视频会议、定位、油耗、远程对讲、单兵视频、物联网等业务。

船载动中通卫星天线的形式不限定，但对不同机械结构域、不同口径大小的船载动中通卫星天线，则要求丢包率不大于0.1％、链路稳定性大于98％，同时寻星、跟踪功能均正常。在有遮挡时可自主寻星，遮挡回复后寻星时间不超过30秒。船舶晃动角度满足(方位、俯仰、滚动不小于25°/10s)时，仍然能够确保网络状态稳定。

整个系统自主切换逻辑如图3所示，无线网络包括lte通信网络和各种微波网络，旨在将陆地internet网络延伸到海洋无覆盖网络的区域，但这些无线网络目前都无法大面积覆盖海洋；卫星网络覆盖面积大，目前海洋覆盖面积较好，但卫星网络存在延时长等缺点，正好与无线网络形成互补。本系统通过使用具有切换功能的网络控制器，能够实现多种网络的切换，网络切换控制器内部采用链路信号质量检测及网络性能检测的模糊算法实现多网络切换判断，切换控制器可以设置不同网络优先级，算法中将以优先级高的网络为主，其它网络作为备份网络，通过切换控制器判断主网络掉线后，立刻切换到备用网络，同时实时监测主网络信号质量及网络性能，当判断主网络信号满足通信条件后切换回主网络通信。主网络与备份网络切换流程如图3所示。

自主切换模块的lte信号不限定通讯运营商，自动切换模块能实现快速链路切换，系统双链路同时畅通时优先选用lte链路。当船舶驶入lte信号覆盖海域时，船舶自主切换到lte链路，辅用链路切换至主用链路无缝切换。当进入lte信号未覆盖区域，系统由lte链路切换回卫星链路，切换时长不超过60秒，整个切换过程，链路通讯丢包率不大于0.1％；同时，系统可实现手动切换双链路、单链路切换功能，两种链路形式均可正常工作，丢包率，稳定性均正常。

该系统内的整体网络是以lte网络为主网络，其它网络为备份网络，对于lte信号质量作判断，通过多次优化lte信号稳定性的判别条件，使其不过于灵敏又不过于迟钝，待判断lte网络稳定时才会切换回lte网络。

整个系统的核心是自主切换模块，其中卫星网络和无线网络不同网络之间的切换原理如下，设置lte网络为主网络，其它网络为备份网络，lte切换时判断ping包的同时对于lte信号质量作判断，基于两种情况的融合模糊判断，判断有一定的阈值设置，例如ping包可以设置为ping10个包丢包少于3个及判断信号质量，此时如果信号质量在可用范围内则切换网络；如果设置的过于严苛则会出现长时间无法切换问题，即切换到卫星网络后，当lte网络恢复后很长时间才切回lte网络。因为lte网络在很多区域存在不稳定性，所以经过大量实际测试，分析具体判定阈值大概区间后，重新设定网络稳定判断阈值，经过多次测试切换正常，大多数情况下可以在15秒之内切换网络，当两个网络都很稳定时切换速度很快，基本没有延迟和丢包。

图3为切换模块内部工作流程图，初始上电需要设置主网络和备份网络类型，如图3所示，接入网分别为lte网络和卫星通信网络，两者都可以选作主网络或备份网络，网络监测单元根据主网络与备份网络的相应配置首先启动主网络连接internet网，然后判断主网络是否稳定；如果主网络稳定则使用主网络，同时实时监测网络通信质量；如果监测到主网络不稳定且信号质量低于阈值后，切换到备份网络尝试连接internet；如果判断备份网络稳定则使用备份网络，使用备份网络的同时实时监测主网络通信质量；如果发现主网络信号质量恢复，并且高于阈值后，立刻切换回主网络，并实时监测主网络信号质量。

网络信号质量判断采用模糊融合形式，网络切换时判断ping包的同时对于网络信号质量作了判断，基于两种情况的融合模糊判断，判断有一定的阈值设置，避免频繁切换或切换时间过长。

图4为自主切换模块(型号：4g-f3x36)内部框图，图5a至图5c是系统自主切换模块基本参数。cpu采用32位工业级处理芯片，软件系统采用linux操作系统，实时性好，便于维护。包括3个ltesim卡插槽，可以同时兼容全网通。一个wan口用于接入其它网络，支持wifi和2个lan口。

本实用新型并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述，旨在说明本实用新型的技术方案，上述具体实施方式仅是示意性的，并非限制性的。在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护范围的情况下，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。