扩谱跳频技术应用实例

计算机无线频率(Radio Frequency ,以下简称RF)通讯技术,是计算机网络通讯中的新宠儿。所谓新, 是指它的应用发展的现状。事实上,早在八十年代初,就已经出现了无线对讲机系统和连接两个建筑物之间的无线点对点通讯技术, 而将无线通讯技术应用到计算机局域网络中, 则是在九十年代末期才兴起的。伴随着各种无线通讯技术的发展,基于RF技术的国际标准同时孕育而生,国际电子电工工程协会 IEEE 组织于1997年6月正式公布了计算机无线网络通讯标准 IEEE802.11 标准。Symbol Technologies Inc,.是该标准的主要参与制定者之一。

通过RF技术构成的无线计算机局域网络, 可以为用户提供快捷, 方便的网络连接。最典型的案例莫过于著名的美国纽约证券交易所, 该所的三个交易大厅共可容纳交易人员 1,500 名,他们的交易指令通过掌上型无线计算机实时传递给主机。纽约证券交易所采用Symbol的跳频技术组网,通过多台网络存取点(Access Point,以下简称AP)的协调工作,实现交易数据的实时快速,安全,可靠的传递。 无线网络数据响应的指标可以达到有线网络的标准。

在国内, RF 通讯技术的应用几乎和国际同步发展,从九七年底到目前为止,在短短的两年多时间,RF 技术已经渗透到商业、工业、运输业、物流管理、医疗保险、金融和教学等众多领域。

由上海港口技术工程服务公司开发的集装箱车载管理系统于 1997 年 12 月在上海安达路货运有限公司正式实施。 这是国内首例使用RF技术构造企业移动终端局域网的案例,经上海市科技情报所全球联网检索, 确定为具有国际先进,国内领先水平,通过上海市高新技术成果推广认定。

上海安达路货运有限公司是上海集装箱发展公司下属的内陆集装箱堆场, 占地面积共 110,000m2,和其他集装箱堆场一样, 在实施本系统前,安达路堆场采用箱区管理员加提箱单的手工操作流程,由于没有计算机管理系统的作业跟踪, 集装箱的堆放位置经常处于混乱状态,翻箱作业频繁且盲目性大,造成许多人力和财力资源的浪费。 上海港口技术工程服务公司立志于改变这种现状, 率先在集装箱管理系统中引入了计算机无线网络通讯技术,经过为期半年的认证和分析, 对各种计算机无线网络通讯技术和产品进行多次的调研和实地测试,最终选择了Symbol产品作为该系统的网络构造设备。

"Symbol技术是一种基于2.4GHz的扩谱跳频技术",项目负责人金祖国先生说:"在选定 Symbol 产品前,我们测试过不下三种其它技术产品,都是直序扩频产品,结果发现,直序扩频产品虽然有比较高的数据通讯量, 但在类似于集装箱堆场这样的工业生产领域却并不适合。 这主要因为直序扩频技术没有对外界干扰信号的免疫能力, 在实际运作中,大型起重机械作业时产生的干扰对直序扩频技术是致命的; 其次,直序扩频的信号容易受到自身反射信号的碰撞,在金属箱体外形成较大范围的同频干扰区; 最后,直序扩频的组合能力有限,不利于系统的扩展应用。"

"我们最终选择了 Symbol 的扩谱跳频技术,是经过反复实验和比较决定的。由于扩谱跳频技术采用了频点跳跃的模式,从而有效地避开了外界干扰源的侵入; 同时对自身的反射信号起到了多路径接收的效果;从网络的角度来看,扩谱跳频技术可以进行任意的 AP 组合,不需要受到频点设定的限制。同时,Symbol拥有 RF 技术下的全系列产品,为我们以后的系统拓展打好了基础。"
诚如金先生所言, 扩谱跳频技术的产生,正是立足于弥补直序扩频技术在免干扰方面的缺陷,跳频机制的特点,在于其通讯频点以0.1秒的频率在随机变化,外界的干扰信号,不论是无意间造成的或是恶意产生的, 由于无法跟踪到其频率变化的规律,所以不能对它进行长时间的影响。 扩谱跳频技术是一种军用通讯技术,因此在通讯的可靠性和系统的安全性能方面是有保证的; 这一通讯机制在网络的组合能力方面有着无可比拟的优势,由于每个AP占用的通讯带宽很小(仅为1MHz),因此,在2.402-2.4835GHz这一通讯频段内,最多可以同时容纳79个 AP 同时进行工作,其网络通讯的整体性能可以无限制地扩展。美国纽约证券交易所的案例正是这一特性的最好体现。 另外,在无线终端的漫游能力方面和登录平衡能力方面,扩谱跳频技术也有着非常强的优越性。

根据上海安达路货运有限公司的场地情况, 我们设计了一个安装点实施全场覆盖的组网方案。在场地中央的照明灯塔32米高度处,设立了两台AP,配以3db 全向式发射天线,这两台 AP 以有线网络节点的方式连接到公司主干网络上, AP 的信号覆盖半径约为300米。理论上,一台 AP 足以覆盖整个场区,在本案中使用两台 AP 的方案充分考虑了无线系统部分的可靠性。 由于集装箱业务生产的特殊性,要求365天24小时,全天候的连续工作,使用 AP 硬件热备份,可以在出现异常情况时保持生产的连续性;同时,通过扩谱跳频技术的网络扩展性能增加无线网络部分的数据吞吐量。

由上海港口技术工程服务公司研制开发的车载管理系统是一个基于Windows NT的客户机/服务器架构的软件。由车载式计算机配以无线网络通讯适配卡组成一个客户机结构,以图形界面方式实时显示场区中所有集装箱的堆放位置和状态, 友好的用户界面为操作者提供了直观的操作提示,避免了翻箱,移箱等最常用的操作的盲目性, 铲车司机通过车载计算机的触摸屏输入操作指令,由 AP 和网络适配卡构成的无线网络即开始数据传递。在无线网络系统中, AP 好比是一个有线网络和无线网络之间的桥梁,完全透明的MAC层操作和快速的数据传递使用户感觉就象在使用有线网络一样。
整个系统于 1997 年年底正式投入运行至今已两年有余, 期间经历了上海地区冬夏两季的极端气温和雷雨季节,始终保持着良好的运行状态。

"这个项目的成功得益于无线网络通讯技术, 受到了上海市高新技术委员会的一致认可并将在集装箱应用领域内大力推广," 上海港口技术工程服务公司罗建初总经理不无骄傲地说:"Symbol 公司的扩谱跳频技术和产品使我们摸索出了集装箱管理中的新路子,大大提高了使用单位的生产效率,降低了生产成本, 实现了集装箱业务中长期无法解决的无人箱区管理。这一切,都得益于计算机高新技术的发展; 科学技术是第一生产力,在本项目中得以充分的体现。我们和 Symbol 公司的合作有了一个良好的开端,并且会有更广阔的前景。"

 

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