岸桥是最主要的港口重型机械之一,专门用于集装箱码头对集装箱船进行装卸作业。近年来,随着港口自动化、智能化、无人化技术的发展,越来越多的港口码头对岸桥进行智能化改造,包括但不限于远程控制、理货等流程控制、防撞限重、无人驾驶作业等场景。岸桥通常个体巨大,作业危险系数较高,其智能化系统建设对联网的可靠性、稳定性提出了更高的要求。
岸桥作业的智能化系统是否能稳定工作,首先有赖于可靠的网络连接,以便其与指挥操控中心进行视频传输、数据交换,其数据的实时性、稳定性,视频的流畅性、连续性对于岸桥相关智能化系统非常重要。如果正在作业的岸桥发生网络中断,一般岸桥就会停机待检,会大大影响后续作业,降低码头作业效率。更有甚者,如果软件平台及智控系统网络容错机制匮乏,甚者会导致事故。所以,岸桥智控等场景的联网系统必须采用高可靠性设计。
由于岸桥是沿着岸线往复直线移动的,传统的固定光纤环网方案无法实施,无外乎采用拖曳式绞盘光缆与无线网络两种方案。
如果采用光缆,必须采用拖曳式绞盘光缆来组建光网络。但是,使用过拖曳式绞盘光缆的用户大都会每隔一段时间就遇到一次光缆拉断的问题,原因是什么呢?笔者分析,光纤是“光导纤维”的简写,是一种由玻璃或塑料制成的纤维,传输原理是“激光的全反射”。通常通信用的光纤材质是石英(玻璃),本身质地较脆,即使是耐疲劳的拖曳式光纤,长时间地反复拖拉、卷曲必然会发生疲劳损伤导致断网。拖曳式光缆造价高昂,替换成本高昂不说,其检测维修时间也较长,导致岸桥停机对繁忙的码头作业也是问题。
如果采用无线网络,很多港口码头会担心无线网络的稳定性。其实,无线网络与有线网络的稳定性一样,产品分为高中低端,方案设计也非常重要。只要是把无线网络设计好(类似双链路冗余设计),其稳定性和可靠性是丝毫不逊色于光网络的。关于无线系统设计的可靠性问题,可参考《无线网络通信系统的可靠性设计》一文详细了解。另外,如果担心无线电干扰,考虑到岸桥的移动特点,也可使用裂缝波导管通信手段,可参考《波导管通信技术在重型机械智控领域的应用》一文;关于无线电干扰如何处理,可参考《无线干扰怎么解决?》,在此不赘述。
本文重点介绍的是:把光纤网络与无线网络融合热备的双网冗余设计方案,即拖曳式绞盘光缆与iMAX无线专网融合,通过VRRP技术互为热备的网络结构设计。
用无线和光缆互备才是最可靠的网络,为什么这么说呢?主要有以下几点:
1)、网络拓扑结构
对于网络通信系统可靠性,组网的拓扑结构是非常关键的。常见的网络拓扑结构包括但不限于星型、环型、总线型、树型、网状型、混合型等多种,从图形拓扑学角度很好理解,环型可靠度高于星型与总线型,网状型可靠性高于树型。当然,更可靠的拓扑结构也往往意味着更高的成本和更高的部署难度,所以实际设计时,往往是混合型,即把前几种拓扑结构按需灵活搭配运用,根据不同网络部分的重要性和可靠性需求而选择合适的拓扑结构。
人们印象中光缆的稳定,实质上主要是缘于环网的组网结构。环网中任意节点故障只会影响自身,并不会影响整体的连通性,如果每个节点本身还有备份设计,自然网络故障发生的概率大大下降。很多用户不清楚地是,无线网络系统弄也能做环网和热备,不过一般的无线网桥系统结合STP技术是不太好用的,新竹科技iMAX无线专网系统的VRRP热备冗余系统方案是较理想的方案。VRRP热备冗余方案的实质就是人为环网设计,在路由层次解决了网桥数据链路层STP不能解决的“热备”问题。
题外:光缆链路常采用环网来描述自己可靠性,但环网的前提是不能在同一条光缆里。同一条光缆里面抽出多芯做环网是“假环网”,备份链路作用不大。所以,拖曳式光缆采用不同纤芯所做的环网是没有意义的。采用无线通信系统来做环网或者备份,即用不同介质来保障链路的可靠性,是通信行业备份链路的重要手段。
2)、冗余设计
从解决方案设计角度,提升通信系统可靠性的最有效手段就是冗余设计。无论冷备、热备、环网等,实质都是冗余设计的不同形式。
由概率论常识可知:假设一套90%可靠性的通信系统,当存在一套相同备份时,理论上的可靠性将直接提升到99%(100%-10%×10%);3套系统冗余,可靠性提升到99.9%,而5套就可以达到99.999%。所以,通过数量的简单叠加提高系统可靠性是最常见的冗余提高可靠性方法之一。如何冗余?下图以新竹科技iMAX骨干无线城域网系统为例,来示意点对点的无线链路如何提高其可靠性。
图中示意的是两跳无线链路互为热备的组网结构,具体应用时完全可以多跳无线链路做热备冗余,可靠性会进一步提高。采用VRRP技术做虚拟热备冗余路由的两跳或多跳无线链路,其可靠性相较单跳无线链路明显大幅提高。
需要强调指出的是,新竹科技VRRP热备路由方案是将不同链路彼此互为热备的设计,一旦发生链路中断,其上承载的业务(视频或数据)会自动切换到备份链路,不需要人工的干预,并且切换的时间非常短,实测使用者几乎是无感的。
另外,还必须强调指出的是,新竹科技iMAX无线系统热备冗余方案不浪费宝贵的无线电资源,两条无线链路同时工作,可以按照不同业务选择不同的主传输链路,起到负载均衡的作用。
iMAX无线系统本身可以热备冗余设计,那么,与拖曳式光缆融合,进行冗余设计可以吗?答案是肯定的。只要配备的交换机或路由器支持VRRP热备路由技术,就完全可以把光缆和iMAX无线系统“捆绑”起来。无线电波和光波两种介质各自具备不同的传输特性,两种技术的融合堪称是最可靠的网络设计。
典型岸桥光网络与iMAX无线专网热备组网(无线本身也采用热备结构)拓扑示意图如下:
环网结构有天然的优势,即单点故障只会对该节点构成影响,并不影响网络整体的正常工作。当然,除了单环网,还可以“大环套小环”,组成多层环网,甚至可以结合上面“多跳无线系统热备冗余”结合光网络“多环网”部署,这种通信系统的可靠性可谓固若金汤。
无论热备冗余还是环网组建,都需要软硬件技术的支撑,并且熟悉三层构架网络搭建。iMAX无线城域网系统支持快速生成树协议RSTP、无中心网状网MESH、虚拟热备路由VRRP、环网路由等可靠性技术,是新竹科技无线城域网系统区别于低端无线设备重要特点。新竹科技的多年的同行业项目经验与众多项目的技术积累是岸桥高可靠性组网解决方案成功的关键,欢迎来电垂询。