一种用于海上多船协同作业的冗余通讯系统

摘要

本发明是一种用于海上多船协同作业的冗余通讯系统。每艘船上均配备有主系统和备用系统两套通讯系统，主系统和备用系统之间实现互相监听和访问，在主系统通讯失效的情况下，备用系统能够直接接管主系统实现与其他船舶的通讯；而各艘船之间通过TDD无线传输技术，在所组建的无线局域网下，主系统和备用系统能实现相互通讯访问和远程控制。本发明可有效应对海上多船协同作业时的各种突发情况，提高了系统通讯、作业协同的稳定性和可靠性。

说明书

技术领域

本发明是一种用于海上多船协同作业的冗余通讯系统，特别是一种用于多船协同实现海上平台的安装、拆除或维护作业的冗余通讯系统，属于用于海上多船协同作业的冗余通讯系统的创新技术。

背景技术

随着油气开发的日益深入，海上平台都在向大型化、综合化方向发展。海上平台所用的设备或模块等整体重量不断增加，使得海上平台上所用的设备或模块等的安装和拆卸难度不断增大。单船吊装或浮托作业被认为是一种安全和经济有效的方法，但是面临着一些挑战，例如船只可用性的限制，高昂的成本等。与传统的单船吊装或浮托相比，多船协同作业技术具有成本低，作业时间短，起重能力大，适应范围广等特点。而在多船协同作业过程中，要使船舶在复杂海况下稳定、安全地作业、保持多船协同操作，为现场指挥提供无延时的通讯环境，就必须满足稳定的通讯环境和高效的实时数据传输能力。区别于一般的通讯系统，海上通讯具有环境条件恶劣，数据传输困难，延时丢包等特点，这对海上通讯系统的效率、稳定性和可靠性提出了极高的要求。因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于海上多船协同作业的冗余通讯系统，有效应对海上多船协同作业时的各种突发情况，以提高系统通讯、作业协同的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种用于海上多船协同作业的冗余通讯系统。本发明可有效应对海上多船协同作业时的各种突发情况，提高了系统通讯、作业协同的稳定性和可靠性。

本发明的技术方案是：本发明的用于海上多船协同作业的冗余通讯系统，每艘船上均配备有主系统和备用系统两套通讯系统，主系统和备用系统之间实现互相监听和访问，在主系统通讯失效的情况下，备用系统能够直接接管主系统实现与其他船舶的通讯；而各艘船之间通过 TDD 无线传输技术，在所组建的无线局域网下，主系统和备用系统能实现相互通讯访问和远程控制。

本发明能够在多船协同作业中稳定、高速实现数据指令的双向远距离传输，且具有高冗余度，能够有效应对海上协同作业时的各种突发情况，提高了系统通讯、作业协同的稳定性和可靠性。本发明是一种方便实用的用于海上多船协同作业的冗余通讯系统。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的主系统和备用系统与船舶集控室设置的集控室网络柜机连接的原理图

图3为本发明天线单元的安装结构示意图。

具体实施方式

实施例：

本发明的原理图如图1所示，本发明的用于海上多船协同作业的冗余通讯系统，每艘船上均配备有主系统和备用系统两套通讯系统，主系统和备用系统之间实现互相监听和访问，在主系统通讯失效的情况下，备用系统能够直接接管主系统实现与其他船舶的通讯；而各艘船之间通过 TDD 无线传输技术，在所组建的无线局域网下，主系统和备用系统能实现相互通讯访问和远程控制。

上述主系统与主系统、备用系统与备用系统、主系统与备用系统之间均可实现通讯访问和远程控制，只要是在所组建的局域网下的系统，均可以实现相互访问与控制。是指各船主机在由硬件和网络通路组建的局域网下，实现相互访问和控制功能。

本实施例中，上述主系统和备用系统均由主机、光电转换器、交换机、天线单元组成，主系统和备用系统的主机均是通过网线与交换机相连，通过交换机实现相互连接和数据互通，从而实现主系统和备用系统之间的相互监听和访问，主机发出指令信号，通过交换机传递电信号，交换机再通过网线与光电转换器相连，把电信号转换为光信号，再将光信号通过光纤传递到位于船舶集控室设置的集控室网络柜机，利用集控室网络柜机设置的光电转换器再将光信号转换为电信号，从网线传递至集控室网络柜机设置的交换机，再通过电缆与天线单元相连，天线单元将电信号转换为电磁波发送出去，由其他船舶设置的天线单元接收，实现数据传递。

交换机提供数据通路，实现数据互通，主系统和备用系统之间通过主机实现互相监听和访问，主机通过网线与船舶集控室设置的集控室网络柜机相连，支持一对多及自组网传输应用，从而实现多船网络互联互通。

本发明的无线自组网技术是计算机网络技术与移动无线通信技术的有机结合，它由一组设置有无线收发装置的单元（例如本船的主、备系统）集合而成，每个单元都不仅有接受装置，还可以作为发射装置起到通信作用。在无线自组网技术中，每个单元都可以参与进通信过程中，在突发的紧急事件中，即使有某个单元受损，其他的单元仍然可以相互沟通，起到通信作用。一对多传输应用是指局域网中的任一一个系统都可以向其他多个系统发送信号指令，将信号通过船舶网络柜机将光信号转换为电信号，天线单元再将电信号转换为电磁波发送到其他系统的天线单元。

本实施例中，上述主系统和备用系统两套系统之间通过建立socket通信实现互相监听和访问，在正常工作阶段，主系统和备用系统两套系统之间会以固定频率发送信号，获取数据进行备份和确认主系统和备用系统是否正常工作，一旦系统失效，再确认信号中断后，则会触发程序中的接管机制，代替失效系统继续完成工作，其通信机制的原理是：在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式（Client/Server model），即客户向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。

本实施例中，上述客户/服务器模式过程中采取的是主动请求方式，具体方法如下：

首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应服务：

1）打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一公认地址上（周知口，如FTP为21）接收客户请求；

2）等待客户请求到达该端口；

3）接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求，要激活一新进程来处理这个客户请求（如UNIX系统中用fork、exec）。新进程处理此客户请求，并不需要对其它请求作出应答。服务完成后，关闭此新进程与客户的通信链路，并终止；

4）返回第二步，等待另一客户请求；

5） 关闭服务器；

客户方：

1） 打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口；

通信通道是指用于接收或者发送信号的网络通路；

2） 向服务器发服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求；

例如访问请求、数据传输请求等。

3） 请求结束后关闭通信通道并终止；

在正常情况下，主系统在工作，备用系统在监听，则主系统是服务器方，备用系统是客户方。

本实施例中，各艘船之间通过 TDD 无线传输技术实现通讯访问和远程控制，具体方法如下：

TDD用时间来分离接收和发送信道，在TDD方式的移动通信系统中，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配，在两船间传输信号时，某个时间段由主船主系统发送信号给副船主系统，另外的时间由副船主系统发送信号给主船主系统，主船主系统和副船主系统之间必须协同一致才能顺利工作。

比如可以分成4个时隙，可以选择1，2时隙作为上行，3，4时隙作为下行，这样上下行的数据速率是一样的，是对称的。也可以选择1时隙上行，2-4时隙下行，这样下行速率就是上行的3倍，是不对称的。因此可以说TDD适合不对称及对称数据传输业务。

本实施例中，天线单元及通讯系统主机安装在罗经甲板层，上述天线单元1采用抱箍2安装，天线单元1通过抱箍2与固定杆4相连，固定杆4固定在船舶的罗经甲板层。天线单元1通过线缆3与主机连接。线缆3的长度根据实际需求定制。

本实施例中，所述通讯系统主机采用的防护等级为 IP56，线路连接所用接头为防水航空接头。

本实施例中，所述船舶通讯系统在空旷视距环境下天线单元传输距离大于 15km。

所述天线单元为玻璃钢天线，天线单元的工作频率范围为 800-2700MHz，最大功率 100W。本实施例中，天线单元的工作频率为2300MHz,或2350MHz。

本实施例中，所述单船通讯系统采用双天线分集设计，确保通讯系统冗余，使信号传输品质更加稳定；所述通讯系统支持网络数据的双向传输和 TTL串口数据的双向传输，数据链路可根据需要按比例调整上行和下行数据链路的传输速率，且支持800MHz/1.4GHz/2.4GHz 三种频段选择，3MHz/5MHz/10MHz/20MHz 四种频宽选择。

本实施例中，上述主系统和备用系统两套系统之间通过建立socket通信实现互相监听和访问，在正常工作阶段，主系统和备用系统两套系统之间会以固定频率发送信号，获取数据进行备份和确认主系统和备用系统是否正常工作，一旦系统失效，再确认信号中断后，则会触发程序中的接管机制，代替失效系统继续完成工作，其通信机制的原理是：在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式（Client/Server model），即客户向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。

TDD双工方式的工作特点使TDD具有如下优势：能够灵活配置频率，使用FDD系统不易使用的零散频段;可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，很好地支持非对称业务;具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备成本;接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需一个开关即可，降低了设备的复杂度;具有上下行信道互惠性，能够更好地采用传输预处理技术，能有效地降低移动终端的处理复杂性。

本发明利用冗余技术，又称储备技术，有时也称容灾备份技术，它是利用系统的并联模型来提高系统可靠性的一种手段。当主系统失效的时候，程序可以启用备用系统及时接管，保持多船之间的通讯和作业。该多船协同冗余通讯系统可有效应对海上多船协同作业时的各种突发情况，提高了系统通讯、作业协同的稳定性 和可靠性。冗余原理就是同一功能有两套及以上相同硬件作为储备，主系统崩溃，备用系统可以直接接管。

本发明针对多船协同作业，每艘船上均配备两套通讯系统，两套系统之间通过主机程序实现互相监听和访问，可保证在主系统通讯失效的情况下，备用系统能够直接接管主系统实现与其他船舶的通讯；而各船之间通过 TDD 无线传输技术实现通讯访问和远程控制。该多船协同冗余通讯系统可有效应对海上多船协同作业时的各种突发情况，提高了系统通讯、作业协同的稳定性和可靠性。