北京永定镇农村信息化解决方案来源:  作者:  发布时间:2009-01-21  [ 字号: ]

应 用 摘 要

  当前,农民科技文化素质普遍较低的状况已经成为推进农业产业化进程、促进农村经济社会发展,从根本上解决“三农”问题及全面建设小康社会的主要障碍之一。如何迅速有效地提高广大农民的科技文化素质与劳动生产技能,为广大农村提供及时准确的农业技术与市场信息服务成为当前及将来推进农业产业化进程、促进农村经济社会发展、全面建设小康社会的一项紧迫而长期的任务。随着科技建设新农村在全国的开展,农村的信息化建设已近成为我国信息工程发展的重要方向,本方案将结合永定镇的实际情况,将充分利用现有网络和技术条件,建立一个集远程教育、远程医疗、网络推广、信息服务等功能为一体的农村信息化的新模式。每个示范村可接收并使用大量的科技、信息、培训资源,为当地建立“长期不走的专家、永不放假的学堂”,让每个农民都享受到“数字福利”。

  应 用 领 域

  农业

  方 案 内 容

  永定镇位于门头沟区东南部,坐落在风景秀丽的马鞍山脚下,是一个三面环山,一边临水的美丽土地,平原面积占门头沟区平原总面积的90%。该镇东隔永定河与石景山相望,南面与丰台区毗邻,西隔罗锅岭与潭柘寺镇相接,北与龙泉镇相连。全镇辖区面积68.6平方公里,地理位置优越,距市中心24公里,距区政府3公里。全镇共有24个村,7个居委会。

  结合永定镇农村的实际使用情况,整个信息发布的方式将集中在语音、视频、数据等手段。

  教育城域网路由规划

  设计原则

  本工程结合用户实际情况,在设计中严格遵循以下原则:

  稳定性

  项目选择的产品是成熟的、产业化的;这些产品在各自的行业内都有很高的知名度、产品质量非常有保证;这些设备对供电、通信和气候等外部条件上都具有非常好的适应性。产品经过严格的测试,其运行稳定可靠。

  实用性

  在综合考虑了永定镇计算机操作水平等方面的因素后,我们提出方案的设计和设备的选择等方面,应以实用性为主,以保证项目实施后真正的作到农村能用起来,而不是摆设。实用性主要体现在:轻松维护,维护量很少;系统管理简单方便。

  经济性

  由于项目的最终用户是农民,考虑到我国现阶段农村的实际经济情况,整个项目设计上在保证系统功能的前提下,尽量减少投资费用。

  开放性

  整体系统支持有关国际和国家标准,支持不同介质和异构网络的互联和集成,提供异种机型及设备的直接接入及接口,易于网络的扩展和升级。在兼顾信息网内外多层次的安全性的基础上,保证其应用的开放性,满足视频点播、信息交流等多方面的应用需求。

  可扩展性

  系统设计上要考虑系统后期的平滑升级能力,保护用户的投资。

  全部采用开放式工业标准产品,保证用户的投资不会受限于某一厂商的平台。在选择上具有很大的空间,在产品的升级和替换中不是局限性和不标准的约束,系统在连接中可以完全兼容,减少费用和使用上的过多费用支出。

  安全性

  对于整个信息化系统,在设计上严格注意相关的安全性要求。

  技术方案

  永定镇信息化系统整体技术方案主要包括计算机网络平台及应用信息平台两部分。

  计算机网络平台

  概述

  计算机网络平台是整个信息化的基础,所有的应用信息系统都将运行在它上面,所以系统性能将直接决定信息化系统的成败。在设计上应充分分析现在以及将来可能存在的应用。如:视频、语音等对网络传输有一定要求的应用。有针对性的进行设计。

  技术路线选择

  永定镇现在网络接入的的实际情况是有线电视网络已经实现了100%入户,歌华门头沟分公司的机房已有分布到各村的光纤。针对这种情况,现存三种接入方式,一、光纤以太网到各村+无线网络接入覆盖,二、通过有线电视网络+Cable Modem,三、光纤以太网到各村+综合布线到户。综合以上两种方式,方式一具有接入灵活方便、带宽高、管理方便、造价较低等特点。因此在本次方案中选择光纤以太网到各村+无线网络接入覆盖这种网络平台。

  系统体系结构

  在网络设计上面,采用层次化的结构,共分三层,前端为无线接入层、第二层为以村为单位的汇聚层。第三层是位于歌华机房的核心交换层。

  结构图如下:

  

农村信息化解决方案
 

 

  对于第一层无线AP接入,采用Proxim的AP4000M作为各村的无线覆盖设备。AP4000M是Proxim的一款双频三模的无线AP(MESH)设备,它可以工作在2.4G和5.8G频段;支持802.11a/b/g三种模式;并具有强大的MESH功能,MESH网络只需要有很少的AP节点以有线方式连接网络,并且联网和布置的方式非常灵活。具有较高的传输质量、较好的传输距离和抗干扰能力,并且其链路的可塑性和升级能力较高。本次设计使用2.4G频段进行覆盖(802.11b/g);5.8G频段作为桥接频段(802.11a),两频段各自独立,都提供54M的带宽。由于采用的协议是正交频分复用技术(OFDM),对天气状况不敏感,各种天气状况下都可以正常工作。

  AP4000M具有强大的MESH功能,一个AP4000M主站(有线连接点)可以桥接较多的从站。因此在村内的所有AP4000M中可以选一个AP4000M作为有线连接点,通过有线方式连上村局域网接口,其它AP4000M会以无线方式自动与这个AP4000M主站(有线连接点)连接,几乎是自动完成无线组网,只需简单的配置即可。这样还可以大大提高布线的灵活性,使布线工程做到最简单。另外,提高了网络的改造、升级能力,在增加或删减AP接入点时,整个无线网络不用作大的改动和配置。

  在设计上,我们每个村以及居委会分别设置1台Proxim AP4000M建立无线覆盖网络。根据情况可以后期追加投入。在村中心点架设一台主站AP4000M,作为唯一一台有线连接村网络出口的AP4000M设备,其余的点先作预留。而其它点的AP4000M都通过5.8G频段与这台AP4000M桥接。这台主站AP4000M连接5.8G全向天线,向四周的从站AP4000M发射信号,建立桥接连接;同时连接2.4G频段全向天线对周围的终端进行覆盖,并使用功率放大器加强信号,在无阻碍的情况下,距离可以达到2公里甚至更远。由于村内一般是平房,比较低矮,不合适架天线,因此选择附近的电线杆架设。5.8G和2.4G频段不产生干扰。同时将AP4000M安置在防水箱中并连接功率放大器(1W)以及避雷器,将防水箱固定在电线杆上部。用馈线将AP4000M与两部天线连接。防水箱中只需从AP4000M连接出网线和电源线,接入大队部机房和供电位置。如此,主站AP4000M就与村网络接口取得了连接,可以为其它从站AP4000M提供桥接和为周围终端用户提供无线覆盖了。

  在镇政府设计采用4个无线AP,连接方式和上面相同,覆盖整个镇政府,同时在镇政府建立数字家园,预计先建立25套终端,为农民提供一个免费使用应用信息平台的空间。

  其余各点AP4000M及天线、功放等设备的安装方式与中心点相同。整个4个AP点将整个村覆盖。具体的安装位置要根据实地考察确定。

  AP4000M符合802.3af PoE以太供电标准,在一些供电不方便的环境,我们可以采用PoE(以太网供电)交换机进行供电或者是PoE供电模块供电,使用一根网线就可以同时传输数据和供电了。

  对于第二层考虑到经济性,选用100M的小型交换机作为村汇聚层,对下连接各村主无线AP,对上连接光纤通信设备接入核心层。村汇聚层都设置在村委会。

  核心层设置在歌华门头沟分公司,永定镇所有的网络都汇聚到这里,并通过这里连接INTERNET。同时应用系统服务器设置在歌华机房,并和核心层交换机连接,为永定镇所有村提供应用系统服务。

  在永定镇的无限网络覆盖设计上采用无线Mesh解决方案。

  微波链路设计计算:

  无线网络工程在施工之前必须对整个链路进行设计计算。链路设计计算根据实地环境勘测结果在保证链路通信质量的基础上进行。链路设计计算的内容应包括如下几点:

  天线规格

  天线极化方式

  天线安装高度

  天线方位角

  根据链路之间的距离、使用的频段、使用设备的发射功率、接收灵敏度、使用天馈线系统的规格、长短等进行计算。计算公式如下:

  Pr=Pt-Ltl+Gta-Ltm+Gra-Lrl

  Ltm=92.5+20logf+20logd

  Pr≥Sr

  Pr=接收功率 Pt=设备的发射功率

  Gta=发射天线的增益 Gra=接收天线的增益

  Ltl=发射端传输线路衰耗 Lrl=接收端传输线路衰耗

  Ltm=传输空间衰耗 f=使用频率

  Sr=设备的接收灵敏度 d=两站之间的距离

  Pr≥Sr的预留程度应根据实地电磁环境的复杂程度、链路之间的物理环境和通信距离来定。 一般在近距离的情况下,最少应预留3dBm以上。传输距离越远预留增益应越大。

  天线极化方式

  天线的极化与实地的电磁环境关系比较大,应尽量与当地其他同频段的天线极化方向错开,将外来干扰减至最小。还应对本网链路进行分析在尽量避免外来干扰的情况下还要考虑到自己内部链路的干扰。在同一地点同时放多面天线时,同极化的天线尽量不要安装在同一个方向上,且天线之间应进行隔离。该隔离的大小可根据使用天线的规格和使用的频率进行计算。

  天线安装高度

  天线的安装高度应保证相连的两站点之间完全可视。根据实地勘测和相关地图的测量,可计算出天线安装的最佳高度,在计算时应注意对费涅尔区(费涅尔区是围绕电磁信号中心线周围的一个区域)的计算。在费涅尔区内不能有障碍物。如果费涅尔区内有障碍物的话,就会造成信号的衍射和衰减,降低信号强度。如果地形条件特殊时还可以进行特殊考虑,如链路之间有断面等。

  天线方位角

  计算出天线的理论角度有利于对整个网的链路设计,避免干扰和降低工程的施工难度。计算天线的角度可用带有投影坐标的5万分一地图进行计算,可在图上标出站点的具体位置和查出各站点的经纬度。计算公式如下:

  AQ=(tg-1(|y1-y2|/|x1-x2|))+Q1

  x1是发信站的纬度坐标 y1是发信站的经度坐

  x2是收信站的纬度坐标 y2是收信站的经度坐标

  AQ是通信方位角(以真北为始线顺时针旋转的角度)

  Q1是地图坐标线与真子午线的坐标夹角(一般在5°左右)。

  防雷系统:

  防雷接地设计中首先要充分考虑和利用现有计算机室的接地系统、供电系统防雷保护装置等的有效利用,还应根据微波天馈线系统的安装高度、安装的环境条件(铁塔、楼顶等的接地条件)馈缆的架设、设备自身的耐压水平,选用防雷装置的特性以及防雷系统的装置装设后对设备的正常工作是否生产不允许的影响,雷击发生后的反应和自复能力等复杂的因素进行综合考虑。

  防雷工程设计中既要达到技术先进、安全可靠、同时还应考虑经济合理。

  要使整个网络防雷防护系统达到较高的满意效果,应遵守“三条防线”的原则:

  1.将绝大部分雷电流直接引入地中泄散;

  2.阻塞侵入波沿引入线进入设备的过电压;

  3.限制被保护物上雷电过电压的幅值。

  三条防线,互相配合,各行其责,缺一不可。

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