基于远控RTG作业的多网通信冗余和网络优化

基于远控RTG作业的多网通信冗余和网络优化

杨泽华

天津港联盟国际集装箱码头有限公司 天津 300450

一、远控RTG简介

RTG（轮胎式龙门集装箱起重机）远程智能操控系统利用先进的远程控制技术、视觉技术、定位技术、防撞检测等技术，在保证安全作业的前提下将RTG司机作业场地从RTG司机室复制到了远程办公室，同时实现了一对多的作业模式，在人力开销、作业安全、作业效率、司机作业舒适度等问题上都将会有明显的改善，为自动化码头的顺利实施将打下良好的基础。目前远控RTG是未来自动化码头发展的趋势，代表着绿色、智能的未来方向。

RTG远程智能操控系统的成功与否，关键取决于以下几个方面：

1).定位，包括RTG大车的粗定位、RTG大车的精定位、RTG小车的精定位、RTG吊具的定位以及集卡车的定位等。

2).通信系统，视频信号、语音信号、控制系统以及警报信息都将通过通信系统在RTG现场和远程办公室进行交互，信号的实时性、可靠性将直接影响到司机操作的实时性、准确性等。

3).防御和保护，任何一个系统都不是完美的，但是需要有好的保护措施和保护意识，以防止在出现异常状况的时候，系统能够自动停止或者纠正错误，从而使系统良好的运行下去。

本文主要基于远控RTG的网络通信方案的冗余和信道改善做特别说明。

二、网络设计的确定原则

堆场作业网络设计应充分考虑现有需求及业务发展趋势，在既定的网络整体架构规划指导下，选用合适的技术，实现满足未来 5 年业务需求的网络架构。本次的网络设计和建设也将预见性地考虑新的作业机房的潜在需求，尽力减少未来新机房迁移和平台切换过程的风险。综上所述，网络整体设计和建设应遵循如下原则：

1、系统的高可靠性

网络系统的稳定可靠是应用系统正常运行的关键保证。系统的高可靠性，仅仅靠提高设备元件的可靠性是无法满足要求的，除了在整个网络系统设计中选用高可靠性产品，还须合理设计网络架构，制定可靠的网络备份策略，保证网络具有故障自愈的能力，最大限度地保证整个系统达到高可靠性要求。

2、高可用性

网络架构必须能够达到/超过业务系统对服务级别的要求。通过多层次的冗余连接考虑，以及设备自身的冗余支持，使得整个架构能够满足业务系统不间断运行的连接需求。

3、统一性

网络架构的构造、网络规划和网络管理都建立在“一个整体”的基础之上。整体网络的设计和建设都是基于对联盟国际的应用、数据流和用户访问的全面理解。

4、灵活性和可扩展性

作为承载平台的网络系统必须能够随着应用系统的变化而自由缩放。所有系统必须具备良好的灵活性及可扩展性，即网络架构在功能、容量、覆盖能力等各方面具有易扩展能力，以适应快速的业务发展和变化的业务需求对基础架构的要求。

三、网络方案的确定

1、堆场内的规划

开口波导管

开口波导采用半封闭设计； 抗紫外线、抗老化的能力达到10年以上；波导天线采用插入式高度，抗干扰性能更好，并带接地功能。抗雨雪天气能力强，工业级产品设计；适于原有低架滑触线码头使用。

频率： 5100 5900MHz ~5900MHz

尺寸：6000mm±

结论：根据公司的场地及滑触线布置，我们决定采用开口波导管方案，平均带宽在250Mbps；可同时连接三台RTG在一条波导管线路中作业。安装时在滑触线上拆除原有的地线滑触线，安装一根开口波导管，该波导管同时具有通讯与接地功能。

波导管作为堆场内RTG通信的主链路，传输稳定，时延低，但是考虑到波导管的故障，仍会导致场桥通讯的断联，就需要有备用网络的冗余，从而丰富远控RTG传输的多套网络方案选择。

作为波导管的第一顺位备用网络选择，我们选择是中国移动5GSA，在公司东、西、南部署了4座基站，完成了堆场内5G信号的全覆盖，5G网络具备更低的时延，更高的速率，更好的业务体验，有感知泛在、连接泛在、智能泛在的特点，将成为工业互联网的网络基石。利用5G网络超低延时、大带宽上行、广覆盖、高可靠性的优势，实现轮胎吊自动远程控制，将人力解放出来。操作人员坐在中控室就可以通过5G回传的高清视频信息和设备状态信息对轮胎吊进行远程操控，发送指令，驱动轮胎吊自动运行起升、小车、大车等，实现远程开展装卸集装箱作业。

作为第三网络选择，我们选择了WIFI6

综上所述，我们已经完成了堆场内的网络部署和冗余方案，远控场桥网络传输稳定且不中断。

                                         图1：远控场桥网络部署方案

2、转场时网络方案

公司作为先进的集装箱码头公司，当前已有多套网络系统应用于码头的生产调度业务。在堆场作业中的多个环节中实现自动化控制。堆场作业网络环境已经部署场桥波导管，场桥作业主要使用波导管链路实现远程控制。由于我公司采用RTG场桥，相比较电缆卷盘式RTG和RMG有着作业和转场灵活等优势，但是该远控场桥带来的新问题就是作业过程转场时，场地内布置的波导管方案被动脱离，场桥处于无网络状态，这就需要在过场时其他网络的支持。

在业务过场过程中我们决定使用5G SA和WIFI6，这是对于波导管链路方案的有效补充和冗余，保证了网络传输的畅通和稳定。网络改造要实现整个无线网络可以支持自动化场桥转过场功能，转过场过程中通讯不中断。

过场网络方案中核心机房将部署两台S7706 交换机作为整个业务的核心，核心交换机分别与场桥设备、5G LTE 网络、业务服务器交换机以及防火墙进行互联，并且部署无线网络。场桥段部署多出口网关，多出口网关分别与波导管链路，无线链路和 5G 链路进行连接。

核心层采用 CSS 技术，汇聚层和核心层之间推荐采用 Eth-Trunk 组网。堆叠+Eth-Trunk 组网是一种无环组网，配置简单，不需要复杂的环网协议和可靠性协议（如 RSTP、MSTP、RRPP等）。该组网保证了网络设备级和链路级可靠性的同时，同时简化了网络拓扑，减少了部署和维护工作量。

根据以上技术讨论，我们开发并制订了一套专属于公司远控RTG网络环境方案。

过场作业时，面对的最大问题就是切换机制，由于场桥在场地端头换电区域，仍旧有残留波导管弱连接，而这就会阻断波导管和转场区域WIFI6和5G SA的切换，由此我们特别在设备上增加继电器，强制AP断电，彻底切断换电区波导管网络丢包不可用的情况。

通过配置静态路由与静态 BFD 联动，可以快速感知从本地到路由目的地址的链路变化，提高网络可靠性。全网配置静态路由，并配置路由优先级，主路由为波导管，当波导管可用的状态下默认走波导管链路。在转过场的过程路由切换到无线或者 5G 的环境，转过场完毕，路由切换回波导管。

四、社会价值和推广

作为第一批轮胎吊和八绳防摇的远控场桥，我们的改造难度和方案，改造难度是巨大的，且没有什么复制方案。尤其是在网络通信设计方面我们做出了大量的方案讨论和整合，是一个成功案例和良好的借鉴，此方案具备推广价值和移植的可能，为了加强网络传输的稳定性和持续性都是很有贡献价值。