Với sự phát triển nhanh chóng của nông nghiệp thông minh và Internet vạn vật (IoT), các trang trại nuôi cá và tôm hiện đại đang ngày càng áp dụng việc cho ăn tự động, giám sát chất lượng nước theo thời gian thực (chẳng hạn như cảm biến oxy hòa tan, pH và nhiệt độ nước) và hệ thống giám sát video từ xa.
Tuy nhiên, do các trang trại nuôi trồng thủy sản thường nằm ở vùng nước thoáng, vùng ven biển hoặc vùng ngoại ô xa xôi nên độ ẩm cao, phun muối và yêu cầu vùng phủ sóng rộng đặt ra những thách thức đáng kể đối với việc truyền tín hiệu không dây. Lựa chọn giải pháp ăng-ten phù hợp là chìa khóa để đảm bảo truyền dữ liệu ổn định và giảm chi phí vận hành.
1. Những thách thức về truyền thông không dây trong môi trường nuôi trồng thủy sản
Trước khi xây dựng sơ đồ ăng-ten, điều cần thiết là phải hiểu môi trường vật lý đặc biệt của thông tin liên lạc trên mặt nước:
Phản xạ bề mặt nước (Hiệu ứng đa đường): Mặt nước đóng vai trò như một tấm gương, phản xạ sóng điện từ. Tín hiệu phản xạ và tín hiệu trực tiếp chồng lên nhau, dễ gây suy giảm tín hiệu hoặc điểm mù.
Độ ẩm cao và ăn mòn do phun muối: Các trang trại nuôi tôm ven biển và trang trại nuôi cá nội địa có độ ẩm cực cao. Ăng-ten thông thường rất dễ bị rỉ sét và bị nước xâm nhập, làm suy giảm nghiêm trọng hiệu suất điện.
Vùng phủ sóng rộng không có vật cản: Các ao nuôi trồng thủy sản thường được phân bố thành từng mảng lớn với Đường ngắm (LOS) rõ ràng, nhưng khoảng cách xa, đòi hỏi ăng-ten có độ lợi cao để mở rộng phạm vi truyền sóng.
2. Khuyến nghị về ăng-ten cho kịch bản cốt lõi
Được điều chỉnh cho phù hợp với các kịch bản ứng dụng khác nhau trong trang trại thông minh, chúng tôi đề xuất ba chiến lược kết hợp ăng-ten sau:
Giải pháp 1: Giám sát chất lượng nước & Cảm biến năng lượng thấp (LoRa / NB-IoT)
Cảm biến chất lượng nước (chẳng hạn như phao và thiết bị đầu cuối thu thập bên bờ) cần tải lên một lượng nhỏ dữ liệu theo định kỳ và yêu cầu mức tiêu thụ điện năng cực thấp. Công nghệ LoRa hoặc NB-IoT thường được sử dụng ở đây.
Phía cổng (Trạm gốc/Cầu): Khuyến nghị sử dụng Ăng-ten đa hướng sợi thủy tinh có độ lợi cao.
Ưu điểm: Cung cấp vùng phủ sóng đa hướng 360 độ. Chất liệu sợi thủy tinh có khả năng chống ăn mòn và chống gió. Kết hợp với mức tăng 6dBi - 8dBi, nó có thể dễ dàng bao phủ tất cả các ao nuôi trồng thủy sản trong bán kính vài km.
Phía nút (Phao cảm biến): Khuyến nghị sử dụng Ăng-ten lò xo chống nước nhỏ hoặc Ăng-ten roi đa hướng có độ lợi thấp.
Ưu điểm: Dấu chân nhỏ và sức cản gió thấp. Được kết hợp với vỏ chống thấm nước, nó duy trì kết nối tín hiệu đa hướng ổn định ngay cả khi phao lắc lư theo sóng.
Giải pháp 2: Giám sát video HD & Điều khiển từ xa (Wi-Fi 2.4GHz / 5.8GHz / 4G / 5G)
Để ngăn chặn hành vi trộm cắp, giám sát hoạt động của cá/tôm và kiểm soát máy cho ăn tự động, các trang trại thường triển khai camera HD, đòi hỏi băng thông cao.
Truyền dẫn đường dài điểm-điểm (Không có mạng sóng mang): Khuyến nghị sử dụng Ăng-ten cầu định hướng (chẳng hạn như Đĩa parabol hoặc Ăng-ten định hướng bảng điều khiển).
Ưu điểm: Nếu trung tâm điều khiển cách xa khu vực canh tác vài km, sử dụng ăng-ten định hướng 5,8 GHz thẳng hàng với nhau có thể cung cấp băng thông ổn định hàng chục, thậm chí hàng trăm Megabit, tiết kiệm chi phí lớn khi lắp đặt cáp quang.
Kiểm tra di động & Vùng phủ sóng trường gần: Khuyến nghị sử dụng Ăng-ten khu vực treo tường ngoài trời băng tần kép công suất cao.
Ưu điểm: Nó có góc bao phủ theo ngành cụ thể (chẳng hạn như 60° hoặc 90°), tập trung năng lượng để bao phủ chính xác các con đường chính được chỉ định hoặc các vùng canh tác cốt lõi.
Giải pháp 3: Lồng biển sâu ven biển và ngoài khơi (Tăng cường tín hiệu CPE 4G / 5G)
Đối với các lồng ở vùng biển sâu nằm gần bờ biển, thông tin liên lạc thường dựa vào tín hiệu di động từ các trạm gốc trên đất liền. Do ở xa nên điện thoại di động thường xuyên bị mất sóng.
Giải pháp được đề xuất: Ăng-ten MIMO ngoài trời có độ lợi cao toàn băng tần 5G được kết nối với CPE ngoài trời.
Ưu điểm: Công nghệ Nhiều đầu vào Nhiều đầu ra (MIMO) chống lại hiện tượng phai màu đa đường một cách hiệu quả do phản xạ mặt nước gây ra. Bằng cách sử dụng ăng-ten có mức tăng cao để 'bắt' tín hiệu yếu từ các trạm gốc trên mặt đất, nó chuyển đổi chúng thành Wi-Fi ổn định cho nhân viên và thiết bị giám sát trên lồng.
