淺析VoIP技術在船舶通信中的應用

【摘 要】隨著我國海上交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，海上交通的安全問題也日益顯現(xiàn)。因此，船舶交通管理系統(tǒng)VTS已經成為海上安全保駕護航不可缺少的工具。而VHF通信裝置作為VTS重要的構成，因此，VHF通信對于保障船舶航行安全有著至關重要的作用。而VoIP技術是目前語音通信的主流技術，將VoIP技術應用于VTS通信系統(tǒng)中，相較于傳統(tǒng)的通信方式，VoIP 技術可以為船舶通信提供更安全、更可靠、更廉價的服務。

【關鍵詞】VOIP；VTS；VHF

1.引言

VTS系統(tǒng)是船舶交通管理系統(tǒng)的英文簡稱，即Vessels Traffic Services。其歷史可以追溯到年美國實現(xiàn)世界歷史上的首次無線電廣播。到了二十世紀六、七十年代，包括Metulal輪、Torrey Canyonl輪和Amoco Cadiz輪事故在內的災難讓公眾強烈地認識到船舶事故可以對環(huán)境造成巨大損害，促使國際上必須釆取措施來提高航運安全。繼美國之后，英國、荷蘭、日本等國家紛紛加入到VTS實驗的行列中。發(fā)展到如今的VTS系統(tǒng)體系結構比較復雜，由多個子系統(tǒng)組成，包括雷達、雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫設備、VHF通信裝置、AIS自動識別系統(tǒng)等等。

由于我國沒有掌握核心的VTS技術，導致國內的VTS產品缺乏競爭力，無法與外國產品相競爭。因此，大量的設備都是從國外引進的，這樣不利于民族企業(yè)的發(fā)展，更重要的一點是萬一VTS系統(tǒng)出現(xiàn)臨時故障不能迅速地得到解決，從而影響轄區(qū)內船舶航行的安全，在維護上帶來諸多不便的同時，依賴國外的VTS系統(tǒng)，也不利于民族產業(yè)的創(chuàng)新進而對我國的科技發(fā)展帶來消極的影響，更為重要的安全隱患問題是VTS系統(tǒng)獲取了大量我國沿海發(fā)達港口信息，對我國的國防建設非常不利。

對VTS系統(tǒng)而言，擁有完善、高效的通信網(wǎng)絡是VTS發(fā)展的必然趨勢。而VHF通信是VTS的一個重要子系統(tǒng)。時間證明VHF無線電通話在協(xié)調船舶間的避讓行動，尤其是在能見度不良時及交通繁忙的水域中，發(fā)揮著越來越重要的作用。VHF無線電話的使用已成為海員日常航行訓練的一部分。

隨著計算機和通信技術的發(fā)展，VTS系統(tǒng)正在逐步采用數(shù)字化網(wǎng)絡化的方向邁進，其中VoIP技術尤為耀眼。VoIP技術不可比擬的優(yōu)勢是能充分利用全球IP和Internet互連的環(huán)境，提供比傳統(tǒng)業(yè)務更廉價、更優(yōu)質、更可靠、更安全的服務。若將其應用于VTS系統(tǒng)，將會在很大程度上提升VHF通信的話音質量和工作效率。

2.傳統(tǒng)的VHF通信

VHF通信是VTS的一個重要子系統(tǒng)，工作頻段處于156-174MHZ的甚高頻頻斷，可以用于20海里內近還通信。同時，VHF頻段的電臺還是GMDSS（全球海上遇險與安全系統(tǒng)）中A1航區(qū)的主要通信設備，不可替代地完成駕駛臺與駕駛臺間通信的唯一手段?？梢姏]有VHF通信，VTS就無從談起。

VTS中VHF無線電通信分為三類：（1）廣播通信：VTC向該區(qū)域內所有或部分船舶發(fā)布的各類海上安全信息；（2）遇險、緊急、安全通信：在該VTS區(qū)域內發(fā)生各種類型的海上交通意外和事故時使用；（3）交換程序通信：VTC與船舶間的信息溝通，包括船舶向VTC的各類報告及VTC對船舶的指導、建議、指令等。這部分是VTC對船舶交通實施管理和服務的主要環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)的VHF通信系統(tǒng)大多是對模擬信號進行傳輸與控制，不僅占用較大帶寬資源，還不利于數(shù)字化處理（如話音的控制），另外加上微波中繼線路容易受到外部環(huán)境的干擾，通信質量難以得到保證，此外中央電子控制柜等設備采購成本較高，易壞且維修復雜，不利于維護。在傳統(tǒng)的VHF通信系統(tǒng)里，在發(fā)射端，控制信號是通過專線傳輸?shù)模锌赡軐е驴刂菩盘栠€沒有到達收發(fā)信機將其改成發(fā)射狀態(tài)之前，話音就已經達到VHF收發(fā)信機，當其處于發(fā)射狀態(tài)的時候，已經丟掉一部分話音。當對方發(fā)過來語音的時候，接收端VHF收發(fā)信機還處于發(fā)射狀態(tài)。當對方發(fā)過來語音的時候，接收端VHF收發(fā)信機處于發(fā)射狀態(tài)，這樣等其轉換到接收狀態(tài)的時候，部分語音也丟掉了。當然，也可能發(fā)射的語音還沒完全發(fā)射出去，其工作狀態(tài)就由發(fā)射狀態(tài)改成接收狀態(tài)了，這樣同樣會造成語音侵吞現(xiàn)象，從而嚴重影響了VHF的通信質量。

3.VoIP技術

VoIP（Voice over Internet Protocol）技術主要指通過Internet 實時傳送聲音信號，即IP電話。從廣義上講，它指的是通過I P網(wǎng)絡實時傳送多媒體信息。V o I P 可以在I P 網(wǎng)絡上便宜的傳送語音、傳真、視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務，如電視會議、電子商務和各種信息的存儲轉發(fā)等，其最大的優(yōu)勢是利用Internet和全球IP網(wǎng)絡（采用IP協(xié)議的網(wǎng)絡，如IPLC（國際專線）、無線網(wǎng)絡等）互連的環(huán)境，提供比傳統(tǒng)業(yè)務更多、更好的服務。

3.1VoIP 工作原理

VoIP 的基本技術原理關鍵在于運用語音相關的壓縮算法，對語音數(shù)據(jù)進行編碼并對其進行處理，使其壓縮，然后按TCP/IP 標準，把語音數(shù)據(jù)分類并將同類型的數(shù)據(jù)進行打包，運用現(xiàn)在的IP 技術，用網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)包，使其到達接收地，經過解壓處理，將相關語音數(shù)據(jù)包串起來，并且整合數(shù)據(jù)包，使其語音數(shù)據(jù)恢復，達到壓縮前的效果，最終達到互聯(lián)網(wǎng)傳送語音數(shù)據(jù)的目的。IP 網(wǎng)關是IP 電話的關鍵設備以及其核心部分，其主要作用是將各地區(qū)區(qū)號電話轉換成對應地區(qū)的網(wǎng)關IP地址。信息的存放固定在一個數(shù)據(jù)庫之內，在此數(shù)據(jù)庫中，網(wǎng)關數(shù)據(jù)的處理軟件將各類數(shù)據(jù)進行分類管理， 并且對數(shù)字語音打包、處理呼叫信息功能、路由管理這些設置進行處理。

3.2VoIp技術的應用

VoIP 發(fā)展快速的根本因素并不是由于其價格低廉， 而是由于其整合功能強大，能夠將多元化的應用整合在一起，未來發(fā)展應用趨勢有以下兩種。一種是網(wǎng)絡服務：由于VoIP 將PSTN 和IP 網(wǎng)絡結合起來，這樣的結合會使得出現(xiàn)較多能夠整合網(wǎng)絡特性的服務性產品，SPIRITS 得出的Internet Call Waiting 和IETF PINT 得到的Click-to-Dial 就是這樣生成的，運用VoIP 將兩個不同網(wǎng)絡整合起來，在將來會出現(xiàn)更加豐富多彩的整合性服務。另外一種是企業(yè)網(wǎng)絡應用：VoIP 技術運用到企業(yè)網(wǎng)絡中， 讓企業(yè)與企業(yè)之間和企業(yè)內部的通訊網(wǎng)絡能夠進一步得到發(fā)展變革， 企業(yè)過去擁有電話網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡兩種網(wǎng)絡體系，在運用VoIP 技術后，企業(yè)將在這樣的運用中更加便捷，電話網(wǎng)絡逐漸被淘汰，公司內部運用單一的網(wǎng)絡進行與客戶間的通訊服務。endprint

4. VoIP在P2P船舶通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中的應用

4.1P2P通信模式分析

P2P即Peer to Peer，稱為對等網(wǎng)絡或點對點技術，是一種資源（計算通信與信息、存儲、計算等）分布利用和共享的網(wǎng)絡體系，相對應于當前占據(jù)主導地位的ClS體系。隨著進一步普及互聯(lián)網(wǎng)應用，集中式地計算與存儲及C/S網(wǎng)絡架構。

P2P模式弱化了服務器的功能，使處于網(wǎng)絡上的任意兩臺計算機既可以扮演客戶端，又可以扮演服務器，即每個節(jié)點都同時是客戶端和服務器。如果單純的認為網(wǎng)絡是信息化社會的傳導神經，那么P2P就是最適合這個神經的模式。P2P象征著一種能夠體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)本質技術的回歸。因為互聯(lián)網(wǎng)最初的設計目標就是要讓網(wǎng)絡上的計算機之間不依靠任何中介而直接進行通信。

P2P網(wǎng)絡架構所帶來的優(yōu)點是網(wǎng)絡上的任意參與者都可以共享他們所擁有的一部分硬件資源（網(wǎng)絡連接能力、存儲能力、處理能力等）。在此網(wǎng)絡中的參與者既有提供資源（服務和內容）的責任和義務，又有獲取資源（服務和內容）的權利，避免了可能帶來的瓶頸，在負載均衡、可擴展性等方面有著絕對優(yōu)勢。

4.2VoIP技術與P2P通信相結合的優(yōu)勢

目前P2P技術廣泛應用于文件共享、網(wǎng)絡視頻及網(wǎng)絡通話等領域，P2P可以用來進行流媒體通信（如話音、視頻或即時消息），也可以傳送如控制信令、管理信息和其它數(shù)據(jù)文件，以其分布式資源共享和分布式并行傳輸?shù)奶攸c，為用戶提供了更多的存儲資源、更高的可用帶寬和更好的服務質量。具體的應用如BitTorrent多點文件下載、Napster MP3音樂文件搜索與共享和Skype VoIP話音通信等。當前P2P技術存在三種體系結構，分別是第一代集中目錄式結構、第二代純P2P網(wǎng)絡結構和第三代混合式P2P網(wǎng)絡結構。

采用P2P通信方式的優(yōu)點是延時較小。延時就是指從發(fā)信者發(fā)出信息到收信者接收信息過程中信息的傳輸時間。在C/S模式中，信息要想到達另一個客戶端，必須由一個客戶端到服務器，服務器再到另一個客戶端才行。但P2P架構則可以讓信息直接在兩個客戶端間傳遞，不需要經過服務器，和C/S模式相比，傳遞時間減半。除此之外還有負載均衡、自組織、自管理、魯棒性強等優(yōu)點。將P2P技術應用到VoIP技術相結合，使傳統(tǒng)VoIP系統(tǒng)中服務器負載分布到各個網(wǎng)絡節(jié)點，從而有效地避免了使用中央服務器所產生的性能瓶頸和單點失效的問題。

5.結論

Internet和全球IP互聯(lián)的環(huán)境為VoIP的發(fā)展奠定了良好的基礎和優(yōu)勢，VoIP的VHF通信系統(tǒng)是指在IP技術分組化和數(shù)字傳輸?shù)幕A進行VHF通信。VHF通信系統(tǒng)正朝著數(shù)字化、分組化的方向一步一步邁進。將VoIP技術與P2P通信方式相結合，可以有效的解決船舶通信系統(tǒng)中的一些技術問題。

參考文獻：

[1] 李聰. VoIP技術原理與發(fā)展應用研究[J]. 通訊世界， 2016（5）：43-44.

[2] 王熠. VoIP技術在民航VHF通信系統(tǒng)中的發(fā)展與應用[J]. 通訊世界， 2016（7）：97-98.

[3] 王福齋， 張來保. 對近海船舶能有效監(jiān)控、管理的VHF通信系統(tǒng)[J]. 中國航海， 2004（1）：51-54.

[4] 譚建. 基于VoIP的VHF通信系統(tǒng)中話音質量增強方法研究[J]. 數(shù)字通信世界， 2016（7）.

作者簡介：

邵天橋（1969-），男，重慶萬州區(qū)人，重慶海事局長江瀘州通信管理處副主任，本科，從事通信信息管理與維護。endprint