海事移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在的問題及解決方案

鐘子洋 劉月勝

【摘 要】 為完善海事移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，指出當前海事移動通信網(wǎng)絡(luò)存在通信帶寬不足、通信質(zhì)量不高、信號覆蓋范圍有限、通信費用昂貴等問題，并以深圳海事局為例提出解決方案。根據(jù)實地測試及可行性分析提出建議：加快試點推廣應(yīng)用，加大對海事無線寬帶網(wǎng)絡(luò)頻點支持，加強海事通信人才隊伍建設(shè)，采用綜合智能管理系統(tǒng)以統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，重視設(shè)備信息安全，加強對外交流合作。

【關(guān)鍵詞】 海事通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);海事無線寬帶通信;智慧海事

0 引 言

隨著航運業(yè)和社會各界對水上安全監(jiān)管和應(yīng)急搜救的要求日益提高，現(xiàn)有海事信息體系尤其是移動通信網(wǎng)絡(luò)已無法滿足目前越來越嚴格的海事事中、事后監(jiān)管及應(yīng)急搜救需求，離實現(xiàn)“智慧海事”仍有一定的距離。因此，如何利用當代通信技術(shù)，打造海事專用移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對提升海事治理水平，更好地服務(wù)航運業(yè)發(fā)展和國家海洋強國戰(zhàn)略均有積極意義。

1 我國海事移動通信系統(tǒng)存在的問題

移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于海洋運輸、油氣勘探開發(fā)、海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋漁業(yè)等領(lǐng)域，提供穩(wěn)定、及時、準確的通信服務(wù)。目前我國海事移動通信網(wǎng)絡(luò)分為海上無線、海事衛(wèi)星、公共移動等3種體系。

目前我國海事移動通信系統(tǒng)基本滿足傳統(tǒng)海事監(jiān)管通信需求，但現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)存在通信帶寬各異、格式不兼容、信號傳輸穩(wěn)定性不一、通信費用高昂等不足，還存在信號盲區(qū)，難以滿足我國日益增長的海事移動通信需求。

1.1 通信帶寬不足

海上移動通信系統(tǒng)的通信帶寬不能滿足現(xiàn)行信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸需求，在大數(shù)據(jù)時代下，無線傳輸帶寬不足已成為實現(xiàn)海事信息現(xiàn)代化及“智慧海事”的瓶頸。

1.2 通信質(zhì)量不高

受到海洋復(fù)雜環(huán)境等因素影響，現(xiàn)有大部分海上通信系統(tǒng)都不同程度地存在通信質(zhì)量不高等問題，特別是在離岸15～30 km的范圍，以及受到島嶼等阻礙的情況下，移動通信質(zhì)量都會受到影響。數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定嚴重影響海事監(jiān)管、應(yīng)急和搜救等實時性要求較高的工作。

1.3 信號范圍有限

現(xiàn)有大部分無線通信系統(tǒng)（除衛(wèi)星通信外）若無沿岸（離島）基站或船舶、無人機等移動站點“跳點”傳輸支持，其信號覆蓋范圍就會非常有限。微波容易受到地理障礙影響而形成通信盲區(qū)，嚴重影響海事日常管理。

1.4 通信費用昂貴

衛(wèi)星通信可提供全天候、全時段、全方位高帶寬數(shù)據(jù)通信服務(wù)，但衛(wèi)星通信費用昂貴，若完全依靠衛(wèi)星實現(xiàn)海事無線寬帶通信，則會給海事部門帶來學(xué)生經(jīng)濟負擔。

我國海事移動通信系統(tǒng)中有的系統(tǒng)通信范圍廣但通信能力十分有限，有的通信系統(tǒng)通信能力強但覆蓋能力卻不足，而覆蓋范圍大且通信帶寬較高的衛(wèi)星通信系統(tǒng)卻費用昂貴。隨著海事信息現(xiàn)代化的推進，海上移動執(zhí)法辦公、遠程視頻實時監(jiān)控及即時應(yīng)急搜救等應(yīng)用逐步推廣，對移動通信系統(tǒng)性能要求大大提高。如何使我國海事移動通信系統(tǒng)在通信范圍、通信能力及經(jīng)濟性之間取得平衡，填補近岸沿海至近海之間高速數(shù)據(jù)通信服務(wù)的空白，成為我國海事信息現(xiàn)代化發(fā)展亟待解決的問題。

2 海事無線寬帶網(wǎng)絡(luò)解決方案

為解決海事移動通信體系目前存在的問題，為海事部門及相關(guān)單位提供高效、穩(wěn)定、安全及經(jīng)濟性高的解決方案，提議加快應(yīng)用長期演進（LTE）無線寬帶技術(shù)，配合完善海事衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，建立海事移動通信網(wǎng)絡(luò)。以深圳海事局為例，分析其通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方案。

2.1 建設(shè)目標

（1）基本實現(xiàn)港口轄區(qū)無線寬帶全覆蓋。通過建設(shè)海事移動通信網(wǎng)絡(luò)，基本實現(xiàn)港口轄區(qū)水上現(xiàn)場移動執(zhí)法辦公，即實現(xiàn)動靜態(tài)信息數(shù)據(jù)即時查詢、現(xiàn)場執(zhí)法辦公及遠程督察記錄等功能。

（2）實現(xiàn)遠程即時視頻監(jiān)控全覆蓋。閉路電視（CCTV）監(jiān)控系統(tǒng)與船舶交通服務(wù)中心（VTS）、船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）的聯(lián)動，可實現(xiàn)對全轄區(qū)（航道、錨地等）的遠程視頻實時監(jiān)控。

（3）實現(xiàn)現(xiàn)場應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)全覆蓋。各種視頻終端（船、車、人及無人機）第一時間獲取事故險情情況，通過通信網(wǎng)絡(luò)回傳，融合船舶動態(tài)管理系統(tǒng)（VTS等），實現(xiàn)全天候、全時段、全方位應(yīng)急搜救通信功能，幫助有關(guān)部門在復(fù)雜環(huán)境下合理調(diào)配現(xiàn)場應(yīng)急搜救力量。

2.2 建設(shè)內(nèi)容

建設(shè)海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)主要是為了滿足海上移動通信及無線點與點（點與多點）間高帶寬通信的需求。海事移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

2.2.1 海事移動專網(wǎng)

充分利用LTE技術(shù)特點，對轄區(qū)海域?qū)崿F(xiàn)全覆蓋，即采用沿岸建立基站，執(zhí)法船艇（或執(zhí)法車、無人機）配置專用CPE（客戶終端設(shè)備，并作為網(wǎng)絡(luò)無線接入點供執(zhí)法人員及各類系統(tǒng)使用）模式，建立蜂窩式海事移動通信網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)特點及性能指標如下：

（1）移動性能好，能快速漫游切換，切換時延可低至60 ms，用戶時延可低至10 ms;

（2）覆蓋距離遠，最遠可達30 km （16 n mile），全面覆蓋轄區(qū)海域;

（3）通信能力強，可滿足應(yīng)用上下行數(shù)據(jù)傳輸不對稱及視頻等大帶寬、實時傳輸要求;

（4）采用專用網(wǎng)絡(luò)，頻點抗干擾性強;

（5）設(shè)備防護等級IP65以上，適應(yīng)沿海強風、高濕度、高鹽霧等惡劣環(huán)境;

（6）采用加密通信信道，系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)傳輸安全性高。

2.2.2 海事監(jiān)控專網(wǎng)

采用私有協(xié)議實現(xiàn)點到點、點到多點寬帶無線接入系統(tǒng)技術(shù)，實現(xiàn)轄區(qū)固定站點與站點間無線寬帶數(shù)據(jù)傳輸覆蓋，在固定站點（雷達站、甚高頻通信基站等）與固定站點（CCTV監(jiān)控點）之間建立點對點或點對多點無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用特點與性能指標如下：

（1）帶寬高，支持高清視頻傳輸?shù)葘拵枨?

（2）傳輸距離遠，采用多輸入多輸出技術(shù)，點對點傳輸距離可達120 km，點對多點可達40 km，具備一定超視距性能，能覆蓋大部分轄區(qū)水域，同時可通過跳點（點對點）方式實現(xiàn)接力傳輸，進一步擴大信號傳輸范圍;

（3）專用頻段，4.9～6.0 GHz寬頻非許可頻段，專網(wǎng)專用，通信安全性高;

（4）抗干擾性強，采用智能波束成形天線、GPS時鐘同步等多種技術(shù)手段，可有效減少和避免頻率干擾;

（5）采用IP67防護等級可全天候室外工作，適應(yīng)沿海惡劣氣候環(huán)境。

2.2.3 海事衛(wèi)星通信網(wǎng)

與海事移動專網(wǎng)、海事監(jiān)控專網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)形成有效互補，即在專網(wǎng)覆蓋盲區(qū)及遠離岸線30 km以外區(qū)域提供寬帶通信服務(wù)，通過新一代衛(wèi)星提供的“按需計費”方式的高帶寬通信服務(wù)，實現(xiàn)轄區(qū)全覆蓋。

3 實地測試及可行性分析

3.1 實地測試結(jié)果

深圳海事局于2018年在深圳西部水域開展了海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)實地測試工作，分別對海事移動通信網(wǎng)絡(luò)及固定無線寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能及性能進行測試，結(jié)果（圖2）顯示：海事移動通信網(wǎng)絡(luò)（臨時基站及船載CPE）可覆蓋至深圳西部轄區(qū)最遠點（離岸25 km），通信網(wǎng)絡(luò)能保持穩(wěn)定的傳輸帶寬達7.5 MB/s，測試點信號值RSRP都大于100 dB，滿足轄區(qū)海事業(yè)務(wù)移動通信需求。

在固定點對點（點對多點）無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的測試（圖3）中，通過臨時設(shè)置4個點對點基站，可實現(xiàn)間隔2 km以上的每個點位100 MB/s以上網(wǎng)絡(luò)帶寬接入，完全滿足包括高清視頻信號傳輸在內(nèi)的高帶寬業(yè)務(wù)需求。

3.2 可行性分析

（1）建設(shè)條件。建設(shè)海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)首要解決的問題是基站站址的選定。在沿海岸線資源緊缺的條件下，要確定數(shù)量眾多的岸基站址十分困難。經(jīng)過多年發(fā)展，沿岸重要港區(qū)、航道及水域已建有眾多的雷達站及VHF基站，而無線寬帶基站體積不大，所需安裝建設(shè)條件簡單，只需利用現(xiàn)有站址和網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)快速安裝。海事部門可以依靠港口碼頭，并與氣象、海洋等部門合作，在既有站址建設(shè)無線基站，從而解決無線基站建設(shè)條件問題。

（2）使用頻點。建設(shè)海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的另一個困難之處是頻點的選取。經(jīng)濟發(fā)達的沿岸城市頻率資源緊缺，并存在同頻干擾和臨界干擾現(xiàn)象，影響無線寬帶通信質(zhì)量。然而，海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)屬于政府公務(wù)專用網(wǎng)，在專用頻段上的申請使用門檻較低。經(jīng)現(xiàn)場掃頻發(fā)現(xiàn)，1.8 GHz頻點綜合效果最佳，僅存在少許干擾，可通過采取必要措施最大限度降低干擾。

（3）費效比。雖然海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費用較高，但產(chǎn)生的效益更高。從海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)費效比與現(xiàn)有其他通信手段比較（見表1）可知：海事無線寬帶雖在前期須投入一定的資源，但很快可通過后續(xù)運營取得回報，且其使用便捷且安全，不需要支付高昂的移動網(wǎng)絡(luò)租用費，長期看經(jīng)濟性、便捷性及安全性更佳，對降低海事行政成本有積極作用;網(wǎng)絡(luò)寬帶使用受限較小，能滿足海事信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求，有效填補近海海事移動通信網(wǎng)絡(luò)空白，點對點網(wǎng)絡(luò)覆蓋更能有效降低有線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及維護費用，提升整體網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。

（4）后期維護。后期維護是海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的困難之一，實現(xiàn)近海管理轄區(qū)船岸無線寬帶通信要建設(shè)數(shù)量較多且位置偏遠的通信基站，因維護較困難使得后期維護成本更高。但只要通過前期合理配置基站位置及數(shù)量，依靠信息系統(tǒng)運維技術(shù)，實現(xiàn)遠端設(shè)備統(tǒng)一及智慧管理，即可降低運維成本和時間。

通過對海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)可行性進行分析，本文認為盡管在前期選址、頻點申請、建設(shè)投入及后期運維等方面存在一定困難，但只要通過合理選址、優(yōu)化資源配置加上應(yīng)用先進系統(tǒng)運維管理體系，可有效解決上述問題，為建設(shè)海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

4 建 議

為推進海事無線寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提升海事通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提出如下建議：

（1）加快試點推廣應(yīng)用。首先在港口海事單位試點，以點帶面，分步實施，在運行成熟后推廣至全國沿海海事部門，為水上安全及環(huán)境保護提供基礎(chǔ)及應(yīng)急通信保障。

（2）加大對海事無線寬帶網(wǎng)絡(luò)頻點支持。與無線電委員會加強溝通，全力爭取海事移動通信網(wǎng)絡(luò)所需頻帶資源，確保建設(shè)基礎(chǔ)，提升通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

（3）加強海事通信人才隊伍建設(shè)。以建設(shè)海事移動通信網(wǎng)絡(luò)為契機，以建代培，加快建立一支專業(yè)高效的海事網(wǎng)絡(luò)保障隊伍，并建章立制，確保無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運維機制良性運轉(zhuǎn)。

（4）采用綜合智能管理模式統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。實現(xiàn)“一張圖”管理，同時基站通信設(shè)備采用一體化集成設(shè)備，安裝空間小，建設(shè)和后期維護方便，減少建設(shè)和運維成本。

（5）重視設(shè)備信息安全。在前期建設(shè)、中期實施及后期運維過程中須嚴格遵照信息安全等級保護要求，定期進行巡檢和開展安全演練，確保網(wǎng)絡(luò)安全性。

（6）加強對外交流合作。有效溝通合作渠道和平臺，密切關(guān)注高新通信行業(yè)技術(shù)發(fā)展，借鑒外界技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)經(jīng)驗，為海事無線寬帶網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)升級作好準備。

5 結(jié) 語

本文以海事通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析為切入口，綜述海事通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)目前所遇到的問題，提出建設(shè)海事移動通信網(wǎng)絡(luò)方案，并對方案進行可行性探討，同時對未來發(fā)展提出建議。建設(shè)海事無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)將對海事管理、水上安全監(jiān)管及環(huán)境保護等工作產(chǎn)生積極作用，打通海事信息化、智慧化關(guān)鍵瓶頸，將產(chǎn)生巨大的社會效益及環(huán)保效益，為我國推進海洋強國等戰(zhàn)略目標提供重要基礎(chǔ)支撐和服務(wù)。