M SDS對GMDSS的功能拓展與應(yīng)用

李彬 朱玉柱 鄒韻 馬德浩 李紅喜

摘要：GMDSS復(fù)審工作于2016年完成，目前已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代化階段。Inmarsat自GMDSS建立之初就是其重要組成部分。2012年，澳大利亞、英國等國家提出通過在Inmarsat FB系統(tǒng)中引入海事安全數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（MaritimeSafety Data Service，MSDS）進(jìn)一步滿足GMDSS要求。本文以時間為脈絡(luò)，梳理了GMDSS現(xiàn)代化進(jìn)程中Inmarsat演進(jìn)過程，以GMDSS需求為著眼點(diǎn)介紹了MSDS主要功能、運(yùn)行的基本構(gòu)架，以幫助航海工作者盡快了解這一新技術(shù)。

關(guān)鍵詞： GMDSS現(xiàn)代化;Inmarsat;海事安全;MSDS

0 引言

時至今日，全球海上遇險與安全系統(tǒng)（ GMDSS，Global Maritime Distress and Safety System）已經(jīng)運(yùn)行了近30年，對于海上人命和財產(chǎn)安全發(fā)揮了舉足輕重的作用。GMDSS誕生之初以解決“人人互聯(lián)”為主要突破方向，提供了以無線電話、傳真和電傳技術(shù)為主的一攬子方案。隨著海上船舶運(yùn)輸技術(shù)向著現(xiàn)代化、信息化方向快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸成為限制海事安全保障技術(shù)應(yīng)用的新瓶頸。在實(shí)踐工作中，能夠方便、快捷和廉價地提供互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)支撐的甚小天線地球站（ Very Small Aperture Terminal，VSAT）、國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)快速寬帶子系統(tǒng)（ International Maritime Satellite System FleetBroadband，Inmarsat FB）等已經(jīng)在船上得到廣泛應(yīng)用。但是令人遺憾的是，上述通信技術(shù)由于各種原因一直未被國際海事組織（ IMO，International Maritime Organization）認(rèn)可作為GMDSS的組成部分。現(xiàn)如今，打破通信技術(shù)桎梏已成為IMO提升海事安全需要解決的首要問題。

1 MSDS 加入GMDSS的進(jìn)程

2010年，國際移動衛(wèi)星組織（ International MobileSatellite Organization，IMSO）向無線電通信和搜救分委會（ Sub-committee on Radiocommunications and Searchand Rescue.COMSAR）提交信息提案，表示將要關(guān)閉Inmarsat B業(yè)務(wù)，預(yù)計關(guān)閉時間為2014年12月31日[1]。同年，海事安全委員會（ Maritime Safety Community，MSC）安排COMSAR著手對新一代衛(wèi)星業(yè)務(wù)加入GMDSS的相關(guān)事項(xiàng)進(jìn)行評估審核。2011年，COMSAR注意到文件MSC 88-8-3中所提及的，由IMSO提供的新一代Inmarsat FB 500終端將在GMDSS中提供服務(wù)的情況[2]。

2012年12月，澳大利亞、荷蘭、英國和美國提交信息提案，宣布基于Inmarsat I的4代星（I-4）的InmarsatFB 500終端將開始引入海事安全語音業(yè)務(wù)[3]，該業(yè)務(wù)可以提供與Inmarsat I的3代星（I-3）相似的覆蓋范圍，以船對岸、岸對船的方向提供遇險和緊急語音呼叫，并具有搶占信道的功能，不僅滿足大會決議案A.694（17）和MSC決議案MSC.130（75）有關(guān)信息劃分優(yōu)先級別的全部要求，同時還滿足大會決議案A.1001（25）[4]中除了3.6條“恢復(fù)和備用衛(wèi)星”的所有要求。同時該信息提案還進(jìn)一步說明，Inmarsat FB將于2014年通過引入MSDS為船舶提供接收MSI的功能。提案表明，一方面如果船舶已經(jīng)安裝了Inmarsat C設(shè)備，目前可以使用Inmarsat FB 500終端作為《1974年SOLAS公約》的履約設(shè)備;另一方面，通過引入MSDS，Inmarsat FB將具有更為完善的GMDSS相關(guān)功能。至此，Inmarsat B退出歷史舞臺，Inmarsat FB系統(tǒng)將開始提供GMDSS服務(wù)。

在2016年9月的MSC 97會議上，英國在InmarsatFB的MSDS主題下提出，希望MSDS得到組織認(rèn)可并用于GMDSS。在此次會議上，MSC指示導(dǎo)航、通信和搜救分委會第4次會議（ The Sub-Committee on Navigation，Communications and Search and Rescue， NCSR 4）

考慮針對上述問題應(yīng)該采取的措施，尤其需要考慮將其作為Inmarsat的一個新應(yīng)用還是作為對于現(xiàn)存業(yè)務(wù)的附加備份，并要求提供結(jié)果報告和評論及建議，特別需要注意IMO大會決議案A.1001（25）的要求。英國在文件NCSR 4-18-3[5]提供了補(bǔ)充信息以支持考慮MSDS的應(yīng)用和評估，并定義為“現(xiàn)存GMDSS衛(wèi)星業(yè)務(wù)提供商的新業(yè)務(wù)”。MSDS通過Inmarsat中與I-3覆蓋范圍類似的I-4，可以提供GMDSS基本功能中的衛(wèi)星業(yè)務(wù)。通過在標(biāo)準(zhǔn)Inmarsat FB船站設(shè)備上加裝海事安全終端（MaritimeSafety Terminal，MST），航海員既可以獲得GMDSS中所要求的安全業(yè)務(wù)，也可以獲得普通的Inmarsat FB業(yè)務(wù)，信息提案NCSR 4-INF.9[6]進(jìn)一步提供了其與A.1001（25）的符合度信息。

NCSR 4-29[7]注意到，尋求MSDS業(yè)務(wù)認(rèn)可的是I-4覆蓋下的中東和亞洲洋區(qū)（Middle East and Asia，MEAS），該洋區(qū)與其他I-4衛(wèi)星存在重疊區(qū)，但是以后可以根據(jù)需要再評估未來衛(wèi)星覆蓋的范圍。NCSR同意把MSDS作為一種新的應(yīng)用進(jìn)行評估，并且注意到由于A.1001（25）起初就是基于Inmarsat系統(tǒng)起草的，由此并不是A.1001（25）的所有要素都要評估。開展評估時，主要遵循A.1001（25）決議案，涉及海事遇險和安全通信、優(yōu)先接入、優(yōu)先搶線、衛(wèi)星備份、SAR當(dāng)局對于識別信息的獲得、遇險報警的接收、海事移動終端的控制、設(shè)備測試、海事遇險報警的路由、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、廣播MSI的設(shè)施。MSC 98邀請IMSO實(shí)施評估，并把結(jié)果匯報給NCSR。2017年11月，IMSO向NCSR 5-14-1[8]提交題為“認(rèn)可Inmarsat FB海事安全數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在GMDSS中應(yīng)用”的提案。

IMSO針對英國提交的提案NCSR 4-18-3及NCSR4-INF.9中Inmarsat FB的MSDS相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了技術(shù)和運(yùn)營評估。評估是多維度的，主要包括海事遇險和安全通信、優(yōu)先接入和信道搶占、衛(wèi)星資源的備用、船舶識別信息、發(fā)給收據(jù)部門信息的可獲得性、遇險報警的接收、海上移動終端的控制、測試手段、海事遇險報警路由、數(shù)據(jù)和語音通信系統(tǒng)、MSI的廣播手段、特殊技術(shù)、業(yè)務(wù)的可獲得性等。文件NCSR 5—14—1的附件部分載錄了評估結(jié)果，結(jié)果顯示均已滿足A.1001（25）中的全部要求。

2 MSDS的主要功能

目前，一共有2個Inmarsat系統(tǒng)可以用來滿足GMDSS A3海區(qū)的部分要求。Inmarsat C通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供遇險報警、遇險通信業(yè)務(wù)，運(yùn)用Inmarsat增強(qiáng)群呼的SafetyNET和SafetyNET II業(yè)務(wù)接收MSI。InmarsatF77目前通過語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供遇險、緊急、安全和常規(guī)呼叫，并且在船岸雙向上具有信道搶占功能。但是根據(jù)文件NCSR 3-19-1[9]，F(xiàn)77業(yè)務(wù)將在2020年12月1日關(guān)閉。

Inmarsat FB是Inmarsat全球?qū)拵Ь钟蚓W(wǎng)（BroadbandGlobal Area Network，BGAN）的一部分。BGAN包括Inmarsat所有并經(jīng)營的衛(wèi)星接入站（Satellite AccessStation，SAS），通過穩(wěn)定、雙備份的地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部以及與其他各方的連接，進(jìn)而提供語言和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。BGAN平臺以與現(xiàn)存的Inmarsat C、F不同的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架通過I-4進(jìn)行通信，新構(gòu)架為全球提供了容量更大、彈性更好的通信系統(tǒng)。Inmarsat FB包括FB150、FB250、FB500和Fleet One等終端類型，可以提供相同的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。各種終端只是各自的速率有所區(qū)別，但是不會影響到MSDS業(yè)務(wù)。除了基于數(shù)據(jù)的IP業(yè)務(wù)，所有的InmarsatFB終端都支持語音電路交換業(yè)務(wù)，即Inmarsat FB滿足所有的語音通信要求，包括通過海事安全語音業(yè)務(wù)提供滿足MSC.130（75）的遇險和緊急通信。

此外，Inmarsat FB還支持遇險、安全、緊急和常規(guī)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及通過加裝MST接收MSI。MSDS被設(shè)汁為可以像在一個系統(tǒng)內(nèi)部一樣向Inmarsat C和F提供遇險、緊急和安全業(yè)務(wù)，是完全的端到端解決方案，可以向航海員、海事搜救協(xié)調(diào)中心（ Maritime Rescue CoordinationCentre，MRCC）、海事安全信息提供者（Maritime SafetyInformation Provider，MSIP）提供增強(qiáng)的GMDSS功能。MRCC和MSIP通過安全的網(wǎng)頁界面連接，不需要任何特殊的設(shè)備。MSDS通過在4個區(qū)塊段內(nèi)整合Inmarsat C以提供GMDSS業(yè)務(wù)及功能，Inmarsat C則將與MSDS共存。具體如圖1所示。

3 MSDS運(yùn)行的基本構(gòu)架

（1）岸端

岸端包括MRCC和MSIP。經(jīng)過Inmarsat的授權(quán)和認(rèn)可，MRCC和MSIP分別通過安全的網(wǎng)頁接入MSDS，把他們和海事安全服務(wù)器（ Maritime Safety Server，MSS）連接起來?；贛SDS的設(shè)汁，MRCC不需要新增任何設(shè)備。SafetyNet及SafetyNet II信息流向如圖2所示。

（2）地面設(shè)施

地面設(shè)施需要考慮MSS、Inmarsat C和F系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站（ Network Control Station，NCS）及Inmarsat FB通信組織等三方面問題。

Inmarsat擁有并運(yùn)營4個專f J建造的MSS，每一個都擁有100%的內(nèi)部應(yīng)用冗余度。其中，2個在倫敦的Inmarsat總部，另外2個位于荷蘭Burum的SAS，這樣從物理、應(yīng)用、地理等方面又進(jìn)一步為MSDS提供了可靠的冗余度。

陸上用戶和船端MSDS終端都與MSS相連接，而MSS還與NCS相連接，從而允許向C系統(tǒng)的終端廣播信息。這種框架設(shè)計保證包括重要搜救通信在內(nèi)的MSI，能夠從一個輸入端經(jīng)由適當(dāng)?shù)男l(wèi)星同時向所有的GMDSS終端廣播。換而言之，陸地與MSI有關(guān)的用戶，一次接入MSS，就可以同時向Inmarsat FB和C用戶播發(fā)信息，如圖1所示。

Inmarsat FB通信網(wǎng)絡(luò)由BGAN的SAS組織。I-4的SAS等同于I-3的地面站，分別與MSS和地面通信網(wǎng)絡(luò)鏈接。每一個I-4衛(wèi)星覆蓋區(qū)都有不止一個SAS，以此分別從物理和地理層面為Inmarsat FB提供了網(wǎng)絡(luò)復(fù)原力和冗余度。目前主SAS和備份SAS都已經(jīng)投入運(yùn)營。一旦主SAS失效，每個洋區(qū)至少有一個備份SAS會啟動并馬上提供服務(wù)。所有的SAS通過租用的、冗余備份和高容量的線路和業(yè)務(wù)與公共電話交換網(wǎng)（ Public Switched Telephone Network，PSTN）、分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)（Packet Switched Data Network，PSDN）以及兇特網(wǎng)進(jìn)行地面交互。網(wǎng)絡(luò)的多冗余路由設(shè)汁，保證為遇險和安全通信提供高可靠的通信線路，這也是A.1001（25）中4.4.2段的要求。

（3）空間段

I-4 EI前被用來支持BGAN業(yè)務(wù)，例如Inmarsat FB業(yè)務(wù)。同時，I-4早期也是GMDSS中C和F業(yè)務(wù)的備份衛(wèi)星。I—4原來有3顆衛(wèi)星，覆蓋范圍分別是亞洲太平洋地區(qū)（ Asiaand Pacific，APAC）、美洲地區(qū)（America，AMER）以及歐洲、中東和非洲地區(qū)（ Europe and Middle East and Africa，EMEA）。為了擴(kuò)展覆蓋區(qū)域和業(yè)務(wù)容量，Inmarsat與合作伙伴歐洲航天局（ European Space Agency，ESA）于2013年發(fā)射了Alphasat衛(wèi)星，從而建立了與I-3相類似的4個覆蓋區(qū)域。2016年7月，Inmarsat把I-4 F2衛(wèi)星從25°E移動到了新的位置64°E，即MEAS，這樣最終確定了4個洋區(qū)覆蓋的基本框架。目前4個衛(wèi)星位置如下：

APAC： Inmarsat 4 Fl - 143.50E：

AMER： Inmarsat 4 F3 - 980 W;

EMEA： Inmarsat 4 F4 - 250 E;

MEAS： Inmarsat 4 F2 - 640 E。

其中，APAC的主SAS和備份SAS分別是Aukland和Paumalu;AMER的主SAS和備份SAS分別是Laurentides和Paumalu;EMEA的主SAS和備份SAS分別是Fucino和Burum;MEAS的主SAS和備份SAS與EMEA相同。Inmarsat計劃自2020年開始發(fā)射I-6，I-6同時搭載Ka和L波段轉(zhuǎn)發(fā)器?？梢灶A(yù)見，屆時Inmarsat FB通信能力會得到進(jìn)一步提升。

（4）船載設(shè)備

MSDS與現(xiàn)存的Inmarsat FB終端能夠很好地兼容，只需要在船端加裝MST即可。MST提供一個視頻顯示終端，允許航海員獨(dú)立于Inmarsat FB的一般通信業(yè)務(wù)使用MSDS。標(biāo)準(zhǔn)化MST軟件由Inmarsat開發(fā)并提供給InmarsatFB設(shè)備制造商，保證了所有制造商產(chǎn)品對系統(tǒng)安全功能的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)用。通過MST，航海員可以獲得IMO要求的A.1001（25）載明的所有功能。

典型的MSDS包括甲板下設(shè)備和甲板上設(shè)備兩部分。其中，甲板下設(shè)備包括海事安全業(yè)務(wù)終端、送受話器以及打印機(jī);甲板上設(shè)備主要是收發(fā)天線及其附屬設(shè)備。其中，每一個甲板下設(shè)備的MSDS終端內(nèi)部有一個客戶識別模塊（ Subscriber Identity Module，SIM），SIM卡包含了國際移動用戶識別（ International Mobile Subscriber Identity.IMSI）。當(dāng)用戶終端投入使用時，IMSI會在Inmarsat系統(tǒng)注冊，系統(tǒng)將認(rèn)可終端是一個MST。與IMSI -同在Inmarsat系統(tǒng)中被錄入的還包括船舶的水上移動通信業(yè)務(wù)標(biāo)識碼（ Maritime Mobile Service Identify，MMSI）、呼號、船舶名稱、IMO編號、船舶電話號碼、船東信息、船旗及緊急聯(lián)系的細(xì)節(jié)信息等。Inmarsat有2個數(shù)據(jù)庫，且需保證其日常巡檢。目前，數(shù)據(jù)庫的維護(hù)主要依靠各參與方提供高標(biāo)準(zhǔn)的精確船舶信息。

除了被認(rèn)可的業(yè)務(wù)，MST還提供特色安全業(yè)務(wù)：

①遇險信息交流，同時在多條船舶和多個MRCC之間進(jìn)行的文本形式的有關(guān)遇險操作的信息交流;

②MSI推送，允許航海員選擇NAVAREA/METAREA區(qū)域并查閱和下載30天以內(nèi)的MSI;

③選擇MRCC，允許航海員選擇接收其遇險信息的MRCC;

④MSI的濾除，允許航海員拒絕接收不相干的MSI種類。

此外，在地面段、空間段和本地，MSDS都具有完全的優(yōu)先通信及信道搶占能力。

（5）網(wǎng)絡(luò)操作

岸端、地面、空間設(shè)施以及船載設(shè)備接受位于Inmarsat倫敦總部的24 h人工值守的網(wǎng)絡(luò)操作中心（NetworkOperation Centre，NOC）的不間斷監(jiān)控，并通過Inmarsat所有的位于荷蘭Burum的SAS的操作備份中心進(jìn)行地理冗余備份。

NOC的管理者和SAS的操作員負(fù)責(zé)維護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。作為NOC工作的一部分，管理人員每天進(jìn)行2次遇險報警和語音遇險呼叫測試，遇險報警和呼叫會在NOC發(fā)出警報，且根據(jù)A.1001（25）段落4.4.3的要求，報警需通過手動模式確認(rèn)。除被提交給MRCC的遇險報警和語音遇險呼叫外，一封自動生成的E-mail會被發(fā)送給NOC、相關(guān)的SAS和MRCC，其中包括呼叫的來源、船舶名稱、位置、聯(lián)系號碼等。一旦NOC得知有一份遇險報警正在被處理，無論是移動站發(fā)起還是終止的，其在整個BGAN正在進(jìn)行或者汁劃進(jìn)行的、可能影響到信息被成功提交的操作都會被停止或者延遲。如果默認(rèn)或者首選的MRCC在1 min之內(nèi)沒有對遇險報警或者呼叫做出確認(rèn)，MSS將把信息轉(zhuǎn)給下一個MRCC，如果需要可能還會進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)給其他的MRCC。

NOC對遇險報警和呼叫實(shí)時監(jiān)控，以保證MRCC會做出反應(yīng)。如果語音遇險呼叫或者遇險報警沒有被MRCC確認(rèn)，Inmarsat的NOC會根據(jù)程序呼叫相關(guān)的MRCC確認(rèn)他們是否收到信息以及是否需要提供幫助。同時，NOC 一周7天24 h監(jiān)控MRCC，如果發(fā)現(xiàn)其離線超過60 s，NOC將呼叫MRCC要求其注冊回系統(tǒng)。

4結(jié)語

MSDS是完全的端到端解決方案，通過MSS和NOC的冗余設(shè)置以及安全管理程序向航海員、MRCC和MSIP提供增強(qiáng)的GMDSS功能，是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在船舶上的典型應(yīng)用。相信未來伴隨銥星系統(tǒng)、VDES和NAVDT等技術(shù)的應(yīng)用，GMDSS功能將得到進(jìn)一步完善，海事安全現(xiàn)狀會得到顯著改善。

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大連海事大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（2018Y02）

中央高校青年骨干基金項(xiàng)目 （3132019128）

作者簡介：

朱玉柱，教授，研究生導(dǎo)師。E-mail： lb18018999257@163.com