VDES在海上通信中的應用研究

趙顯峰 趙培雪

摘 要：現(xiàn)階段，通信技術仍然是航運業(yè)智能化發(fā)展的制約因素。隨著智能航運的有序推進，海上通信需求將不斷增大。VDES系統(tǒng)采用國際通用標準，其雙向高速通信能力可以更好地滿足海上交通安全相關的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換需求，應用前景極為廣闊。本文基于VDES系統(tǒng)的技術特性，開展VDES系統(tǒng)的應用方向和應用場景研究，為有關主管部門制定相關政策提供決策參考和技術支撐。

關鍵詞：VDES;通信;應用

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）10-0060-03

1 引言

從現(xiàn)階段來看，通信技術仍然是航運業(yè)智能化發(fā)展的制約因素，一方面現(xiàn)有的海事衛(wèi)星等通信系統(tǒng)費用昂貴且通信速率有限，另一方面由于海洋環(huán)境的特殊性，目前海上遠程通信、高速實時數(shù)據(jù)傳輸遠遠落后于岸基，成為制約海洋經(jīng)濟發(fā)展的一個技術瓶頸。隨著智能航運業(yè)的有序推進，海上通信需求將不斷增大，數(shù)據(jù)交換通道會越來越重要。

作為e-航海的數(shù)據(jù)交換通道之一，高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（以下簡稱VDES）在2013年由國際航標協(xié)會（IALA）首次提出，并在2015年世界無線電通信大會決定在水上移動業(yè)務領域正式引入。2019年世界無線電通信大會確定VDES衛(wèi)星部分使用頻率和采用規(guī)則。在當前VDES技術標準制定階段，分析VDES關鍵技術和應用需求，研判VDES系統(tǒng)的應用路徑，提出我國實施VDES系統(tǒng)的技術政策的建議，更好地指導VDES系統(tǒng)的規(guī)劃建設，推動我國e-航海建設的進一步實施，為我國航海電子產(chǎn)業(yè)的中國制造2025創(chuàng)造機會。

2 技術特性

VDES系統(tǒng)是針對水上移動業(yè)務領域中的船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）升級版，能在保護現(xiàn)有AIS功能的基礎上，通過引入特殊應用消息（ASM）和寬帶甚高頻數(shù)據(jù)交換（VDE）全面強化船舶通信的數(shù)據(jù)傳輸能力。與傳統(tǒng)的AIS系統(tǒng)相比，VDES系統(tǒng)的主要優(yōu)勢如下：

2.1專用頻段

VDES系統(tǒng)具有頻譜利用率高和抗干擾強等特點，系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務屬性不同開辟專用頻段，保障信息傳輸可靠可控，數(shù)據(jù)信號保密性強，同時兼容原AIS系統(tǒng)，能為海上動態(tài)監(jiān)控提供更為可靠的數(shù)據(jù)。

2.2收發(fā)兼顧

VDES系統(tǒng)分為岸基和星基兩部分，滿足當前船船和船岸之間的雙向數(shù)據(jù)交換，并為未來實現(xiàn)衛(wèi)星與船舶之間的遠程雙向數(shù)據(jù)交換預留空間，為海上動態(tài)監(jiān)控提供實時豐富的船舶數(shù)據(jù)。

2.3傳輸速率

傳統(tǒng)的AIS系統(tǒng)的帶寬比較窄，傳輸速率只有9.6kbps。VDES系統(tǒng)在25kHz、50kHz、l00kHz三種不同帶寬上分別達到76.8kbps、153.6 kbps、307.2kbps傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸速率得到大幅度提升。

2.4系統(tǒng)可靠

VDES系統(tǒng)采用VHF頻段，傳輸可靠性高，有一定繞射能力，空間損耗小，覆蓋范圍大，通信距離遠，且具有優(yōu)先級傳輸功能。

3 應用研究

VDES系統(tǒng)由AIS、ASM和VDE三部分組成：

（1）AIS信道主要傳輸船舶航行相關信息：

（2）ASM信道主要傳輸特殊應用報文;

（3）VDE信道主要傳輸寬帶甚高頻數(shù)據(jù)。

其中AIS信道的優(yōu)先級最高，ASM信道的優(yōu)先級次之，VDE信道的優(yōu)先級最低。

3.1 AIS應用

AIS保持其最初的設計目的不變，實現(xiàn)助航和避碰，確保船舶海上航行安全。VDES系統(tǒng)中的AIS保留了原始AIS系統(tǒng)的21種消息類型，詳見表1。

3.2 ASM應用

ASM是一種實時可靠的信息接收機制，用于提供非導航安全信息服務，如水文、氣象、地區(qū)通知等，詳見表2。

3.3 VDE應用

VDE是VDES系統(tǒng)的核心功能，是VDES系統(tǒng)實現(xiàn)高帶寬數(shù)據(jù)通信的基礎。VDE具有理論上最高307.2kbps的雙向通信能力以及結合衛(wèi)星的全球覆蓋能力，能在全球范圍提供雙向數(shù)據(jù)傳輸服務。根據(jù)VDE的技術特性，結合我國海上交通安全的通信需求分析，VDE應用主要包括五個方向：

一是滿足海事、搜救等部門對海上船舶航行安全監(jiān)管和應急救助相關的數(shù)據(jù)傳輸需求。利用VDE有效整合現(xiàn)有的信息、組織和資源提供途徑，提供數(shù)據(jù)交換技術支持。

二是滿足港口作業(yè)、船舶報告、企業(yè)貨運管理、電子報關、電子海圖更新等廣泛的數(shù)據(jù)交換需求，大幅提升工作和運營效率。

三是滿足船舶和船員等自定義的數(shù)據(jù)通信需求。對船舶來說，該通道可用于船舶自身的管理，在必要情況下將船舶自身運行狀態(tài)情況進行數(shù)據(jù)傳輸;對船員來說，該通道可以為其提供新聞、電子書籍、聊天等服務。

四是滿足軍民融合的應用需求。VDES可實現(xiàn)全球海域的船舶監(jiān)控，通過加密VDE可提供軍用應急通訊備份鏈路，為遠海海洋傳感器提供高效成本低廉的通信鏈路等。

五是滿足新技術發(fā)展的應用需求。隨著我國智能航運的有序推進，VDE技術將在智能航運領域占據(jù)舉足輕重的作用，特別是對無人船在復雜海域中航行具有重要價值和意義。

4 對策建議

VDES技術是新一代海上數(shù)字通信技術，是IMO主導的e-航海戰(zhàn)略核心通信方式，對保障海上航行安全、實現(xiàn)全球航海信息資源的利用與共享、促進航運事業(yè)發(fā)展起著至關重要的作用。根據(jù)當前VDES的研究成果，提出我國VDES系統(tǒng)應用的對策和建議。

一是發(fā)展路徑。目前全球多個國家對VDES的發(fā)展顯現(xiàn)出高度積極性，中國作為IMO、IALA、ITU的理事國成員，應加快發(fā)展VDES相關技術研究，適當開展試點示范工程的建設，穩(wěn)步推進和驗證系統(tǒng)的可靠性和應用性，提高VDES系統(tǒng)工程建設和使用的主觀能動性。

二是議案建議。目前，現(xiàn)有VDES技術的研究創(chuàng)新主要集中在信號處理層面，但針對設備產(chǎn)品和系統(tǒng)架構的研究相對較少，建議我國在議案方面應重點關注VDES數(shù)據(jù)處理服務和運營技術、VDES衛(wèi)星組網(wǎng)技術和衛(wèi)星有效載荷等內容，提交符合中國發(fā)展需求的建議和提案，加強在相關國際標準制定中的主導性作用。

三是標準研究。系統(tǒng)應用，標準先行。在適當?shù)貢r機開展相關標準規(guī)范的專題研究，并出臺VDES系統(tǒng)的行業(yè)建設標準、設備管理規(guī)范和設備使用規(guī)定等，督促行業(yè)內的系統(tǒng)研發(fā)和設備應用進程，鼓勵社會企業(yè)積極參與，引入社會資本，充分發(fā)揮科技企業(yè)的作用，更好地推動我國e-航海的進一步實施。

四是建設策略。VDES系統(tǒng)主要分為AIS、ASM和VDE三部分，目前AIS和ASM的技術框架已基本確定，可以先期開展工程的建設與應用，采用邊試點、邊應用、邊驗證，逐步完善我國自主研發(fā)VDES系統(tǒng)。對于VDE這部分內容，系統(tǒng)應保留其開放性和擴展性，在后期時機成熟后對逐步進行VDE的建設。

參考文獻：

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