海事移動通信網絡系統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絡系統，指出當前海事移動通信網絡存在通信帶寬不足、通信質量不高、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。根據實地測試及可行性分析提出建議：加快試點推廣應用，加大對海事無線寬帶網絡頻點支持，加強海事通信人才隊伍建設，采用綜合智能管理系統以統一管理網絡通信設備，重視設備信息安全，加強對外交流合作。

【關鍵詞】 海事通信網絡系統;海事無線寬帶通信;智慧海事

0 引 言

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

1 我國海事移動通信系統存在的問題

移動通信網絡系統廣泛應用于海洋運輸、油氣勘探開發、海洋環境監測、海洋漁業等領域，提供穩定、及時、準確的通信服務。目前我國海事移動通信網絡分為海上無線、海事衛星、公共移動等3種體系。

目前我國海事移動通信系統基本滿足傳統海事監管通信需求，但現有的網絡通信系統存在通信帶寬各異、格式不兼容、信號傳輸穩定性不一、通信費用高昂等不足，還存在信號盲區，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

海上移動通信系統的通信帶寬不能滿足現行信息系統數據的傳輸需求，在大數據時代下，無線傳輸帶寬不足已成為實現海事信息現代化及“智慧海事”的瓶頸。

1.2 通信質量不高

受到海洋復雜環境等因素影響，現有大部分海上通信系統都不同程度地存在通信質量不高等問題，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，移動通信質量都會受到影響。數據傳輸不穩定嚴重影響海事監管、應急和搜救等實時性要求較高的工作。

1.3 信號范圍有限

現有大部分無線通信系統（除衛星通信外）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，嚴重影響海事日常管理。

1.4 通信費用昂貴

衛星通信可提供全天候、全時段、全方位高帶寬數據通信服務，但衛星通信費用昂貴，若完全依靠衛星實現海事無線寬帶通信，則會給海事部門帶來學生經濟負擔。

我國海事移動通信系統中有的系統通信范圍廣但通信能力十分有限，有的通信系統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星通信系統卻費用昂貴。隨著海事信息現代化的推進，海上移動執法辦公、遠程視頻實時監控及即時應急搜救等應用逐步推廣，對移動通信系統性能要求大大提高。如何使我國海事移動通信系統在通信范圍、通信能力及經濟性之間取得平衡，填補近岸沿海至近海之間高速數據通信服務的空白，成為我國海事信息現代化發展亟待解決的問題。

2 海事無線寬帶網絡解決方案

為解決海事移動通信體系目前存在的問題，為海事部門及相關單位提供高效、穩定、安全及經濟性高的解決方案，提議加快應用長期演進（LTE）無線寬帶技術，配合完善海事衛星網絡，建立海事移動通信網絡。以深圳海事局為例，分析其通信網絡的建設方案。

2.1 建設目標

（1）基本實現港口轄區無線寬帶全覆蓋。通過建設海事移動通信網絡，基本實現港口轄區水上現場移動執法辦公，即實現動靜態信息數據即時查詢、現場執法辦公及遠程督察記錄等功能。

（2）實現遠程即時視頻監控全覆蓋。閉路電視（CCTV）監控系統與船舶交通服務中心（VTS）、船舶自動識別系統（AIS）的聯動，可實現對全轄區（航道、錨地等）的遠程視頻實時監控。

（3）實現現場應急指揮決策系統全覆蓋。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，通過通信網絡回傳，融合船舶動態管理系統（VTS等），實現全天候、全時段、全方位應急搜救通信功能，幫助有關部門在復雜環境下合理調配現場應急搜救力量。

2.2 建設內容

建設海事無線寬帶通信網絡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。海事移動通信網絡系統架構見圖1。

2.2.1 海事移動專網

充分利用LTE技術特點，對轄區海域實現全覆蓋，即采用沿岸建立基站，執法船艇（或執法車、無人機）配置專用CPE（客戶終端設備，并作為網絡無線接入點供執法人員及各類系統使用）模式，建立蜂窩式海事移動通信網絡。該網絡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），全面覆蓋轄區海域;

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

（4）采用專用網絡，頻點抗干擾性強;

（5）設備防護等級IP65以上，適應沿海強風、高濕度、高鹽霧等惡劣環境;

（6）采用加密通信信道，系統信息數據傳輸安全性高。

2.2.2 海事監控專網

采用私有協議實現點到點、點到多點寬帶無線接入系統技術，實現轄區固定站點與站點間無線寬帶數據傳輸覆蓋，在固定站點（雷達站、甚高頻通信基站等）與固定站點（CCTV監控點）之間建立點對點或點對多點無線寬帶網絡。應用特點與性能指標如下：

（1）帶寬高，支持高清視頻傳輸等寬帶需求;

（2）傳輸距離遠，采用多輸入多輸出技術，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，能覆蓋大部分轄區水域，同時可通過跳點（點對點）方式實現接力傳輸，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，適應沿海惡劣氣候環境。

2.2.3 海事衛星通信網

與海事移動專網、海事監控專網等網絡形成有效互補，即在專網覆蓋盲區及遠離岸線30 km以外區域提供寬帶通信服務，通過新一代衛星提供的“按需計費”方式的高帶寬通信服務，實現轄區全覆蓋。

3 實地測試及可行性分析

3.1 實地測試結果

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絡實地測試工作，分別對海事移動通信網絡及固定無線寬帶網絡系統功能及性能進行測試，結果（圖2）顯示：海事移動通信網絡（臨時基站及船載CPE）可覆蓋至深圳西部轄區最遠點（離岸25 km），通信網絡能保持穩定的傳輸帶寬達7.5 MB/s，測試點信號值RSRP都大于100 dB，滿足轄區海事業務移動通信需求。

在固定點對點（點對多點）無線寬帶網絡的測試（圖3）中，通過臨時設置4個點對點基站，可實現間隔2 km以上的每個點位100 MB/s以上網絡帶寬接入，完全滿足包括高清視頻信號傳輸在內的高帶寬業務需求。

3.2 可行性分析

（1）建設條件。建設海事無線寬帶通信網絡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，要確定數量眾多的岸基站址十分困難。經過多年發展，沿岸重要港區、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，所需安裝建設條件簡單，只需利用現有站址和網絡即可實現快速安裝。海事部門可以依靠港口碼頭，并與氣象、海洋等部門合作，在既有站址建設無線基站，從而解決無線基站建設條件問題。

（2）使用頻點。建設海事無線寬帶通信網絡的另一個困難之處是頻點的選取。經濟發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象，影響無線寬帶通信質量。然而，海事無線寬帶通信網絡屬于政府公務專用網，在專用頻段上的申請使用門檻較低。經現場掃頻發現，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絡建設費用較高，但產生的效益更高。從海事無線寬帶通信網絡費效比與現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絡租用費，長期看經濟性、便捷性及安全性更佳，對降低海事行政成本有積極作用;網絡寬帶使用受限較小，能滿足海事信息系統業務需求，有效填補近海海事移動通信網絡空白，點對點網絡覆蓋更能有效降低有線網絡建設及維護費用，提升整體網絡通信質量。

（4）后期維護。后期維護是海事無線寬帶通信網絡建設的困難之一，實現近海管理轄區船岸無線寬帶通信要建設數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量，依靠信息系統運維技術，實現遠端設備統一及智慧管理，即可降低運維成本和時間。

通過對海事無線寬帶通信網絡的建設可行性進行分析，本文認為盡管在前期選址、頻點申請、建設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、優化資源配置加上應用先進系統運維管理體系，可有效解決上述問題，為建設海事無線寬帶通信網絡奠定基礎。

4 建 議

為推進海事無線寬帶網絡建設，提升海事通信網絡質量，提出如下建議：

（1）加快試點推廣應用。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，為水上安全及環境保護提供基礎及應急通信保障。

（2）加大對海事無線寬帶網絡頻點支持。與無線電委員會加強溝通，全力爭取海事移動通信網絡所需頻帶資源，確保建設基礎，提升通信網絡質量。

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

（4）采用綜合智能管理模式統一管理網絡通信設備。實現“一張圖”管理，同時基站通信設備采用一體化集成設備，安裝空間小，建設和后期維護方便，減少建設和運維成本。

（5）重視設備信息安全。在前期建設、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，確保網絡安全性。

（6）加強對外交流合作。有效溝通合作渠道和平臺，密切關注高新通信行業技術發展，借鑒外界技術和通信網絡建設經驗，為海事無線寬帶網絡及技術升級作好準備。

5 結 語

本文以海事通信網絡現狀分析為切入口，綜述海事通信網絡系統目前所遇到的問題，提出建設海事移動通信網絡方案，并對方案進行可行性探討，同時對未來發展提出建議。建設海事無線寬帶通信網絡將對海事管理、水上安全監管及環境保護等工作產生積極作用，打通海事信息化、智慧化關鍵瓶頸，將產生巨大的社會效益及環保效益，為我國推進海洋強國等戰略目標提供重要基礎支撐和服務。