VDES在海上通信中的應用研究

趙顯峰 趙培雪

摘 要：現階段，通信技術仍然是航運業智能化發展的制約因素。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據傳輸和信息交換需求，應用前景極為廣闊。本文基于VDES系統的技術特性，開展VDES系統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

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

作為e-航海的數據交換通道之一，高頻數據交換系統（以下簡稱VDES）在2013年由國際航標協會（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務領域正式引入。2019年世界無線電通信大會確定VDES衛星部分使用頻率和采用規則。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系統的應用路徑，提出我國實施VDES系統的技術政策的建議，更好地指導VDES系統的規劃建設，推動我國e-航海建設的進一步實施，為我國航海電子產業的中國制造2025創造機會。

2 技術特性

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

2.1專用頻段

VDES系統具有頻譜利用率高和抗干擾強等特點，系統根據業務屬性不同開辟專用頻段，保障信息傳輸可靠可控，數據信號保密性強，同時兼容原AIS系統，能為海上動態監控提供更為可靠的數據。

2.2收發兼顧

VDES系統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據交換，并為未來實現衛星與船舶之間的遠程雙向數據交換預留空間，為海上動態監控提供實時豐富的船舶數據。

2.3傳輸速率

傳統的AIS系統的帶寬比較窄，傳輸速率只有9.6kbps。VDES系統在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，數據傳輸速率得到大幅度提升。

2.4系統可靠

VDES系統采用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，且具有優先級傳輸功能。

3 應用研究

VDES系統由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據。

其中AIS信道的優先級最高，ASM信道的優先級次之，VDE信道的優先級最低。

3.1 AIS應用

AIS保持其最初的設計目的不變，實現助航和避碰，確保船舶海上航行安全。VDES系統中的AIS保留了原始AIS系統的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、地區通知等，詳見表2。

3.3 VDE應用

VDE是VDES系統的核心功能，是VDES系統實現高帶寬數據通信的基礎。VDE具有理論上最高307.2kbps的雙向通信能力以及結合衛星的全球覆蓋能力，能在全球范圍提供雙向數據傳輸服務。根據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管和應急救助相關的數據傳輸需求。利用VDE有效整合現有的信息、組織和資源提供途徑，提供數據交換技術支持。

二是滿足港口作業、船舶報告、企業貨運管理、電子報關、電子海圖更新等廣泛的數據交換需求，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據通信需求。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情況進行數據傳輸;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可實現全球海域的船舶監控，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字通信技術，是IMO主導的e-航海戰略核心通信方式，對保障海上航行安全、實現全球航海信息資源的利用與共享、促進航運事業發展起著至關重要的作用。根據當前VDES的研究成果，提出我國VDES系統應用的對策和建議。

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

二是議案建議。目前，現有VDES技術的研究創新主要集中在信號處理層面，但針對設備產品和系統架構的研究相對較少，建議我國在議案方面應重點關注VDES數據處理服務和運營技術、VDES衛星組網技術和衛星有效載荷等內容，提交符合中國發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。系統應用，標準先行。在適當地時機開展相關標準規范的專題研究，并出臺VDES系統的行業建設標準、設備管理規范和設備使用規定等，督促行業內的系統研發和設備應用進程，鼓勵社會企業積極參與，引入社會資本，充分發揮科技企業的作用，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VDES系統。對于VDE這部分內容，系統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：

[1] VHF水上移動頻段內的VHF數據交換系統的技術特性[S].2015.

[2] International Maritime Organization NCSR分委會.Report to the Maritime Safety Committee （MSC） of NCSR5[R]. London：IMO，2018：27-36.

[3] 熊雅穎.海事通信技術新進展——VDES系統[J].衛星應用，2016.

[4] 姚治萱.VDES通信技術應用及其發展趨勢[J].世界海運，2019.