海事移动通信网络系统存在的问题及解决方案

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　　【摘 要】 为完善海事移动通信网络系统，指出当前海事移动通信网络存在通信带宽不足、通信质量不高、信号覆盖范围有限、通信费用昂贵等问题，并以深圳海事局为例提出解决方案。根据实地测试及可行性分析提出建议：加快试点推广应用，加大对海事无线宽带网络频点支持，加强海事通信人才队伍建设，采用综合智能管理系统以统一管理网络通信设备，重视设备信息安全，加强对外交流合作。
　　【关键词】 海事通信网络系统;海事无线宽带通信;智慧海事
　　0 引 言
　　随着航运业和社会各界对水上安全监管和应急搜救的要求日益提高，现有海事信息体系尤其是移动通信网络已无法满足目前越来越严格的海事事中、事后监管及应急搜救需求，离实现“智慧海事”仍有一定的距离。因此，如何利用当代通信技术，打造海事专用移动通信网络系统，对提升海事治理水平，更好地服务航运业发展和国家海洋强国战略均有积极意义。
　　1 我国海事移动通信系统存在的问题
　　移动通信网络系统广泛应用于海洋运输、油气勘探开发、海洋环境监测、海洋渔业等领域，提供稳定、及时、准确的通信服务。目前我国海事移动通信网络分为海上无线、海事卫星、公共移动等3种体系。
　　目前我国海事移动通信系统基本满足传统海事监管通信需求，但现有的网络通信系统存在通信带宽各异、格式不兼容、信号传输稳定性不一、通信费用高昂等不足，还存在信号盲区，难以满足我国日益增长的海事移动通信需求。
　　1.1 通信带宽不足
　　海上移动通信系统的通信带宽不能满足现行信息系统数据的传输需求，在大数据时代下，无线传输带宽不足已成为实现海事信息现代化及“智慧海事”的瓶颈。
　　1.2 通信质量不高
　　受到海洋复杂环境等因素影响，现有大部分海上通信系统都不同程度地存在通信质量不高等问题，特别是在离岸15～30 km的范围，以及受到岛屿等阻碍的情况下，移动通信质量都会受到影响。数据传输不稳定严重影响海事监管、应急和搜救等实时性要求较高的工作。
　　1.3 信号范围有限
　　现有大部分无线通信系统（除卫星通信外）若无沿岸（离岛）基站或船舶、无人机等移动站点“跳点”传输支持，其信号覆盖范围就会非常有限。微波容易受到地理障碍影响而形成通信盲区，严重影响海事日常管理。
　　1.4 通信费用昂贵
　　卫星通信可提供全天候、全时段、全方位高带宽数据通信服务，但卫星通信费用昂贵，若完全依靠卫星实现海事无线宽带通信，则会给海事部门带来学生经济负担。
　　我国海事移动通信系统中有的系统通信范围广但通信能力十分有限，有的通信系统通信能力强但覆盖能力却不足，而覆盖范围大且通信带宽较高的卫星通信系统却费用昂贵。随着海事信息现代化的推进，海上移动执法办公、远程视频实时监控及即时应急搜救等应用逐步推广，对移动通信系统性能要求大大提高。如何使我国海事移动通信系统在通信范围、通信能力及经济性之间取得平衡，填补近岸沿海至近海之间高速数据通信服务的空白，成为我国海事信息现代化发展亟待解决的问题。
　　2 海事无线宽带网络解决方案
　　为解决海事移动通信体系目前存在的问题，为海事部门及相关单位提供高效、稳定、安全及经济性高的解决方案，提议加快应用长期演进（LTE）无线宽带技术，配合完善海事卫星网络，建立海事移动通信网络。以深圳海事局为例，分析其通信网络的建设方案。
　　2.1 建设目标
　　（1）基本实现港口辖区无线宽带全覆盖。通过建设海事移动通信网络，基本实现港口辖区水上现场移动执法办公，即实现动静态信息数据即时查询、现场执法办公及远程督察记录等功能。
　　（2）实现远程即时视频监控全覆盖。闭路电视（CCTV）监控系统与船舶交通服务中心（VTS）、船舶自动识别系统（AIS）的联动，可实现对全辖区（航道、锚地等）的远程视频实时监控。
　　（3）实现现场应急指挥决策系统全覆盖。各种视频终端（船、车、人及无人机）第一时间获取事故险情情况，通过通信网络回传，融合船舶动态管理系统（VTS等），实现全天候、全时段、全方位应急搜救通信功能，帮助有关部门在复杂环境下合理调配现场应急搜救力量。
　　2.2 建设内容
　　建设海事无线宽带通信网络主要是为了满足海上移动通信及无线点与点（点与多点）间高带宽通信的需求。海事移动通信网络系统架构见图1。
　　2.2.1 海事移动专网
　　充分利用LTE技术特点，对辖区海域实现全覆盖，即采用沿岸建立基站，执法船艇（或执法车、无人机）配置专用CPE（客户终端设备，并作为网络无线接入点供执法人员及各类系统使用）模式，建立蜂窝式海事移动通信网络。该网络特点及性能指标如下：
　　（1）移动性能好，能快速漫游切换，切换时延可低至60 ms，用户时延可低至10 ms;
　　（2）覆盖距离远，最远可达30 km （16 n mile），全面覆盖辖区海域;
　　（3）通信能力强，可满足应用上下行数据传输不对称及视频等大带宽、实时传输要求;
　　（4）采用专用网络，频点抗干扰性强;
　　（5）设备防护等级IP65以上，适应沿海强风、高湿度、高盐雾等恶劣环境;
　　（6）采用加密通信信道，系统信息数据传输安全性高。
　　2.2.2 海事监控专网
　　采用私有协议实现点到点、点到多点宽带无线接入系统技术，实现辖区固定站点与站点间无线宽带数据传输覆盖，在固定站点（雷达站、甚高频通信基站等）与固定站点（CCTV监控点）之间建立点对点或点对多点无线宽带网络。应用特点与性能指标如下：
　　（1）带宽高，支持高清视频传输等宽带需求;
　　（2）传输距离远，采用多输入多输出技术，点对点传输距离可达120 km，点对多点可达40 km，具備一定超视距性能，能覆盖大部分辖区水域，同时可通过跳点（点对点）方式实现接力传输，进一步扩大信号传输范围; 　　（3）专用频段，4.9～6.0 GHz宽频非许可频段，专网专用，通信安全性高;
　　（4）抗干扰性强，采用智能波束成形天线、GPS时钟同步等多种技术手段，可有效减少和避免频率干扰;
　　（5）采用IP67防护等级可全天候室外工作，适应沿海恶劣气候环境。
　　2.2.3 海事卫星通信网
　　与海事移动专网、海事监控专网等网络形成有效互补，即在专网覆盖盲区及远离岸线30 km以外区域提供宽带通信服务，通过新一代卫星提供的“按需计费”方式的高带宽通信服务，实现辖区全覆盖。
　　3 实地测试及可行性分析
　　3.1 实地测试结果
　　深圳海事局于2018年在深圳西部水域开展了海事无线宽带通信网络实地测试工作，分别对海事移动通信网络及固定无线宽带网络系统功能及性能进行测试，结果（图2）显示：海事移动通信网络（临时基站及船载CPE）可覆盖至深圳西部辖区最远点（离岸25 km），通信网络能保持稳定的传输带宽达7.5 MB/s，测试点信号值RSRP都大于 100 dB，满足辖区海事业务移动通信需求。
　　在固定点对点（点对多点）无线宽带网络的测试（图3）中，通过临时设置4个点对点基站，可实现间隔2 km以上的每个点位100 MB/s以上网络带宽接入，完全满足包括高清视频信号传输在内的高带宽业务需求。
　　3.2 可行性分析
　　（1）建设条件。建设海事无线宽带通信网络首要解决的问题是基站站址的选定。在沿海岸线资源紧缺的条件下，要确定数量众多的岸基站址十分困难。经过多年发展，沿岸重要港区、航道及水域已建有众多的雷达站及VHF基站，而无线宽带基站体积不大，所需安装建设条件简单，只需利用现有站址和网絡即可实现快速安装。海事部门可以依靠港口码头，并与气象、海洋等部门合作，在既有站址建设无线基站，从而解决无线基站建设条件问题。
　　（2）使用频点。建设海事无线宽带通信网络的另一个困难之处是频点的选取。经济发达的沿岸城市频率资源紧缺，并存在同频干扰和临界干扰现象，影响无线宽带通信质量。然而，海事无线宽带通信网络属于政府公务专用网，在专用频段上的申请使用门槛较低。经现场扫频发现，1.8 GHz频点综合效果最佳，仅存在少许干扰，可通过采取必要措施最大限度降低干扰。
　　（3）费效比。虽然海事无线宽带通信网络建设费用较高，但产生的效益更高。从海事无线宽带通信网络费效比与现有其他通信手段比较（见表1）可知：海事无线宽带虽在前期须投入一定的资源，但很快可通过后续运营取得回报，且其使用便捷且安全，不需要支付高昂的移动网络租用费，长期看经济性、便捷性及安全性更佳，对降低海事行政成本有积极作用;网络宽带使用受限较小，能满足海事信息系统业务需求，有效填补近海海事移动通信网络空白，点对点网络覆盖更能有效降低有线网络建设及维护费用，提升整体网络通信质量。
　　（4）后期维护。后期维护是海事无线宽带通信网络建设的困难之一，实现近海管理辖区船岸无线宽带通信要建设数量较多且位置偏远的通信基站，因维护较困难使得后期维护成本更高。但只要通过前期合理配置基站位置及数量，依靠信息系统运维技术，实现远端设备统一及智慧管理，即可降低运维成本和时间。
　　通过对海事无线宽带通信网络的建设可行性进行分析，本文认为尽管在前期选址、频点申请、建设投入及后期运维等方面存在一定困难，但只要通过合理选址、优化资源配置加上应用先进系统运维管理体系，可有效解决上述问题，为建设海事无线宽带通信网络奠定基础。
　　4 建 议
　　为推进海事无线宽带网络建设，提升海事通信网络质量，提出如下建议：
　　（1）加快试点推广应用。首先在港口海事单位试点，以点带面，分步实施，在运行成熟后推广至全国沿海海事部门，为水上安全及环境保护提供基础及应急通信保障。
　　（2）加大对海事无线宽带网络频点支持。与无线电委员会加强沟通，全力争取海事移动通信网络所需频带资源，确保建设基础，提升通信网络质量。
　　（3）加强海事通信人才队伍建设。以建设海事移动通信网络为契机，以建代培，加快建立一支专业高效的海事网络保障队伍，并建章立制，确保无线网络建设、运维机制良性运转。
　　（4）采用综合智能管理模式统一管理网络通信设备。实现“一张图”管理，同时基站通信设备采用一体化集成设备，安装空间小，建设和后期维护方便，减少建设和运维成本。
　　（5）重视设备信息安全。在前期建设、中期实施及后期运维过程中须严格遵照信息安全等级保护要求，定期进行巡检和开展安全演练，确保网络安全性。
　　（6）加强对外交流合作。有效沟通合作渠道和平台，密切关注高新通信行业技术发展，借鉴外界技术和通信网络建设经验，为海事无线宽带网络及技术升级作好准备。
　　5 结 语
　　本文以海事通信网络现状分析为切入口，综述海事通信网络系统目前所遇到的问题，提出建设海事移动通信网络方案，并对方案进行可行性探讨，同时对未来发展提出建议。建设海事无线宽带通信网络将对海事管理、水上安全监管及环境保护等工作产生积极作用，打通海事信息化、智慧化关键瓶颈，将产生巨大的社会效益及环保效益，为我国推进海洋强国等战略目标提供重要基础支撑和服务。
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