我國(guó)甚高頻數(shù)字交換系統(tǒng)建設(shè)思路研究

王福齋 胡青 姚高樂(lè) 易中立

摘 要：結(jié)合國(guó)際國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，立足我國(guó)實(shí)際情況和“信息系統(tǒng)自主可控”的總體目標(biāo)，從VDES基站、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)、網(wǎng)管系統(tǒng)及其他設(shè)施五個(gè)層面提出我國(guó)甚高頻數(shù)字交換系統(tǒng)VDES的建設(shè)思路。

關(guān)鍵詞：VDES;基站;承載網(wǎng);核心網(wǎng);網(wǎng)管系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）01-0083-02

2017年，國(guó)際海事組織（IMO）導(dǎo)航、通信和搜救分委會(huì)（NCSR）第4次會(huì)議審議通過(guò)了《全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)（英文簡(jiǎn)稱GMDSS）現(xiàn)代化計(jì)劃草案》，該草案提出：“甚高頻數(shù)字交換系統(tǒng)（VDES）不僅能實(shí)現(xiàn)船與船、船與岸之間的數(shù)據(jù)交換，還為未來(lái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與船舶的遠(yuǎn)程雙向數(shù)字通信預(yù)留了空間?！备鶕?jù)IMO 有關(guān)工作計(jì)劃，VDES納入《國(guó)際海上人命安全公約（英文簡(jiǎn)稱SOLAS公約）》，并進(jìn)入全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)（GMDSS）系統(tǒng)基本已成定局。目前，我國(guó)VDES技術(shù)研發(fā)工作與國(guó)際業(yè)界同步開(kāi)展，雖然國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本由國(guó)外團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，但國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)在技術(shù)跟蹤和產(chǎn)品化上并沒(méi)有顯著差距。當(dāng)前國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)格局下，核心裝備國(guó)產(chǎn)化對(duì)于打破國(guó)外壟斷，提升我國(guó)行業(yè)安全和信息安全具有重要意義，本文提出我國(guó)VDES建設(shè)思路。

1 VDES岸基系統(tǒng)建設(shè)思路

作為新生事物，我國(guó)VDES岸基系統(tǒng)的建設(shè)宜按照“突出重點(diǎn)，分布實(shí)施”的原則，按沿海重點(diǎn)水域到一般水域的思路推進(jìn)，相對(duì)一定時(shí)期暫不考慮內(nèi)河VDES岸基網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)。作為VDES岸基網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成部分的基站、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)和網(wǎng)管系統(tǒng)，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，同步實(shí)施。當(dāng)前我國(guó)沿海岸基船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（英文簡(jiǎn)稱AIS）基站使用年限普遍超過(guò)了10年，部分使用期限已達(dá)15年，主體設(shè)備已逐漸老化，天津海事局曾在2017年對(duì)AIS基站系統(tǒng)進(jìn)行抽樣檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)老化岸基系統(tǒng)信號(hào)發(fā)射功率和接收機(jī)靈敏度等參數(shù)明顯下降，影響AIS岸基系統(tǒng)接收效果，同時(shí)對(duì)虛擬航標(biāo)效能產(chǎn)生負(fù)面影響。無(wú)論從現(xiàn)有設(shè)備的更新?lián)Q代，還是對(duì)未來(lái)VDES系統(tǒng)的提前布局來(lái)說(shuō)，均有必要分階段、有步驟的推進(jìn)VDES基站系統(tǒng)的建設(shè)，本文提出“三步走”建議。

1.1第一階段

2021年-2023年，開(kāi)展VDES系統(tǒng)示范工程建設(shè)。本階段選取1-2個(gè)沿海重點(diǎn)水域作為試點(diǎn)，部署的國(guó)產(chǎn)VDES基站和原有AIS基站并網(wǎng)運(yùn)行，直至VDES國(guó)產(chǎn)基站的穩(wěn)定性和功能基本達(dá)到與原有AIS基站一致，再將原有AIS基站下架，國(guó)產(chǎn)VDES基站獨(dú)立運(yùn)行。本階段可實(shí)現(xiàn)AIS服務(wù)的平滑運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)ASM的基本收發(fā)功能，并實(shí)現(xiàn)基于單站的VDE服務(wù)的測(cè)試和應(yīng)用。

1.2第二階段

2023年-2024年，進(jìn)一步推進(jìn)AIS基站升級(jí)換代。本階段基本完成環(huán)渤海區(qū)域、長(zhǎng)江口區(qū)域、珠江口區(qū)域的AIS基站升級(jí)換代工作。同時(shí)，在上一階段VDES核心網(wǎng)理論探索和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的基礎(chǔ)上，搭建海區(qū)核心網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海區(qū)VDE系統(tǒng)的組 網(wǎng)運(yùn)行。本階段可實(shí)現(xiàn)ASM的全部功能，并可滿足區(qū)域VDE應(yīng)用部署需要。

1.3第三階段

2025年及以后，全面完成沿海AIS基站升級(jí)換代。本階段逐步完成我國(guó)北海、東海、南海三個(gè)海區(qū)全部AIS基站升級(jí)換代工作，實(shí)現(xiàn)岸基服務(wù)系統(tǒng)的VDES替代，并根據(jù)VDES系統(tǒng)的信號(hào)覆蓋范圍和服務(wù)需求進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)和站點(diǎn)位置優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)沿海水域的連續(xù)覆蓋。本階段還將開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化的核心網(wǎng)建設(shè)，完成海區(qū)核心網(wǎng)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)組網(wǎng)。同時(shí)還可適時(shí)推進(jìn)與日、韓等周邊國(guó)家的合作，實(shí)現(xiàn)東亞地區(qū)乃至更大范圍的跨國(guó)組網(wǎng)。此階段長(zhǎng)期實(shí)施，將逐步完善VDES系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用的良好承載，最終達(dá)到全能力運(yùn)行。

由于內(nèi)河水域有完善的4G、5G移動(dòng)通信網(wǎng)覆蓋，內(nèi)河船舶對(duì)VDES的使用需求相對(duì)較弱，建議近期不考慮統(tǒng)一推進(jìn)內(nèi)河AIS基站的更新?lián)Q代。由沿海工程替換下來(lái)的AIS基站設(shè)備，經(jīng)過(guò)測(cè)試選取性能合格者作為內(nèi)河AIS系統(tǒng)備件，對(duì)內(nèi)河故障AIS設(shè)備進(jìn)行替換，以充分利用現(xiàn)有設(shè)備、節(jié)省財(cái)政資金。

2 VDES承載網(wǎng)建設(shè)思路

承載網(wǎng)連接基站與數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)承載數(shù)據(jù)和匯聚數(shù)據(jù)。目前AIS系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸高效但可靠性較低。根據(jù)VDES岸基系統(tǒng)的推進(jìn)計(jì)劃，需對(duì)承載網(wǎng)進(jìn)行同步改造和完善，以適應(yīng)VDES岸基系統(tǒng)的傳輸需要。

2.1第一階段

2021年-2023年：此階段VDES基站較少，VDE應(yīng)用單一，現(xiàn)有AIS承載網(wǎng)即可滿足數(shù)據(jù)傳輸需求，可增加部分環(huán)路作為備用鏈路，完善路由協(xié)議。

2.2第二階段

2023年-2024年：此階段VDES基站數(shù)量增加，傳輸數(shù)據(jù)量增加，隨著ASM、VDE應(yīng)用特別是跨區(qū)域VDE應(yīng)用的普及，原有AIS承載網(wǎng)將無(wú)法滿足傳輸需求。此階段需要擴(kuò)展鏈路帶寬，提高網(wǎng)絡(luò)承載能力。

2.3第三階段

2025年及以后：此階段VDES基站數(shù)量進(jìn)一步增加，系統(tǒng)使用更加充分，逐步承載大量的VDES應(yīng)用服務(wù)，船舶對(duì)VDES系統(tǒng)的依賴性增加，對(duì)承載網(wǎng)的可靠性要求隨之提升。此階段有必要對(duì)承載網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加4G VPDN、衛(wèi)星鏈路等備用鏈路，構(gòu)建智能網(wǎng)絡(luò)，整體提升承重網(wǎng)的可靠性。

3 VDES核心網(wǎng)建設(shè)思路

AIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能簡(jiǎn)單，AIS數(shù)據(jù)中心僅需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)即可實(shí)現(xiàn)AIS系統(tǒng)絕大部分功能。VDES定位于船岸信息交互通道，核心網(wǎng)既要實(shí)現(xiàn)所有基站的協(xié)調(diào)及區(qū)域組網(wǎng)，同時(shí)還要提供與其他系統(tǒng)的連接功能。VDES核心網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)資源分配、移動(dòng)性管理（MM）、網(wǎng)絡(luò)路由、服務(wù)質(zhì)量保障（QoS）和應(yīng)用網(wǎng)關(guān)等功能。此外，還需充分考慮與后期建設(shè)的沿海寬帶（4G/5G）、NAVDAT等通信系統(tǒng)混合組網(wǎng)。

核心網(wǎng)是VDES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全能力運(yùn)行的基礎(chǔ)，缺乏核心網(wǎng)支持的情況下，VDES系統(tǒng)只能進(jìn)行單站傳輸。由于國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（英文簡(jiǎn)稱IALA）的核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)按慣例需在VDES系統(tǒng)加入SOLAS公約后再行制定，故當(dāng)前各國(guó)在VDES的核心網(wǎng)領(lǐng)域尚處于內(nèi)部研究階段，相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚處空白。我國(guó)在推進(jìn)VDES岸基系統(tǒng)建設(shè)的同時(shí)，應(yīng)積極開(kāi)展VDES核心網(wǎng)的研究、測(cè)試和部署，積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，相關(guān)工作也應(yīng)按照三個(gè)階段同步進(jìn)行。

3.1第一階段

2021年-2023年：此階段應(yīng)積極開(kāi)展VDES核心網(wǎng)的理論研究，利用VDES多基站連續(xù)覆蓋區(qū)域，開(kāi)展VDES核心網(wǎng)試驗(yàn)，不斷改進(jìn)核心網(wǎng)網(wǎng)元功能設(shè)計(jì)，提升組網(wǎng)性能，形成VDES核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)草案。同時(shí)，為滿足現(xiàn)有AIS基站和VDES基站并行運(yùn)行的要求，建設(shè)國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有AIS數(shù)據(jù)中心和VDES基站數(shù)據(jù)的同步接入，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息播發(fā)功能。

3.2第二階段

2023年-2024年：此階段應(yīng)在國(guó)產(chǎn)化數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上開(kāi)展VDES核心網(wǎng)試驗(yàn)部署，建議按海區(qū)建立3個(gè)VDES核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)海區(qū)VDES系統(tǒng)組網(wǎng)。此階段還應(yīng)積極參與VDES核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定，擴(kuò)大我國(guó)在國(guó)際上的話語(yǔ)權(quán)。

3.3第三階段

2025年及以后：VDES核心網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將在此階段完成，應(yīng)對(duì)我國(guó)VDES核心網(wǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造，實(shí)現(xiàn)海區(qū)核心網(wǎng)互聯(lián)，在全國(guó)范圍內(nèi)提供VDES互聯(lián)服務(wù)，并可探索與周邊其他國(guó)家跨國(guó)組網(wǎng)。

4 VDES網(wǎng)管系統(tǒng)建設(shè)思路

VDES網(wǎng)管系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)VDES設(shè)備的監(jiān)控和配置。網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)按VDES基站的管理職責(zé)按轄區(qū)部署，系統(tǒng)可由各廠商分別提供，也可建設(shè)適用于不同品牌的設(shè)備的統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)，這兩種方式各有優(yōu)劣。

各廠商分別提供適用自己設(shè)備的網(wǎng)管系統(tǒng)在成本上具有一定優(yōu)勢(shì)，而且由于各廠商設(shè)備技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)方式各不相同，這種方式的網(wǎng)管系統(tǒng)往往功能最為全面，且后期的維護(hù)升級(jí)也更為便利。其缺點(diǎn)在于難以實(shí)現(xiàn)所有基站的統(tǒng)一管理和資源的統(tǒng)一分配，運(yùn)維人員需要熟練使用不同廠商的網(wǎng)管系統(tǒng)，增加運(yùn)維人員的工作負(fù)擔(dān)。

開(kāi)發(fā)統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)可以方便實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控、管理和資源分配，但后期需要持續(xù)的投入，實(shí)現(xiàn)與基站設(shè)備設(shè)施的同步更新，而且無(wú)法覆蓋不同廠商設(shè)備的所有監(jiān)控和管理功能，實(shí)際操作中可能需要和廠商提供的網(wǎng)管系統(tǒng)搭配使用。

網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)施路徑的選擇需要進(jìn)一步的研究。

5 VDES其他設(shè)施的發(fā)展思路

5.1 VDES船臺(tái)

VDES船臺(tái)和基站的硬件設(shè)備相互通用，軟件部分（協(xié)議棧）上存在差異，在基站設(shè)備的研發(fā)過(guò)程中，VDES船臺(tái)的研制也能獲得推動(dòng)。VDES船臺(tái)軟件部分比AIS船臺(tái)復(fù)雜，需要加強(qiáng)對(duì)船臺(tái)的準(zhǔn)入檢測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，避免不合規(guī)的設(shè)備對(duì)整個(gè)VDES系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。此外，VDES核心網(wǎng)的研發(fā)也需要對(duì)船臺(tái)的軟件做出相應(yīng)的調(diào)整。

5.2 VDES衛(wèi)星

廣覆蓋、低成本是VDES衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在，VDES衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用和普及對(duì)VDES系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用至關(guān)重要。衛(wèi)星VDES需要靈活的運(yùn)營(yíng)方式和商業(yè)化的管理模式以攤薄成本、維持星座數(shù)量，不宜采用向社會(huì)購(gòu)買服務(wù)的方式采購(gòu)VDES衛(wèi)星資源，扶持國(guó)內(nèi)VDES衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大。