淺析VoIP技術(shù)在船舶通信中的應(yīng)用

邵天橋/重慶海事局長(zhǎng)江瀘州通信管理處

淺析VoIP技術(shù)在船舶通信中的應(yīng)用

邵天橋/重慶海事局長(zhǎng)江瀘州通信管理處

隨著我國(guó)海上交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，海上交通的安全問題也日益顯現(xiàn)。因此，船舶交通管理系統(tǒng)VTS已經(jīng)成為海上安全保駕護(hù)航不可缺少的工具。而VHF通信裝置作為VTS重要的構(gòu)成，因此，VHF通信對(duì)于保障船舶航行安全有著至關(guān)重要的作用。而VoIP技術(shù)是目前語音通信的主流技術(shù)，將VoIP技術(shù)應(yīng)用于VTS通信系統(tǒng)中，相較于傳統(tǒng)的通信方式，VoIP 技術(shù)可以為船舶通信提供更安全、更可靠、更廉價(jià)的服務(wù)。

VOIP；VTS；VHF

1.引言

VTS系統(tǒng)是船舶交通管理系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱，即Vessels Traffic Services。其歷史可以追溯到年美國(guó)實(shí)現(xiàn)世界歷史上的首次無線電廣播。到了二十世紀(jì)六、七十年代，包括Metulal輪、Torrey Canyonl輪和Amoco Cadiz輪事故在內(nèi)的災(zāi)難讓公眾強(qiáng)烈地認(rèn)識(shí)到船舶事故可以對(duì)環(huán)境造成巨大損害，促使國(guó)際上必須釆取措施來提高航運(yùn)安全。繼美國(guó)之后，英國(guó)、荷蘭、日本等國(guó)家紛紛加入到VTS實(shí)驗(yàn)的行列中。發(fā)展到如今的VTS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由多個(gè)子系統(tǒng)組成，包括雷達(dá)、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)備、VHF通信裝置、AIS自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等等。

由于我國(guó)沒有掌握核心的VTS技術(shù)，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的VTS產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，無法與外國(guó)產(chǎn)品相競(jìng)爭(zhēng)。因此，大量的設(shè)備都是從國(guó)外引進(jìn)的，這樣不利于民族企業(yè)的發(fā)展，更重要的一點(diǎn)是萬一VTS系統(tǒng)出現(xiàn)臨時(shí)故障不能迅速地得到解決，從而影響轄區(qū)內(nèi)船舶航行的安全，在維護(hù)上帶來諸多不便的同時(shí)，依賴國(guó)外的VTS系統(tǒng)，也不利于民族產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新進(jìn)而對(duì)我國(guó)的科技發(fā)展帶來消極的影響，更為重要的安全隱患問題是VTS系統(tǒng)獲取了大量我國(guó)沿海發(fā)達(dá)港口信息，對(duì)我國(guó)的國(guó)防建設(shè)非常不利。

對(duì)VTS系統(tǒng)而言，擁有完善、高效的通信網(wǎng)絡(luò)是VTS發(fā)展的必然趨勢(shì)。而VHF通信是VTS的一個(gè)重要子系統(tǒng)。時(shí)間證明VHF無線電通話在協(xié)調(diào)船舶間的避讓行動(dòng)，尤其是在能見度不良時(shí)及交通繁忙的水域中，發(fā)揮著越來越重要的作用。VHF無線電話的使用已成為海員日常航行訓(xùn)練的一部分。

隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，VTS系統(tǒng)正在逐步采用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的方向邁進(jìn)，其中VoIP技術(shù)尤為耀眼。VoIP技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)是能充分利用全球IP和Internet互連的環(huán)境，提供比傳統(tǒng)業(yè)務(wù)更廉價(jià)、更優(yōu)質(zhì)、更可靠、更安全的服務(wù)。若將其應(yīng)用于VTS系統(tǒng)，將會(huì)在很大程度上提升VHF通信的話音質(zhì)量和工作效率。

2.傳統(tǒng)的VHF通信

VHF通信是VTS的一個(gè)重要子系統(tǒng)，工作頻段處于156-174MHZ的甚高頻頻斷，可以用于20海里內(nèi)近還通信。同時(shí)，VHF頻段的電臺(tái)還是GMDSS（全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)）中A1航區(qū)的主要通信設(shè)備，不可替代地完成駕駛臺(tái)與駕駛臺(tái)間通信的唯一手段。可見沒有VHF通信，VTS就無從談起。

VTS中VHF無線電通信分為三類：（1）廣播通信：VTC向該區(qū)域內(nèi)所有或部分船舶發(fā)布的各類海上安全信息；（2）遇險(xiǎn)、緊急、安全通信：在該VTS區(qū)域內(nèi)發(fā)生各種類型的海上交通意外和事故時(shí)使用；（3）交換程序通信：VTC與船舶間的信息溝通，包括船舶向VTC的各類報(bào)告及VTC對(duì)船舶的指導(dǎo)、建議、指令等。這部分是VTC對(duì)船舶交通實(shí)施管理和服務(wù)的主要環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)的VHF通信系統(tǒng)大多是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸與控制，不僅占用較大帶寬資源，還不利于數(shù)字化處理（如話音的控制），另外加上微波中繼線路容易受到外部環(huán)境的干擾，通信質(zhì)量難以得到保證，此外中央電子控制柜等設(shè)備采購(gòu)成本較高，易壞且維修復(fù)雜，不利于維護(hù)。在傳統(tǒng)的VHF通信系統(tǒng)里，在發(fā)射端，控制信號(hào)是通過專線傳輸?shù)模锌赡軐?dǎo)致控制信號(hào)還沒有到達(dá)收發(fā)信機(jī)將其改成發(fā)射狀態(tài)之前，話音就已經(jīng)達(dá)到VHF收發(fā)信機(jī)，當(dāng)其處于發(fā)射狀態(tài)的時(shí)候，已經(jīng)丟掉一部分話音。當(dāng)對(duì)方發(fā)過來語音的時(shí)候，接收端VHF收發(fā)信機(jī)還處于發(fā)射狀態(tài)。當(dāng)對(duì)方發(fā)過來語音的時(shí)候，接收端VHF收發(fā)信機(jī)處于發(fā)射狀態(tài)，這樣等其轉(zhuǎn)換到接收狀態(tài)的時(shí)候，部分語音也丟掉了。當(dāng)然，也可能發(fā)射的語音還沒完全發(fā)射出去，其工作狀態(tài)就由發(fā)射狀態(tài)改成接收狀態(tài)了，這樣同樣會(huì)造成語音侵吞現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響了VHF的通信質(zhì)量。

3.VoIP技術(shù)

VoIP（Voice over Internet Protocol）技術(shù)主要指通過Internet 實(shí)時(shí)傳送聲音信號(hào)，即IP電話。從廣義上講，它指的是通過I P網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送多媒體信息。V o I P 可以在I P 網(wǎng)絡(luò)上便宜的傳送語音、傳真、視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，如電視會(huì)議、電子商務(wù)和各種信息的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)等，其最大的優(yōu)勢(shì)是利用Internet和全球IP網(wǎng)絡(luò)（采用IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，如IPLC（國(guó)際專線）、無線網(wǎng)絡(luò)等）互連的環(huán)境，提供比傳統(tǒng)業(yè)務(wù)更多、更好的服務(wù)。

3.1 VoIP 工作原理

VoIP 的基本技術(shù)原理關(guān)鍵在于運(yùn)用語音相關(guān)的壓縮算法，對(duì)語音數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并對(duì)其進(jìn)行處理，使其壓縮，然后按TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)，把語音數(shù)據(jù)分類并將同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，運(yùn)用現(xiàn)在的IP技術(shù)，用網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)包，使其到達(dá)接收地，經(jīng)過解壓處理，將相關(guān)語音數(shù)據(jù)包串起來，并且整合數(shù)據(jù)包，使其語音數(shù)據(jù)恢復(fù)，達(dá)到壓縮前的效果，最終達(dá)到互聯(lián)網(wǎng)傳送語音數(shù)據(jù)的目的。IP 網(wǎng)關(guān)是IP 電話的關(guān)鍵設(shè)備以及其核心部分，其主要作用是將各地區(qū)區(qū)號(hào)電話轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)地區(qū)的網(wǎng)關(guān)IP地址。信息的存放固定在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之內(nèi)，在此數(shù)據(jù)庫(kù)中，網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)的處理軟件將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理， 并且對(duì)數(shù)字語音打包、處理呼叫信息功能、路由管理這些設(shè)置進(jìn)行處理。

3.2 VoIp技術(shù)的應(yīng)用

VoIP 發(fā)展快速的根本因素并不是由于其價(jià)格低廉， 而是由于其整合功能強(qiáng)大，能夠?qū)⒍嘣膽?yīng)用整合在一起，未來發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)有以下兩種。一種是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：由于VoIP 將PSTN 和IP 網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，這樣的結(jié)合會(huì)使得出現(xiàn)較多能夠整合網(wǎng)絡(luò)特性的服務(wù)性產(chǎn)品，SPIRITS 得出的Internet Call Waiting 和IETF PINT 得到的Click-to-Dial 就是這樣生成的，運(yùn)用VoIP 將兩個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)整合起來，在將來會(huì)出現(xiàn)更加豐富多彩的整合性服務(wù)。另外一種是企業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：VoIP 技術(shù)運(yùn)用到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中， 讓企業(yè)與企業(yè)之間和企業(yè)內(nèi)部的通訊網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)一步得到發(fā)展變革， 企業(yè)過去擁有電話網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)兩種網(wǎng)絡(luò)體系，在運(yùn)用VoIP 技術(shù)后，企業(yè)將在這樣的運(yùn)用中更加便捷，電話網(wǎng)絡(luò)逐漸被淘汰，公司內(nèi)部運(yùn)用單一的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行與客戶間的通訊服務(wù)。

4.VoIP在P2P船舶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 P2P通信模式分析

P2P即Peer to Peer，稱為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)，是一種資源(計(jì)算通信與信息、存儲(chǔ)、計(jì)算等)分布利用和共享的網(wǎng)絡(luò)體系，相對(duì)應(yīng)于當(dāng)前占據(jù)主導(dǎo)地位的ClS體系。隨著進(jìn)一步普及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，集中式地計(jì)算與存儲(chǔ)及C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

P2P模式弱化了服務(wù)器的功能，使處于網(wǎng)絡(luò)上的任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)既可以扮演客戶端，又可以扮演服務(wù)器，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)都同時(shí)是客戶端和服務(wù)器。如果單純的認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)是信息化社會(huì)的傳導(dǎo)神經(jīng)，那么P2P就是最適合這個(gè)神經(jīng)的模式。P2P象征著一種能夠體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)技術(shù)的回歸。因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要讓網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)之間不依靠任何中介而直接進(jìn)行通信。

P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所帶來的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)上的任意參與者都可以共享他們所擁有的一部分硬件資源（網(wǎng)絡(luò)連接能力、存儲(chǔ)能力、處理能力等）。在此網(wǎng)絡(luò)中的參與者既有提供資源（服務(wù)和內(nèi)容）的責(zé)任和義務(wù)，又有獲取資源（服務(wù)和內(nèi)容）的權(quán)利，避免了可能帶來的瓶頸，在負(fù)載均衡、可擴(kuò)展性等方面有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

4.2 VoIP技術(shù)與P2P通信相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)

目前P2P技術(shù)廣泛應(yīng)用于文件共享、網(wǎng)絡(luò)視頻及網(wǎng)絡(luò)通話等領(lǐng)域，P2P可以用來進(jìn)行流媒體通信（如話音、視頻或即時(shí)消息），也可以傳送如控制信令、管理信息和其它數(shù)據(jù)文件，以其分布式資源共享和分布式并行傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，為用戶提供了更多的存儲(chǔ)資源、更高的可用帶寬和更好的服務(wù)質(zhì)量。具體的應(yīng)用如BitTorrent多點(diǎn)文件下載、Napster MP3音樂文件搜索與共享和Skype VoIP話音通信等。當(dāng)前P2P技術(shù)存在三種體系結(jié)構(gòu)，分別是第一代集中目錄式結(jié)構(gòu)、第二代純P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和第三代混合式P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

采用P2P通信方式的優(yōu)點(diǎn)是延時(shí)較小。延時(shí)就是指從發(fā)信者發(fā)出信息到收信者接收信息過程中信息的傳輸時(shí)間。在C/S模式中，信息要想到達(dá)另一個(gè)客戶端，必須由一個(gè)客戶端到服務(wù)器，服務(wù)器再到另一個(gè)客戶端才行。但P2P架構(gòu)則可以讓信息直接在兩個(gè)客戶端間傳遞，不需要經(jīng)過服務(wù)器，和C/S模式相比，傳遞時(shí)間減半。除此之外還有負(fù)載均衡、自組織、自管理、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。將P2P技術(shù)應(yīng)用到VoIP技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)VoIP系統(tǒng)中服務(wù)器負(fù)載分布到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，從而有效地避免了使用中央服務(wù)器所產(chǎn)生的性能瓶頸和單點(diǎn)失效的問題。

5.結(jié)論

Internet和全球IP互聯(lián)的環(huán)境為VoIP的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)，VoIP的VHF通信系統(tǒng)是指在IP技術(shù)分組化和數(shù)字傳輸?shù)幕A(chǔ)進(jìn)行VHF通信。VHF通信系統(tǒng)正朝著數(shù)字化、分組化的方向一步一步邁進(jìn)。將VoIP技術(shù)與P2P通信方式相結(jié)合，可以有效的解決船舶通信系統(tǒng)中的一些技術(shù)問題。

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邵天橋（1969-），男，重慶萬州區(qū)人，重慶海事局長(zhǎng)江瀘州通信管理處副主任，本科，從事通信信息管理與維護(hù)。