關于建設中國沿海海事寬帶通信專用網絡的思考

李建平，樊 霞，孫洪剛

（1.北海航海保障中心 通信信息處，天津 300450；2.北海航海保障中心 天津通信中心，天津 300450）

0 引 言

2017年，黨的十九大做出了建設交通強國的戰略部署。隨著交通強國建設的推進和智能航運的深入發展，搭建一個多系統、多網絡以及互聯互通的綜合航海保障平臺，為涉海用戶提供立體化、智能化以及全球化的高質量服務已成為迫切需要。目前，中國是世界上最重要的海運大國之一，港口貨物吞吐量和集裝箱吞吐量均居世界第一位，世界集裝箱吞吐量前5大港口中，中國占了3個。中國外貿貨物運輸的93%是靠海運完成的，95%的原油進口和99%的鐵礦石進口均依賴水路。海上寬帶業務對改善和加強海上安全指揮通信能力、加強海上應急搶險救助能力、提高海上運輸管理和效率以及提高海上其他行業和社會公眾信息通信能力具有重大意義。2019年，交通運輸部等七部門聯合發布的《智能航運發展指導意見》中強調要加快船舶智能航行保障體系建設，提出要綜合應用衛星通信、岸基蜂窩移動通信以及高頻/甚高頻數字通信等多種手段，完善全覆蓋和全天候的通信網絡，滿足高通量、高速率、高可靠、低延時以及多連接的智能航運通信需求。

多年來，與陸上相比，海上數據通信的發展有了很大的落后，呈現接入手段少、帶寬低以及移動互聯網覆蓋區域有限等特點。這一直是船-岸和船-船通信的瓶頸，在一定程度上影響了海事監管、搜救應急以及信息服務的高質量發展。隨著海洋資源開發的程度不斷提升，良好的海上寬帶通信網絡是開展智能航運以及智慧海事建設的重要前提和必要支撐，也是開展航海信息化、智能化以及現代化建設的重要保障。

1 海上寬帶通信網絡現狀簡述

鑒于海上地理環境特殊性，許多在陸上應用的先進通信技術無法或極難在海上環境中進行實施。目前，海上的寬帶網絡主要有公共移動通信網絡和衛星通信網絡兩種。

公共移動通信網絡，即移動互聯網。其特點是通信資費低且帶寬速率高，但沿海基站的網絡信號覆蓋距離有限，網絡側重下行數據，以方便用戶獲取網絡服務端的數據資源。當前，依托岸基基站（如鐵塔、樓宇等），移動互聯網在海上的覆蓋范圍大多為是距岸10～15 km。隨著離岸距離變大，信號逐步變弱，網絡穩定性變差。衛星寬帶通信也稱多媒體衛星通信，指的是通過衛星進行語音、數據、圖像以及視像的處理和傳送。因為衛星通信系統的帶寬遠小于光纖線路，所以幾十兆比特每秒的通信稱為寬帶通信。衛星通信網絡的特點是覆蓋面廣，通信帶寬有保障，但存在資費偏高、總體用戶容量有限以及船載設備偏大等問題，在一定程度上限制了海事用戶總量的發展[1]。

除以上兩類網絡外，一些地方的漁政和海監等部門結合業務及管理需求，在沿海試點建設了行業專網，但大部分僅限內部使用，且網絡覆蓋范圍有限，遠未形成多基站，大范圍無縫銜接的覆蓋規模。

總體而言，我國海洋通信技術尚處于較低層次的應用階段，只能滿足海事活動的常規通信需求。依據海事活動的區域和從事的業務種類，用戶可以選擇不同的通信系統。但各種系統的性能優勢和劣勢均十分明顯，對實現穩定的全海洋覆蓋、傳輸距離不受限制、確保流暢的寬帶接入以及較低的設備成本和使用資費的目標還有較大距離。此外，現有的各種通信系統之間相互孤立，缺乏統一的協調管理機制，不能保障整個海洋通信系統合理高效地運行。

2 海上寬帶網絡建設可行性分析

2.1 網絡服務對象

開展海上寬帶專用網絡建設，必須堅持需求導向，明確服務對象。海上寬帶專用網絡以保障海上單位及與海上單位通信的陸上單位等通信業務為前提。目前，海上寬帶通信網絡的服務對象有政府機關、企事業單位、科研院所以及個人用戶，如海事、航保、海洋、救撈、氣象、漁政、引航、船東、船員以及科研機構等。海上通信網絡的最終目的是實現船-岸和船-船間的數據通信。其建設重點也就是實現通信信號對海上船舶的覆蓋，從而實現與船端設備和用戶的數據傳輸。

2.2 網絡重點覆蓋范圍

參照船舶自動識別系統（AIS）可以看到，海上船舶大部分處在沿海位置，尤其是距岸50 km以內的范圍。隨著船舶距離港口和海岸越近，對寬帶網絡的業務需求也越迫切。因此，沿海通信網絡建設首先要聚焦離岸50 km范圍，以實現對大部分用戶的覆蓋。其他位于中遠海的船舶，可以依托衛星網絡實現數據通信。

2.3 數據通信帶寬需求

綜合分析海上數據感知、信息發布、數據交換、視頻回傳以及語音通話等功能需求和應用場景，結合海上應用的業務實際，初步估算海上通信帶寬需求。日常工作狀態下，以海事監管工作為例，海事工作人員開展海上辦公時，峰時按同時開展2路集群通信、2路移動視頻回傳以及2人次處理業務進行計算，需保證上行帶寬約8 M，下行帶寬約6 M[2]。

應急搜救狀態下，峰時按同時開展5路集群通信、2路移動視頻回傳、調取1路固定視頻監控、1路視頻會議以及現場3人次處理業務進行計算，需保證上行帶寬約14 M，下行帶寬約11 M。同時根據業務及其他突發情況應充分考慮需求的冗余性。

2.4 沿海寬帶網絡主要參數分析

通過分析網絡服務對象、船舶分布以及通信帶寬等，得出沿海海事寬帶專用網絡的基本性能包括覆蓋范圍、傳輸速率以及承載能力等主要參數。在覆蓋范圍方面，應該實現近岸40 km的全覆蓋，部分區域可結合地理條件和實際需求，將覆蓋范圍擴大至50 km。在傳輸速率方面，在近岸40 km內，上行速率應不低于2 Mb/s；在近岸50 km內，下行速率應不低于2 Mb/s。在網絡總承載能力方面，以綜合帶寬預測結果為基礎，按照保證網絡接入和逐步提升帶寬的建設思路，結合建設成本等因素，單站傳輸接入帶寬按不低于20 M開展初期建設，后期可根據業務實際需求，隨時進行動態提升。同時，全網應具備支持數萬規模用戶同時接入與管控的技術能力。

3 海上寬帶專用網絡定位及目標

3.1 總體定位

中國沿海海事寬帶通信專用網應是覆蓋全國沿海的無線通信專用網絡。目的是向海上用戶、為海上用戶提供信息服務的政府機關以及企事業單位提供寬帶通信服務。網絡應具備技術傳輸速率高、支持用戶規模大、覆蓋距離足夠遠以及業務種類豐富的特點，并能夠全面管控用戶。結合網絡性能需求及性價比等因素，可優先選用TD-LTE技術，部分應用場景可選用5G設備。海上用戶可通過無線客戶前置設備（Customer Premise Equipment，CPE）或相關設備接入并使用網絡。

3.2 建設目標

利用TD-LTE和5G等寬帶通信技術，在我國沿海建設岸基和海基寬帶通信專網基站與交換中心，構建中國沿海海事寬帶通信專用網絡，實現海上語音數字集群通信、多媒體視頻會議以及綜合業務數據傳輸等功能，實現近海50 km（高海拔基站可達100 km）范圍內港口、航道以及錨泊地等重點水域無線通信信號覆蓋，有效支撐海上各類經濟社會活動的數據交換和獲取航海保障信息服務的實際需求。近海船舶可配備專用通信終端接入并申請使用網絡。

4 網絡建設條件分析

4.1 沿海基礎設施豐富

我國在沿海有豐富的燈塔和燈樁等基礎設施，還有VTS雷達站、AIS基站以及VHF鐵塔等，且大部分基礎設施具備較好的供電條件。若配合衛星和微波等技術，可與島嶼上的鐵塔、鉆井平臺以及工作船搭建通信鏈路，進一步拓展覆蓋范圍。

4.2 寬帶通信技術成熟

基于LTE的專網已有很多成功案例，在國內國外、陸上海上以及多個行業和領域都有應用。TD-LTE技術是中國自主研發的符合國際標準的數據傳輸調制解調標準，占用頻譜資源小，具有較強的數據傳輸性和安全性，足以承載沿海水域船岸海事航保等海上用戶通信需求。5G技術發展迅速，能夠滿足高帶寬數據傳輸的應用場景需求。

4.3 有可用頻段資源作保障

目前，我國公眾移動通信可用于寬帶網絡的頻率資源包括1.4 GHz、1.8 GHz以及5.8 GHz。其中，1.4 GHz和1.8 GHz明確用于TDD制式。

工業和信息化部《關于1447-1467兆赫茲（MHz）頻段寬帶數字集群專網系統頻率使用事宜的通知》和《工業和信息化部關于重新發布1785-1805MHz頻段無線接入系統頻率使用事宜的通知》的文件給寬帶通信網絡的頻率資源使用帶來了保障。其中，1.8 GHz（1 785～1 805 MHz）專用頻段是國家優選給交通、電力以及石油行業用戶使用的專網TD-LTE頻段，是國家無線電管理委員會的授權頻段，具備較強的抗干擾穩定性和遠距離傳輸性。此外，5.8 GHz（5 725～5 850 MHz）頻段是公共頻段。由于海面上干擾較少，因此該頻率可以作為備選頻率。

5 網絡建設主要框架

5.1 總體架構

中國沿海海事高速寬帶通信專用網是網絡層的組成部分，承擔各類數據在終端與數據中心的交換功能。網絡整體目標是向集中化、寬帶IP化及開放融合化發展。總體要求集中化建設，新建設備全部采用新平臺大容量設備，實現低成本的高效運營，實現用戶數據的集中管理。新建設備全部實現承載IP化，實現關鍵網元的容災備份，保證網絡穩定。安全防護網絡接入部署，保證網絡安全。

LTE采用扁平化的組網架構，網絡架構分為核心層、骨干層以及接入層3層。核心網采用兩級方式進行部署，參照當前AIS網絡的架構，可在交通運輸部海事局部署一級核心，用于管理和調度二級核心設備間的信令及業務。在北海航海保障中心、東海航海保障中心以及南海航海保障中心組建二級核心，在一級中級和各個二級中心部署安全防護及網絡用戶管理系統，實現對整體網絡的接入可控和訪問可管的安全管理，保證網絡整體的安全盒穩定。各個轄區負責各自轄區內基站的管理、運維以及使用管控[3]。

5.2 網絡基站接入思路

根據基站選址原則，大部分基站將利用現有燈塔、燈樁、AIS基站以及VTS基站等基礎設施，減少工程實施難度及工程造價。從海事系統沿海燈塔和基站等設施布局特點來看，大部分可利用的站點位于臨海岸基，少量位于島嶼。針對不同站址的基站信息回傳問題，應充分考慮其周邊基礎網絡資源及環境特點，采用分區域、分層次以及分場景的接入方案。

岸基基站主要采用有線+微波相結合的接入方式。如果站址周邊有豐富的光纜接入資源（如管道、桿路等），則優選純光纜接入方式；如果站址周邊無光纜接入資源且建設難度較大，投資成本較高，可考慮采用微波+光纜相結合的方式，通過微波中繼解決末端資源匱乏問題，在微波落地點通過陸地光纜及運營商傳輸系統將基站信息回傳至骨干匯聚節點。

6 寬帶通信專用網絡應用場景

沿海海事寬帶網絡在水上的需求量大，可承擔多類型的應用需求，能夠在航海保障、智能航運、海事監管以及應急搜救等方面發揮重要作用。基于寬帶通信專用網絡的應用場景主要包括服務智能航運發展，為智能航運和智能船舶提供良好的船岸信息交互網絡，向船舶自組網提供支撐。服務E航海整體建設，為在全國范圍內開展E航海整體工程建設提供通信網絡及信息交換支撐。服務智慧海事建設，滿足海上電子巡航、業務辦理以及現場視頻數據回傳等監管需求，助推智慧海事建設。提升航保服務水平，為航海保障提供數據傳輸保障，支撐準確、實時以及多元化的航保信息服務。服務海上應急搜救，提供高QOS的集群通話、協同作業、數據采集以及圖像傳送等技術支撐。承擔語音數字集群服務，提供全網語音數字集群業務，豐富船岸語音通信手段，并可通過專網實現海上遇險報警。

7 結 論

中國沿海海事寬帶通信專用網絡是能夠滿足近海船舶數據通信需求的主要平臺，可與公共移動通信網絡和衛星通信網絡組成海上寬帶網絡。同時，與高頻、甚高頻以及北斗短報文等窄帶通信網絡共同形成海上通信網絡的多重覆蓋，能夠支持不同用戶的自主選擇和自主切換，更好地服務交通強國建設和智能航運發展。