关于建设中国沿海海事宽带通信专用网络的思考

李建平，樊 霞，孙洪刚

（1.北海航海保障中心 通信信息处，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，党的十九大做出了建设交通强国的战略部署。随着交通强国建设的推进和智能航运的深入发展，搭建一个多系统、多网络以及互联互通的综合航海保障平台，为涉海用户提供立体化、智能化以及全球化的高质量服务已成为迫切需要。目前，中国是世界上最重要的海运大国之一，港口货物吞吐量和集装箱吞吐量均居世界第一位，世界集装箱吞吐量前5大港口中，中国占了3个。中国外贸货物运输的93%是靠海运完成的，95%的原油进口和99%的铁矿石进口均依赖水路。海上宽带业务对改善和加强海上安全指挥通信能力、加强海上应急抢险救助能力、提高海上运输管理和效率以及提高海上其他行业和社会公众信息通信能力具有重大意义。2019年，交通运输部等七部门联合发布的《智能航运发展指导意见》中强调要加快船舶智能航行保障体系建设，提出要综合应用卫星通信、岸基蜂窝移动通信以及高频/甚高频数字通信等多种手段，完善全覆盖和全天候的通信网络，满足高通量、高速率、高可靠、低延时以及多连接的智能航运通信需求。

多年来，与陆上相比，海上数据通信的发展有了很大的落后，呈现接入手段少、带宽低以及移动互联网覆盖区域有限等特点。这一直是船-岸和船-船通信的瓶颈，在一定程度上影响了海事监管、搜救应急以及信息服务的高质量发展。随着海洋资源开发的程度不断提升，良好的海上宽带通信网络是开展智能航运以及智慧海事建设的重要前提和必要支撑，也是开展航海信息化、智能化以及现代化建设的重要保障。

1 海上宽带通信网络现状简述

鉴于海上地理环境特殊性，许多在陆上应用的先进通信技术无法或极难在海上环境中进行实施。目前，海上的宽带网络主要有公共移动通信网络和卫星通信网络两种。

公共移动通信网络，即移动互联网。其特点是通信资费低且带宽速率高，但沿海基站的网络信号覆盖距离有限，网络侧重下行数据，以方便用户获取网络服务端的数据资源。当前，依托岸基基站（如铁塔、楼宇等），移动互联网在海上的覆盖范围大多为是距岸10～15 km。随着离岸距离变大，信号逐步变弱，网络稳定性变差。卫星宽带通信也称多媒体卫星通信，指的是通过卫星进行语音、数据、图像以及视像的处理和传送。因为卫星通信系统的带宽远小于光纤线路，所以几十兆比特每秒的通信称为宽带通信。卫星通信网络的特点是覆盖面广，通信带宽有保障，但存在资费偏高、总体用户容量有限以及船载设备偏大等问题，在一定程度上限制了海事用户总量的发展[1]。

除以上两类网络外，一些地方的渔政和海监等部门结合业务及管理需求，在沿海试点建设了行业专网，但大部分仅限内部使用，且网络覆盖范围有限，远未形成多基站，大范围无缝衔接的覆盖规模。

总体而言，我国海洋通信技术尚处于较低层次的应用阶段，只能满足海事活动的常规通信需求。依据海事活动的区域和从事的业务种类，用户可以选择不同的通信系统。但各种系统的性能优势和劣势均十分明显，对实现稳定的全海洋覆盖、传输距离不受限制、确保流畅的宽带接入以及较低的设备成本和使用资费的目标还有较大距离。此外，现有的各种通信系统之间相互孤立，缺乏统一的协调管理机制，不能保障整个海洋通信系统合理高效地运行。

2 海上宽带网络建设可行性分析

2.1 网络服务对象

开展海上宽带专用网络建设，必须坚持需求导向，明确服务对象。海上宽带专用网络以保障海上单位及与海上单位通信的陆上单位等通信业务为前提。目前，海上宽带通信网络的服务对象有政府机关、企事业单位、科研院所以及个人用户，如海事、航保、海洋、救捞、气象、渔政、引航、船东、船员以及科研机构等。海上通信网络的最终目的是实现船-岸和船-船间的数据通信。其建设重点也就是实现通信信号对海上船舶的覆盖，从而实现与船端设备和用户的数据传输。

2.2 网络重点覆盖范围

参照船舶自动识别系统（AIS）可以看到，海上船舶大部分处在沿海位置，尤其是距岸50 km以内的范围。随着船舶距离港口和海岸越近，对宽带网络的业务需求也越迫切。因此，沿海通信网络建设首先要聚焦离岸50 km范围，以实现对大部分用户的覆盖。其他位于中远海的船舶，可以依托卫星网络实现数据通信。

2.3 数据通信带宽需求

综合分析海上数据感知、信息发布、数据交换、视频回传以及语音通话等功能需求和应用场景，结合海上应用的业务实际，初步估算海上通信带宽需求。日常工作状态下，以海事监管工作为例，海事工作人员开展海上办公时，峰时按同时开展2路集群通信、2路移动视频回传以及2人次处理业务进行计算，需保证上行带宽约8 M，下行带宽约6 M[2]。

应急搜救状态下，峰时按同时开展5路集群通信、2路移动视频回传、调取1路固定视频监控、1路视频会议以及现场3人次处理业务进行计算，需保证上行带宽约14 M，下行带宽约11 M。同时根据业务及其他突发情况应充分考虑需求的冗余性。

2.4 沿海宽带网络主要参数分析

通过分析网络服务对象、船舶分布以及通信带宽等，得出沿海海事宽带专用网络的基本性能包括覆盖范围、传输速率以及承载能力等主要参数。在覆盖范围方面，应该实现近岸40 km的全覆盖，部分区域可结合地理条件和实际需求，将覆盖范围扩大至50 km。在传输速率方面，在近岸40 km内，上行速率应不低于2 Mb/s；在近岸50 km内，下行速率应不低于2 Mb/s。在网络总承载能力方面，以综合带宽预测结果为基础，按照保证网络接入和逐步提升带宽的建设思路，结合建设成本等因素，单站传输接入带宽按不低于20 M开展初期建设，后期可根据业务实际需求，随时进行动态提升。同时，全网应具备支持数万规模用户同时接入与管控的技术能力。

3 海上宽带专用网络定位及目标

3.1 总体定位

中国沿海海事宽带通信专用网应是覆盖全国沿海的无线通信专用网络。目的是向海上用户、为海上用户提供信息服务的政府机关以及企事业单位提供宽带通信服务。网络应具备技术传输速率高、支持用户规模大、覆盖距离足够远以及业务种类丰富的特点，并能够全面管控用户。结合网络性能需求及性价比等因素，可优先选用TD-LTE技术，部分应用场景可选用5G设备。海上用户可通过无线客户前置设备（Customer Premise Equipment，CPE）或相关设备接入并使用网络。

3.2 建设目标

利用TD-LTE和5G等宽带通信技术，在我国沿海建设岸基和海基宽带通信专网基站与交换中心，构建中国沿海海事宽带通信专用网络，实现海上语音数字集群通信、多媒体视频会议以及综合业务数据传输等功能，实现近海50 km（高海拔基站可达100 km）范围内港口、航道以及锚泊地等重点水域无线通信信号覆盖，有效支撑海上各类经济社会活动的数据交换和获取航海保障信息服务的实际需求。近海船舶可配备专用通信终端接入并申请使用网络。

4 网络建设条件分析

4.1 沿海基础设施丰富

我国在沿海有丰富的灯塔和灯桩等基础设施，还有VTS雷达站、AIS基站以及VHF铁塔等，且大部分基础设施具备较好的供电条件。若配合卫星和微波等技术，可与岛屿上的铁塔、钻井平台以及工作船搭建通信链路，进一步拓展覆盖范围。

4.2 宽带通信技术成熟

基于LTE的专网已有很多成功案例，在国内国外、陆上海上以及多个行业和领域都有应用。TD-LTE技术是中国自主研发的符合国际标准的数据传输调制解调标准，占用频谱资源小，具有较强的数据传输性和安全性，足以承载沿海水域船岸海事航保等海上用户通信需求。5G技术发展迅速，能够满足高带宽数据传输的应用场景需求。

4.3 有可用频段资源作保障

目前，我国公众移动通信可用于宽带网络的频率资源包括1.4 GHz、1.8 GHz以及5.8 GHz。其中，1.4 GHz和1.8 GHz明确用于TDD制式。

工业和信息化部《关于1447-1467兆赫兹（MHz）频段宽带数字集群专网系统频率使用事宜的通知》和《工业和信息化部关于重新发布1785-1805MHz频段无线接入系统频率使用事宜的通知》的文件给宽带通信网络的频率资源使用带来了保障。其中，1.8 GHz（1 785～1 805 MHz）专用频段是国家优选给交通、电力以及石油行业用户使用的专网TD-LTE频段，是国家无线电管理委员会的授权频段，具备较强的抗干扰稳定性和远距离传输性。此外，5.8 GHz（5 725～5 850 MHz）频段是公共频段。由于海面上干扰较少，因此该频率可以作为备选频率。

5 网络建设主要框架

5.1 总体架构

中国沿海海事高速宽带通信专用网是网络层的组成部分，承担各类数据在终端与数据中心的交换功能。网络整体目标是向集中化、宽带IP化及开放融合化发展。总体要求集中化建设，新建设备全部采用新平台大容量设备，实现低成本的高效运营，实现用户数据的集中管理。新建设备全部实现承载IP化，实现关键网元的容灾备份，保证网络稳定。安全防护网络接入部署，保证网络安全。

LTE采用扁平化的组网架构，网络架构分为核心层、骨干层以及接入层3层。核心网采用两级方式进行部署，参照当前AIS网络的架构，可在交通运输部海事局部署一级核心，用于管理和调度二级核心设备间的信令及业务。在北海航海保障中心、东海航海保障中心以及南海航海保障中心组建二级核心，在一级中级和各个二级中心部署安全防护及网络用户管理系统，实现对整体网络的接入可控和访问可管的安全管理，保证网络整体的安全盒稳定。各个辖区负责各自辖区内基站的管理、运维以及使用管控[3]。

5.2 网络基站接入思路

根据基站选址原则，大部分基站将利用现有灯塔、灯桩、AIS基站以及VTS基站等基础设施，减少工程实施难度及工程造价。从海事系统沿海灯塔和基站等设施布局特点来看，大部分可利用的站点位于临海岸基，少量位于岛屿。针对不同站址的基站信息回传问题，应充分考虑其周边基础网络资源及环境特点，采用分区域、分层次以及分场景的接入方案。

岸基基站主要采用有线+微波相结合的接入方式。如果站址周边有丰富的光缆接入资源（如管道、杆路等），则优选纯光缆接入方式；如果站址周边无光缆接入资源且建设难度较大，投资成本较高，可考虑采用微波+光缆相结合的方式，通过微波中继解决末端资源匮乏问题，在微波落地点通过陆地光缆及运营商传输系统将基站信息回传至骨干汇聚节点。

6 宽带通信专用网络应用场景

沿海海事宽带网络在水上的需求量大，可承担多类型的应用需求，能够在航海保障、智能航运、海事监管以及应急搜救等方面发挥重要作用。基于宽带通信专用网络的应用场景主要包括服务智能航运发展，为智能航运和智能船舶提供良好的船岸信息交互网络，向船舶自组网提供支撑。服务E航海整体建设，为在全国范围内开展E航海整体工程建设提供通信网络及信息交换支撑。服务智慧海事建设，满足海上电子巡航、业务办理以及现场视频数据回传等监管需求，助推智慧海事建设。提升航保服务水平，为航海保障提供数据传输保障，支撑准确、实时以及多元化的航保信息服务。服务海上应急搜救，提供高QOS的集群通话、协同作业、数据采集以及图像传送等技术支撑。承担语音数字集群服务，提供全网语音数字集群业务，丰富船岸语音通信手段，并可通过专网实现海上遇险报警。

7 结 论

中国沿海海事宽带通信专用网络是能够满足近海船舶数据通信需求的主要平台，可与公共移动通信网络和卫星通信网络组成海上宽带网络。同时，与高频、甚高频以及北斗短报文等窄带通信网络共同形成海上通信网络的多重覆盖，能够支持不同用户的自主选择和自主切换，更好地服务交通强国建设和智能航运发展。