卫星通信促AIS开启海上数字化通信新时代

2016-09-01天津七一二通信广播有限公司韩松黄敬尧刘松

卫星应用 2016年6期

关键词：传输速率卫星通信星座

●　文　| 天津七一二通信广播有限公司　　韩松　黄敬尧　刘松

●文| 天津七一二通信广播有限公司韩松黄敬尧刘松

随着技术发展及应用需求的增加，卫星通信成为其能力改进的必由之路，本文将对卫星通信与AIS融合发展的需求做初步分析，希望通信卫星的应用进一步促进数字海洋和智慧渔业的发展。

一、AIS的历史及由来

船载自动识别系统（AIS）是国际海事组织（IMO）强制使用的新型船舶辅助导航设备。它工作在VHF频段，自动寻找空闲时隙，自动发送本

船的位置和航行状态信息，它采用随机时隙接入的时分多址（TDMA）通信体制。它的用途包括：船舶免碰撞和导航、海域感知、海面监视、船-船及船-岸间的信息传输。目前，其信息传输能力较弱，它是一种短消息通信，一次最大121字节。

AIS是20世纪90年代从北美和西欧的一些国家开发并兴起的。1994到1995年初步试验，1997年国际电信联盟（ITU）通过自组织时分多址（SOTDMA）标准，随后于1998年、2001年、2002年，得到国际海事相关组织——国际电工委员会（IEC）、IMO和国际航标协会（IALA）的陆续认可。我国2006年10月，由天津七一二通信广播有限公司研制出国内首台AIS Class-B设备，并在2007年3月与舟山渔业局合作，首次将AIS应用到国内渔业船舶领域。2010年国家海事局强制要求船舶配备该设备。

二、AIS的发展

AIS成为国内渔船和商船标配设备，具有广阔的市场应用前景。然而用户对该设备应用需求上有很大的改进要求，主要体现在扩大传输距离，增大覆盖范围，以及增加传输速率等方面。除应用需求之外，当前AIS还面临另外三个方面的推动。

1.数字海洋大背景

20世纪末，美国提出“数字地球”概念后，相继提出“数字海洋”概念，并得到其他国家重视。数字海洋指的是：立体化、网络化、持续性地全面观测海洋，并海量获取数据，从而进一步开发利用海洋和保护海洋。美、日等国数字海洋概念实质上是从信息技术应用角度出发，建立海洋综合观测系统。一般认为，数字海洋涵盖三个层次：数据立体实时的持续采集；信息网络集成；知识综合应用。从上面的转述可以看出，AIS既是数字海洋的感知器，也是数字海洋的应用服务出口。AIS直接感知海面及海下的信息，其作用是天基感知所无法替代的。同时数字海洋信息，如气象、海况、港口和航道状况、渔业资源、海洋环境等等，通过AIS系统汇聚到岸上信息中心，以及反向推送到商船及渔船上，形成直接快捷的数字海洋信息服务，最直接地体现了知识综合应用的效益。概言之，在数字海洋建设的大背景下，因果两方面都对AIS改进和应用有推动作用。

2.信息技术的发展

信息技术的发展为AIS的性能提升、网络化应用及全球海事信息共享提供了技术支撑。技术推动主要来自三个方面：一是天基信息系统的发展，如通信卫星、导航卫星、海洋观测卫星和遥感卫星，及其相应的地面应用系统。其中，高、中、低轨卫星通信技术的发展为AIS信息传输的进一步增大距离、增加覆盖和提高通信速率提供了直接的技术支持；二是互联网及无线自组织网络通信技术的发展为AIS的网络拓展和深化服务提供支持。海上信息网络从应用层和网络层上与全球范围因特网互连互通，建立海上互联网，这是目前信息网络发展的待完善领域，AIS将在海上互联网的建设中起着关键的接入网作用。另外，无线自组网技术的发展为海上船只间的组网互联提供了技术基础；最后是云计算与大数据处理技术的发展。AIS汇聚的数字海洋信息异常丰富，大数据处理技术的发展为全球船只航行数据的近实时处理提供了支持。同时，在这些数据的背后蕴含着丰富的数据服务和信息应用商机。目前国内的船讯网是比较成功的例子，它的AIS信息服务已经完全免费，通过高附加值的数据服务，实现了较好的商业运营模式。

3.国际组织的推动

AIS向前发展最直接的推动来自国际组织。2015年11月ITU世界无线电通信大会（WRC-15）上，162个成员国及136个国际组织和团体共同审议决定在水上移动业务领域引入VHF数据交换系统（VDES）。VDES又称AIS 2.0，集成了AIS、特殊应用报文（ASM）和宽带甚高频数据交换（VDE）三项功能，其突出特点是，能在保护现有AIS功能的基础上，通过引入ASM和VDE全面强化船舶通信的数据传输能力。新一代AIS技术提升体现在：拓宽数据应用——VDES的使用者可根据需要主动向其他船舶、港口、海图信息中心等推送或者索取信息；传输速率大大提升，新的AIS的数据传输速率最大可达到307.2kbit/s；VDES为未来进一步实现卫星与船舶之间的远程双向数据交换预留了频段。

三、卫星通信在AIS未来发展中的地位和作用

由于受到VHF通信手段的制约，AIS传输距离比较近：岸-船间大约50海里，船-船间大约5海里。实际上根据天线架设的高度限制，一般船-船间传输距离2海里左右。这大大限制了船只间的告警距离，以及监控与感知的海域范围。出海超过几十海里的船只，与陆地保持通信的手段只能是短波通信和卫星通信。而短波通信存在着通信速率低以及信道不稳定的状况，改进AIS覆盖范围的最有效手段是卫星通信。

近几年国内外卫星通信都在为AIS提供远距离接入手段方面做出努力。在卫星通信拓宽应用领域，积极为AIS增强远程传输能力提供支持的同时，AIS本身正在向增强传输能力努力——AIS与卫星通信两者相向而行、不谋而合。VDES的提出为卫星通信在海上数据传输领域的应用提供了广阔的舞台。如前所述， VDES变革主要体现在：开辟专用频段特别是卫星通信频段，提高传输速率，扩大数据通信业务。可以说：没有卫星通信，就没有VDES。

AIS的进一步发展，还凸显了对低轨星座通信系统的需求。扩大AIS覆盖最有效的手段是通过卫星上搭载AIS收发机，实现广域覆盖和远程信息回传。Orbcomm低轨星座与船讯网结合，其商业上的成功为我国AIS与卫星通信融合发展提供了可供借鉴的范例。我国亟需自主AIS卫星系统。通过它可以掌握全球船舶动态、监视全球海域目标，事关海洋安全，以及进一步的经济安全和军事安全。安全事大，不可受制于人。

目前我国星载AIS技术还仅限于理论研究和小范围验证。据相关报道，2012年5月10日国防科技大学天拓一号（TT-1）卫星发射，成功开展AIS接收实验。2014年国家海洋局就星载AIS演示验证项目招标。2015年9月20日长征6号将20颗卫星送入太空，包括国防科大天拓三号（TT-3），开展新型AIS信号接收实验。VDES为卫星通信专门开辟频段，从而进一步加速了对AIS卫星——低轨星座的需求。希望我国政府相关部门认识到AIS卫星的重要性，推动相关项目进展。同时也希望科研部门和企业认识到AIS卫星的广阔市场前景，自主开展实用化的低轨星座系统研制工作。