浅析短数据卫星通信及行业应用方案

+ 赵玉民

（中国交通通信信息中心）

近年来，卫星通信成为世界通信产业内的热点之一，得到了快速有效的发展。作为卫星通信的一个分支，短数据卫星通信也得到了越来越广泛的关注，逐渐成为卫星通信产业内不可或缺的一部分。

在我国巨大的潜在短数据通信市场中，相当部分是处在边远地区或者海上，这些地方传统的地面无线通信网络覆盖不到，例如石油天然气行业、近海渔船、浮标、露天矿场、水文水质监测等。在这些地方，利用卫星进行短数据通信是唯一的通信手段。短数据卫星通信另外一个大的应用行业是交通运输行业，包括公路、铁路、水路以及管道运输如石油天然气等，这些行业的一个显著特点是地理跨度大、涉及人烟稀少地区，路径上无传统地面无线通信方式覆盖或覆盖不完全。在这些行业都需要以卫星通信为载体的短数据通信。

一、IsatData Pro系统

1.IsatData Pro简介

IsatData Pro业务是北京船舶通信导航公司推出的全新的卫星低速数据业务，这种业务主要面向M2M（Machine to Machine，机器到机器）信息通信市场，用途主要为跟踪、监控以及发送消息等。

IsatData Pro业务致力于M2M应用的卫星通信设备制造与通信服务。通过利用海事卫星（Inmarsat）第四代星的卫星通信基础设施，IsatData Pro终端可以在全球任意地方提供固定或移动设施的跟踪与监控功能。

IsatData Pro业务是目前短数据卫星通信市场的一次重大升级。IsatData Pro终端可以双向数据通信，支持单次最大10000字节的下载和6400字节的上传，且信息传输准实时，极大地满足了短数据卫星通信市场对高数据速率的要求。与之相对的，目前市场中的其他全球M2M服务一般只能提供270～340字节。

2.IsatData Pro系统网络架构

IsatData Pro系统有四个主要组成部分：空间部分（3颗Inmarsat第四代卫星）、地面部分（包括地面站、信息处理中心、运营维护网关、计费系统等）、用户部分（包括开发的应用服务器和显示设备）和最终用户终端（分为海用和陆用两种）。整个系统的星上频率在L波段，这个波段的好处是气象对卫星信号的影响几乎可以忽略不计，即使在恶劣天气情况下仍可以保证通信正常。

（1）空间段

IsatData Pro业务使用Inmarsat的第四代卫星提供服务，Inmarsat第四代星采用3颗地球静止卫星覆盖全球北纬78度至南纬78度的区域。卫星与IsatData Pro用户终端、地面站之间使用L波段通信，该频段最大的优势在于具有很强的抗雨雪衰减能力。卫星覆盖图如图2所示。

（2）地面段

地面段包括三个分布于全球的地面站（分别对应三颗卫星）和一个负责全网运营和维护的数据中心。

地面站负责卫星信号的接收和发送。相当于卫星信号的关口，三个分布于全球的地面站分别对应三个卫星，三个地面站之间互联互通，这样，不论用户终端注册在哪个卫星上都可以和地面数据中心建立连接。

数据中心负责全网用户终端和卫星状态的监控，同时也负责计费结算和客户服务等职能。数据中心通过遥测监控、系统指令和任务系统分析，负责对卫星上空间段资源进行管理，保证卫星系统的正常运作。同时，它还监测所有在网用户终端的工作状态，根据用户终端的ID号码辨识每一个用户终端，向用户终端发送控制指令和数据，也负责处理每一个用户终端返回的数据。

（3）用户段

每一个用户都有一个不同的用户需求，比如油气管道气压监测或者车辆位置跟踪等。IsatData Pro终端可以为各种各样的应用提供短数据卫星通信链路，用户（一般由解决方案提供商代为实施）需要自行根据本行业内的实际情况开发专属应用。一个完整的用户专属应用系统应该包含应用服务器和多台连接至此服务器的监测用计算机。用户应用服务器通过internet从IsatData Pro数据中心读取用户终端回传的数据信息，或者将命令、需要传递到用户终端的信息传送至IsatData Pro数据中心，再由地面站发送至用户终端。用户监测用计算机则用来显示和监测这些数据并可以向用户终端发出命令。

IsatData Pro用户终端分为海用型（图3左上）和陆用型（图3右上）两种型号。还有一种卫星与GSM双模的用户终端（图3下），主要应用于陆地有GSM网络覆盖的地方，这样在有GSM网络的时候自动使用GSM网络，在GSM网络覆盖不到的地方才使用卫星通信，这样可以节省卫星通信空间段费用。

（3） IsatData Pro系统特点

与其他的短数据卫星通信方式相比，IsatData Pro业务具备如下特点：

①提供高效的数据收发服务，最大时延不超过15秒，准实时；

②全球覆盖，业务不受天气和海况影响，为用户提供最稳健的通信连接，卫星网络的可用性超过99.9%；

③支持用户终端分组，可以对多个用户终端广播和组播，一次广播或组播多个用户终端计费按一条数据处理，费用经济；

用户终端体积小巧，安装方便。

二、IsatData Pro业务行业应用

IsatData Pro优异的性能使它可以应用于多种行业内，例如交通运输、远洋渔业、油气管道监控等，

1.IsatData Pro在车辆/重型机械监控中的应用

在运送贵重物品或危险品的长途运输中，保持和司机随时随地的沟通、了解车辆周边环境信息是非常有必要的。当货物装上车辆后，使用IsatData Pro终端的GPS定位功能定位车辆位置信息，可以以一定的时间间隔连续报位，并由IsatData Pro终端传输到控制中心，同时还可以把车辆的车速、油量、刹车等信息传回控制中心，这样控制中心就可以随时掌握车辆的运行状态。另外，控制中心还可以把车辆的位置信息放到internet上，货主可以随时登录internet查看自己的货物所在地。

具体应用有：

①在任何地点、任何时间追踪目标汽车、火车、拖车、 重 型机械、集装箱的地理位置；

②监控集装箱门开启情况以防盗，保证货物从起运地到目的地的安全运输；

③远程监测并控制冷藏车的冰柜温度；

④远程监测车辆的电力、胎压和油量以防盗；

⑤向司机发送指令信息；

⑥采集车辆位置生成路径报告，减少油料使用，改善到达时间估算；

⑦监控车辆速度、加速度、引擎开动/停止，通告超速、紧急刹车等类似事件；

⑧传输电子文档，例如工作表格、完工报告和账单签名；

⑨收集并传输日志以满足政府规章制度；

⑩传输人员认证信息以验证使用权。

2.IsatData Pro在油气管道监控中的应用

在大型油田中，生产部门关心油气井的运行情况，输送部门则关心管道工作状态，储运部门希望了解油气罐的空满情况。但是，由于油气井位置分散，油气管道线路过长，油气储存的危险性都给现场勘测带来极大的不便。这就可以采用IsatData Pro系统，在油气井、管道和油气罐上安装传感器和用户终端，将传感器采集到的诸如管道压力、油罐压力等参数通过IsatData Pro系统传输到控制中心，使控制中心可以随时了解其所需要的信息。方便有效的提高了工作效率。

具体应用：

①从油气压缩机和泵传感器采集数据并生成设备工作状态报告；

②跟踪设备使用时间，制定设备预先维护计划，最小减少宕机时间；

③通过远程控制现场阀门对警报作出响应；

④远程测试类似校准器之类的系统以保证设备工作状态正常；

⑤追踪油气运输车辆以生成工作流程报告，减少油料使用，发现未被授权的使用；

⑥远程调取终端单元的状态并接受状态信息；⑦向远端工作的人员发送消息；

⑧监测驾驶模式以达到预防事故和风险控制的目的；

⑨周期性检查人员活动情况，以达到保障人员安全的目的，紧急遇险报警；

⑩传输电子文档，例如工作指令、完工通知和原料请求；

[11]在派遣现场工程师之前收集设备工作状态、收集历史记录和诊断信息

[12]收集并传输高频率、重要数据信息，例如流量，油气压和其他流动车辆数据

3.IsatData Pro在海上船舶通信中的应用

在世界范围内，海上船舶通信的主要需求为发送电子邮件、文本信息、交换电子表格和文件。

具体应用有：

①适用于LRIT(Long Range Identification and Tracking)规则，可以在一天内至少四次报告船位;

②适用于SSAS(Ship Security Alert System)规则，报告潜在威胁;

③追踪鱼群探测器的位置，最大优化捕鱼操作并减少油料消耗;

④使用VMS(Vessel Monitoring System)追踪商业渔船，计划性的保护和管理鱼存货量;

⑤周期性检查人员活动情况和紧急状态呼叫按钮，增强人员安全性;

⑥从环境监测浮标监测漏油、气象和洋流信息;

⑦连接至岸上公司的IT系统并交换电子文档，例如表格、email、文件等;

⑧发送船舶状态信息以保证船舶在最优化下运转;

⑨收到气象信息以导航并减少油料消耗;

⑩收集并发送日志文件以满足政府要求.。

IsatData Pro业务将会很好的支持快速成长中的短数据卫星通信市场，并将在安全、基于地理位置服务等方面有广泛的应用。相信在未来的一段时间内，IsatData Pro将在公路铁路海运商业运输中的位置监控和信息传递、油气管道设备的监测信息传输、固定资产的监管、商业渔船作业信息通报、电网监测等方面发挥重要作用。