我国甚高频数字交换系统建设思路研究

王福斋 胡青 姚高乐 易中立

摘 要：结合国际国内技术发展现状和趋势，立足我国实际情况和“信息系统自主可控”的总体目标，从VDES基站、承载网、核心网、网管系统及其他设施五个层面提出我国甚高频数字交换系统VDES的建设思路。

关键词：VDES;基站;承载网;核心网;网管系统

中图分类号：TP311          文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）01-0083-02

2017年，国际海事组织（IMO）导航、通信和搜救分委会（NCSR）第4次会议审议通过了《全球海上遇险与安全系统（英文简称GMDSS）现代化计划草案》，该草案提出：“甚高频数字交换系统（VDES）不仅能实现船与船、船与岸之间的数据交换，还为未来实现卫星与船舶的远程双向数字通信预留了空间。”根据IMO 有关工作计划，VDES纳入《国际海上人命安全公约（英文简称SOLAS公约）》，并进入全球海上遇险与安全系统（GMDSS）系统基本已成定局。目前，我国VDES技术研发工作与国际业界同步开展，虽然国际标准基本由国外团队主导，但国内相关机构在技术跟踪和产品化上并没有显著差距。当前国际竞争格局下，核心装备国产化对于打破国外垄断，提升我国行业安全和信息安全具有重要意义，本文提出我国VDES建设思路。

1 VDES岸基系统建设思路

作为新生事物，我国VDES岸基系统的建设宜按照“突出重点，分布实施”的原则，按沿海重点水域到一般水域的思路推进，相对一定时期暂不考虑内河VDES岸基网络系统的建设。作为VDES岸基网络系统组成部分的基站、承载网、核心网和网管系统，应统一规划，同步实施。当前我国沿海岸基船舶自动识别系统（英文简称AIS）基站使用年限普遍超过了10年，部分使用期限已达15年，主体设备已逐渐老化，天津海事局曾在2017年对AIS基站系统进行抽样检测，发现老化岸基系统信号发射功率和接收机灵敏度等参数明显下降，影响AIS岸基系统接收效果，同时对虚拟航标效能产生负面影响。无论从现有设备的更新换代，还是对未来VDES系统的提前布局来说，均有必要分阶段、有步骤的推进VDES基站系统的建设，本文提出“三步走”建议。

1.1第一阶段

2021年-2023年，开展VDES系统示范工程建设。本阶段选取1-2个沿海重点水域作为试点，部署的国产VDES基站和原有AIS基站并网运行，直至VDES国产基站的稳定性和功能基本达到与原有AIS基站一致，再将原有AIS基站下架，国产VDES基站独立运行。本阶段可实现AIS服务的平滑运行，实现ASM的基本收发功能，并实现基于单站的VDE服务的测试和应用。

1.2第二阶段

2023年-2024年，进一步推进AIS基站升级换代。本阶段基本完成环渤海区域、长江口区域、珠江口区域的AIS基站升级换代工作。同时，在上一阶段VDES核心网理论探索和实验测试的基础上，搭建海区核心网试验系统，实现海区VDE系统的组 网运行。本阶段可实现ASM的全部功能，并可满足区域VDE应用部署需要。

1.3第三阶段

2025年及以后，全面完成沿海AIS基站升级换代。本阶段逐步完成我国北海、东海、南海三个海区全部AIS基站升级换代工作，实现岸基服务系统的VDES替代，并根据VDES系统的信号覆盖范围和服务需求进行补点和站点位置优化，实现对我国沿海水域的连续覆盖。本阶段还将开展标准化的核心网建设，完成海区核心网的互联，实现全国组网。同时还可适时推进与日、韩等周边国家的合作，实现东亚地区乃至更大范围的跨国组网。此阶段长期实施，将逐步完善VDES系统功能，实现对应用的良好承载，最终达到全能力运行。

由于内河水域有完善的4G、5G移动通信网覆盖，内河船舶对VDES的使用需求相对较弱，建议近期不考虑统一推进内河AIS基站的更新换代。由沿海工程替换下来的AIS基站设备，经过测试选取性能合格者作为内河AIS系统备件，对内河故障AIS设备进行替换，以充分利用现有设备、节省财政资金。

2 VDES承载网建设思路

承载网连接基站与数据中心，负责承载数据和汇聚数据。目前AIS系统采用星型网络，结构简单、传输高效但可靠性较低。根据VDES岸基系统的推进计划，需对承载网进行同步改造和完善，以适应VDES岸基系统的传输需要。

2.1第一阶段

2021年-2023年：此阶段VDES基站较少，VDE应用单一，现有AIS承载网即可满足数据传输需求，可增加部分环路作为备用链路，完善路由协议。

2.2第二阶段

2023年-2024年：此阶段VDES基站数量增加，传输数据量增加，随着ASM、VDE应用特别是跨区域VDE应用的普及，原有AIS承载网将无法满足传输需求。此阶段需要扩展链路带宽，提高网络承载能力。

2.3第三阶段

2025年及以后：此阶段VDES基站数量进一步增加，系统使用更加充分，逐步承载大量的VDES应用服务，船舶对VDES系统的依赖性增加，对承载网的可靠性要求随之提升。此阶段有必要对承载网进行进一步调整，改进网络结构，增加4G VPDN、卫星链路等备用链路，构建智能网络，整体提升承重网的可靠性。

3 VDES核心网建设思路

AIS系统网络功能简单，AIS数据中心僅需对数据进行存储和转发即可实现AIS系统绝大部分功能。VDES定位于船岸信息交互通道，核心网既要实现所有基站的协调及区域组网，同时还要提供与其他系统的连接功能。VDES核心网主要实现资源分配、移动性管理（MM）、网络路由、服务质量保障（QoS）和应用网关等功能。此外，还需充分考虑与后期建设的沿海宽带（4G/5G）、NAVDAT等通信系统混合组网。

核心网是VDES系统实现全能力运行的基础，缺乏核心网支持的情况下，VDES系统只能进行单站传输。由于国际航标协会（英文简称IALA）的核心网标准按惯例需在VDES系统加入SOLAS公约后再行制定，故当前各国在VDES的核心网领域尚处于内部研究阶段，相关国际标准尚处空白。我国在推进VDES岸基系统建设的同时，应积极开展VDES核心网的研究、测试和部署，积极参与国际标准的制定，相关工作也应按照三个阶段同步进行。

3.1第一阶段

2021年-2023年：此阶段应积极开展VDES核心网的理论研究，利用VDES多基站连续覆盖区域，开展VDES核心网试验，不断改进核心网网元功能设计，提升组网性能，形成VDES核心网标准草案。同时，为满足现有AIS基站和VDES基站并行运行的要求，建设国产数据中心，实现现有AIS数据中心和VDES基站数据的同步接入，同时实现信息播发功能。

3.2第二阶段

2023年-2024年：此阶段应在国产化数据中心的基础上开展VDES核心网试验部署，建议按海区建立3个VDES核心网，实现海区VDES系统组网。此阶段还应积极参与VDES核心网标准制定，扩大我国在国际上的话语权。

3.3第三阶段

2025年及以后：VDES核心网国际标准将在此阶段完成，应对我国VDES核心网进行标准化改造，实现海区核心网互联，在全国范围内提供VDES互联服务，并可探索与周边其他国家跨国组网。

4 VDES网管系统建设思路

VDES网管系统主要实现VDES设备的监控和配置。网管系统应按VDES基站的管理职责按辖区部署，系统可由各厂商分别提供，也可建设适用于不同品牌的设备的统一网管系统，这两种方式各有优劣。

各厂商分别提供适用自己设备的网管系统在成本上具有一定优势，而且由于各厂商设备技术原理和实现方式各不相同，这种方式的网管系统往往功能最为全面，且后期的维护升级也更为便利。其缺点在于难以实现所有基站的统一管理和资源的统一分配，运维人员需要熟练使用不同厂商的网管系统，增加运维人员的工作负担。

开发统一网管系统可以方便实现设备的统一监控、管理和资源分配，但后期需要持续的投入，实现与基站设备设施的同步更新，而且无法覆盖不同厂商设备的所有监控和管理功能，实际操作中可能需要和厂商提供的网管系统搭配使用。

网管系统实施路径的选择需要进一步的研究。

5 VDES其他设施的发展思路

5.1 VDES船臺

VDES船台和基站的硬件设备相互通用，软件部分（协议栈）上存在差异，在基站设备的研发过程中，VDES船台的研制也能获得推动。VDES船台软件部分比AIS船台复杂，需要加强对船台的准入检测和动态监测，避免不合规的设备对整个VDES系统产生干扰。此外，VDES核心网的研发也需要对船台的软件做出相应的调整。

5.2 VDES卫星

广覆盖、低成本是VDES卫星通信系统的优势所在，VDES卫星通信系统的应用和普及对VDES系统的推广和应用至关重要。卫星VDES需要灵活的运营方式和商业化的管理模式以摊薄成本、维持星座数量，不宜采用向社会购买服务的方式采购VDES卫星资源，扶持国内VDES卫星产业的发展壮大。