在海洋經(jīng)濟(jì)地位日益凸顯的今天，智慧船舶已成為全球航運(yùn)業(yè)的發(fā)展趨勢。隨著感知、決策、控制等技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)與應(yīng)用探索，智慧船舶正循序漸進(jìn)地從局部向全船、從外延到內(nèi)涵應(yīng)用拓展，技術(shù)方向由信息化、輔助決策向數(shù)字化、自主操作不斷迭代。

　　智慧船舶是綜合運(yùn)用感知、通信、控制、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù);具備對復(fù)雜環(huán)境及自身狀態(tài)的自主感知、智能決策、多等級自動(dòng)控制能力;比傳統(tǒng)船舶更加安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的新一代船舶。智慧船舶的發(fā)展涉及到感知、通信、控制、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。它能利用先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境及自身狀態(tài)的自主感知和智能決策，提高航行的安全性和效率。其中通信網(wǎng)絡(luò)如同船舶的“神經(jīng)系統(tǒng)”，它將船舶內(nèi)部、船舶與陸地以及其他船舶之間緊密的聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)信息的快速傳遞和共享。因此一個(gè)高效、可靠的通信系統(tǒng)是保障船舶安全航行、提高運(yùn)營效率以及實(shí)現(xiàn)智能化管理的關(guān)鍵因素。

　　智慧船舶的主要功能

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　　智慧船舶通信系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

　　Communication Challenge

　　隨著數(shù)字化和信息化技術(shù)的飛速進(jìn)步，無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已成為推動(dòng)船舶行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。通過無線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)船舶與岸基、衛(wèi)星以及其他船舶間的高效數(shù)據(jù)交換，優(yōu)化航線規(guī)劃，提高貨物運(yùn)輸?shù)臅r(shí)效性和準(zhǔn)確性。無線通信技術(shù)作為船舶與外界進(jìn)行信息交互的關(guān)鍵手段，近年來雖然取得了顯著的進(jìn)展，但也面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

　　Part.1

　　覆蓋范圍

　　船舶在廣闊的海域上運(yùn)行，需要確保信號(hào)覆蓋到每一個(gè)角落。某些偏遠(yuǎn)或信號(hào)盲區(qū)，信號(hào)覆蓋是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

　　Part.2

　　信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性

　　船舶在海上航行時(shí)所處的環(huán)境復(fù)雜多變，包括惡劣的天氣條件、電磁干擾、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)纫蛩?，都可能?dǎo)致信號(hào)衰減、中斷或失真。因此先進(jìn)的信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)和抗干擾技術(shù)至關(guān)重要。

　　Part.3

　　帶寬限制

　　隨著船舶上的信息化設(shè)備日益增多，對數(shù)據(jù)傳輸量的需求不斷增加，如高清視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷、實(shí)時(shí)氣象信息獲取等，有限的帶寬難以滿足這些需求。

　　Part.4

　　安全性和保密性

　　數(shù)字化時(shí)代，船舶通信中傳輸?shù)男畔舜罅棵舾袛?shù)據(jù)，如船舶位置、貨物信息、船員個(gè)人信息等，如果這些信息被非法獲取或篡改，可能會(huì)給船舶運(yùn)營帶來嚴(yán)重的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。

　　Part.5

　　兼容性和互操作性

　　船舶可能配備了不同的通信設(shè)備和系統(tǒng)，這些設(shè)備和系統(tǒng)之間往往存在著兼容性差異，導(dǎo)致信息難以順暢地交換和共享。為了實(shí)現(xiàn)不同通信系統(tǒng)的無縫對接，需要制定統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，確保各種設(shè)備和系統(tǒng)能夠相互兼容和協(xié)同工作。

　　針對以上挑戰(zhàn)，為了更好的提高船舶網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，上海兆越通訊技術(shù)有限公司結(jié)合自身無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和工業(yè)無線產(chǎn)品的優(yōu)勢，推出多款智慧船舶網(wǎng)絡(luò)通信解決方案，旨在通過集高速性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性及便捷管理于一體的船舶無線網(wǎng)絡(luò)通信解決方案實(shí)現(xiàn)船舶網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，從而保證船舶核心網(wǎng)之間高效、完整的數(shù)據(jù)信息傳輸通道，增強(qiáng)船舶安全性能、實(shí)現(xiàn)船舶智能化、提升航運(yùn)服務(wù)質(zhì)量、運(yùn)營決策能力。

　　上海兆越智慧船舶無線通信方案

　　Communications Solutions

　　多鏈路高壓縮率船岸通訊技術(shù)方案

　　多鏈路高壓縮率船岸通訊技術(shù)是在船舶運(yùn)輸領(lǐng)域中應(yīng)用的一種先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)通過多個(gè)通訊鏈路的集成，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛶捓寐?。同時(shí)，采用高壓縮算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，降低了傳輸所需的帶寬和時(shí)間，進(jìn)一步提高了通訊效率。本系統(tǒng)方案采用分層拓?fù)浼軜?gòu)設(shè)計(jì)，整體分為船上現(xiàn)有系統(tǒng)，船上的通訊層和數(shù)據(jù)層，以及岸端的服務(wù)層。其中船上現(xiàn)有業(yè)務(wù)為數(shù)據(jù)來源，本方案只對數(shù)據(jù)采集及下發(fā)，不是本方案建設(shè)內(nèi)容，總體架構(gòu)圖如下：

　　方案特點(diǎn)

　　? 船岸通訊：同時(shí)支持至少2種運(yùn)營商4G/5G網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成聚合通訊，其中4G/5G網(wǎng)絡(luò)、超級wifi、VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間可以自動(dòng)根據(jù)策略進(jìn)行鏈路切換。主要通過檢測鏈路實(shí)時(shí)傳輸速度、信號(hào)強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)調(diào)度，從而智能匹配切換鏈路，船與岸之間的鏈路優(yōu)先級為超級WIFI>4G/5G網(wǎng)絡(luò)>VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

　　? 船舶間通訊：各船只通過安裝一臺(tái)船載MESH自組網(wǎng)設(shè)備構(gòu)建網(wǎng)狀通信鏈路，最遠(yuǎn)可覆蓋50海里范圍，單跳最少可達(dá)20公里，船只上的音視頻與船載自組網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)船只之間的音視頻會(huì)議及群組指揮。

　　? AIS采集系統(tǒng)：借助MESH網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)船與船之間的互聯(lián)，通過船載AIS設(shè)備直接接收周圍船舶的AIS信號(hào)，支持30-50海里內(nèi)通信。

　　? 切換網(wǎng)關(guān)采用兆越MWG-3610系列高速率、低延時(shí)、多接口的工業(yè)無線路由器。該產(chǎn)品主要實(shí)現(xiàn)了5G的高速接入，IEEE 802.11ac的高速熱點(diǎn)功能,千兆局域網(wǎng)接入。利用5G通信的低延時(shí)、高帶寬、大容量等特點(diǎn)，滿足了船上網(wǎng)絡(luò)大帶寬需求。可以在港口碼頭或者其他可以連接到基站地區(qū)通過4G/5G上網(wǎng)，提高上網(wǎng)質(zhì)量。

　　? 傳輸網(wǎng)絡(luò)方案搭配網(wǎng)管型工業(yè)級千兆交換機(jī)具有大帶寬帶寬，高速率，功能豐富，便于管理。工業(yè)級三防設(shè)計(jì)防鹽霧、防霉菌、防濕熱，可以抵抗惡劣環(huán)境運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，性能卓越。

　　5G船舶信息化系統(tǒng)方案

　　海上全覆蓋的5G船舶信息化系統(tǒng)解決方案主要利用5G技術(shù)的高速率、低延遲、大連接數(shù)等特性，為船舶提供穩(wěn)定、可靠的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。該方案通過在船舶上安裝的5G通信設(shè)備和無線AP，實(shí)現(xiàn)船舶與船舶、船舶與陸地之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信，保證船舶網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。

　　方案特點(diǎn)

　　? 多鏈路切換：系統(tǒng)支持4G/5G和衛(wèi)星通信鏈路的無縫切換和冗余備份。當(dāng)船舶在4G/5G信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)，優(yōu)先使用4G/5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸;而在遠(yuǎn)洋區(qū)域或4G/5G信號(hào)不佳時(shí)，由智能網(wǎng)關(guān)自動(dòng)切換至衛(wèi)星通信鏈路，確保航行過程中全程通信不中斷。

　　? 船上各傳感器數(shù)據(jù)傳輸：各類傳感器(如計(jì)程儀、探測儀、風(fēng)速方向儀等)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過4G/5G或衛(wèi)星鏈路實(shí)時(shí)上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器，為船舶的智能化運(yùn)行和遠(yuǎn)程監(jiān)控提供依據(jù)。

　　? 駕駛室控制與通信：駕駛室內(nèi)的各種控制設(shè)備與信息系統(tǒng)通過4G/5G或衛(wèi)星通信與岸基控制中心保持密切聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)助駕駛、電子海圖更新、天氣預(yù)報(bào)信息推送等，同時(shí)，駕駛室內(nèi)的語音和視頻通信也能流暢進(jìn)行，提高航行安全性和操作便利性。

　　? 各艙室監(jiān)控與管理：通過布置在各艙室的監(jiān)控?cái)z像頭、溫度探頭等設(shè)備，系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集艙內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)和圖像信息，利用4G/5G或衛(wèi)星通信實(shí)時(shí)傳送到岸基監(jiān)控中心和船上控制室，便于對貨物儲(chǔ)存環(huán)境、人員安全、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

　　? 各區(qū)域無線接入點(diǎn)(AP)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋：在船上設(shè)置多個(gè)無線AP，構(gòu)建全船無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，確保船員、以及移動(dòng)設(shè)備(如無人機(jī)、AGV等)能夠接入網(wǎng)絡(luò)，與岸基、衛(wèi)星及其他船載系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　? 數(shù)據(jù)服務(wù)器集中處理與存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)服務(wù)器是船舶信息化系統(tǒng)的核心，匯集船上所有傳感器、控制系統(tǒng)、通信設(shè)備產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，通過4G/5G和衛(wèi)星鏈路實(shí)時(shí)或定時(shí)向岸基數(shù)據(jù)中心傳輸，同時(shí)，服務(wù)器也接收來自岸基的控制指令和更新信息，并根據(jù)需要分發(fā)給各船載系統(tǒng)。

　　海運(yùn)貨輪無線通信傳輸方案

　　在海運(yùn)貨輪航行過程中無線AP通過提供高速、穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不僅可以確保穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接,提升通信質(zhì)量。還可以實(shí)現(xiàn)船舶與岸基、衛(wèi)星以及其他船舶間的高效數(shù)據(jù)交換，優(yōu)化航線規(guī)劃，提高貨物運(yùn)輸?shù)臅r(shí)效性和準(zhǔn)確性。而在安全性上，無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋為遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)提供了可能，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在的安全隱患。最后，無線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋為船員提供了更好的通信手段，使他們能夠進(jìn)行日常的數(shù)字化生活。

　　方案特點(diǎn)

　　? 通信主貨輪設(shè)備采用無線AP方式，其余貨輪為客戶端模式，當(dāng)貨輪進(jìn)入覆蓋范圍內(nèi)，自動(dòng)連接，建立通信。

　　? 無線覆蓋半徑大于2公里，根據(jù)Lbf=32.5+20lgF+20lgD 可知電磁波在2公里自由空間中傳輸損耗為106(db)，設(shè)備發(fā)射功率27(dbm)、發(fā)射天線增益10(dbi)、接受天線增益10(dbi)，根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度(dBm) RSS=Pt+Gr+Gt-Lc-Lbf，可得信號(hào)接收強(qiáng)度-58(dbm)，遠(yuǎn)大于接收靈敏度-96(dbm)，鏈路系統(tǒng)裕量充足。

　　? 支持IEEE 802.11a/b/g/n/ac(2x2 MIMO)，最大傳輸速率1167Mbps，雙頻設(shè)計(jì)，2.4GHz可用于遠(yuǎn)距離覆蓋，5.8GHz對整個(gè)船體進(jìn)行覆蓋，便于業(yè)務(wù)無線接入。

　　? IP67 防護(hù)等級及工業(yè)級設(shè)計(jì)，設(shè)備堅(jiān)固耐用，適用于海洋嚴(yán)酷環(huán)境。