ＷｉＭＡＸ技术在船舶交通管理系统中的应用
时间：2021-05-13 08:01:24 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文主要介绍了最新的WiMAX技术及特点，针对目前VTS系统中AIS系统采用VHF通信方式存在的问题进行分析，并提出采用WiMAX技术解决VHF通信方式带来的技术瓶颈，提高VTS系统的应用能力。
关键词：WiMAX；VTS；VHF；应用
l 引言
VTS船舶交通管理系统是指在一定水域内用以保证航行船舶安全和效率的管理系统。目前在VTS系统中主要通过AIS(Automatic Identification System)船载自动识别系统，获取船舶信息与航行资料。但AIS系统主要采用了VHF通信方式，而VHF通信方式局限于视距范围的信号传输，因此AIS系统就会受到VHF通信缺陷的影响。从而造成船舶信息不能及时更新，数据传输容易出现差错等问题。而WiMAX 全称为全球微波接入互操作性(World Interoperability for Microwave Access)，是一种基于IEEE 802.16标准的技术，提供固定、移动、便携形式的无线宽带连接，并最终能够在不需要直接视距基站的情况下提供最后一英里的无线宽带接入，能提供互联网的高速连接。目前，WiMAX的相关技术标准逐渐成熟，一些国家和地区已经建设了试验网和商用网，我国也大力支持这项技术的发展和应用。WiMAX技术的使用能解决目前VHF通信方式所产生的问题，用先进的数字通信技术代替传统的模拟语音通信，其功能远远超过目前使用的VHF通信系统。
2VHF 通信方式存在的缺点
VHF信号传输局限于视距范围，存在一定的缺陷：①传输速度慢；②话音通信容易出错，通信容易受到干扰；③通信繁忙时容易出现信道的阻塞现象，通信带宽狭窄；④话音通信建立在频道通信的基础上，使业务种类受到限制，业界对数据通信的要求不断增长；⑤通信安全性差等问题。而WiMAX技术根本不存在这个问题，明显优于VHF通信技术。具体可从下表2-1的参数比较上可以看出。
3WiMAX技术优势
WiMAX技术集成了Wi-Fi无线接入技术的移动性与灵活性以及xDSL等基于线缆的传统宽带接入技术的高带宽特性，其技术优势如下：
3.1 WiMAX拥有全球统一的技术标准
使用带有WiMAX技术标准的设备都可以很好地互联互通，因此非常适用于远洋航行船舶在不同WiMAX网络的链接。虽然目前主流的无线通信技术也可以应用到船与岸之间的数据通信，比如移动通信系统中的GPRS、CDMA以及即将实施的3G，但这些技术各个国家使用的通信标准不同，导致这些无线通信技术不能广泛的应用在全球海上无线通信中。
3.2传输距离远、容量高
WiMAX中采用mesh、beam-forming、 MIMO、OFDM等先进的技术改善非视距性能，出众的系统增益提供更强的远距离穿透阻挡物能力。WiMAX基站可以提供最高每扇区75Mbps的吞吐量，可以同时为超过60个T1级别的商业用户和上百个DSL数据速率的家庭用户提供接入服务。每个基站的覆盖范围最大可达50公里。同时，WiMAX支持自适应调制和可变纠错码技术，基站可以根据信号的强弱在吞吐量和覆盖范围之间进行权衡，WiMAX信道带宽可以根据实际的需求进行调整，从而更有利于抵抗多径干扰、节省频谱资源和频谱规划，非常适合于繁忙的港口、码头、航道、锚地等地方的通信，构成一张功能强大的无线宽带网络。
3.3系统更新升级方便、安全性好
新增扇区简易，灵活的信道规划使容量达到最大化，并且允许运营商根据用户的发展来逐渐升级扩大网络。灵活的信道带宽规划适应于多种频率分配情况。一个WiMAX基站可以同时为众多的客户提供服务，为每个客户提供独立带宽请求支持。在安全性方面，WiMAX空中接口专门在MAC层上增加了私密子层，不仅可以避免非法用户接入，保证合法用户顺利接入，而且提供加密功能，充分保护用户隐私，例如提供EAP-SIM认证。在航运业越来越繁荣的今天，系统根据具体的需求灵活更新是非常必要的，这将大大节省后期的运行成本，较好的安全性则有效地保证了企业的商业机密。
3.4成本低、易维护
随着WiMAX射频芯片的量产，芯片价格将不断降低。同时，WiMAX基站的价格随着正式商用也将降低到合理的水平上，而且一个城市或港口不需要布设太多的基站就能够完成覆盖。与能够提供的服务相比，WiMAX系统的成本是具有优势的。维护性方面，由于通信系统独立于电力线，且基站数量较少，维护工作的难度和强度不会太高。
4WiMAX技术在VTS系统中的应用
当采用WiMAX技术组建的网络全面实施后，在实践应用中将充分体现它的优越性，通过以下WiMAX技术组建的网络和AIS系统的应用方案的对比可以看出其应用上的优势。目前AIS系统主要有AIS岸台系统和AIS船台设备组成，AIS岸台系统由AIS基站收发机联网而成，AIS船台设备是一种工作在VHF频道上的自动船载广播式应答器，能周期地自动广播和接收船舶的静态、动态和与航行有关的其他信息，进行岸与船之间和船与船之间的信息传递，对周围的船舶进行识别、监视和通讯，而这种通过VHF收发机进行的通信必将受到VHF设备本身的局限性带来的不利影响。当前装有AIS系统的船舶，其通信的方向可以分为二种，一是船舶间的通信，另一个是船舶和VTS中心及陆上用户之间的通信，我们从上图4-1对AIS系统实际通信的结构来看，其所有通信路由都将受到VHF通信方式的限制。
AIS系统通信的结构如图4-1所示。
WiMAX 网络主要由用户台、基站、认证和业务授权服务器组成，其中认证和业务授权服务器主要提供认证、授权和计费等功能。目前IEEE802.16标准可以分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中802.16、802.16a、802.16d属于固定无线接入空中接口标准，可为锚泊船舶和靠泊船舶提供网络接入服务，802.16e属于移动宽带无线接入空中接口标准，该标准可充分解决船舶在移动过程中的网络接入服务。
从上图4-2中可以看出WiMAX技术在应用上的功能：
①只要船舶进入WiMAX基站信号覆盖区内，采用WiMAX技术的船舶可以随时链接所要通信的对象，会自动和VTS中心建立高速数据链接，VTS中心可以及时掌握该船的名称、呼号、识别码、船位、航向、航速等一些基本的船舶航行资料，同时可为移动船舶提供定位服务。
②由于WIMAX采用数字信号传输，这将提高语音通信质量，在技术上完全优于采用模拟信号的VHF通信，能彻底改变VHF语音通信中出现的问题，充分提高通信效率。同时，还可建立视频连接，VTS中心的管理人员可通过网络视频和船舶驾驶员实时交流。对医疗援助、海上技术指导、遇险搜救等方面具有积极的意义，扩充了GMDSS系统的通信能力。
③目前无人驾驶船舶在海事安全中扮演着更重要的角色，在实现无人驾驶船舶的过程中，采用先进的无线通信技术来控制船舶是一个关键技术，而WiMAX技术特点和功能完全能够满足无人驾驶船舶的通信要求，使实现无人驾驶船舶在无线通信技术上提供支持。
④WiMAX技术可直接接入因特网，这将使船舶用户可利用因特网进行公务处理和享受多媒体服务。港口电子商务的实行，使货物装卸、港口堆场的效率明显提高，使船期明显缩短，货物运输更加快捷。船舶运输特点决定了船员在生活和娱乐方面相对比较封闭，而通过因特网，船员可及时获取各方面的信息和多媒体服务，也可以和家人在网络上相聚。
5 结束语
随着WiMAX技术的全面实施，必将转变目前VTS的通信方式，提高VTS系统的效率和管理能力。先进的无线电数字通信技术必将替代目前的VHF通信技术，改变海上船舶的通信方式，促进航运业的快速发展。
参考文献
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[2] 王欣 WiMAX技术在海上通信中的应用展望 世界海运 2005.6
[3] 孙文立 船载自动识别系统 大连海事大学出版社 2004.9
[4] MobileWiMAXPlugfestWhite Paper Bechtel labs USAOctober 2006
