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引言

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

智慧船舶是綜合運用感知、通信、控制、人工智能等先進信息技術；具備對復雜環(huán)境及自身狀態(tài)的自主感知、智能決策、多等級自動控制能力；比傳統(tǒng)船舶更加安全、經(jīng)濟、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、人工智能等多個領域的技術進步。它能利用先進技術，實現(xiàn)對復雜環(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，實現(xiàn)信息的快速傳遞和共享。因此一個高效、可靠的通信系統(tǒng)是保障船舶安全航行、提高運營效率以及實現(xiàn)智能化管理的關鍵因素。

智慧船舶的主要功能

智慧船舶通信系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

隨著數(shù)字化和信息化技術的飛速進步，無線網(wǎng)絡通信技術已成為推動船舶行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的關鍵驅(qū)動力。通過無線網(wǎng)絡，可以實現(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，提高貨物運輸?shù)臅r效性和準確性。無線通信技術作為船舶與外界進行信息交互的關鍵手段，近年來雖然取得了顯著的進展，但也面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

覆蓋范圍：船舶在廣闊的海域上運行，需要確保信號覆蓋到每一個角落。某些偏遠或信號盲區(qū)，信號覆蓋是一個巨大的挑戰(zhàn)。?
信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性：船舶在海上航行時所處的環(huán)境復雜多變，包括惡劣的天氣條件、電磁干擾、遠距離傳輸?shù)纫蛩?，都可能導致信號衰減、中斷或失真。因此先進的信號增強技術和抗干擾技術至關重要。
帶寬限制：隨著船舶上的信息化設備日益增多，對數(shù)據(jù)傳輸量的需求不斷增加，如高清視頻監(jiān)控、遠程醫(yī)療診斷、實時氣象信息獲取等，有限的帶寬難以滿足這些需求。
安全性和保密性：數(shù)字化時代，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、船員個人信息等，如果這些信息被非法獲取或篡改，可能會給船舶運營帶來嚴重的安全隱患和經(jīng)濟損失。
兼容性和互操作性：船舶可能配備了不同的通信設備和系統(tǒng)，這些設備和系統(tǒng)之間往往存在著兼容性差異，導致信息難以順暢地交換和共享。為了實現(xiàn)不同通信系統(tǒng)的無縫對接，需要制定統(tǒng)一的通信標準和協(xié)議，確保各種設備和系統(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)絡通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量，上海兆越通訊技術有限公司結合自身無線網(wǎng)絡技術的實際應用和工業(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)絡通信解決方案實現(xiàn)船舶網(wǎng)絡的全覆蓋，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，增強船舶安全性能、實現(xiàn)船舶智能化、提升航運服務質(zhì)量、運營決策能力。

上海兆越智慧船舶無線通信方案

多鏈路高壓縮率船岸通訊技術方案

多鏈路高壓縮率船岸通訊技術是在船舶運輸領域中應用的一種先進技術。該技術通過多個通訊鏈路的集成，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛶捓寐省Ｍ瑫r，采用高壓縮算法對數(shù)據(jù)進行壓縮，降低了傳輸所需的帶寬和時間，進一步提高了通訊效率。本系統(tǒng)方案采用分層拓撲架構設計，整體分為船上現(xiàn)有系統(tǒng)，船上的通訊層和數(shù)據(jù)層，以及岸端的服務層。其中船上現(xiàn)有業(yè)務為數(shù)據(jù)來源，本方案只對數(shù)據(jù)采集及下發(fā)，不是本方案建設內(nèi)容，總體架構圖如下：

方案特點

船岸通訊：同時支持至少2種運營商4G/5G網(wǎng)絡，構成聚合通訊，其中4G/5G網(wǎng)絡、超級wifi、VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡之間可以自動根據(jù)策略進行鏈路切換。主要通過檢測鏈路實時傳輸速度、信號強度來實現(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>VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡。
船舶間通訊：各船只通過安裝一臺船載MESH自組網(wǎng)設備構建網(wǎng)狀通信鏈路，最遠可覆蓋50海里范圍，單跳最少可達20公里，船只上的音視頻與船載自組網(wǎng)設備進行連接，實現(xiàn)船只之間的音視頻會議及群組指揮。
AIS采集系統(tǒng)：借助MESH網(wǎng)絡實現(xiàn)船與船之間的互聯(lián)，通過船載AIS設備直接接收周圍船舶的AIS信號，支持30-50海里內(nèi)通信。
切換網(wǎng)關采用兆越MWG-3610系列高速率、低延時、多接口的工業(yè)無線路由器。該產(chǎn)品主要實現(xiàn)了5G的高速接入，IEEE 802.11ac的高速熱點功能,千兆局域網(wǎng)接入。利用5G通信的低延時、高帶寬、大容量等特點，滿足了船上網(wǎng)絡大帶寬需求?？梢栽诟劭诖a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)絡方案搭配網(wǎng)管型工業(yè)級千兆交換機具有大帶寬帶寬，高速率，功能豐富，便于管理。工業(yè)級三防設計防鹽霧、防霉菌、防濕熱，可以抵抗惡劣環(huán)境運行穩(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。該方案通過在船舶上安裝的5G通信設備和無線AP，實現(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)絡的全覆蓋。

系統(tǒng)特點

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。當船舶在4G/5G信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，優(yōu)先使用4G/5G網(wǎng)絡進行高速、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸；而在遠洋區(qū)域或4G/5G信號不佳時，由智能網(wǎng)關自動切換至衛(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（如計程儀、探測儀、風速方向儀等）產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)，通過4G/5G或衛(wèi)星鏈路實時上傳至數(shù)據(jù)服務器，為船舶的智能化運行和遠程監(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，實現(xiàn)遠程協(xié)助駕駛、電子海圖更新、天氣預報信息推送等，同時，駕駛室內(nèi)的語音和視頻通信也能流暢進行，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)控攝像頭、溫度探頭等設備，系統(tǒng)實時收集艙內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)和圖像信息，利用4G/5G或衛(wèi)星通信實時傳送到岸基監(jiān)控中心和船上控制室，便于對貨物儲存環(huán)境、人員安全、設備運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控和管理。
各區(qū)域無線接入點（AP）的網(wǎng)絡覆蓋：在船上設置多個無線AP，構建全船無線網(wǎng)絡覆蓋，確保船員、以及移動設備（如無人機、AGV等）能夠接入網(wǎng)絡，與岸基、衛(wèi)星及其他船載系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。
數(shù)據(jù)服務器集中處理與存儲：數(shù)據(jù)服務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)、通信設備產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，通過4G/5G和衛(wèi)星鏈路實時或定時向岸基數(shù)據(jù)中心傳輸，同時，服務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)。

海運貨輪無線通信傳輸方案

在海運貨輪航行過程中無線AP通過提供高速、穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡服務不僅可以確保穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接,提升通信質(zhì)量。還可以實現(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，提高貨物運輸?shù)臅r效性和準確性。而在安全性上，無線網(wǎng)絡覆蓋為遠程監(jiān)控和維護提供了可能，有助于及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的安全隱患。最后，無線網(wǎng)絡的全覆蓋為船員提供了更好的通信手段，使他們能夠進行日常的數(shù)字化生活。

方案特點：

通信主貨輪設備采用無線AP方式，其余貨輪為客戶端模式，當貨輪進入覆蓋范圍內(nèi)，自動連接，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)接收信號強度(dBm) RSS=Pt+Gr+Gt-Lc-Lbf，可得信號接收強度-58（dbm），遠大于接收靈敏度-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，雙頻設計，2.4GHz可用于遠距離覆蓋，5.8GHz對整個船體進行覆蓋，便于業(yè)務無線接入。
IP67 防護等級及工業(yè)級設計，設備堅固耐用，適用于海洋嚴酷環(huán)境

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