智慧船舶|兆越无线实现海上网络信息全覆盖
引言
在海洋经济地位日益凸显的今天，智慧船舶已成为全球航运业的发展趋势。随着感知、决策、控制等技术的创新研发与应用探索，智慧船舶正循序渐进地从局部向全船、从外延到内涵应用拓展，技术方向由信息化、辅助决策向数字化、自主操作不断迭代。
智慧船舶是综合运用感知、通信、控制、人工智能等先进信息技术；具备对复杂环境及自身状态的自主感知、智能决策、多等级自动控制能力；比传统船舶更加安全、经济、环保、高效的新一代船舶。智慧船舶的发展涉及到感知、通信、控制、人工智能等多个领域的技术进步。它能利用先进技术，实现对复杂环境及自身状态的自主感知和智能决策，提高航行的安全性和效率。其中通信网络如同船舶的“神经系统”，它将船舶内部、船舶与陆地以及其他船舶之间紧密的联系在一起，实现信息的快速传递和共享。因此一个高效、可靠的通信系统是保障船舶安全航行、提高运营效率以及实现智能化管理的关键因素。
智慧船舶的主要功能
智慧船舶通信系统面临的挑战
随着数字化和信息化技术的飞速进步，无线网络通信技术已成为推动船舶行业现代化发展的关键驱动力。通过无线网络，可以实现船舶与岸基、卫星以及其他船舶间的高效数据交换，优化航线规划，提高货物运输的时效性和准确性。无线通信技术作为船舶与外界进行信息交互的关键手段，近年来虽然取得了显著的进展，但也面临着一系列的挑战。
- 覆盖范围：船舶在广阔的海域上运行，需要确保信号覆盖到每一个角落。某些偏远或信号盲区，信号覆盖是一个巨大的挑战。
- 信号传输的稳定性和可靠性：船舶在海上航行时所处的环境复杂多变，包括恶劣的天气条件、电磁干扰、远距离传输等因素，都可能导致信号衰减、中断或失真。因此先进的信号增强技术和抗干扰技术至关重要。
- 带宽限制：随着船舶上的信息化设备日益增多，对数据传输量的需求不断增加，如高清视频监控、远程医疗诊断、实时气象信息获取等，有限的带宽难以满足这些需求。
- 安全性和保密性：数字化时代，船舶通信中传输的信息包含了大量敏感数据，如船舶位置、货物信息、船员个人信息等，如果这些信息被非法获取或篡改，可能会给船舶运营带来严重的安全隐患和经济损失。
- 兼容性和互操作性：船舶可能配备了不同的通信设备和系统，这些设备和系统之间往往存在着兼容性差异，导致信息难以顺畅地交换和共享。为了实现不同通信系统的无缝对接，需要制定统一的通信标准和协议，确保各种设备和系统能够相互兼容和协同工作。
针对以上挑战，为了更好的提高船舶网络通信系统的运行质量，上海兆越通讯技术有限公司结合自身无线网络技术的实际应用和工业无线产品的优势，推出多款智慧船舶网络通信解决方案，旨在通过集高速性、稳定性、安全性、可靠性及便捷管理于一体的船舶无线网络通信解决方案实现船舶网络的全覆盖，从而保证船舶核心网之间高效、完整的数据信息传输通道，增强船舶安全性能、实现船舶智能化、提升航运服务质量、运营决策能力。
上海兆越智慧船舶无线通信方案
多链路高压缩率船岸通讯技术方案
多链路高压缩率船岸通讯技术是在船舶运输领域中应用的一种先进技术。该技术通过多个通讯链路的集成，提高了数据传输的可靠性和带宽利用率。同时，采用高压缩算法对数据进行压缩，降低了传输所需的带宽和时间，进一步提高了通讯效率。本系统方案采用分层拓扑架构设计，整体分为船上现有系统，船上的通讯层和数据层，以及岸端的服务层。其中船上现有业务为数据来源，本方案只对数据采集及下发，不是本方案建设内容，总体架构图如下：
方案特点
- 船岸通讯：同时支持至少2种运营商4G/5G网络，构成聚合通讯，其中4G/5G网络、超级wifi、VSAT卫星网络之间可以自动根据策略进行链路切换。主要通过检测链路实时传输速度、信号强度来实现调度，从而智能匹配切换链路，船与岸之间的链路优先级为超级WIFI>4G/5G网络>VSAT卫星网络。
- 船舶间通讯：各船只通过安装一台船载MESH自组网设备构建网状通信链路，最远可覆盖50海里范围，单跳最少可达20公里，船只上的音视频与船载自组网设备进行连接，实现船只之间的音视频会议及群组指挥。
- AIS采集系统：借助MESH网络实现船与船之间的互联，通过船载AIS设备直接接收周围船舶的AIS信号，支持30-50海里内通信。
- 切换网关采用兆越MWG-3610系列高速率、低延时、多接口的工业无线路由器。该产品主要实现了5G的高速接入，IEEE 802.11ac的高速热点功能,千兆局域网接入。利用5G通信的低延时、高带宽、大容量等特点，满足了船上网络大带宽需求。可以在港口码头或者其他可以连接到基站地区通过4G/5G上网，提高上网质量。
- 传输网络方案搭配网管型工业级千兆交换机具有大带宽带宽，高速率，功能丰富，便于管理。工业级三防设计防盐雾、防霉菌、防湿热，可以抵抗恶劣环境运行稳定，安全可靠，性能卓越。
5G船舶信息化系统方案
海上全覆盖的5G船舶信息化系统解决方案主要利用5G技术的高速率、低延迟、大连接数等特性，为船舶提供稳定、可靠的互联网接入服务。该方案通过在船舶上安装的5G通信设备和无线AP，实现船舶与船舶、船舶与陆地之间的数据传输和通信，保证船舶网络的全覆盖。
系统特点
- 多链路切换：系统支持4G/5G和卫星通信链路的无缝切换和冗余备份。当船舶在4G/5G信号覆盖区域内，优先使用4G/5G网络进行高速、低延迟的数据传输；而在远洋区域或4G/5G信号不佳时，由智能网关自动切换至卫星通信链路，确保航行过程中全程通信不中断。
- 船上各传感器数据传输：各类传感器（如计程仪、探测仪、风速方向仪等）产生的实时数据，通过4G/5G或卫星链路实时上传至数据服务器，为船舶的智能化运行和远程监控提供依据。
- 驾驶室控制与通信：驾驶室内的各种控制设备与信息系统通过4G/5G或卫星通信与岸基控制中心保持密切联系，实现远程协助驾驶、电子海图更新、天气预报信息推送等，同时，驾驶室内的语音和视频通信也能流畅进行，提高航行安全性和操作便利性。
- 各舱室监控与管理：通过布置在各舱室的监控摄像头、温度探头等设备，系统实时收集舱内环境数据和图像信息，利用4G/5G或卫星通信实时传送到岸基监控中心和船上控制室，便于对货物储存环境、人员安全、设备运行状态进行远程监控和管理。
- 各区域无线接入点（AP）的网络覆盖：在船上设置多个无线AP，构建全船无线网络覆盖，确保船员、以及移动设备（如无人机、AGV等）能够接入网络，与岸基、卫星及其他船载系统进行数据交换。
- 数据服务器集中处理与存储：数据服务器是船舶信息化系统的核心，汇集船上所有传感器、控制系统、通信设备产生的海量数据，通过4G/5G和卫星链路实时或定时向岸基数据中心传输，同时，服务器也接收来自岸基的控制指令和更新信息，并根据需要分发给各船载系统。
海运货轮无线通信传输方案
在海运货轮航行过程中无线AP通过提供高速、稳定的无线网络服务不仅可以确保稳定的网络连接,提升通信质量。还可以实现船舶与岸基、卫星以及其他船舶间的高效数据交换，优化航线规划，提高货物运输的时效性和准确性。而在安全性上，无线网络覆盖为远程监控和维护提供了可能，有助于及时发现并解决潜在的安全隐患。最后，无线网络的全覆盖为船员提供了更好的通信手段，使他们能够进行日常的数字化生活。
方案特点：
- 通信主货轮设备采用无线AP方式，其余货轮为客户端模式，当货轮进入覆盖范围内，自动连接，建立通信。
- 无线覆盖半径大于2公里，根据Lbf=32.5+20lgF+20lgD 可知电磁波在2公里自由空间中传输损耗为106（db），设备发射功率27（dbm）、发射天线增益10（dbi）、接受天线增益10（dbi），根据接收信号强度(dBm) RSS=Pt+Gr+Gt-Lc-Lbf，可得信号接收强度-58（dbm），远大于接收灵敏度-96（dbm），链路系统裕量充足。
- 支持IEEE 802.11a/b/g/n/ac（2x2 MIMO），最大传输速率1167Mbps，双频设计，2.4GHz可用于远距离覆盖，5.8GHz对整个船体进行覆盖，便于业务无线接入。
- IP67 防护等级及工业级设计，设备坚固耐用，适用于海洋严酷环境
上海兆越产品推荐
- 全网通支持电信、联通、移动5G网络
- 向下兼容电信、联通、移动4G网络
- 支持1个10G/1000M光口（WAN/LAN）
- 支持5个10/100/1000Mbps 网口
- 支持1个RS232或RS485凤凰端子接口
- 支持IEEE802.11a/b/g/n/ax,最高速率1800 Mbps
- 支持防火墙、NAT、ACL等安全策略功能
- 支持多种 VPN功能
- 卡轨式安装，防护等级IP30，适用于工业环境
- 供电DC 12V
- 支持全网通5G兼容4G/3G/2G网络
- 支持IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax WIFI6
- 支持1个10/100/1000M自适应WAN口,4个10/100/1000M自适应LAN口
- 支持2×2 MU-MIMO
- 支持防火墙、NAT、ACL等安全策略功能
- 支持多种VPN功能
- 壁挂式安装，防护等级IP40，适用于工业环境
- 支持DC 12V电源输入
- 支持IEEE 802.11a/b/g/n/ac，最大传输速率1167Mbps
- WIFI双射频设计，支持2个1000M以太网口（LAN/WAN）
- 支持路由、AP、客户端、网桥、WIFI探针等多种工作模式
- 支持信道自动选择，配合 2x2 MIMO 技术，超强的抗干扰能力
- IP67 防护等级及工业级设计，设备坚固耐用，适用于工业环境
- 220V/AC、24V/DC、12V/DC、PoE受电可选
