VDES通信技术应用及其发展趋势

V D E S 通信技术应用及其发展趋势
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姚治萱
摘要：海上数字通信VDES 技术国际标准正在积极制定中，作为e-航海战略的核心通信方式之一，是国际海上通信领域的研究热点。

在介绍VDES 通信技术发展背景、发展路线和系统框架及关键技术的基础上，讨论VDES 技术的应用及其发展趋势，为我国VDES 发展和行业研究机构提供参考。

关键词：VDES 技术；海上数字通信；e-航海战略DOI:10.16176/ki.21-1284.2019.02.007
一、引言
VDES （VHF Data Exchange System ，甚高频数据交换系统）由AIS2.0（Automatic Identification System ，船舶自动识别系统）概念发展而来，2013年由ITU （International Telecommunication Union ，国际电信联盟）和IALA （International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities ，国际航标协会）共同确立VDES 概念[1]。

VDES 是在现有AIS 通信技术基础上，为进一步满足IMO （International Maritime Organization, 国际海事组织）主导的e-航海战略船-船、船-岸间数据交换需要而开发的海上宽带数字通信系统。

VDES 系统包括AIS 业务、ASM （Application Specific Message ，专用报文）业务和VDE （VHF Data Exchange, VHF 数据交换）业务三种业务类型[2]，并得到了IMO 的积极认可[3]。

2015年11月，ITU 在WRC15（World Radio Conference 2015，2015世界无线电大会）上批准了陆基VDES 系统频谱方案建议，并计划在2019年的WRC19上批准VDES 卫星通信部分频谱方案建议，从而全面制定VDES 技术特性国际标准。

基于此，
目前世界各个海运强国积极投入VDES 相关技术的研究，我国多个海上通信技术研究团队也积极投入这一系统关键技术研究中。

IMO 将VDES 通信系统确定为e-航海战略中主要通信方式之一，在可预见的未来，VDES 必将在船-船、船-岸之间海上安全信息交换领域具有十分广泛的应用空间，有效促进智能船舶、无人驾驶船舶和智能航运技术的快速发展，对国际航海领域产生深远的影响。

二、VDES 技术发展路线
VDES 计划从2013年至2021年完成涵盖三类业务的VDES 台站设备标准制定，为VDES 各类台站设备开发、性能测试标准设计、VDES 系统联网测试等提供确定的标准依据，IALA 确定的VDES 标准制定路线图如图1所示。

在ITU 组织的WRC15大会批准VDES 地面系统技术方案的基础上，计划在2019年的WRC19大会上全面批准VDES 卫星系统技术方案，并计划在2020年提交VDES 性能标准提案至IMO MSC 委员会和NCSR 分委会讨论确定，期望在2021年或2022年通过VDES 全面推广决议，为VDES 全面推广应用奠
*基金项目：交通运输部水运科学研究所前瞻性基础性研究项目“无人化运输船发展模式及对水运业影响研究”（2012-364-222-203）资助。

图1 VDES 系统实施标准制定路线图
2017年
2018年2019年2020年2021年2022年
开发VDE-SAT 标准并输入至ITUT
IALA G1139-2建议案
IALA G1139-3建议案输出修订版ITU-R M.2092标准至ITU
ITU-R M.2092-1建议案
ITU-R M.2092-0建议案
编制2092-1
准备IEC 检测标准开发相关IEC 检测标准
开发IEC 检测标准
准备IEC 检测标准
在IMO e-航海战略和GMDSS 现代化议题下讨论VDES 技术
17次大会
图2 V DES 系统总体技术框架图
图3 VDES台站设备总体技术架构图
项VDE信道，未来还可能进一步扩展独立的卫星VDE信道。

除AIS信道链路组网模型、算法较为确定外，ASM和VDE信道还需要进一步研究更高效的链路组网方案，具体需要研究：①以ASM信道为导频的VDE信道高效组网技术；②ASM与VDE信道自组织时隙管理算法与模型；③区别于adhoc的有限多跳VDE通信协议和最优算法；④VDES不同业务信道用户容量与性能。

（4）基于软件无线电的VDES收发信机关键技术VDES收发信机涉及多个信道并行处理，高速宽带信号采样、窄带数字滤波、自适应调制解调技术、信号质量评估、弱信号检测、SPOC（片上处理系统，System Process On Chipset）基带芯片等都是基于软件无线电的VDES收发信机的重点研究技术。

（5）数据交换协议技术
在以上VDES台站设备研究、接入技术设计和系统架构设计基础上，不同台站设备之间的数据交换协议和电文格式需要重新设计，其不同于过去AIS中ITU-R M.1371-5附录8所定义的256 bit时隙电文。

在VDES中，帧结构由子帧、超时隙、二进制时隙和时隙组成；除数据速率增加外，数据结构增加了更为复杂的同步字、链路识别ID、FEC纠错编码、CRC校验、填充、引导字等内容，使数据交换协议处理技术更加复杂。

另外，当前AIS采用了简单的自定义HDLC数据帧格式，在VDES高速数字通信过程中，国际相关研究机构正在研究论证能否采用基于现有通用寻址技术的TCP/IP数据交换协议。

如果采用，其无线路由协议和移动IP技术在自组织VDES系统中是否适用，是否需要完善，都是VDES数据交换协议技术领域的重要议题。

（6）卫星VDES系统关键技术
在VDES设计框架中，卫星VDE占据着重要地位，所有信道都与卫星VDE相关，因此，针对卫星VDE系统，需要重点研究包括但不限于如下三方面关键技术：①卫星VDES系统多信道复用卫星载荷技术；②卫星VDES系统信道间抗干扰和数据冲突技术；③卫星VDES系统增值服务和推广机制研究。

其中，卫星载荷是卫星VDES系统的核心，信道抗干扰和数据冲突技术是卫星载荷的技术关键，并涉及卫星VDES天线技术。

而增值服务与推广机制则直接关系到各个国家未来的利益，需要重点研究应对措施。

四、VDES技术应用与发展趋势
如前所述，VDES技术标准一旦确定并正式发布，将引起海上数字通信相关业务的变革，对海上安全信息交换、智能船/无人船应用发展等领域的发展都具有重要意义和极大的促进作用。

1.VDES在船岸安全信息服务领域的应用与发展趋势
VDES技术研究的主要目的是保障船舶航行安全。

自2016年至今，e-航海战略发展受海上数字通信技术的限制，多项海上安全信息服务技术标准被搁置，如船舶报告标准、海上安全信息服务标准、来自岸基信息的统一协调显示标准等。

因此，随着VDES技术的成熟和推广应用，海上船舶航行安全信息交换的瓶颈将被突破，从而使该领域进入快速发展轨道。

岸基对船舶的安全信息服务进入新的阶段。

为保障船舶航行安全，沿岸国具有提供沿海水域航标助航服务、安全航行信息服务（如航警、搜救、冰况等信息）、水文气象服务、海图更新服务等，而这些信息之前多通过硬介质（如纸质、光盘等）进行更新，部分通过卫星提供服务，致使信息更新不及时，影响船舶航行安全。

随着VDES技术的推广应用，将彻底解决这些问题。

船舶到达相关区域后，岸基VDES系统会辅助岸基服务系统根据船舶航行区域自动更新和推送上述各类船舶航行安全信息，使船舶快速、自动、实时获取相关航行安全数据，保障船舶航行安全。

2.VDES在船船信息交换领域的应用与发展趋势
VDES技术的推广应用会从根本上改变当前通过AIS仅了解船舶单一位置的现状，使船舶之间能够进一步了解各自航行意图，从而在避碰作业中防止误判。

同时，VDES技术支持更多的船船之间信息播发，使船舶间使用直接、明确的文字进行简单
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（上接第33页）免没有合适的位置。

（10）航运公司岸基管理部门应按照公司安全管理体系文件的相关要求，及时登轮进行督促检查，并有效地对船员进行相关业务培训，以不断提升船员的业务技能和安全意识。

五、结束语
安全只有起点，没有终点。

在两岸和平合作发
展备受瞩目的政治、经济大环境下，厦金航线船舶的航行安全是个永恒的课题，需要奋斗在此航线的广大船员和岸上相关部门的通力协作。

作者简介：
彭金森（1971—），男，厦门三联船务企业有限公司，指导船长兼海务经理。

李征（1972—），男，泉州海洋职业学院，高级船长。

的沟通，解决当前海上航行区域船员之间语言不统一、表达不清晰而引起的安全问题。

3.VDES 在智能船/无人船领域的应用与发展趋势
卫星通信无法支持实时的船-船通信，VDES 技术是当前海上已知的唯一的数字通信系统。

因此，VDES 技术及其后续技术将会在智能船/无人船领域占据举足轻重的作用，特别是对无人船在复杂海域中航行具有重要价值和意义。

随着智能经济的到来，智能船/无人船技术蓬勃发展，VDES 技术的成熟应用和推广将进一步促进智能船/无人船的应用。

五、结论
VDES 技术是第二代海上数字通信技术，是IMO 主导的e-航海战略核心通信方式，对海上航行安全、海上经济发展及智能船/无人船的实践应用都具有重要的意义和促进作用。

因此，在当前VDES 技术标准制定阶段，研究VDES 关键技术，了解VDES 应用趋势可吸引更多产业力量和资源进入VDES 技术领域，这对促进我国海上技术发展，推进我国海上成果国际化，发展海洋强国战略具有十分重要的意义。

参考文献：
[1]Report of Workshop on International Standardization of Next Generation AIS(VDE)[R].Paris:IALA,2013.
[2]VHF 水上移动频段内的VHF 数据交换系统的技术特性[S].2015.
[3]International Maritime Organization NCSR 分委会.Report to the Maritime Safety Committee(MSC)of NCSR5[R].London:IMO,2018:27-36.
[4]HU Qing,JING Xiao-yue,XU Lin-lin,et al.Performance specifications of filtered multitone modulation for the roll-off factor and filter order in the maritime VHF data exchange system[C]//2018IEEE International Conference on Smart Internet of Things (SmartIoT).Xi ’an:IEEE,2018.
[5]HU Qing,JIANG Yi,ZHANG Jing-bo,et al.Development of an automatic identification system autonomous positioning system[J].Sensors,2015,15(11):28574-28591.作者简介：
姚治萱（1982—），女，水科远大（北京）交通设计院有限公司，工程师。