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VoIP技术在船舶通信中的应用
【摘 要】随着我国海上交通事业的蓬勃发展,海上交通的安全问题也日益显现.因此,船舶交通管理系统VTS 已经成为海上安全保驾护航不可缺少的工具.而VHF 通信装置作为VTS 重要的构成,因此,VHF 通信对于保障船舶航行安全有着至关重要的作用.而VoIP 技术是目前语音通信的主流技术,将VoIP 技术应用于VTS 通信系统中,相较于传统的通信方式,VoIP 技术可以为船舶通信提供更安全、更可靠、更廉价的服务.
【关键词】VOIP；VTS；VHF
1. 引言
VTS 系统是船舶交通管理系统的英文简称,即Vessels TrafficServices.其历史可以追溯到年美国实现世界历史上的首次无线电广播.到了二十世纪六、七十年代,包括Metulal 轮、TorreyCanyonl 轮和Amoco Cadiz 轮事故在内的灾难让公众强烈地认识到船舶事故可以对环境造成巨大损害,促使国际上必须釆取措施来提高航运安全.继美国之后,英国、荷兰、日本等国家纷纷加入到VTS 实验的行列中.发展到如今的VTS 系统体系结构比较复杂,由多个子系统组成,包括雷达、雷达数据处理系统、数据库设备、VHF 通信装置、AIS 自动识别系统等等.
由于我国没有掌握核心的VTS 技术,导致国内的VTS 产品缺乏竞争力,无法与外国产品相竞争.因此,大量的设备都是从国外引进的,这样不利于民族企业的发展,更重要的一点是万一VTS 系统出现临时故障不能迅速地得到解决,从而影响辖区内船舶航行的安全,在维护上带来诸多不便的同时,依赖国外的VTS系统,也不利于民族产业的创新进而对我国的科技发展带来消极的影响,更为重要的安全隐患问题是VTS 系统获取了大量我国沿海发达港口信息,对我国的国防建设非常不利.
对VTS 系统而言,拥有完善、高效的通信网络是VTS 发展的必然趋势.而VHF 通信是VTS 的一个重要子系统.时间证明VHF 无线电通话在协调船舶间的避让行动,尤其是在能见度不良时及交通繁忙的水域中,发挥着越来越重要的作用.VHF 无线电话的使用已成为海员日常航行训练的一部分.
随着计算机和通信技术的发展,VTS 系统正在逐步采用数字化网络化的方向迈进,其中VoIP 技术尤为耀眼.VoIP 技术不可比拟的优势是能充分利用全球IP 和Internet 互连的环境,提供比传统业务更廉价、更优质、更可靠、更安全的服务.若将其应用于VTS 系统,将会在很大程度上提升VHF 通信的话音质量和工作效率.
2. 传统的VHF 通信
VHF 通信是VTS 的一个重要子系统,工作频段处于156-174MHZ 的甚高频频断,可以用于20 海里内近还通信.同时,VHF 频段的电台还是GMDSS（全球海上遇险与安全系统）中A1航区的主要通信设备,不可替代地完成驾驶台与驾驶台间通信的唯一手段.可见没有VHF 通信,VTS 就无从谈起.
VTS 中VHF 无线电通信分为三类：（1）广播通信：VTC 向该区域内所有或部分船舶发布的各类海上安全信息；（2）遇险、紧急、安全通信：在该VTS 区域内发生各种类型的海上交通意外和事故时使用；（3）交换程序通信：VTC 与船舶间的信息沟通,包括船舶向VTC 的各类报告及VTC 对船舶的指导、建议、指令等.这部分是VTC 对船舶交通实施管理和服务的主要环节.
传统的VHF 通信系统大多是对模拟信号进行传输与控制,不仅占用较大带宽资源,还不利于数字化处理（如话音的控制）,另外加上微波中继线路容易受到外部环境的干扰,通信质量难以得到保证,此外电子控制柜等设备采购成本较高,易坏且维修复杂,不利于维护.在传统的VHF 通信系统里,在发射端,控制信号是通过专线传输的,有可能导致控制信号还没有到达收发信机将其改成发射状态之前,话音就已经达到VHF 收发信机,当其处于发射状态的时候,已经丢掉一部分话音.当对方发过来语音的时候,接收端VHF 收发信机还处于发射状态.当对方发过来语音的时候,接收端VHF 收发信机处于发射状态,这样等其转换到接收状态的时候,部分语音也丢掉了.当然,也可能发射的语音还没完全发射出去,其工作状态就由发射状态改成接收状态了,这样同样会造成语音侵吞现象,从而严重影响了VHF 的通信质量.
3.VoIP 技术
VoIP（Voice over Internet Protocol）技术主要指通过Internet 实时传送声音信号,即IP 电话.从广义上讲,它指的是通过I P 网络实时传送多媒体信息.V o I P 可以在I P 网络上便宜的传送语音、传真、视频和数据等业务,如电视会议、电子商务和各种信息的存储转发等,其最大的优势是利用Internet 和全球IP 网络（采用IP 协议的网络,如IPLC（国际专线）、无线网络等）互连的环境,提供比传统业务更多、更好的服务.
3.1VoIP 工作原理
VoIP 的基本技术原理关键在于运用语音相关的压缩算法,对语音数据进行编码并对其进行处理,使其压缩,然后按TCP/IP 标准,把语音数据分类并将同类型的数据进行打包,运用现在的IP技术,用网络传送数据包,使其到达接收地,经过解压处理,将相关语音数据包串起来,并且整合数据包,使其语音数据恢复,达到压缩前的效果,最终达到互联网传送语音数据的目的.IP 网关是IP 电话的关键设备以及其核心部分,其主要作用是将各地区区号电话转换成对应地区的网关IP 地址.信息的存放固定在一个数据库之内,在此数据库中,网关数据的处理软件将各类数据进行分类管理, 并且对数字语音打包、处理呼叫信息功能、路由管理这些设置进行处理.
3.2VoIp 技术的应用
VoIP 发展快速的根本因素并不是由于其低廉, 而是由于其整合功能强大,能够将多元化的应用整合在一起,未来发展应用趋势有以下两种.一种是网络服务：由于VoIP 将PSTN 和IP 网络结合起来,这样的结合会使得出现较多能够整合网络特性的服务性产品,SPIRITS 得出的Internet Call Waiting 和IETF PINT 得到的Click-to-Dial 就是这样生成的,运用VoIP 将两个不同网络整合起来,在将来会出现更加丰富多彩的整合性服务.另外一种是企业网络应用：VoIP 技术运用到企业网络中, 让企业与企业之间和企业内部的通讯网络能够进一步得到发展变革, 企业过去拥有电话网络和数据网络两种网络体系,在运用VoIP 技术后,企业将在这样的运用中更加便捷,电话网络逐渐被淘汰,公司内部运用单一的网络进行与客户间的通讯服务.
4. VoIP 在P2P 船舶通信网络系统中的应用
4.1P2P 通信模式分析
P2P 即Peer to Peer,称为对等网络或点对点技术,是一种资源( 计算通信与信息、存储、计算等) 分布利用和共享的网络体系,相对应于当前占据主导地位的ClS 体系.随着进一步普及互联网应用,集中式地计算与存储及C/S 网络架构.
P2P 模式弱化了服务器的功能,使处于网络上的任意两台计算机既可以扮演客户端,又可以扮演服务器,即每个节点都同时是客户端和服务器.如果单纯的认为网络是信息化社会的传导神经,那么P2P 就是最适合这个神经的模式.P2P 象征着一种能够体现互联网本质技术的回归.因为互联网最初的设计目标就是要让网络上的计算机之间不依靠任何中介而直接进行通信.
P2P 网络架构所带来的优点是网络上的任意参与者都可以共享他们所拥有的一部分硬件资源（网络连接能力、存储能力、处理能力等）.在此网络中的参与者既有提供资源（服务和内容）的责任和义务,又有获取资源（服务和内容）的权利,避免了可能带来的瓶颈,在负载均衡、可扩展性等方面有着绝对优势.
4.2VoIP 技术与P2P 通信相结合的优势
目前P2P 技术广泛应用于文件共享、网络视频及网络通话等领域,P2P 可以用来进行流媒体通信（如话音、视频或即时消息）,也可以传送如控制信令、管理信息和其它数据文件,以其分布式资源共享和分布式并行传输的特点,为用户提供了更多的存储资源、更高的可用带宽和更好的服务质量.具体的应用如BitTorrent多点文件下载、Napster MP3 音乐文件搜索与共享和Skype VoIP话音通信等.当前P2P 技术存在三种体系结构,分别是第一代集中目录式结构、第二代纯P2P 网络结构和第三代混合式P2P 网络结构.
采用P2P 通信方式的优点是延时较小.延时就是指从发信者发出信息到收信者接收信息过程中信息的传输时间.在C/S 模式中,信息要想到达另一个客户端,必须由一个客户端到服务器,服务器再到另一个客户端才行.但P2P 架构则可以让信息直接在两个客户端间传递,不需要经过服务器,和C/S 模式相比,传递时间减半.除此之外还有负载均衡、自组织、自管理、鲁棒性强等优点.将P2P 技术应用到VoIP 技术相结合,使传统VoIP 系统中服务器负载分布到各个网络节点,从而有效地避免了使用服务器所产生的性能瓶颈和单点失效的问题.
5. 结论
Internet 和全球IP 互联的环境为VoIP 的发展奠定了良好的基础和优势,VoIP 的VHF 通信系统是指在IP 技术分组化和数字传输的基础进行VHF 通信.VHF 通信系统正朝着数字化、分组化的方向一步一步迈进.将VoIP 技术与P2P 通信方式相结合,可以有效的解决船舶通信系统中的一些技术问题.
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作者简介：
邵天桥（1969-）,男,重庆万州区人,重庆海事局长江泸州通信管理处副主任,本科,从事通信信息管理与维护.
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