內容提要：國際海事衛星C系統在海上遇險與安全通信、目標監控和數據采集與監視控制中應用非常廣泛。此文介紹了國際海事衛星C系統的業務功能、系統構架、信道組成、通信流程和應用情況，并對C系統的最新技術進展，IP-FEP、EPADR功能 的技術特點做了介紹。

關鍵詞：國際海事衛星C 　IP前端接入　增強性預分配數據報

0　引言

Inmarsat是國際海事衛星系統的簡稱，提供全球范圍移動衛星通信服務。創建于1979年，目前已經成為全球海、陸、空用戶衛星移動公眾通信和遇險安全通信服務的提供者。Inmarsat面對不同的用戶提供B、M、C、Mini-M、F、Began及航空等多種衛星通信系統，提供全球話音、傳真、數據和視頻等通信服務，滿足常規和海上遇險安全通信要求。Inmarsat-C系統是一種低速率、雙向全球衛星移動數據通信系統，其通信速率為1200bit/s，其主要的業務包括存儲轉發報文、遇險呼叫、增強型組呼、數據報告和詢呼。

存儲轉發報文(Store and Forward Messaging)業務是船岸間一種可靠的數據或報文通信手段，通信發起者在通信完成后會收到通信成功或失敗的確認，一次通信的最大長度可達32K字節。該業務也可以用作船與船之間通信。遇險呼叫(Distress Calls)業務包括遇險報警(Distress alerts)和遇險級別報文(Distress priority messages)兩種。遇險報警是船舶通過終端的一鍵報警按鈕發送出來，報警通過信令信道經地面站直接投遞到搜救中心，地面站在收到報警后會立即給予確認，遇險信息的內容通常還包含船舶經緯度等位置信息。遇險級別報文比其他報文有高級別的優先級。增強型組呼(Enhanced Group Calls)業務是一種消息廣播服務，它可以對特定船舶或特定區域內船舶實現消息廣播通信，從而更好的保證航行安全。數據報告(Data Reporting)業務是一種船舶向外發送短數據(如位置等)或短消息的數據業務，該業務工作在信令信道上，因而比存儲轉發報文速度更快，但數據量較小，更適合實效性要求高、數據量不大的業務應用。詢呼(Polling)業務實現岸對船發送輪詢指令或數據信息，該業務可以完成對船舶的位置或數據信息的詢呼，控制船舶的報位間隔或向船舶發送報文消息詢呼通常和數據報告配合使用，具有速度快的特點。

Inmarsat-C系統的業務比較多，應用廣泛，用戶使用接入方式多樣。本文從其系統框架、信道組成和通信流程等方面進行說明以使用戶對Inmarsat-C系統的業務流程建立整體的概念。同時介紹其最新技術的發展。

1 Inmarsat-C系統的通信流程和應用

1.1　系統框架

Inmarsat-C通信系統由四部分組成，即空間段、網絡協調站NCS(Network Co¬ordination Station)、衛星地面站LES (Land Earth Station)和衛星船站MES(Mobile Earth Station)，系統框架如圖1所示。

空間段包括通信衛星、網絡控制中心(Network Operation Centre)和其他相關的地面設施。Inmarsat-C目前使用的其第三代衛星，主用的衛星有四顆，將全球分為太平洋、印度洋、大西洋東和大西洋西四個洋區。每個洋區設置一個網絡協調站(NCS)，負責本洋區的資源分配、信令建立和通信管理等工作。由于其在本洋區內通信的重要作用，每個洋區還會設有備份的網絡協調站。

衛星地面站是衛星和陸地網絡之間的連接樞紐，可以實現和陸地PSTN，PSDN電傳和互聯網之間的互聯互通。陸地用戶通過衛星地面站提供的訪問接口實現和衛星船站的雙向通信。

衛星船站是用戶使用的移動衛星終端設備，這些終端設備一般包括數字通信設備(DCE)和數字終端設備(DTE)兩部分。前者在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼功能并負責建立、保持和釋放鏈路的連接；DTE具有一定的數據處理能力和數據收發能力，是用戶的交互界面。

1.2　信道組成

Inmarsat-C系統信道是指為了實現船岸和船船通信，整個系統的衛星鏈路構成?？煞譃檎鹃g鏈路 (Interstation Signalling Link)、網絡協調站與衛星船站間鏈路和衛星地面站與衛星船站間鏈路三種。信道的組成結構如圖2所示。洋區內衛星地面站和網絡協調站通過ISL信道傳輸廣播和信令信息，也用來傳輸EGC信息。 除此之外，各NCS到網絡控制中心還有ISL鏈路，以滿足網絡控制中心和NCS之間的信息交換。

網絡協調站的TDM信道是時分多址工作方式，每幀長為8.64s，持續向洋區內衛星船站發送網絡、信令和EGC廣播等信息。正常情況下，處于空閑狀態的衛星船站守昕在這個信道上。同時網絡協調站的信令信道也是終端用來進行登陸和退出等操作使用的，信令信道工作在ALOHA模式即以搶占的方式向網絡協調站發送信息，這種方式決定了信令信道以較多的空間資源保證較少的數據碰撞以提高系統通信的成功率。

衛星地面站的TDM信道和網絡協調站的TDM信道的結構和特性相同，但其是某個衛星地面站專用的，衛星地面站通過這個TDM信道向正在和其進行通信或守聽該信道的衛星船站發送網絡和信令信息。衛星地面站的信令信道和網絡協調站的信令信道的工作方式和特性也一樣，每個地面站根據其業務負載的大小，可以有一個或多個信令信道。衛星地面站的消息信道工作在時分多址(TDMA)模式，消息信道也是地面站專用的，衛星船站使用這個信道用來進行消息通信。

1.3　通信流程

Inmarsat-C系統的業務種類較多，通信流程需要網絡協調站、地面站和衛星船站三方共同參與，配合完成。其中存儲轉發報文是一種有確認機制的通信方式，也最為復雜。下面以其通信流程為例介紹通信業務流程，包括終端發起的通信和陸地用戶發起的通信流程兩種。

正常狀態下終端守昕在NCS的TDM信道上，當終端準備通信并準備好數據時它會調諧到地面站的TDM信道，并在地面站信令信道上發送通信請求包。地面站在收到請求包后會通過信令信道發送信道分配信息，要求終端切換到消息信道的某個頻率上發送報文，同時發送信息到NCS將終端狀態置為忙碌。終端收到信道分配指令，在指定信道上發送信息完畢后，地面站發送收到信息確認，進行拆線操作，并將 端狀態置為空閑。終端完成通信重新切換到洋區網絡協調站的TDM信道上，等待下一次通信的到來。終端發起的通信流程如圖3所示。

當陸地用戶準備發起一個對終端的通信時，通過陸地通信網絡將通信請求發送到衛星地面站，地面站檢查終端的狀態是否可用(地面站通過ISL鏈路和NCS同步終端狀態)，若終端可用，則在網絡的協調站的TDM信道上廣播通信請求終端在收到對自己通信請求的廣播時，向衛星地面站發出響應，地面站向終端發送信息包，并將終端置為忙碌。地面站完成向終端發送信息后，向終端發送確認請求，終端返回確認包，表示收到信息。最后地面站進行拆線，并將終端狀態置為空閑。陸地發起的通信流程如圖4所示。

1.4　應用情況

國際海事衛星C系統在海上遇險與安全通信、目標監控和數據采集與監視控制(SCADA)等領域都有廣泛的應用。海事衛星C系統是全球海上遇險與安全通信系統(GMDSS)的重要組成部分，全球洋區航行的船舶基本都配備了C衛星船站同時船舶保安報警系統(SSAS)也基本上都是利用C衛星船站實現的。海事衛星C系統的遇險報警和遇險級別報文通信業務為船舶和各國政府的搜救協調中心提供直接通信，是海上搜救的重要手段。

目標監控是C衛星船站的另一重要應用領域。由于C衛星船站通常內置了GPS定位設備，是較早出現的集定位導航和衛星通信功能于一體的應用系統。詢呼和數據報告業務中集成了單次呼叫船舶位置、控制船舶定時報位等功能，使得系統易于集成、易于使用，很受用戶歡迎。目前C系統在遠洋船舶和漁船監控等領域都得到了廣泛的應用。

數據采集與監視控制是利用C衛星船站的通信傳輸能力，將傳感器采集的數據自動傳送到監視控制中心。由于C衛星船站具有功耗小、可靠性高等特點，同時具有睡眠模式點對點傳輸等功能，所以其在數據采集與監視控制領域(如水情測報)也有較多的應用。

2　最新技術發展

海事衛星C系統應用的發展不斷推動其技術的發展和進步。在其最近的技術進步中較為突出的是提升用戶接入性能的IP前端接入(IP-FEP)和提高空間資源利用率的增強型預分配數據報告(EPADR)技術。

2.1　IP前端接入(IP-FEP)

海事衛星地面站是衛星網絡和陸地網路的關口，用戶通過地面站接入衛星網絡陸地用戶接口如圖5所示。陸地用戶可以接入網絡的方式包括電傳、PSTN、PSDN和電子郵件等。IP-FEP接入是為了滿足用戶通過互聯網協議訪問而設計的，提供一種基 于TCP/IP的用戶訪問接口。用戶可以選擇特定的安全驗證機制，通過標準TCP/IP協議登錄系統，可以輕松使用Inmarsat-C的所有服務還可以選擇信息的投遞機制，如推還是拉(push or pull)。和以往的各種接口相比較，可以輕松解決大宗用戶系統接入問題，不管是從用戶響應速度，還是系統吞吐量等各個因素，都有了大的提高。

2.2　增強型預分配數據報告(EPADR)

海事衛星C系統的信令和數據報告都是利用信令信道實現的，網路協調站和地面站的信令信道工作在ALOHA模式，這種模式決定了系統必須有足夠多的信道資源，以保證較小的通信碰撞率從而提高系統的通信成功率。當數據報告業務量較大時，信道利用率增高，系統的通信碰撞就會非常嚴重，通常信令信道的信道利用率只有15%左右。為了解決這個問題，提出了增 強型預分配數據報告(EPADR)技術。

EPADR技術通過為每個終端預先分配好固定的通信時隙，避免系統產生通信碰撞，從而提高系統的通信成功率和資源利用率。這種工作方式理論上可以將信令信道的利用率提高到100%。根據時隙資源、申請的方式不同，EPADR有兩種使用方式，一種是終端申請時隙方式，另一種是網絡分配方式。終端申請方式中，終端發出分配或更改時隙資源的申請，地面站接收到該終端申請包后，響應該申請，或拒絕該申請并注明拒絕原因。分配申請的響應中包含時隙號、起始幀號和信令信道的詳細信息。終端接收到這個分配申請的響應時，會給地面站確認，同時完成自己的設置操作。網絡分配的方式是由陸地用戶發起的。用戶通過地面站接口將請求發送到終端，終端對接收到的該分配進行檢查、存儲、激活，并將結果以邏輯信道時隙分配確認的形式進行響應，該確認包含了拒絕該編程的原因或接受該編程的處理情況，當地面站收到該響應確認后，通信完成。EPADR功能的使用需要衛星地面站和衛星船站的支持，對于現有的設備需要進行軟件升級、參數配置才能實現。

海事衛星C系統的其他新技術還包括多洋區詢呼、洋區變更通知等。多洋區詢呼可以實現對終端的多個數據網號(DNID)進行操作。洋區變更通知可以在終端進行洋區變更時將變更結果發送給用戶。這些新功能都將大大提高系統的可靠性和易用性。

3　結語

國際海事衛星C系統從上世紀90年代初逐漸在全球各個地面站建成投入使用，至今已將近20年。據相關組織估計，該系統至少還有10年的使用壽命。海事衛星C系統在全球海上遇險和安全通信、海上反恐、移動目標監控和數據采集與監視控制(SCADA)等領域都有大范圍的應用。從最近的情況來看，船舶保安報警系統(SSAS)于2004年7月實施，全球船舶遠程識別和跟蹤(LRIT)系統于2009年7月實施。在衛星通信行業產品服務頻繁更新換代的背景下，該系統永藻青春的能力確實讓人感到驚奇。

參考文獻

1 International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS). 1974.

2 Inmarsat C System Definition [S]. 2004.

3 Inmarsat C SDM，Change Notice，CN 147bis: Clarification to CN143bis EPADR[S]. 25th Janu缸y，2oo8.

4 趙麗寧，趙學俊，董曉勇.基于Inmarsat-C通信的船舶動態監控系統的設計與實現[J].世界海運，2003年06期.

作者：杜忠平，王永明，孫玲玲，楊祝青