内容提要：国际海事卫星C系统在海上遇险与安全通信、目标监控和数据采集与监视控制中应用非常广泛。此文介绍了国际海事卫星C系统的业务功能、系统构架、信道组成、通信流程和应用情况，并对C系统的最新技术进展，IP-FEP、EPADR功能 的技术特点做了介绍。

关键词：国际海事卫星C 　IP前端接入　增强性预分配数据报

0　引言

Inmarsat是国际海事卫星系统的简称，提供全球范围移动卫星通信服务。创建于1979年，目前已经成为全球海、陆、空用户卫星移动公众通信和遇险安全通信服务的提供者。Inmarsat面对不同的用户提供B、M、C、Mini-M、F、Began及航空等多种卫星通信系统，提供全球话音、传真、数据和视频等通信服务，满足常规和海上遇险安全通信要求。Inmarsat-C系统是一种低速率、双向全球卫星移动数据通信系统，其通信速率为1200bit/s，其主要的业务包括存储转发报文、遇险呼叫、增强型组呼、数据报告和询呼。

存储转发报文(Store and Forward Messaging)业务是船岸间一种可靠的数据或报文通信手段，通信发起者在通信完成后会收到通信成功或失败的确认，一次通信的最大长度可达32K字节。该业务也可以用作船与船之间通信。遇险呼叫(Distress Calls)业务包括遇险报警(Distress alerts)和遇险级别报文(Distress priority messages)两种。遇险报警是船舶通过终端的一键报警按钮发送出来，报警通过信令信道经地面站直接投递到搜救中心，地面站在收到报警后会立即给予确认，遇险信息的内容通常还包含船舶经纬度等位置信息。遇险级别报文比其他报文有高级别的优先级。增强型组呼(Enhanced Group Calls)业务是一种消息广播服务，它可以对特定船舶或特定区域内船舶实现消息广播通信，从而更好的保证航行安全。数据报告(Data Reporting)业务是一种船舶向外发送短数据(如位置等)或短消息的数据业务，该业务工作在信令信道上，因而比存储转发报文速度更快，但数据量较小，更适合实效性要求高、数据量不大的业务应用。询呼(Polling)业务实现岸对船发送轮询指令或数据信息，该业务可以完成对船舶的位置或数据信息的询呼，控制船舶的报位间隔或向船舶发送报文消息询呼通常和数据报告配合使用，具有速度快的特点。

Inmarsat-C系统的业务比较多，应用广泛，用户使用接入方式多样。本文从其系统框架、信道组成和通信流程等方面进行说明以使用户对Inmarsat-C系统的业务流程建立整体的概念。同时介绍其最新技术的发展。

1 Inmarsat-C系统的通信流程和应用

1.1　系统框架

Inmarsat-C通信系统由四部分组成，即空间段、网络协调站NCS(Network Co¬ordination Station)、卫星地面站LES (Land Earth Station)和卫星船站MES(Mobile Earth Station)，系统框架如图1所示。

空间段包括通信卫星、网络控制中心(Network Operation Centre)和其他相关的地面设施。Inmarsat-C目前使用的其第三代卫星，主用的卫星有四颗，将全球分为太平洋、印度洋、大西洋东和大西洋西四个洋区。每个洋区设置一个网络协调站(NCS)，负责本洋区的资源分配、信令建立和通信管理等工作。由于其在本洋区内通信的重要作用，每个洋区还会设有备份的网络协调站。

卫星地面站是卫星和陆地网络之间的连接枢纽，可以实现和陆地PSTN，PSDN电传和互联网之间的互联互通。陆地用户通过卫星地面站提供的访问接口实现和卫星船站的双向通信。

卫星船站是用户使用的移动卫星终端设备，这些终端设备一般包括数字通信设备(DCE)和数字终端设备(DTE)两部分。前者在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码功能并负责建立、保持和释放链路的连接；DTE具有一定的数据处理能力和数据收发能力，是用户的交互界面。

1.2　信道组成

Inmarsat-C系统信道是指为了实现船岸和船船通信，整个系统的卫星链路构成。可分为站间链路 (Interstation Signalling Link)、网络协调站与卫星船站间链路和卫星地面站与卫星船站间链路三种。信道的组成结构如图2所示。洋区内卫星地面站和网络协调站通过ISL信道传输广播和信令信息，也用来传输EGC信息。 除此之外，各NCS到网络控制中心还有ISL链路，以满足网络控制中心和NCS之间的信息交换。

网络协调站的TDM信道是时分多址工作方式，每帧长为8.64s，持续向洋区内卫星船站发送网络、信令和EGC广播等信息。正常情况下，处于空闲状态的卫星船站守昕在这个信道上。同时网络协调站的信令信道也是终端用来进行登陆和退出等操作使用的，信令信道工作在ALOHA模式即以抢占的方式向网络协调站发送信息，这种方式决定了信令信道以较多的空间资源保证较少的数据碰撞以提高系统通信的成功率。

卫星地面站的TDM信道和网络协调站的TDM信道的结构和特性相同，但其是某个卫星地面站专用的，卫星地面站通过这个TDM信道向正在和其进行通信或守听该信道的卫星船站发送网络和信令信息。卫星地面站的信令信道和网络协调站的信令信道的工作方式和特性也一样，每个地面站根据其业务负载的大小，可以有一个或多个信令信道。卫星地面站的消息信道工作在时分多址(TDMA)模式，消息信道也是地面站专用的，卫星船站使用这个信道用来进行消息通信。

1.3　通信流程

Inmarsat-C系统的业务种类较多，通信流程需要网络协调站、地面站和卫星船站三方共同参与，配合完成。其中存储转发报文是一种有确认机制的通信方式，也最为复杂。下面以其通信流程为例介绍通信业务流程，包括终端发起的通信和陆地用户发起的通信流程两种。

正常状态下终端守昕在NCS的TDM信道上，当终端准备通信并准备好数据时它会调谐到地面站的TDM信道，并在地面站信令信道上发送通信请求包。地面站在收到请求包后会通过信令信道发送信道分配信息，要求终端切换到消息信道的某个频率上发送报文，同时发送信息到NCS将终端状态置为忙碌。终端收到信道分配指令，在指定信道上发送信息完毕后，地面站发送收到信息确认，进行拆线操作，并将 端状态置为空闲。终端完成通信重新切换到洋区网络协调站的TDM信道上，等待下一次通信的到来。终端发起的通信流程如图3所示。

当陆地用户准备发起一个对终端的通信时，通过陆地通信网络将通信请求发送到卫星地面站，地面站检查终端的状态是否可用(地面站通过ISL链路和NCS同步终端状态)，若终端可用，则在网络的协调站的TDM信道上广播通信请求终端在收到对自己通信请求的广播时，向卫星地面站发出响应，地面站向终端发送信息包，并将终端置为忙碌。地面站完成向终端发送信息后，向终端发送确认请求，终端返回确认包，表示收到信息。最后地面站进行拆线，并将终端状态置为空闲。陆地发起的通信流程如图4所示。

1.4　应用情况

国际海事卫星C系统在海上遇险与安全通信、目标监控和数据采集与监视控制(SCADA)等领域都有广泛的应用。海事卫星C系统是全球海上遇险与安全通信系统(GMDSS)的重要组成部分，全球洋区航行的船舶基本都配备了C卫星船站同时船舶保安报警系统(SSAS)也基本上都是利用C卫星船站实现的。海事卫星C系统的遇险报警和遇险级别报文通信业务为船舶和各国政府的搜救协调中心提供直接通信，是海上搜救的重要手段。

目标监控是C卫星船站的另一重要应用领域。由于C卫星船站通常内置了GPS定位设备，是较早出现的集定位导航和卫星通信功能于一体的应用系统。询呼和数据报告业务中集成了单次呼叫船舶位置、控制船舶定时报位等功能，使得系统易于集成、易于使用，很受用户欢迎。目前C系统在远洋船舶和渔船监控等领域都得到了广泛的应用。

数据采集与监视控制是利用C卫星船站的通信传输能力，将传感器采集的数据自动传送到监视控制中心。由于C卫星船站具有功耗小、可靠性高等特点，同时具有睡眠模式点对点传输等功能，所以其在数据采集与监视控制领域(如水情测报)也有较多的应用。

2　最新技术发展

海事卫星C系统应用的发展不断推动其技术的发展和进步。在其最近的技术进步中较为突出的是提升用户接入性能的IP前端接入(IP-FEP)和提高空间资源利用率的增强型预分配数据报告(EPADR)技术。

2.1　IP前端接入(IP-FEP)

海事卫星地面站是卫星网络和陆地网路的关口，用户通过地面站接入卫星网络陆地用户接口如图5所示。陆地用户可以接入网络的方式包括电传、PSTN、PSDN和电子邮件等。IP-FEP接入是为了满足用户通过互联网协议访问而设计的，提供一种基 于TCP/IP的用户访问接口。用户可以选择特定的安全验证机制，通过标准TCP/IP协议登录系统，可以轻松使用Inmarsat-C的所有服务还可以选择信息的投递机制，如推还是拉(push or pull)。和以往的各种接口相比较，可以轻松解决大宗用户系统接入问题，不管是从用户响应速度，还是系统吞吐量等各个因素，都有了大的提高。

2.2　增强型预分配数据报告(EPADR)

海事卫星C系统的信令和数据报告都是利用信令信道实现的，网路协调站和地面站的信令信道工作在ALOHA模式，这种模式决定了系统必须有足够多的信道资源，以保证较小的通信碰撞率从而提高系统的通信成功率。当数据报告业务量较大时，信道利用率增高，系统的通信碰撞就会非常严重，通常信令信道的信道利用率只有15%左右。为了解决这个问题，提出了增 强型预分配数据报告(EPADR)技术。

EPADR技术通过为每个终端预先分配好固定的通信时隙，避免系统产生通信碰撞，从而提高系统的通信成功率和资源利用率。这种工作方式理论上可以将信令信道的利用率提高到100%。根据时隙资源、申请的方式不同，EPADR有两种使用方式，一种是终端申请时隙方式，另一种是网络分配方式。终端申请方式中，终端发出分配或更改时隙资源的申请，地面站接收到该终端申请包后，响应该申请，或拒绝该申请并注明拒绝原因。分配申请的响应中包含时隙号、起始帧号和信令信道的详细信息。终端接收到这个分配申请的响应时，会给地面站确认，同时完成自己的设置操作。网络分配的方式是由陆地用户发起的。用户通过地面站接口将请求发送到终端，终端对接收到的该分配进行检查、存储、激活，并将结果以逻辑信道时隙分配确认的形式进行响应，该确认包含了拒绝该编程的原因或接受该编程的处理情况，当地面站收到该响应确认后，通信完成。EPADR功能的使用需要卫星地面站和卫星船站的支持，对于现有的设备需要进行软件升级、参数配置才能实现。

海事卫星C系统的其他新技术还包括多洋区询呼、洋区变更通知等。多洋区询呼可以实现对终端的多个数据网号(DNID)进行操作。洋区变更通知可以在终端进行洋区变更时将变更结果发送给用户。这些新功能都将大大提高系统的可靠性和易用性。

3　结语

国际海事卫星C系统从上世纪90年代初逐渐在全球各个地面站建成投入使用，至今已将近20年。据相关组织估计，该系统至少还有10年的使用寿命。海事卫星C系统在全球海上遇险和安全通信、海上反恐、移动目标监控和数据采集与监视控制(SCADA)等领域都有大范围的应用。从最近的情况来看，船舶保安报警系统(SSAS)于2004年7月实施，全球船舶远程识别和跟踪(LRIT)系统于2009年7月实施。在卫星通信行业产品服务频繁更新换代的背景下，该系统永藻青春的能力确实让人感到惊奇。

参考文献

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 赵丽宁，赵学俊，董晓勇.基于Inmarsat-C通信的船舶动态监控系统的设计与实现[J].世界海运，2003年06期.

作者：杜忠平，王永明，孙玲玲，杨祝青