专利名称：面向海上船舶的移动通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及面向海上船舶的移动通信系统的构建方法、通信方式及相关装置。
背景技术：
随着我国远洋捕捞和远洋运输的发展，海上船舶移动用户需要在任意海区得到便利有效的通信和业务支持。目前海上船舶(如渔船、货船等)使用的通信设备有单边带短波电台、甚高频无线电话、超短波对讲机、蜂窝手机以及卫星电话。单边带短波电台通过在大气电离层发射短波来实现传输通话，距离远、费用较卫星电话低、终端设备维修便利。其缺点在于短波传输存在覆盖盲区，易收到干扰，受天气影响大，保密性不强。甚高频无线电话通信距离约20海里，主要用于船岸和船舶间近距离话音通信。超短波对讲机主要用于船舶间近距离(通常的有效传输距离8海里)的话音通信。蜂窝手机(如具有全球定位系统 GPS的CDMA手机)价格较低、通信资费便宜；其缺点是蜂窝基站信号覆盖距离有限，通常在近海几十海里以内。卫星移动通信(如Inmarsat海事卫星系统)可以适合远洋公海船舶， 但终端设备购置费用、维护更新费用，和通信资费较高。海上移动用户(如渔民)常无足够资金为船舶配备必要的通信导航设备。如上所述，如何保证海上船舶移动用户在任意海区都有便利有效的通信质量，并且可以获得安全作业和生产所需的各种业务已成为目前需要解决的问题。发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了面向海上船舶的移动通信系统的构建方法、通信方式及相关装置。
本发明所述的面向海上船舶的移动通信系统以下称为海洋融合移动通信系统。本发明所述的海洋融合移动通信系统由蜂窝移动通信网、海上移动自组织网、和卫星移动通信网通过船上卫星网关、船上蜂窝网关、陆上网关组合而成。本发明所述的海洋融合移动通信系统的系统组成图如图1所示。本发明所述的海洋融合移动通信系统的系统示意图如图 2所示。图2的示意图是为了方便对所提出的系统得到形象化的认识，图中并没有包括所有可能涉及到的网元。
本发明所述的海洋融合移动通信系统用来提供船舶之间以及船岸之间的无线通信。本发明所述的海洋融合移动通信系统结合海洋融合业务系统对海上移动用户提供各种业务。本发明所述的海洋融合业务系统为海上移动用户提供如定位、导航、遇险报警、语音通信、气象，渔讯，娱乐等的业务支持。本发明所述的海洋融合移动通信系统与海洋融合业务系统的系统组成图如图3所示。
本发明所述的海上移动自组织网用来提供船与船之间的无线通信。所述的海上移动自组织网的一个实施例是通过无线网状网(Wireless Mesh Network)实现。具体的无线网状网技术可以是基于IEEE802.1ls的系统，也可以是基于IEEE802. 16的 mesh模式的系统，或者基于非标准化的无线网状网技术。
在该实施例中，利用无线网状网的具体构建方法如下
每个船上架设一个无线网状网接入点(Mesh AP)。船舶之间的无线通信可通过 Mesh AP所构成的无线多跳网络来实现。这样，多个Mesh AP构成了无线网状网的骨干网。
为实现一个船队内船舶之间的通信，Mesh AP的发射功率应可相应调整使邻近船舶之间的无线传输成为可能。Mesh AP的天线可采用高增益天线以扩大传输距离。
本发明所述的海上移动自组织网的另一个实施例是整个船队由一个无线接入点 (如一个较大功率的WiFi接入点)覆盖。这种WiFi接入点可以采用工作在电视未使用的 “空白频段”的超级W1-Fi技术建立。
就用户通信终端而言，双模手机(如蜂窝通信和WiFi接口)和其它具有无线网状网接口的设备(如支持WiFi的手提电脑等)可作为无线网状网客户端(Mesh Client)接入mesh网。然后，通过船舶之间的Mesh AP来和其它船上的用户终端通信。
该系统的Mesh AP与无线网状网客户端和其它Mesh AP的无线接口可以是不同的，例如Mesh AP与无线网状网客户端可以是WiFi接口，而Mesh AP与其它Mesh AP的无线接口可以基于无线网状网技术。
另外，支持高精度GPS接收器的手机和其它通信终端可集成电子海图显示与信息系统(ECDIS)，以辅助航海人员设计航线、进行航路监视，并可显示与航海相关的其他信息。
本发明所述的船上蜂窝网关是部署在船上用来实现移动自组织网和蜂窝移动通信网的接口。船上蜂窝网关主要为不具有蜂窝通信接口的设备(如手提电脑)提供蜂窝无线业务的支持。船上蜂窝网关需要完成移动自组织网和蜂窝移动通信网的通信协议以及数据格式的转换。
本发明所述的船上蜂窝网关是本发明所述的海洋融合移动通信系统中的逻辑实体。根据其具体的实现方式，本发明所述的船上蜂窝网关可以分为三种类型。第一种类型的船上蜂窝网关是提供蜂窝通信终端和海上移动自组织网的无线接入点接口的设备，通过有线接·口分别与蜂窝通信终端和海上移动自组织网的无线接入点相连。第二种类型的船上蜂窝网关集成了蜂窝通信终端通信模块并通过有线与移动自组织网的无线接入点相连。第三种类型的船上蜂窝网关直接与蜂窝通信终端通信模块和海上移动自组织网的无线接入点集成为一个设备。
本发明所述的船上卫星网关是部署在船上用来实现海上移动自组织网和卫星移动通信网的接口。船上卫星网关为海上移动用户在不具有蜂窝通信条件下(如远海区)提供无线通信的支持。船上卫星网关需要完成海上移动自组织网和卫星移动通信网的通信协议以及数据格式的转换。
本发明所述的船上卫星网关是本发明所述的海洋融合移动通信系统中的逻辑实体。根据具体的实现方式，本发明所述的船上卫星网关可以分为三种类型。第一种类型的船上卫星网关是提供卫星通信终端和海上移动自组织网的无线接入点接口的设备，通过有线接口分别与卫星通信终端和海上移动自组织网的无线接入点相连。第二种类型的船上卫星网关集成了卫星通信终端的通信模块并通过有线和海上移动自组织网的无线接入点相连。第三种类型的船上卫星网关直接与卫星通信终端的通信模块和海上移动自组织网的无线接入点集成为一个设备。
本发明所述的海洋融合移动通信系统可在第一种类型的船上蜂窝网关、第二种类型的船上蜂窝网关和第三种类型的船上蜂窝网关中选择一种在船舶上部署。部署在船队中所述的船上蜂窝网关的数量可以是零个、一个、和一个以上。当部署的船上蜂窝网关是零个时，所提出的系统不支持不具有蜂窝通信接口的设备接入蜂窝移动通信网。部署船上蜂窝网关的船舶也应部署海上移动自组织网的无线接入点并且和船上蜂窝网关建立连接。
本发明所述的海洋融合移动通信系统可在第一种类型的船上卫星网关、第二种类型的船上卫星网关和第三种类型的船上卫星网关选择一种在船舶上部署。部署在船队中所述的船上卫星网关的数量可以是零个、一个、和一个以上。当部署的船上卫星网关是零个时，所提出的系统不支持不具有卫星通信接口的设备接入卫星通信网。部署船上卫星网关的船舶也应部署海上移动自组织网的无线接入点并且和船上卫星网关建立连接。
本发明所述的陆上网关是用来实现蜂窝移动通信网和卫星移动通信网的接口。本发明所述的陆上网关是本发明所述的海洋融合移动通信系统中的逻辑实体。
卫星移动通信网和第三代蜂窝移动通信系统互联已经有标准化组织的定义。 S-UMTS(Satellite component of the Universal Mobile Telecommunication System) 是卫星移动通信网和基于WCDMA的第三代(3G)蜂窝移动通信系统UMTS结合的系统。在 S-UMTS的系统架构上，卫星通信系统通过陆上网关和Iu接口接入UMTS核心网而成为UMTS 系统整合的一部分。其中陆上网关集合了 Node B和RNC的网元功能。这样，卫星通信系统被视为扩展了 UMTS陆地接入网(UTRAN)而被称作UMTS卫星接入网USRAN(UMTS Satellite Radio Access Network)。
在实际系统中，也有不基于S-UMTS来实现蜂窝移动通信网和卫星移动通信网的互联方法。如通过Internet网互联，这时陆上网关相当于多个网元的集合。蜂窝移动通信网和卫星移动通信网也可以不进行互联，这时陆上网关不存在。这种情况不妨碍本发明所述的海洋综合通信系统中其它部分的通信功能。
本发明所述的海洋融合业务系统可以基于3G网的开放业务接入结构OSA(Open Service Access)来实现。OSA是一种非常灵活的提供新业务的体系结构。OSA将业务部署和承载网络分离开来，成为独立部分以便业务提供商互通和快速地部署新业务。OSA向业务提供商提供了标准的API。通过这些API，业务应用程序可以方便地利用承载网络的业务能力，如呼叫控制能力、用户信息查询能力等，而又不必了解承载网信令细节。由此，海上移动用户的各种特定的行业业务可利用OSA的API来开发实现。
在综合业务系统中比较关键的是用户的移动性管理。在3G网中可以通过IP多媒体子系统(IMS)的虚拟归属环境VHE (Virtual Home Environment)概念来实现。IMS采用了归属服务控制机制，业务处理信令要回到归属地，业务环境也有归属地提供，使移动用户可以在任何网络和任何终端上得到与在归属地一致的服务。MS中的归属用户服务器 HSS(Home Subscriber Server)是所有用户和服务相关数据的主要存储器。存储的数据主要包括用户的签约数据、服务配置信息、位置信息、鉴权参 数等。移动到远海的船载用户的位置信息可由船上卫星网关、卫星通信系统经陆上网关报告给HSS。
对于船岸之间的VoIP话音业务可以通过IMS中SIP (Session Initiation Protocol)协议实现。从船载终端发起的SIP呼叫经过USRAN(包括卫星系统和陆上网关) 送达MS的S-CSCF和并在S-CSCF控制下和其它岸上话音终端建立连接。
本发明所述的综合移动通信系统为海上船舶移动用户提供了多种无线通信途径， 即移动自组织网，蜂窝移动通信网，以及卫星移动通信网。船舶之间、船岸之间可根据网络状况和船舶位置来选择合适的通信途径。发生在船舶之间移动用户的通信可利用移动自组织网。如果船舶处在蜂窝移动通信网的覆盖之内，船岸之间可利用蜂窝移动通信网来建立船岸无线通信连接。如果船舶处在蜂窝移动通信网的覆盖之外，船岸之间可利用卫星移动通信网络、船上卫星网关和海上移动自组织网建立船岸无线通信连接。利用所提出的综合移动通信系统使需要使用卫星通信系统的通信场景大大减少。
本发明采用的海上移动自组织网可以提供船舶之间的无线通信，具有网络部署简单，基础设施建设和维护费用较低的优点。本发明所公开的海洋融合移动通信系统减少了船舶上所需的卫星通信终端数，降低了船舶上卫星通信系统的购置、部署和维护费用。同时，在需要通信时，根据业务、网络状况和对方用户位置可以进行合适的网络选择，减少了使用卫星移动通信系统的通信场景。这样可降低通信费用并且有利于提高服务质量(QoS)。 在本发明中，由于采用了蜂窝网关和卫星网关，增加了支持的终端类型，是不具有蜂窝通信和卫星通信的终端也可以得到在蜂窝通信网和卫星通信网的服务。建立的海上综合移动通信系统与海上综合业务系统的结合可为海上移动用户提供更丰富的业务支持
下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中
图1为本发明所述的海洋融合移动通信系统的组成图2为本发明所述的海洋融合移动通信系统的示意图3为本发明所述的海洋融合移动通信系统与海洋融合业务系统的组成图4为本发明实施例所述的船上移动用户选择无线网络方法流程；
图5为本发明实施例所述的岸上蜂窝移动用户选择无线网络方法流程；具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步的详细说明。
图3为本发明所述的海洋融合移动通信系统与海洋融合业务系统的组成方式的一种实施例。在该实施例中，海洋融合业务系统和蜂窝移动通信网直接相连，再通过陆上网关和卫星移动通信网相连。本发明所述的海洋融合移动通信系统与海洋融合业务系统的组成方式的另一种实施例是海洋融合业务系统和卫星移动通信网直接相连，再通过陆上网关和蜂窝移动通信网相连。
下面将通过结合本发明的附图详细说明船上移动用户选择无线网络方法流程和岸上蜂窝移动用户选择无线网络方法流程。
图4显示了本实 施例所述的船上移动用户选择无线网络方法流程。如图4所示， 上述实施例所述的船上移动用户选择无线网络方法流程应当包括以下步骤
步骤1:判断被叫方是否是海上移动自组织网用户，如果是，则执行步骤2;否则， 执行步骤3 ；
步骤2，主叫方使用海上移动自组织网和被叫方建立连接；
步骤3，判断海上移动自组织网是否可以和蜂窝移动通信网连接，如果是，则执行步骤4;否则，执行步骤7;
步骤4 :判断主叫方是否使用蜂窝电话；如果是，则执行步骤5 ;否则，执行步骤6 ;
步骤5 :主叫方使用蜂窝移动通信网和被叫方建立连接；
步骤6 :主叫方使用海上移动自组织网、船上蜂窝网关、蜂窝移动通信网和被叫方建立连接；
步骤7 :主叫方使用海上移动自组织网、船上卫星网关、卫星移动通信网、陆上网关和被叫方建立连接。
图5显示了本实施例所述的岸上蜂窝移动用户选择无线网络方法流程。如图5所示，上述实施例所述的岸上移动用户选择无线网络方法流程应当包括以下步骤
步骤8 :判断被叫方是否是海上移动自组织网用户，如果是，则执行步骤10 ;否则， 执行步骤9 ；
步骤9 :主叫方使用蜂窝移动通信网和被叫方建立连接；
步骤10，判断蜂窝移动通信网是否可以和海上移动自组织网连接，如果是，则执行步骤11 ;否则，执行步骤14;
步骤11 :判断被叫方是否使用蜂窝电话；如果是，则执行步骤12 ;否则，执行步骤 13 ；
步骤12 :主叫方使用蜂窝移动通信网和被叫方建立连接；
步骤13 :主叫方使用蜂窝移动通信网、船上蜂窝网关、海上移动自组织网和被叫方建立连接；
步骤14 :主叫方使用陆上网关、卫星移动通信网、船上卫星网关、海上移动自组织网和被叫方建立连接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。
权利要求
1.一种可为海洋船舶上的移动用户提供无线通信支持的移动通信系统，其特征在于该系统由蜂窝移动通信网、海上移动自组织网、和卫星移动通信网通过船上卫星网关、船上蜂窝网关、陆上网关组合而成。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的海上移动自组织网可提供船与船之间的无线通信。
3.如权利要求2所述的海上移动自组织网的一个实施例是通过无线网状网(WirelessMesh Network) IEEE802.1ls 系统实现。
4.如权利要求3所述的海上移动自组织网的实施例的实现方法是船队的每个船上架设一个无线网状网接入点(Mesh AP)，整个船队之间的无线通信可通过Mesh AP所构成的无线多跳网络来实现。
5.如权利要求4所述的海上移动自组织网的实施例的实现方法中MeshAP的发射功率可以调整使邻近船舶之间的无线传输成为可能。
6.如权利要求2所述的海上移动自组织网的一个实施例是通过IEEE802.16的Mesh模式实现。
7.如权利要求2所述的海上移动自组织网的一个实施例是整个船队通过超级WiFi无线接入点实现。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述海上船上卫星网关是部署在船上用来实现海上移动自组织网和卫星移动通信网的接口。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述船上蜂窝网关是部署在船上用来实现移动自组织网和蜂窝移动通信网的接口。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，部署在船队中所述的船上蜂窝网关的数量可以是零个、一个、和一个以上。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述船上卫星网关部署在船队中的数量可以是零个、一个、和一个以上。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，船岸之间的通信可以通过蜂窝移动通信网、船上蜂窝网关和海上移动自组织网实现。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，船岸之间的通信可以通过卫星移动通信网、船上卫星网关和海上移动自组织网实现。
14.一种船舶上的通信终端，其特征在于在如权利要求1所述的系统中和另外船上的终端通信时可以使用如权利要求2所述的通信方式。
15.一种船舶上的通信终端，其特征在于在如权利要求1所述的系统中和岸上的通信终端通信时可以在蜂窝移动通信方式、如权利要求7所述的的通信方式和如权利要求8所述的通信方式中选择一种。
16.一种岸上的通信终端，其特征在于在如权利要求1所述的系统中和船上的通信终端通信时可以在卫星移动通信方式、如权利要求7所述的通信方式和如权利要求8所述的通信方式中选择一种。
17.—种业务系统，其特征在于在如权利要求1所述的系统中可以在蜂窝移动通信方式、如权利要求7所述的通信方式和如权利要求8所述的通信方式中选择一种。
18.如权利要求4所述的无线网状网接入点(MeshAP)与权利要求4所述的船舶上的通信终端和其它Mesh AP的无线接口可以是相同的，也可以是不同的。
19.如权利要求4所述的无线网状网接入点(MeshAP)与权利要求4所述的船舶上的通信终端的无线接口的一个实施例是WiFi接口，与其它Mesh AP的无线接口可以基于无线网状网技术。
20.如权利要求2所述的海上移动自组织网的一个实施例是通过非标准化的无线网状网技术实现。
全文摘要
本发明公开了一种可为海洋船舶上的移动用户提供无线通信支持的移动通信系统。该系统由蜂窝移动通信网、海上移动自组织网、和卫星移动通信网通过船上卫星网关、船上蜂窝网关、陆上网关组合而成。该系统为海上移动用户和岸上用户提供了多种通信方法。海上移动用户和岸上用户通过本发明公开的无线网络选择方法可以选择合适无线通信网络来建立通信连接。通过本发明的装置和方法，可以降低通信网络的部署费用和移动用户的通信费用、扩展所支持的移动终端类型、并且可以为海上移动用户提供更丰富的业务。
文档编号H04W84/06GK103037542SQ20131001641
公开日2013年4月10日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者白勇, 杜文才 申请人:海南大学