E航海服务交互的VDES寻址通信解决方案

在E航海时代中，丰富海事服务和互联网应用构建在IP网络中。当船端具备互联网接入能力，那将可顺利获得所需应用服务。考虑到移动基站运行在4G/5G的高通信频率，覆盖范围比较有限，实际上在海上可靠的互联网通信只有卫星通信手段。

VDES的出现为海上互联互通提供一种新的可能性，VDES在实验室中的传输速率达到了384bps/s，理论上可满足船端的E航海和互联网应用。由于应用服务主要部署在IP网络中，而VDES运行在VHF网络之中，因此船端是不能直接使用VDES访问到在IP网络中的服务。在VDES中船端使用MMSI进行标识，在互联网中目的服务地址使用域名或者IP地址进行标识，要实现船端和服务端的双向通信，需要VDES服务网关桥接IP网络和VDES网络进行数据转换。VDES服务网关需要根据船端请求的服务目的地址进行路由指向，所以需要在VDES报文中指明服务目的地的信息。

表1

M e s s a g e h e a d e r S o u r c e I D D e s t i n a t i o n I D O t h e r P a r a m e t e r D a t a P a y l o a d S h i p b o n r e M M S I N e a r e s t B a s e S t a t i o n M M S I＜S e r v i c e I D＞ +＜S e r v i c e i n t e r f a c e +p a r a m e t e r＞

表2

Message header Source ID Destination ID Other Parameter Data Payload Shipbonre MMSI Nearest BaseStation MMSI Service ID（固定长度）Service interface +parameter

1．VDES寻址通信报文需要服务标识

船端VDES请求服务的报文，首先需要进入岸基系统进行处理。根据VDES“点到点”的通信机制，VDES报文应该首先发往附近的VDES基站，实现VDES数据的“上岸”。VDES通过VDE公告板信息或者ASM区域广播信息，告知附近船舶该基站的MMSI。在IALA G1139的导则中，VDE和ASM的报文设置了目的MMSI字段，该字段需要用于指向附近基站MMSI，所以该字段是不能用于承载服务目的地址。

当VDES数据进入岸基系统后，服务请求需要进一步送往目的服务端。服务端可能是在E航海数据中心，也可能在互联网中。因此在船端和服务端交互的VDES数据，需要设计一个参数用于标识服务，称之为Service ID。通过追踪Service ID服务标识 ，VDES服务网关可以实现IP网络和VDES网络之间的数据路由转换。

2．VDES寻址通信报文中增加服务标识

由于目前IALA G1139导则中并无Service ID字段，下文将围绕Service ID具体设计进行讨论。

2.1 非独立字段可变长Service ID

不设置独立Service ID字段，且不固定Service ID长度，Service ID只能放在VDES报文的Payload中，Payload的数据空间可以最大程度地利用。由于VDES服务网关事前不知道Service ID实际长度，为了获取Service ID，Payload需要采用结构化语言，并将Service ID和有效数据独立标记，虽不可对Payload数据进行整体加密，但可支持对标记里包含的数据进行加密，如表1所示。

可食用膜是将天然可食性大分子物质作为基材的一种保鲜膜，其能够直接被人体吸收，在食品行业中也有着非常重要的应用价值，目前我国采用的可食用膜主要包含有以下几种类型。

2.2 非独立字段固定长度Service ID

Service ID放在VDES报文的Payload中，但是事先定义Service ID在Payload的有效长度，当Service ID长度不足固定长度时，使用特殊字符进行填充，VDES服务网关不需要解释整个Payload，只需截取固定长度的Service ID部分就可以获取路由信息，因此可以对除去固定长度Service ID以外的Payload数据部分进行加密，如表2所示。

目前，中国成品油批发价格已经基本实现完全市场化，但零售价格仍参照国家规定的最高零售限价来确定，尚未实现完全市场化，无法有效反映国内成品油市场供需现状。过高的批发价与零售价价差使得一些炼油企业容易误判国内成品油市场供需形势，导致部分地区和企业盲目扩张炼油能力，进一步加剧了中国成品油供应过剩的局面。建议国家加快推进成品油定价机制向市场化定价迈进，以真正有效反映国内成品油市场的供需状况。另外，加快推出成品油期货交易，为市场化定价提供定价基准。通过推动成品油价格市场化，实现资源的最优配置。

2.3 独立字段可变长（或固定长度）Service ID

该方案是在IALA G1139导则中关于VDE和ASM的寻址报文中，增设独立的Service ID字段。VDES服务网关可以独立解释Service ID获得服务目的地址，而无需解释Payload的具体内容，因此payload可以对数据进行加密，如表3所示。

榆阳北部风沙草滩区已初步形成了“林灌固沙－固沙培地－培地种粮－粮农促牧”的林灌农牧复合经营生态农业模式。

表3

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表4

TCP/IP报头字段 TCP/IP报头字段取值与VDES的关系TCP/IP报文的IP报头目的IP VDES报文中Service ID的IP地址：IP_Service TCP/IP报文的IP报头源IP VDES服务网关IP地址：IP_VSG TCP/IP报文中TCP报头的目的Port VDES报文中Service ID的IP端口：Port_Service TCP/IP报文中TCP报头的源Port VDES服务网关为每一个VDES请求临时分配的IP端口：Port_VSG

表5

TCP/IP报头字段 TCP/IP报头字段取值与VDES的关系TCP/IP报文的IP报头目的IP VDES服务网关IP地址：IP_VSG TCP/IP报文的IP报头源IP 服务端IP地址：IP_Service TCP/IP报文中TCP报头的目的Port VDES服务网关为每一个VDES请求临时分配的IP端口：Port_VSG TCP/IP报文中TCP报头的源Port 服务端IP端口：Port_Service

2.4 三种服务标识方案的讨论

非独立字段服务标识方案：该模式不改动现有的VDES报文结构，将服务标识和有效数据共同放在Payload中，通过结构化数据或预定义数据结构来界定Service ID。VDES服务网关需要对Payload中服务标识进行提取，并将剩余的Payload数据进行重新封装和路由。

据调查，不少高校填报完决算数据后便认为工作已经完成，忽视了对决算数据的分析利用及反馈，对决算数据利用率不高。如部门决算数据与部门预算分析比较不够，没有用于对部门日常财务管理进行评估，没有用于单位的资产管理、支出结构分析、风险分析，没有用于项目绩效考评等。

独立字段的服务标识方案：该模式是最接近当前主流路由交换模式的VDES通信应用解决方案，通过VDES服务网关可以优雅地解决VDES网络和IP网络的双向交互问题。该方案需要较小程度地修改IALA G1139的VDES报文结构，对于VDES的终端设备只涉及到点到点通信报文解码程序的小修改，并不影响设备硬件的修造，而且目前国际上VDES终端仍未量产，因此修改VDES报文方案是可以接受的。

3．服务标识在VDES服务网关起到的作用

可选用MRN、虚拟MMSI、域名、IP:Port等作为候选服务标识Service ID，但实际最终请求和服务响应均为TCP/IP数据。若Service ID以MRN、虚拟MMSI、域名等方式取值，本质上均需转换为IP:Port进行处理，且VDES服务网关需要增加对应参数与IP:Port的映射关系，因此下文以IP:Port作为Service ID，说明Service ID在VDES服务网关中所起作用，在图2中显示以Service ID为服务标识串联起各个通信主体。

3.1 船端主动发起的通信请求

在有人驾驶的传统船舶中，船岸通信主要源于船端发起的服务请求，服务端响应船端的请求，并反馈响应数据。由于请求总会自我标识源地址，服务端由此可知请求端地址，服务端向船端反馈响应数据的过程如下文所述和图1所示。

鸡肉一直是人类重要的蛋白质食品来源，我国鸡肉消费占到总肉类的15%，规模化养殖的发展满足了国民对鸡肉日益增长的需求，而抗生素的应用在有效防疫、促进生长和提高养殖效益上发挥了积极作用[1-3]。但随着生活水平的不断提高，人们对鸡肉品质的要求也越来越高，对抗生素残留可能导致对健康的不良影响也越发关注[4]。因此尽可能减少抗生素的添加，甚至不使用抗生素的养殖模式逐步受到推崇[5-7]。

第一步、船端发出Service ID字段值为IP_Service:Prot的VDES报文，该报文进入VDES岸基系统，Service ID数值不为空则将报文交给VDES服务网关处理。

第二步、VDES服务网关提取Service ID和Payload的有效数据负荷，根据有关参数将原数据封装为服务请求TCP/IP数据包，其中服务请求TCP/IP报文的IP和TCP报头参数来源如表4。

第三步、为了实现数据双向互联通信，VDES服务网关需要创建如下映射表， MMSI_Ship—IP_VSG:Port_VSG—IP_Service:Port_Service，用于追溯服务请求和服务响应的数据反馈结果。

四个孩子吃完鲤鱼后抹抹嘴，爬上岸，继续按图索骥朝南走。太白山，终南山，一坡更比一坡陡，一山更比一山远，秦岭的风雪与草树，终于可以将他们四粒仓皇的身影藏起来了。

第四步、经过上述数据转换和重新封装，VDES服务网关代理VDES船端将向目的服务端发起服务请求。

第五步、服务端响应请求产生TCP/IP的数据包，服务端将向直接服务请求端，也就是VDES服务网关返回响应数据。其中服务响应TCP/IP报文的IP和TCP报头参数来源如表5。

第六步、VDES服务网关获得服务端响应的TCP/IP报文，并从中提取目的地址即是本VDES服务网关地址和端口IP_VSG:Port_VSG，源地址即是服务端的IP_Service:Port_Service。根据之前建立的MMSI_Ship—IP_VSG:Port_VSG—IP_Service:Port_Service映射表，可以唯一确定服务原请求端的地址MMSI_Ship，也就是船端MMSI。由于每次VDES请求通过临时分配的Port_VSG进行了区分，因此可以VDES服务网关可以支持同一个VDES船端向不同的服务端同时发起多个请求。

第七步、VDES服务网关可以根据服务响应返回的目的船舶MMSI_Ship，向VDES岸基系统发出控制指令，并将IP_Service:Port_Service作为VDES报文的的Service ID字段值，发送给服务请求的船舶VDES终端。VDES船端可以根据Service ID，按照谁请求返回给谁的策略，将服务反馈数据交给船端对应的应用终端。因此，VDES船端可以支持多个船载应用终端同时向不同服务发出请求，并且每个船载应用终端均能准确地接收到所请求服务的响应回复。

图1 Service ID在数据交互中起到的作用

3.2 服务端主动发起的通信请求

在无人船时代，服务端将会频繁向船端发起主动通信，例如：动力控制、调度指挥，业务信息，船载设备状态监控、导航信息服务等。服务端向船端发起通信时，需要在任何时刻均可便捷高效地与船端建立通信。由于VDES网络中船端使用MMSI来标识，因此服务端需要向船端MMIS地址发送信息来建立通信。IP网络中的服务端不能直接向船端发送VDES报文，这时需要VDES服务网关进行代理。服务端发出的TCP/IP报文使用服务端IP地址和服务端口作为源地址IP_Service和源端口Port_Service，并使用船端MMSI作为目的地址（需要规则进行转换TCP/IP模式）。VDES服务网关从TCP/IP报文中提取IP_Service和Port_Service信息作为 Service ID，提取目的地址转换为标准的船端MMSI地址，并以参数此生成VDES报文发送至船端。由于VDES报文中包含了Service ID，船端可以较方便地的识别Service ID属于什么业务，可由此判断从服务端发来的数据应该由哪一种船端应用进行处理。该过程基本与服务端响应船端请求部分的返回过程类似，同见图1中服务端向船端返回数据的部分内容。

通过以上的分析，在VDES寻址报文中增加服务标识可以有效地解决船端VDES与服务端双向通信的问题。

4．小结

本文作为IALA ENAV23 次会议提案（ENAV23-3.1.17 Addition of IPPort to VDES Messages To support VDES service gateway addressing mode application (G1139)），ENAV委员会的数字通信工作组WG3和数字信息系统工作组WG1联合对本提案进行了审议，普遍认为E航海应用服务访问确实需要解决信息路由的存在的问题，而本提案是一个良好的开端。

IALA倡议的E航海的MCP海上互联互通架构，由MSR、MIR、MMS三个核心部分组成，其中MSR负责注册、管理和发现E航海服务，MMS负责响应用户服务请求和路由用户数据。VDES服务网关是MMS底层桥接异构网络具体实现形式，实现MSR中服务注册标识MRN与服务路由交换标识Service ID的转换。通过服务标识Service ID的设计，IALA G1139导则设计的VDES通信体系可以较好地融入到E航海MCP整体架构中。