船舶网络介绍

  汤坦夷

摘要：网络技术不断影响到我们日常生活工作的方方面面，船舶网络的发展，确有其特殊性，并随着科技的进步发展，网络技术在船上也是不断发挥着更大的作用，影响着船舶生产、经营和安全各个重要方面。本文简单介绍网络技术的发展和在船船舶的应用和未来发展趋势。

关键词：计算机 网络 船舶 局域网 物联网 船舶智能

在汉语中，“网络”一词最早用于电学。《现代汉语词典》解释为：“在电的系统中，由若干元件组成的用来使电信号按一定要求传输的电路或这种电路的部分，叫网络。”　网络是由若干节点和连接这些节点的链路构成的，它表示了众多对象及其之间的相互联系。在数学上，“网络”是一种图，一般认为专指加权图。网络除了数学定义外，还有具体的物理含义：网络是从某种相同类型的实际问题中抽象出来的模型。在计算机领域中，网络是信息传输、接收、共享的虚拟平台，通过它把各个点、面、体的信息联系到一起，从而实现这些资源的共享。

从1946年世界上第一台电子计算机问世，到1969年美国国防高级研究项目署建成了第一个网络，取名为阿帕计算机网(ARPAnet)，科学家们花费了二十多年的心血。它是第一个使用包交换技术的真实网络，现代计算机网络的许多概念和方法，如分组交换技术都来自ARPAnet。 ARPAnet不仅进行了租用线互联的分组交换技术研究，而且做了无线、卫星网的分组交换技术研究-其结果导致了网络协议TCP/IP协议的问世。从而计算机网络逐步走向全面发展和应用阶段。

先介绍一下计算机网络的有关知识。计算机网络是用通信线路和通信设备将分布在不同地点的多台自治计算机系统互相连接起来，按照共同的网络协议，共享硬件、软件，最终实现资源共享的系统。计算机网络有四个素：通信线路和通信设备；有独立功能的计算机；网络软件支持；实现数据通信与资源共享。计算机网络按拓扑结构分类，分为：总线型、环型、星型、网状；按信息交换方式分类：电路交换、报文交换、报文分组交换；按覆盖范围分类：局域网LAN（作用范围一般为几米到几十公里）。城域网MAN（界于WAN与LAN之间）。广域网WAN（作用范围一般为几十到几千公里）。网络传输介质分类：有线网、光纤网、无线网，局域网通常采用单一的传输介质，而城域网和广域网采用多种传输介质。按通信方式分类：点对点传输网络、广播式传输网络。按网络使用的目的分类：共享资源网、数据处理网、数据传输网，网络使用目的等。按服务方式分类：客户机/服务器网络、对等网。

从1969年ARPANET的诞生，到1989年万维网的发明，到2000年移动互联网的崛起，和社交媒体的兴起，到现在云计算和大数据时代，再到人工智能、物联网和大数据分析等应用，现在我们各行各业的人需要运用互联网来工作、生活、娱乐、消费，互联网本身是一个产业,同时它也带动了其他所有的产业的发展。

    计算机网络从美国军方开始，推广到民用商用，其资源共享、快速传输信息、提高系统可靠性、易于进行分布式处理这些优越性，广泛用于个人、办公室、图书馆、企业和学校等，每时每刻都在产生并处理大量的信息。这也刚好适合我们船舶办公的需要。

从20世纪70年代起，船舶自动化技术出现了快速的发展，船舶单个设备更加自动化与智能化，各自动化设备之间实现了资源共享，各自动化系统也进行了相关集成。这就迫切的需要真正实现对全船构成设备的单点或多点集中监控。随着工控网络通信技术的成熟，特别是串行接口技术的成熟和各种现场总线技术的快速发展，以及其在工控领域得到广泛的应用，也是大多数成为自动化设备公司采用的首选现场总线标准。而工业以太网技术在工控信息管理领域的优势也非常适用于船舶。这样就基本形成最初最原始的船舶网络，以有效的实现全部自动化之间的互相通信以及国自动化子系统的集成。

20世纪90年代以来，现场总线技术开始应用于船舶机舱的监视报警和主机遥控系统。1981年，使10Mbit以太网成为国际标准，1995年，IEEE批准了100Mbit的快速以太网，随着船舶规模的大型化和设备复杂化，船舶通信网的负载越来越大，通信速率的要求也越来越高，采用一般的总线型网络已经不能满足其发展需求。而以太网因其传输速率高，易于安装，兼容性好，软硬件产品和技术成熟等特点，能够满足船舶的应用需求而受到青睐。目前， 相比现场级和监控级，管理级是船舶监控系统的核心部分，它主要完成系统管理、主机参数综合显示、与外围其它网络互连、人机交互等功能。由于这级数据量大，管理级的网络一般采用高速以太网。

目前船舶局域网主要包括有线网络和无线网络两种形式，有线网络通常采用以太网技术，以太网技术通过布置各种网络设备交换机、路由器、电缆等，这样船舶内各个设备连成一个网状结构，无线网络则采用无线技术与WI-FI、蓝牙等，可以方便地实现各设备的无线连接，可以增加设备布置的灵活性。

随着卫星技术的不断发展，近十多年来，船舶局域网通过卫星或地面无线，实现了与外网的无缝对接。这样，大大提高了船船局域网在现实的功能和作用。船舶网络技术及应用，在船舶行业发挥着重要的作用，通过建立船舶局域网，可以实现设备之间高速通信与协调，提高传媒的营运力和安全性。同时，船舶局域网也为乘客提供了更好的服务和娱乐体验。随着网络技术不断进步，船舶局域网技术将会发挥更大、更广泛的作用，并进一步推动航运业的发展。

目前多数船舶局域网及外网连接

近年来，随着船舶智能化水平的提升，越来越多的控制系统、通讯导航系统、信息管理系统及设备不断接入船舶网络，实现对外信息交互。船舶越来越多的“在线”，使其遭受网络威胁的隐患不断加剧，在这样的背景下，船舶的网络安全显得尤为重要。

基于提升应对网络风险威胁意识的迫切需求，IMO 海上安全委员会在其第 96 届大会通过并随后发布了《海事网络风险管理暂行指南》（MSC.1 Circ.1526）通函，提出了对网络风险的应对措施，国际海事界对该问题的认识正不断提升。

为此，各船级社也相应提出了各自的要求。其目的旨在规范船舶网络的建设工作，并对其实施有效评估，使有关的管理人员和技术人员理解船舶网络安全的重要性，形成综合提升船舶网络系统建设水平、威胁防御能力的新观念，保障船舶网络环境的稳定性，并为智能船舶的功能应用建立基本的条件与保障。针对操作、集成、维护、设计、安全意识、管理水平等方面的风险点，指南面向船舶网络系统的设计、实施、运行、退役等环节，为船东/船舶管理公司、系统开发方等提供网络系统的建设要求，并提出可量化的安全评估方法、检验和试验要求。

目前国际海事组织（IMO）有一个越来越引起重视的新船舶新概念“E-navigation”，即通过无线电方式在船上和岸上收集、综合、显示海事信息，从而增强船舶全程的航行能力、海上服务和保安能力。这与国际信息领域兴起的物联网概念不谋而合，物联网技术在船舶的应用也成了必然趋势。

物联网（Internet of Things，简称IoT）是指利用条码、射频识别、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，进行人与人、人与物、物与物在任何时间、任何地点的连接，从而进行信息交换和通讯，以形成智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。

物联网的核心和基础仍然是互联网，它是在互联网基础上的一种延伸和扩展。物联网的主要功能包括智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，它能够构建一个智能化、数字化、网络化的系统，为人类生活和工作带来更加便捷、高效和安全的环境。

船舶简单的电脑计算机，到建立局域网，进入互联网，再发展到物联网，也是不仅是船舶制造管理发展进步的体现，也是社会信息化技术发展进步在船舶上的具体应用。随着船舶局域网的应用范围逐步扩大，通过建立一个新型的全局数据通讯网络，实现数据传输网络和平台监控网络合二为一的目标将成为可能。构建船舶物联网先也需要一个循序渐进的过程。首先，构建船舶物联网必须解决硬件接口和数据协议标准化问题。其次，制定船舶总线标准，是奠定船舶物联网的基础。

船舶物联网技术同样也是实现船舶自动化、智能化和网络化的最好切入点。物联网的核心是把感应器装载在实物载体上，通过移动通信、无线宽带、无线射频识别技术、卫星通信等技术把物和物连接起来。一旦构建起船舶物联网体系，通过岸与船、船与船之间对话，完成咨询、设备维护、故障诊断、船舶管理等业务活动，在物联网发展基础上，信息技术、人工智能、5G通信技术的快速发展，甚至可以实现船舶的无人驾驶，从而最大限度地提高船舶航行的安全性、可行性和经济性。

参考文献：

1、科普中国科普百科 百度百科 互联网的发展历程、中国互联网发展的历程

2、王宁主编 【M】《船舶局域网技术及应用》 大连海事大学出版社 2021.12

3、黄建章编译 徐世忻审 【J】《船舶》1995..4