周德宇，袁学松

（1.昆明理工大学信息工程院自动化学院，云南 昆明 650000；2.安徽机电职业技术学院互联网通信学院，安徽 芜湖 241002）

“中国开放的大门永远不会关上，只会越开越大”，“促进贸易投资自由化便利化，推动经济全球化朝着更加开放、包容、普惠、平衡、共赢的方向发展”这是习近平总书记在庆祝改革开放40周年大会上的重要讲话。这是新时代开放的宣言，意义深远。这也是历史足音的荡气回肠，掷地有声。船联网、智能航运、高效运输等新兴产业是传统航运与人工智能、优化算法、现代信息等高新技术高度结合后形成的新概念航运生态链[1]。然而随着中国经济的迅速崛起、智能航运的高速发展，水上运输设备日益增加，水上交通压力迅速上升，导致了水上交通运输效率降低，水上交通事故不断增加等问题。

VANET(Vehicular Ad hoc Network)是移动组织网络（MANET）中的一种特殊协议[2]。作为智能交通系统中最具潜力的其中一种通讯协议，VANET 具有无限能量供应、移动受道路模型限制以及定位等特性，被广泛应用于交通线路决策、道路风险识别等实际场景中。本文将着重讨论VANET 在智能航运中的应用与潜力，分析VANET 如何在各种场景下扮演好自己的角色。

本文将在第一章对VANET 的原理进行分析讨论，解释其合理性、可行性。在第二章中将讨论如何在智能航运的实际场景中充分利用VANET 的优势。在第三章将对全文进行简单的总结，并对未来的智能航运做出大胆的展望与猜想。

1 VANET

1.1 概念与分类

VANET，从本质上来说是无线通信网络中的一种移动自组织网络，VANET 路由协议则是在通信网络中将数据分组从一个通信实体传输至另外一个通信实体的协议机制，在通信过程中可以实现数据之间的交换[3]。在使用最少的网络资源的情况下达到最小的通信延时、最高的包成功接受率是VANET 研究中追求的最高目标。

VANET 路由协议的传播机制一般基于以下三种情况，如图1 所示：

图1 VANET 路由协议分类图

（1）基于位置信息的路由协议：其核心思想为在通信传输的过程中根据数据包的目的节点位置以及邻居节点的位置自动选择最短的转发路径得到最优解。由于不需要网络中的全局信息，这种路由协议具有较小的延迟，而且其安全能够得到极大的保护。但在压力测试下表明，频繁的节点数据更新会造成信息冗余和网络资源重复利用，同时其拓展性也受到一定的限制[4]。

（2）基于拓扑结构的路由协议：这类路由协议采用了“多跳”无线传输的方式，使用链路信息选择从源节点到目标节点的传播路径，具有更优秀的传输速度和效率。

（3）基于电子地图的路由协议：这类协议一般特指地址容忍式路由协议，通过算法计算得到链路中节点之间的距离矢量，然后仔细组织通信的网络结构。

1.2 VANET 特性分析

通过VANET 的概念我们可知其具备以下特性：

（1）开源、溯源性：VANET 受限于局域网协议，但在局域网内，其任何数据与信息通信都是可以溯源的。原则上可以不依赖额外的第三方管理机制或者硬件设施。因此信息通信交互的过程变得透明，也无法造假。

（2）安全性：数据节点的控制受到一定的干涉，避免了收到恶意的人为修改，数据与信息的通信得到了安全保证。同时，数据原则上也会在存储空间足够的条件下长期保留。

（3）实时性：VANET 的三类路由协议均有快速的信息传输速度与不俗的包成功接受率，在信息交互的过程中，可以保证信息的及时性与实时性。

2 VANET 在智能航运中的应用

如图2 所示，船舶通过基于VANET 路由协议的卫星服务终端将实时信息传输至运营商，运营商可以将传输信息保存至数据库中长期存储（如：某航线由于地震导致了航线细微变化，可以让其他行驶此航线船舶在均能提前得知消息并避开），若后续出现人工对航线进行调整的情况，也可以通过计算机对数据库内容进行修改，避免资源浪费；同时实时信息也将通过信号接收塔对信号覆盖范围内的其他船舶传递信息（如：某航线中某一段出现极端天气，需就近寻找港湾停靠或绕过该路段）。

图2 VANET 在智能航运中的体系架构图

2.1 智能航线的选择

水路运输作为国际国内贸易的最主要运输方式，其运营成本极高。因此，对航线和班轮挂靠日期的进行改进和优化，就能节省大量的营运成本，提高航运效率[5]。尽管国内智能航运在国家的扶持下处于高速发展中，但是由于缺少细粒度的统筹管理与建设，目前仍有许多航运公司对行驶路线选择自制，常常与智能航运系统中的路线冲突。同时，港口运输量需求不足、高峰期港口堵塞、重复运力浪费等问题依然客观存在。基于VANET 路由协议的信息传输则从以下两步进行问题切入。首先是与航线已经处于航线中的船舶进行信息的交互，也可以通过基站获得最新的航线交通路况，使船舶能更好地规划航行路线。同时，与停港的船舶进行信息交互，分享各自的出港时间、线路，判断是否会出现航线拥挤，港口堵塞等问题，这有利于提高船舶的运输效率。

2.2 突发情况下的安全信息共享

为了分析船舶在水域中的航行状态，一般将其量化成6 个自由度的运动，集中体现在规则地域化、控制力不足、不稳定性、非一致性等方面[6]，这也侧面反映了目前仍存在的两个问题。首先是由于船舶质量大、惯性大、船舶控制精度较低、终端控制操作难度较大；其次，各船舶的配置不同，各个船舶的航行条件无法与多变的环境气候相匹配。在这种场景下的船舶可以通过终端获取当前海域内的航线交通状况、当前海域的气象状况等信息，并将获取信息共享给其他船舶。根据不同船舶的配置参数，结合环境的参数做出综合判断从而进一步提高了船舶的航行安全性。此外，还可以向其他船舶第一时间请求救援服务，尽可能地降低船舶事故造成的损失。

3 结论

VANET 的概念自20 世纪90 年代末提出后经久不衰，被广泛应用于交通设备的信息传输中。其开源、溯源性、安全性、实时性的特征都完美符合智能航运的需求。

或许在不久的未来，我们能看到这样一幅美丽的画面：所有船舶能通过VANET 交互订单信息，自主接单之后能够根据之前交互的航线信息计算出最优航线与最优交易港口。在航运途中遇到突发情况能够及时将现场情况传输给其他船舶，做出自我保护并警示其他船舶。

VANET 在智能航运中的合理应用或许会成为我国智能航运发展的双翼，成为我国智能航运业在国际竞争中崭露头角的关键。