船舶自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其性能仿真研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用，航海技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，逐步邁入了信息時(shí)代。在世界航運(yùn)中，船舶技術(shù)正向著高速化、大型化發(fā)展，船舶數(shù)量不斷增加，通航水域越來越擁擠，海損事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)海上人命、財(cái)產(chǎn)安全以及海洋環(huán)境造成威脅。在不斷研究船舶航行安全保障技術(shù)的過程中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到船舶間的通信和相互識(shí)別是海上安全航行和船舶交通管理的前提條件。船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification System，AIS)

2、作為一種新型的助航系統(tǒng)，同時(shí)也是船舶信息化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)船舶之間的通信和避碰，保障船舶的航行安全，減少水上交通事故的發(fā)生；此外，AIS系統(tǒng)還可以與船舶交通管理系統(tǒng)(Vessel Traffic System，VTS)結(jié)合起來使用，有利于強(qiáng)化VTS的功能，加強(qiáng)覆蓋水域內(nèi)的船舶交通管理。
　　 目前，AIS系統(tǒng)已經(jīng)開始在船舶上應(yīng)用，為了更好地實(shí)現(xiàn)AIS的功能，充分發(fā)揮AIS的特點(diǎn)，需要與之同步的AIS岸臺(tái)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)AIS岸臺(tái)網(wǎng)絡(luò)

3、的建設(shè)提出了要求。國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開始對(duì)AIS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，并先后建立了岸臺(tái)AIS網(wǎng)絡(luò)。我國(guó)目前也己開始了這方面的研究和建設(shè)，在長(zhǎng)江口和珠江口這兩個(gè)地區(qū)分別建立了AIS岸臺(tái)網(wǎng)絡(luò)，并準(zhǔn)備在整個(gè)沿海、內(nèi)河水域建設(shè)無縫的AIS網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮AIS的作用，提高對(duì)船舶的識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)出我國(guó)水域船舶的有效管理。
　　 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)是航海、航空領(lǐng)域里一項(xiàng)較新的研究成果，在航海史上具有里程碑的意義。AIS技術(shù)的正確使用可以提高

4、船舶航行的安全性和效率，解決船岸信息傳輸?shù)碾y題，成為數(shù)字化水上交通的基礎(chǔ)支撐。本文就AIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一些科學(xué)和實(shí)際問題開展了以下幾個(gè)方面的研究工作：
　　 (1)本文對(duì)AIS的系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了深入分析，研究了AIS網(wǎng)絡(luò)的層次模型、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、消息報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式以及數(shù)據(jù)解析方法，著重探討了SOTDMA協(xié)議的時(shí)隙選擇算法及時(shí)隙預(yù)約沖突，這是進(jìn)行AIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。
　　 (2)在航海技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)于AIS網(wǎng)絡(luò)的還處于研

5、究階段，目前國(guó)內(nèi)外建設(shè)的AIS網(wǎng)絡(luò)仍局限于小型的子網(wǎng)系統(tǒng)。本文通過比較移動(dòng)自組網(wǎng)與AIS網(wǎng)絡(luò)的異同，利用無線網(wǎng)絡(luò)中的理論研究方法以及仿真實(shí)驗(yàn)工具，對(duì)AIS網(wǎng)絡(luò)展開研究，深入分析了AIS網(wǎng)絡(luò)的性能。
　　 (3)根據(jù)國(guó)內(nèi)AIS網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)情況，本文抽象提出了基于中心節(jié)點(diǎn)的AIS網(wǎng)絡(luò)模型，提出了服務(wù)區(qū)的概念。在此基礎(chǔ)之上，分析了服務(wù)區(qū)及子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙狀態(tài)表及時(shí)隙維護(hù)過程，提出了基于中心節(jié)點(diǎn)的無碰撞時(shí)隙選擇算法。
　　 (

6、4)在AIS網(wǎng)絡(luò)性能的研究中，大部分文獻(xiàn)從概率論的角度進(jìn)行理論分析，假設(shè)的是理想條件，也有部分文獻(xiàn)以有線網(wǎng)絡(luò)(如TCP/IP中的WinSock編程)代替無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，但差異性較大。本文利用NS-2仿真工具對(duì)AIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)仿真建模，系統(tǒng)的相似度上有所改善，并且在WindowsXP和Cygwin平臺(tái)上進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果，進(jìn)一步分析了AIS網(wǎng)絡(luò)的性能。
　　 (5)智能交通系統(tǒng)(ITS)在航海上的應(yīng)