CN101958922A - 一种基于移动ip技术的船舶自动识别方法 - Google Patents
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Abstract
基于移动IP技术的船舶自动识别方法属于船舶交通安全运输领域，本发明的MIP-AIS系统由系统识别中心、移动IP通信网络和船载终端设备组成；本发明方法包括系统识别中心辅助的船舶自动识别搜索方式和船载终端设备自主搜索方式，以及船舶动态迁移中船舶之间的自动识别过程。本发明使船舶终端设备借助但不依赖系统识别中心实现船舶自动识别功能，且具有移动IP特性的通信链路能保证船舶终端设备跨区域作业时，数据不间断传输。采用本发明，既可以具有当前AIS系统不依赖系统识别中心就可实现船舶间的自动识别，又可以克服当前AIS系统在通信距离和通信链路中的限制，特别适合山区内河船舶之间的自动识别。
Description
技术领域
本发明属于船舶交通安全运输领域，涉及船舶交通安全、移动通信和系统集成的交叉应用学科，具体涉及一种基于移动IP技术的船舶自动识别方法。
背景技术
为保障船舶航行安全，国际海事组织(IMO)第42次会议上，决定在全球范围内大于300总吨的国际航行船舶和大于500总吨的国内航行船舶强制装配船舶自动识别系统AIS(Automatic Identification System)A类终端设备，其他船舶推荐安装B类AIS终端设备。然而，基于SOTDMA技术的AIS系统的不足之处在于不同的终端设备在信息传输时存在冲突，导致其它接收设备无法准确获取信息，而且系统容量小、安全性差、传输带宽较窄等缺点，不适应未来信息传输的发展。同时，基于VHF的AIS系统在狭长山区内河航道中信号传输距离有限，在内河安全避碰和搜救协调时很难发挥作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于移动IP技术的船舶自动识别方法(Mobile IP AutomaticIdentification System：MIP-AIS)，MIP-AIS技术借助但不依赖控制中心实现船舶自动识别功能，而且移动IP的特性能够保证MIP-AIS系统中船舶终端设备跨区域作业时，数据不间断传输。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于移动IP技术的船舶自动识别方法，包括如下步骤：
步骤一、船载终端设备登陆系统识别中心，并从系统识别中心获取当前周围其它船载终端设备的网络链接信息、安全认证信息编码和自身安全认证信息编码；
步骤二、系统识别中心将该船舶的安全认证信息编码发送给待识别的船载终端设备，以确定邻近船舶；
步骤三、船载终端设备链接周围船舶，在利用安全认证信息编码进行身份认证之后，互相播发船舶识别信息，从而实现相互之间的自动识别。
本发明的有益效果是：既可以具有当前AIS系统不依赖系统识别中心就可以实现船舶之间的自动识别，又可以克服当前AIS系统在通信距离和通信链路中的限制，特别适合山 区内河船舶之间的自动识别。
附图说明
图1是本发明基于移动IP技术的船舶自动识别方法的系统结构图；
图2是本发明基于移动IP技术的船舶自动识别方法系统识别中心辅助的船舶自动识别搜索算法执行流程图；
图3是本发明基于移动IP技术的船舶自动识别方法中船载终端设备自主搜索算法执行流程图；
图4是本发明基于移动IP技术的船舶自动识别方法船舶动态迁移过程中船舶之间的自动识别流程图。
图5是本发明实施例的网络传输信息帧结构示意图。
图中：1、系统识别中心，2、移动IP通信网络，3、船载终端设备。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
一种基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征体现在MIP-AIS系统中，该系统框图如图1所示，主要由系统识别中心1、移动IP通信网络2和船载终端设备3组成。利用该方法，船载终端设备3借助但不依赖系统识别中心1进行船舶之间的自动识别。在MIP-AIS中，任一船载终端设备3既可以对其他船载终端设备3发起链接，也可以接受其他船载终端设备3的链接请求。该方法中，船载终端设备3首先登陆系统识别中心1，并从系统识别中心1获取当前周围船载终端设备3的网络链接信息(移动动态IP和链接端口号)、安全认证信息编码和自身安全认证信息编码。同时，系统识别中心1将该船舶的安全认证信息编码发送给待识别的船载终端设备3，这样就可以确定“邻近”船舶。然后，该船载终端设备3链接周围船舶，在利用安全认证信息编码进行身份认证之后，互相播发船舶识别信息(船舶动态信息和静态信息)，从而实现相互之间的自动识别。这时，相互之间的信息播发已经不再依赖于系统识别中心1。当船载终端设备3移动时，从其周围已链接的船载终端设备3中获取满足条件的其他船载终端设备3链接信息，并断开远离本船的已链接的船载终端设备3。
在MIP-AIS系统中，船载终端设备3一旦与其他船载终端设备3进行了识别，就可以获取整个识别系统网络中的任一船载终端设备3信息，并可以与其进行信息交互，而不需要依赖于系统识别中心1。同时，系统内船载终端设备3之间的相互识别需要在身份安全认 证后自动进行，而且不同船载终端设备3有不同的移动IP地址和端口号，因此保证了船载终端设备3之间信息交互的安全性和准确性.另外，纳入识别系统的不同船载终端设备3之间是对等的(peer-peer)，既没有识别中心也不需要中心算法，能够自动适应船载终端设备3数量的变化.最后，不同的船载终端设备3之间通过TCP/IP协议进行信息传输，保证了船舶识别信息交互的可靠性。
在MIP-AIS系统中，船载终端设备3之间的相互识别有两种方式，即系统识别中心1辅助的船舶自动识别搜索算法和自主搜索算法；同时还涉及船载终端设备3迁移过程中的船舶自动识别。
系统识别中心1辅助的船舶自动识别搜索算法执行流程如图2所示，主要包括如下过程：
a)系统识别中心1接收船载终端设备3的自动识别请求；
b)确认后，系统识别中心1接收船载终端设备3的识别条件；
c)系统识别中心1搜索该船舶周围的船舶链接信息发送给请求的船载终端设备3；
d)船载终端设备3判断是否与待识别船舶存在IP连接通道；如果存在，则转入步骤f)；如果不存在，则执行步骤e)；
e)与待识别船舶的船载终端设备3建立IP链接通道；
f)与建立IP链接通道的待识别船舶之间传送各种自动识别信息；
g)判断已经相互识别的船舶是否超出了识别范围；
h)如果是，从识别船舶列表中删除超出识别范围的船舶，否则返回步骤d)重复执行；
i)直到该船载终端设备停止运行时，结束。
系统识别中心1辅助下的船载终端设备3自动识别搜索是依靠系统识别中心1，并按照船载终端设备3上传条件，搜索该船舶周围满足条件的其他船舶船载终端设备3的链接信息，并将上述信息和安全认证信息编码发送给申请的船载终端设备3，同时将该船载终端设备3安全认证信息编码发送给待识别的船载终端设备3。该船载终端设备3接收到链接信息后发起链接，通过双方认证后互相传输船舶识别信息进行自动识别。
船舶识别信息主要包括船舶静态信息(船名、呼号、IMO号或船舶登记号、船型、船长、船宽、天线位置等信息)、动态信息(经度、纬度、航向、航速等信息)和航次信息(目 的地、到达时间等)。
对船载终端设备So而言，满足自动识别条件的其他船载终端设备需要通过搜索所有当前在线的船载终端设备数据结构来获得.对每一个满足条件的船载终端设备Si，搜索判决式如式(1)所示：
其中， 
r为识别范围半径。
船载终端设备3自主搜索算法执行流程如图3所示，主要过程包括如下：
A)开机启动；
B)读取最近历史船舶链表信息；
C)遍历链接历史识别船舶；
D)判断是否存在可用链接，如果存在，则转入步骤E)，否则，执行步骤J)；
E)与可用链接建立IP链接通道；
F)发送识别条件给该连接终端设备；
G)判断该链接识别船舶是否处于识别范围，如果是，则执行步骤H)，否则，执行步骤I)；
H)将该链接识别船舶内已经识别的、符合本船舶识别条件的船舶识别信息发送给本船舶，并转入步骤E)继续执行；
I)获取最优识别船舶链接信息发送给本船舶，并转入步骤D)继续执行；
J)如果不能执行船舶自主搜索流程，则转入系统识别中心1辅助船舶搜索的识别模式。
当船舶SA需要通过远距离船舶SB链接信息搜索附近其他待识别船舶时，对SB而言，需要搜索到一过渡识别船舶S′i，使得SA与S′i之间距离LA-i最小。依此类推，直到搜索到一识别节点S″i，使得LA-i″小于船舶SA的识别半径。再通过节点S″i获取识别范围内的其他船舶。
在识别路径中，对任一过渡识别船舶S′i，其识别范围内的最优过渡识别船舶S′Exp-i选择算法如下所示，
由式(2)和(3)可以获得过渡识别船舶S′i识别范围内离船舶SA最近的一个船舶作为 最优过渡识别船舶.该算法可以使船舶SA对周围待识别船舶的自动识别搜索时间和搜索路径最短，可有效提高船舶通过远端识别船舶对周围船舶自动识别搜索的效率。
在最优过渡识别船舶搜索过程中，当最优过渡识别船舶S′Exp-i在船舶SA的识别范围IR内时，则转发船舶S′Exp-i的链接参数和身份安全认证信息至船舶SA。船舶SA链接船舶S′Exp-i，并通过船舶S′Exp-i对当前识别范围内的所有其他船舶进行自动识别。
在MIP-AIS系统中，每一条船舶都在动态改变当前位置，整个系统拓扑结构也在时时变化，因此，船舶在迁移过程中对周围船舶的自动识别是该系统的一个重要过程。其执行流程图如图4所示，主要步骤如下：
i)船载终端设备3持续运行；
ii)遍历所有建立链接的识别船舶；
iii)计算当前遍历船舶是否处于其它识别船舶的识别范围内，如果是，进入步骤iv)，否则执行步骤v)；
iv)发送当前遍历船舶的识别条件和连接参数信息给处于其识别范围内的其它识别船舶；
v)判断当前遍历船舶是否仍处于本船的识别范围内，如果是，执行步骤vii)，否则，执行步骤vi)；
vi)删除超出识别范围的船舶；
vii)接收其它识别船舶发送过来的待识别船舶的识别信息；
viii)与待识别船舶建立IP连接通道；
ix)与所有识别船舶进行识别信息的收发。
在船舶动态迁移过程中，需要实时计算和更新每个船舶的当前识别船舶列表，以保证船舶自动识别的有效性。
对任一船舶而言，在接收和相互转发识别信息的同时，还要辅助计算其他已识别的船舶之间是否满足自动识别条件，其中步骤ix)与其他各步骤可能是同步执行的。
船舶迁移过程中的船舶自动识别可有各船舶之间相互辅助独立实现，也可依靠系统识别中心的辅助进行。
实施例：
(1)网络传输信息帧格式
(1)网络传输信息帧格式如图5所示。
(2)MIP-AIS船舶自动识别系统信息帧电文格式
(3)MIP-AIS船舶自动识别过程中实际应用电文
(4)具体电文内容
1)电文33及电文49用户数据内容结构
2)电文34用户数据内容结构
3)电文35用户数据内容结构
4)电文36用户数据内容结构
5)电文52用户数据内容结构
(5)相互识别的船载终端设备之间建立移动IP链路过程的应答数据如下所示，
PPP连接过程：
发送：
7E FF 7D 23 C0 21 7D 21 7D 21 7D 20 7D 2A 7D 22 7D 26 7D 20 7D 2A 7D 20 7D 2022 7D 28 7E
7E FF 7D 23 C0 21 7D 21 7D 22 7D 20 7D 2A 7D 22 7D 26 7D 20 7D 2A 7D 20 7D 2025 DE 7E
7E FF 7D 23 C0 21 7D 24 7D 21 7D 20 7D 28 7D 21 7D 24 7D 25 DC 30 56 7E
7E FF 7D 23 C0 21 7D 22 7D 22 7D 20 7D 32 7D 22 7D 26 7D 20 7D 20 7D 20 7D 207D 27 7D 22 7D 28 7D 22 7D 23 7D 24 C0 23 CD 36 7E
应答：
7E FF 7D 23 C0 21 7D 21 7D 21 7D 20 7D 36 7D 21 7D 24 7D 25 DC 7D 22 7D 26 7D20 7D 20 7D 20 7D 20 7D 27 7D 22 7D 28 7D 22 7D 23 7D 24 C0 23 26 B4 7E
7E FF 7D 23 C0 21 7D 22 7D 21 7D 20 7D 2A 7D 22 7D 26 7D 20 7D 2A 7D 20 7D 204B 7C 7E
7E FF 7D 23 C0 21 7D 22 7D 22 7D 20 7D 2A 7D 22 7D 26 7D 20 7D 2A 7D 20 7D 204C AA 7E
7E FF 7D 23 C0 21 7D 21 7D 21 7D 20 7D 36 7D 21 7D 24 7D 25 DC 7D 22 7D 26 7D20 7D 20 7D 20 7D 20 7D 27 7D 22 7D 28 7D 22 7D 23 7D 24 C0 23 26 B4 7E
7E FF 7D 23 C0 21 7D 21 7D 22 7D 20 7D 32 7D 22 7D 26 7D 20 7D 20 7D 20 7D 207D 27 7D 22 7D 28 7D 22 7D 23 7D 24 C0 23 F5 37 7E
发送：
7E FF 7D 23 C0 23 7D 21 7D 23 7D 20 7D 24 E1 7D 36 7E
应答：
7E FF 7D 23 C0 23 7D 22 7D 23 7D 20 7D 2D 7D 28 57 65 6C 63 6F 6D 65 21 BF 5D
7E
TCP/IP连接过程如下，
发送：
7E FF 7D 23 80 21 7D 21 7D 24 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 20 7D 20 7D 20 7D 207D 2B 5A 7E
7E FF 7D 23 80 21 7D 22 7D 21 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 C0 A8 6F 6F DA D3 7E
7E FF 7D 23 80 21 7D 21 7D 25 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 20 7D 20 7D 20 7D 20F6 7D 37 7E
7E FF 7D 23 80 21 7D 21 7D 25 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 2A 30 22 52 E2 2C 7E
应答：
7E FF 7D 23 80 21 7D 21 7D 21 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 C0 A8 6F 6F B3 A7 7E
7E FF 7D 23 80 21 7D 23 7D 24 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 2A 30 22 52 51 39 7E
7E FF 7D 23 80 21 7D 23 7D 25 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 2A 30 22 52 AC 74 7E
7E FF 7D 23 80 21 7D 22 7D 25 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 2A 30 22 52 8B 58 7E
发送：
7E FF 03 00 21 45 00 00 2F 00 00 00 00 FF 06 E6 2D 0A 30 20 53 DA 3D D0 DA 7D 3388 7D 33 8A 00 7D 5D 33 00 00 00 00 00 60 02 02 00 67 AA 00 00 02 04 01 00 03 03 00 0B1B 7E
应答：
7E FF 03 00 21 45 00 00 2C 6A 3A 40 00 72 06 C8 F6 DA 3D D0 DA 0A 30 20 53 7D33 8A 7D 33 88 65 2F 2B A5 00 7D 5D 33 01 60 12 FF FF D7 66 00 00 02 04 05 64 24 7A7E
发送：
7E FF 03 00 21 45 00 00 28 00 01 00 00 FF 06 E6 33 0A 30
Claims (10)
1.一种基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、船载终端设备(3)登陆系统识别中心(1)，并从系统识别中心(1)获取当前周围其它船载终端设备(3)的网络链接信息、安全认证信息编码和自身安全认证信息编码；
步骤二、系统识别中心(1)将该船舶的安全认证信息编码发送给待识别的船载终端设备(3)，以确定邻近船舶；
步骤三、船载终端设备(3)链接周围船舶，在利用安全认证信息编码进行身份认证之后，互相播发船舶识别信息，从而实现相互之间的自动识别。
2.根据权利要求1所述的基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，在步骤三所述的船载终端设备(3)链接周围船舶，在利用安全认证信息编码进行身份认证之后，互相播发船舶识别信息的步骤之后，还包括系统识别中心(1)辅助船舶自动识别搜索的步骤，具体如下：
a)系统识别中心(1)接收船载终端设备(3)的自动识别请求；
b)确认后，系统识别中心(1)接收船载终端设备(3)的识别条件；
c)系统识别中心(1)搜索该船舶周围的船舶链接信息发送给请求的船载终端设备(3)；
d)船载终端设备(3)判断是否与待识别船舶存在IP连接通道；如果存在，则转入步骤f)；如果不存在，则执行步骤e)；
e)与待识别船舶的船载终端设备(3)建立IP链接通道；
f)与建立IP链接通道的待识别船舶之间传送各种自动识别信息；
g)判断已经相互识别的船舶是否超出了识别范围；
h)如果是，从识别船舶列表中删除超出识别范围的船舶，否则返回步骤d)重复执行；
i)直到该船载终端设备停止运行时，结束。
3.根据权利要求2所述的基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，所述船舶自动识别信息包括船舶静态信息、动态信息和航次信息。
4.根据权利要求3所述的基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，所述船舶静态信息包括船名、呼号、IMO号或船舶登记号、船型、船长、船宽、天线位置信息，所述动态信息包括经度、纬度、航向、航速信息，所述航次信息包括目的地、到达时间。
5.根据权利2所述的基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，对船载终端设备So，满足自动识别条件的其它船载终端设备需要通过搜索所有当前在线的船载终端设备数据结构来获得；对每一个满足条件的船载终端设备Si，搜索判决式如下式所示：
其中，
r为识别范围半径。
6.根据权利要求1所述的基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，在步骤三所述的船载终端设备(3)链接周围船舶，在利用安全认证信息编码进行身份认证之后，互相播发船舶识别信息的步骤之后，还包括船舶自主搜索的步骤，具体如下：
A)开机启动；
B)读取最近历史船舶链表信息；
C)遍历链接历史识别船舶；
D)判断是否存在可用链接，如果存在，则转入步骤E)，否则，执行步骤J)；
E)与可用链接建立IP链接通道；
F)发送识别条件给该连接终端设备；
G)判断该链接识别船舶是否处于识别范围，如果是，则执行步骤H)，否则，执行步骤I)；
H)将该链接识别船舶内已经识别的、符合本船舶识别条件的船舶识别信息发送给本船舶，并转入步骤E)继续执行；
I)获取最优识别船舶链接信息发送给本船舶，并转入步骤D)继续执行；
J)如果不能执行船舶自主搜索流程，则转入系统识别中心(1)辅助船舶搜索的识别模式。
7.根据权利要求6所述的基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，当船舶SA需要通过远距离船舶SB链接信息搜索附近其它待识别船舶时，对SB而言，需要搜索到一过渡识别船舶S′i，使得SA与S′i之间距离LA-i最小；依此类推，直到搜索到一识别节点S″i，使得LA-i″小于船舶SA的识别半径；再通过节点S″i获取识别范围内的其它船舶。
8.根据权利要求6所述的基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，在识别路径上，对任一过渡识别船舶S′i，其识别范围内的最优过渡识别船舶S′Exp-i选择算法如下式所示：
由上述两式可以获得过渡识别船舶S′i识别范围内离船舶SA最近的一个船舶作为最优过渡识别船舶；在最优过渡识别船舶搜索过程中，当最优过渡识别船舶S′Exp-i在船舶SA的识别范围IR内时，则转发船舶S′Exp-i的链接参数和身份安全认证信息至船舶SA；船舶SA链接船舶S′Exp-i，并通过船舶S′Exp-i对当前识别范围内的所有其它船舶进行自动识别。
9.根据权利要求1所述的基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，在步骤三所述的船载终端设备(3)链接周围船舶，在利用安全认证信息编码进行身份认证之后，互相播发船舶识别信息的步骤之后，还包括船载终端设备(3)迁移过程中的船舶自动识别的步骤，具体如下：
i)船载终端设备(3)持续运行；
ii)遍历所有建立链接的识别船舶；
iii)计算当前遍历船舶是否处于其它识别船舶的识别范围内，如果是，进入步骤iv)，否则执行步骤v)；
iv)发送当前遍历船舶的识别条件和连接参数信息给处于其识别范围内的其它识别船舶；
v)判断当前遍历船舶是否仍处于本船的识别范围内，如果是，执行步骤vii)，否则，执行步骤vi)；
vi)删除超出识别范围的船舶；
vii)接收其它识别船舶发送过来的待识别船舶的识别信息；
viii)与待识别船舶建立IP连接通道；
ix)与所有识别船舶进行识别信息的收发。
10.根据权利要求9所述的基于移动IP技术的船舶自动识别方法，其特征在于，在船舶动态迁移过程中，需要实时计算和更新每个船舶的当前识别船舶列表；对任一船舶而言，在接收和相互转发识别信息的同时，还要辅助计算其它已识别的船舶之间是否满足自动识别条件，上述步骤ix)与其它各步骤可同步执行。
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| CN 201010253703 CN101958922A (zh) | 2010-08-10 | 2010-08-10 | 一种基于移动ip技术的船舶自动识别方法 |
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| CN 201010253703 CN101958922A (zh) | 2010-08-10 | 2010-08-10 | 一种基于移动ip技术的船舶自动识别方法 |
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| CN 201010253703 Pending CN101958922A (zh) | 2010-08-10 | 2010-08-10 | 一种基于移动ip技术的船舶自动识别方法 |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110126 |