CN105634581A - 一种减小ais信号混叠的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，包括：终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表；终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表；终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道。本发明能够在不增加系统复杂度的同时充分利用系统中信息资源来解决暴露/隐藏终端问题，从而减轻星载AIS由于覆盖范围增加而带来的信号混叠问题，降低时隙冲突概率提高系统可靠性。

Description

一种减小AIS信号混叠的方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法及系统。

背景技术

AIS可以利用VHF无线数据链路和自组织时分多址接人技术在不需要船舶驾驶员介入的条件下，根据船舶的运动情况，周期性地在专用的VHF频道自动广播船舶的标识、位置等本船的信息。

自组织时分多址协议SOTDMA(Self-OrganizedTimeDivisionMultipleAccess)技术可以理解为多个用户可以按照时间分割制度，使用同一个信道发送信息而互不干扰的通信技术。信道时间被划分为固定的数据帧，一个数据帧包含一定数量的时隙。在AIS中，一帧的时间长度为一分钟，被划分为2250个时隙；每个时隙为26.67ms。每个时隙可发布一条不长于256bit的信息，长于256比特的信息需增加时隙。每条船舶会通过询问(自动)选择一个发生冲突的时隙来发布本船的信息。AIS信号覆盖范围内任何船舶都能自行互不干扰的发送报告和接收其他船舶AIS(或岸基AIS网络系统)的报告。理论上，AIS系统(在同一区域)能同时容纳200300艘船舶进行互相通信，当系统超载时，只有距离很远的目标才会被放弃，以保证作为AIS船对船通信主要对象的近距离目标的优先权。

现有技术中各终端AIS相互通信的一种方法为：基于自组织时分多址协议SOTDMA自动定时发射航标的相关信息。

随着航天技术特别是小卫星技术的快速发展，基于星载AIS实现大范围甚至全球海洋监视已经成为必然的发展趋势。

但是，星载AIS在提高了覆盖范围的同时也带来了时隙冲突的可能性。通常情况下，在AIS子网通信范围内，相关AIS设备通过TDMA协议有组织的协同工作，避免发射和接收时隙冲突。上述现有技术中的的缺点为：星载AIS将能作用于更多独立的AIS子网，这种情况下传统的自组织时分多址协议就无法保证不同子网间的协同工作，导致卫星接收机处的时隙冲突概率上升，给航行安全带来了隐患。

发明内容

本发明的实施例提供了基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，用于解决星载AIS将能作用于更多独立的AIS子网，这种情况下传统的自组织时分多址协议就无法保证不同子网间的协同工作，导致卫星接收机处的时隙冲突概率上升的问题。

本发明提供了一种基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，包括：

终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表；

终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表；

终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道。

根据本发明的上述方法，所述终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表，包括：

终端侦听信道一个超帧周期接收来自其他终端的节点消息，从所述节点消息中提取其他终端的控制信令，由所述其他终端的控制信令获取其他终端的时隙预约表。

根据本发明的上述方法，所述终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表，包括：

终端侦听信道一个超帧周期接收来自其他终端的节点消息，从所述节点消息中提取其他终端的控制信令子包，由所述其他终端的控制信令子包获取其他终端的时隙预约表。

根据本发明的上述方法，所述终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表，包括：

终端侦听信道一个超帧周期结束之后，在下一个超帧周期的开始，根据上一个超帧周期内获取的其他终端各自的时隙预约表，形成终端的时隙状态表，根据所述终端的时隙状态表更新在下一个超帧周期内终端自身的时隙预约表。

根据本发明的上述方法，还包括：

根据所述终端的时隙状态表中各个时隙的状态，搜索空闲时隙个数，根据所述终端的时隙状态表中空闲时隙的数量来判断信道资源充足或紧张。

根据本发明的上述方法，所述终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道，包括：

当所述信道资源充足时，各终端将更新后的本次超帧周期的各终端自身时隙预约表封装为控制信令，根据所获取的其他终端各自的时隙预约表，在候选时隙中选取5个连续的空闲时隙，将所述控制信令封装后发送至信道。

根据本发明的上述方法，所述各终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道，包括：

当所述信道资源紧张时，各终端将更新后的本次超帧周期的各终端自身时隙预约表封装为控制信令，根据所获取的其他终端各自的时隙预约表，在候选时隙中选取的空置时隙的空置比特位，将所述控制信令按顺序拆分为若干控制信令子包并对所述控制信令子包进行顺序标识，将所述控制信令子包分别封装后发送至信道。

根据本发明的另一方面，还提供基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的系统，包括：时隙预约表获取模块，时隙预约表更新模块和发送模块，其中，

时隙预约表获取模块：其用于使终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表；

时隙预约表更新模块：其用于使终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表；

发送模块：其用于使终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例能够在不增加系统复杂度的同时充分利用系统中信息资源来解决暴露/隐藏终端问题，从而减轻星载AIS由于覆盖范围增加而带来的信号混叠问题，降低时隙冲突概率提高系统可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的自组织时分多址协议SOTDMA接入原理图；

图2为本发明实施例一提供的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法处理流程图；

图3为本发明实施例二提供的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法处理流程图；

图4为本发明实施例二信道资源充足时控制信令结构图；

图5为本发明实施例二信道资源紧张时控制信令结构图；

图6为本发明实施例三提供的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的系统模块图。

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

本发明实施例一提供一种减小星载AIS信号混叠概率的自组织时分多址接入方法，自组织时分多址协议SOTDMA接入原理图如附图1所示，本发明实施例一提供的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法处理流程图如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤S11、终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表；

步骤S12、终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表；

步骤S13、终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道。

实施例二

本实施例提供了基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，的处理流程如图3所示，包括如下的处理步骤：

步骤S21、当前终端侦听信道一个超帧的时间；

当前终端入网前，先侦听信道一个超帧的时间作为第一个超帧周期；

步骤S22、终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表；

终端侦听信道一个超帧周期接收来自其他终端的节点消息，从所述节点消息中提取其他终端的控制信令，由其他终端的控制信令获取其他终端的时隙预约表；或终端侦听信道一个超帧周期接收来自其他终端的节点消息，从所述节点消息中提取其他终端的控制信令子包，由其他终端的控制信令子包获取其他终端的时隙预约表。步骤S23、终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表；

根据上一个超帧周期内获取的其他终端各自的时隙预约表，获得其他用户对时隙的占用情况、预约情况及用户的位置信息，形成终端的时隙状态表，再根据时隙预约选择算法，利用时隙状态表中的信息，确定终端能预约的时隙位置。

时隙预约选择算法包括：

步骤A，从候选时隙中选择起始发送时隙NSS，用于终端首次发送预定的报告。

步骤B，按照公式：NS＝NSS+(n×NI)，(0≤n<Rr)，NI＝2250/Rr，选择标称发送时隙NS。

步骤C，在NS-0.1×NI到NS+0.1×NI范围内的候选时隙中，选择标称发送时隙NTS。

将NTS时隙标示为内部划分，对本次超帧周期内发送增加相对下一个超帧周期的NTS时隙的偏置，发送之后根据偏置值等待下一个超帧周期的NTS时隙的到来。

另外，关于候选时隙，用于发送的时隙都是从候选时隙中选出的，候选时隙至少为4个。如果空闲状态的候选时隙少于4个时，将外部划分且可共享状态的时隙加入到候选时隙中来，当要从候选时隙中选择一个发射时隙时，每个候选时隙都处于同等地位，选取的概率相等。

根据终端的时隙状态表更新在下一个超帧周期内终端自身的时隙预约表。

具体地，在每个超帧周期开始时，根据上一个超帧周期内获取的其他终端各自的时隙预约表形成终端的时隙状态表，将所有非空闲状态时隙的时隙超时号进行减一处理，若时隙的时隙超时号减一后等于零，则将所述时隙置为空闲状态，更新本次超帧周期的自己的时隙预约表。

根据所述终端的时隙状态表中各个时隙的状态，搜索空闲时隙个数，根据所述终端的时隙状态表中空闲时隙的数量来判断信道资源充足或紧张。

时隙预约表内容包括：时隙标号(SN)、时隙状态(SS)、占用终端标号(TerID)和时隙超时号(TMO)，时隙标号为时隙的唯一标识，范围为0～2249，时隙状态为该时隙是否被占用以及被哪一类终端占用的标识，若该时隙被占用，则占用终端标号为占用该时隙的终端ID，时隙超时号表示该时隙被该节点占用几个超帧。时隙状态包括以下4种：空闲、内部划分、外部划分且可共享、外部划分且不可用，空闲表示本时隙未被占用，内部划分表示时隙被本节点占用，外部划分且可共享表示该时隙被一个远端节点占用，外部划分且不可用表示该时隙被同一AIS子网内的节点占用。

步骤S24、终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道；

步骤S241、当信道资源充足时，终端将更新后的本次超帧周期的终端自身时隙预约表封装为控制信令，如附图4所示的控制信令结构图，根据所获取的其他终端各自的时隙预约表，在候选时隙中选取5个连续的空闲时隙，将所述控制信令封装后发送至信道。其中，终端根据上一个超帧周期内获取的其他终端各自的时隙预约表，获得其他用户对时隙的占用情况、预约情况及用户的位置信息，形成终端的时隙状态表，根据时隙预约选择算法，在候选时隙中选取5个连续的空闲时隙，确定终端能预约的时隙位置。

在上一个超帧周期内，已经选择标称发送时隙NTS，在本次超帧周期内等待NTS时隙的到来，在NTS时隙到达时刻减少NTS时隙的超时计数，若时隙超时减为0，则根据时隙预约算法，在标称时隙NS周围搜索空闲时隙，随机选取新的NTS，计算新的NTS与当前NTS的偏置，并为新的NTS随机指配一个时隙超时数值。若这一时隙超时计数还未减为0，则时隙偏置数值置为0，将时隙超时计数和时隙偏置数值插入到消息分组的通信状态中，并在所划分的NTS时隙中发送封装后的控制信令，之后再回到执行步骤S21，终端等待下一个超帧周期NTS的到来。

步骤S242、当信道资源紧张时，各终端将更新后的本次超帧周期的各终端自身时隙预约表封装为控制信令，如附图5所示的控制信令结构图，根据所获取的其他终端各自的时隙预约表，在候选时隙中选取的空置时隙的空置比特位，将所述控制信令按顺序拆分为若干控制信令子包并对所述控制信令子包进行顺序标识，将控制信令子包分别封装后发送至信道。

终端不为控制信令单独预约时隙进行发送，本实施例中，在执行对控制信令子包分别封装操作，具体为，寻找需要进行比特填充的终端待发送信息，将控制信令子包与需要进行比特填充的待发送信息组合，并对子包序号进行标识，再将组合后的信息封装后发送至信道。

在上一个超帧周期内，已经选择标称发送时隙NTS，在本次超帧周期内等待NTS时隙的到来，在NTS时隙到达时刻减少NTS时隙的超时计数，若时隙超时减为0，则根据时隙预约算法，在标称时隙NS周围搜索空闲时隙，随机选取新的NTS，计算新的NTS与当前NTS的偏置，并为新的NTS随机指配一个时隙超时数值。若这一时隙超时计数还未减为0，则时隙偏置数值置为0，将时隙超时计数和时隙偏置数值插入到消息分组的通信状态中，并在所划分的NTS时隙中发送控制信令子包与需要进行比特填充的待发送信息组合封装后的消息，之后再回到执行步骤S21，终端等待下一个超帧周期NTS的到来。

实施例三

该实施例提供了基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的系统，其具体实现结构如图6所示，具体可以包括如下的模块：时隙预约表获取模块51，时隙预约表更新模块52和发送模块53，其中，

时隙预约表获取模块51：其用于使终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表；

进一步地，终端侦听信道一个超帧周期接收来自其他终端的节点消息，从所述节点消息中提取其他终端的控制信令，由其他终端的控制信令获取其他终端的时隙预约表；或终端侦听信道一个超帧周期接收来自其他终端的节点消息，从所述节点消息中提取其他终端的控制信令子包，由其他终端的控制信令子包获取其他终端的时隙预约表。

时隙预约表更新模块52：其用于使终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表；

进一步地，根据上一个超帧周期内获取的其他终端各自的时隙预约表，获得其他用户对时隙的占用情况、预约情况及用户的位置信息，形成终端的时隙状态表，再根据时隙预约选择算法，利用时隙状态表中的信息，确定终端能预约的时隙位置。

根据终端的时隙状态表更新在下一个超帧周期内终端自身的时隙预约表。

进一步地，在每个超帧周期开始时，根据上一个超帧周期内获取的其他终端各自的时隙预约表形成终端的时隙状态表，将所有非空闲状态时隙的时隙超时号进行减一处理，若所述时隙的时隙超时号减一后等于零，则将所述时隙置为空闲状态，更新本次超帧周期的自己的时隙预约表。

进一步地，根据所述终端的时隙状态表中各个时隙的状态，搜索空闲时隙个数，根据所述终端的时隙状态表中空闲时隙的数量来判断信道资源充足或紧张。

其中，时隙预约表内容包括：时隙标号(SN)、时隙状态(SS)、占用终端标号(TerID)和时隙超时号(TMO)，时隙标号为时隙的唯一标识，范围为0～2249，时隙状态为该时隙是否被占用以及被哪一类终端占用的标识，若该时隙被占用，则占用终端标号为占用该时隙的终端ID，时隙超时号表示该时隙被该节点占用几个超帧。时隙状态包括以下4种：空闲、内部划分、外部划分且可共享、外部划分且不可用，空闲表示本时隙未被占用，内部划分表示时隙被本节点占用，外部划分且可共享表示该时隙被一个远端节点占用，外部划分且不可用表示该时隙被同一AIS子网内的节点占用。

发送模块：其用于使终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道。

进一步地，当信道资源充足时，终端将更新后的本次超帧周期的终端自身时隙预约表封装为控制信令，如附图4所示的控制信令结构图，根据所获取的其他终端各自的时隙预约表，在候选时隙中选取5个连续的空闲时隙，将所述控制信令封装后按照发送至信道。

其中，终端根据上一个超帧周期内获取的其他终端各自的时隙预约表，获得其他用户对时隙的占用情况、预约情况及用户的位置信息，形成终端的时隙状态表，根据时隙预约选择算法，在候选时隙中选取5个连续的空闲时隙，确定终端能预约的时隙位置。

在上一个超帧周期内，已经选择标称发送时隙NTS，在本次超帧周期内等待NTS时隙的到来，在NTS时隙到达时刻减少NTS时隙的超时计数，若时隙超时减为0，则根据时隙预约算法，在标称时隙NS周围搜索空闲时隙，随机选取新的NTS，计算新的NTS与当前NTS的偏置，并为新的NTS随机指配一个时隙超时数值。若这一时隙超时计数还未减为0，则时隙偏置数值置为0，将时隙超时计数和时隙偏置数值插入到消息分组的通信状态中，并在所划分的NTS时隙中发送封装后的控制信令，之后终端再接着侦听信道，等待下一个超帧周期NTS的到来。

进一步地，当信道资源紧张时，各终端将更新的本次超帧周期的各终端自身时隙预约表封装为控制信令，如附图5所示的控制信令结构图，根据所获取的其他终端各自的时隙预约表，在候选时隙中选取的空置时隙的空置比特位，将所述控制信令按顺序拆分为若干控制信令子包并对所述控制信令子包进行顺序标识，将控制信令子包分别封装后发送至信道。

终端不为控制信令单独预约时隙进行发送，本实施例中，在执行对控制信令子包分别封装操作，具体为，寻找需要进行比特填充的终端待发送信息，将控制信令子包与需要进行比特填充的待发送信息组合，对数据包进行填充，并在消息分组中数据部分的头部对子包序号进行标识，以便其他终端对控制信令进行重新组合，再将组合后的信息封装后发送至信道。

在上一个超帧周期内，已经选择标称发送时隙NTS，在本次超帧周期内等待NTS时隙的到来，在NTS时隙到达时刻减少NTS时隙的超时计数，若时隙超时减为0，则根据时隙预约算法，在标称时隙NS周围搜索空闲时隙，随机选取新的NTS，计算新的NTS与当前NTS的偏置，并为新的NTS随机指配一个时隙超时数值。若这一时隙超时计数还未减为0，则时隙偏置数值置为0，将时隙超时计数和时隙偏置数值插入到消息分组的通信状态中，并在所划分的NTS时隙中发送控制信令子包与需要进行比特填充的待发送信息组合封装后的消息，之后终端再接着侦听信道，等待下一个超帧周期NTS的到来。

用本发明实施例的系统进行减小AIS信号混叠的具体过程与前述方法实施例类似，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例通过在自组织时分多址接入协议中建立控制信令，各终端基于所述控制信令交互各自当前的时隙预约信息。能够在不增加系统复杂度的同时充分利用系统中信息资源来解决暴露/隐藏终端问题，从而减轻星载AIS由于覆盖范围增加而带来的信号混叠问题，降低时隙冲突概率提高系统可靠性。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，其特征在于，包括：

终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表；

终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表；

终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道。

2.根据权利要求1所述的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，其特征在于，所述终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表，包括：

终端侦听信道一个超帧周期接收来自其他终端的节点消息，从所述节点消息中提取其他终端的控制信令，由所述其他终端的控制信令获取其他终端的时隙预约表。

3.根据权利要求1所述的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，其特征在于，所述终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表，包括：

终端侦听信道一个超帧周期接收来自其他终端的节点消息，从所述节点消息中提取其他终端的控制信令子包，由所述其他终端的控制信令子包获取其他终端的时隙预约表。

4.根据权利要求1所述的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，其特征在于，所述终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表，包括：

终端侦听信道一个超帧周期结束之后，在下一个超帧周期的开始，根据上一个超帧周期内获取的其他终端各自的时隙预约表，形成终端的时隙状态表，根据所述终端的时隙状态表更新在下一个超帧周期内终端自身的时隙预约表。

5.根据权利要求4所述的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，其特征在于，还包括：

根据所述终端的时隙状态表中各个时隙的状态，搜索空闲时隙个数，根据所述终端的时隙状态表中空闲时隙的数量来判断信道资源充足或紧张。

6.根据权利要求1所述的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，其特征在于，所述终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道，包括：

当所述信道资源充足时，各终端将更新后的本次超帧周期的各终端自身时隙预约表封装为控制信令，根据所获取的其他终端各自的时隙预约表，在候选时隙中选取5个连续的空闲时隙，将所述控制信令封装后发送至信道。

7.根据权利要求1所述的基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的方法，其特征在于，所述各终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道，包括：

当所述信道资源紧张时，各终端将更新后的本次超帧周期的各终端自身时隙预约表封装为控制信令，根据所获取的其他终端各自的时隙预约表，在候选时隙中选取的空置时隙的空置比特位，将所述控制信令按顺序拆分为若干控制信令子包并对所述控制信令子包进行顺序标识，将所述控制信令子包分别封装后发送至信道。

8.基于自组织时分多址协议的减小AIS信号混叠的系统，其特征在于，包括：时隙预约表获取模块，时隙预约表更新模块和发送模块，其中，

时隙预约表获取模块：其用于使终端通过侦听信道获取其他终端各自的时隙预约表；

时隙预约表更新模块：其用于使终端根据所获取其他终端各自的时隙预约表以更新终端自身的时隙预约表；

发送模块：其用于使终端将更新后的时隙预约表封装并发送至信道。