CN107819676B - 基于加权矩阵模型的智能路由装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于加权矩阵模型的智能路由装置及方法,所述装置包括数据信息采集模块、数据信息处理模块、智能路由模块和通信接口模块,数据信息采集模块用于采集待发送数据;数据信息处理模块用于对待发送数据进行分析处理,并根据分析结果进行设置综合权重值;智能路由模块用于根据设置的综合权重值利用加权矩阵模型进行计算;通信控制器用于根据加权矩阵模型的计算结果控制通信接口模块选择对应通信设备的接口,实现通信方式的自动选择和切换。本发明能对多种通信设备统一管理和操作,并能根据具体的数据传输业务需求在多种通信设备间自动切换,节省了船岸间数据通信的费用,提高了船岸间数据通信的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及船舶通讯技术领域,具体而言,本发明设计了一种基于加权矩阵模型的智能路由装置及方法。
背景技术
传统的船岸间数据通信局限于电话、传真、电报等模拟传输手段。随着通信技术的快速发展,近年来出现了一些新型的船岸数据通信方式。新型通信方式的出现满足了船岸间日益增长的数据通信业务需求,但随之而来,出现船岸间同一数据通信会有多种传输设备可供选择的情况。目前,实现船岸之间通信的船上通信设备主要有:AIS(船舶自动识别系统)、3G/4G等地面通信设备,北斗、海卫通等卫星通信设备。这些船岸通信方式都有各自的优势和不足。卫星通信方式具有可靠性高、传输效率高、适用于全球范围传输的优势,但缺点是费用比较高,经济性低,不适用于数据传输量大、数据重要性低、数据实时性要求不高的场景。AIS、3G/4G等通信方式虽然费用较之卫星通信更为低廉,但存在传输距离不够远、可靠性低等缺点。AIS、3G/4G、海卫通、北斗短报文四种通信方式的对比如图2所示。由于海上通信系统种类繁多,在业务上也并非完全一样。在实际应用中,根据不同的业务,往往需要人为地分析和选择相应的设备并对之进行手工操作,给船舶和船舶之间以及船岸之间的通信带来了很大的不便。因此,为解决船舶多种传输通信设备并存,经济高效的利用这些设备,有必要对船岸通信的多种通信方式自适应选择机制进行研究,使得船舶可以根据数据实时性、传输距离等具体需求自动选择相适应的通信设备。
发明内容
本发明针对当前船舶上多种通信系统并存但不能根据船岸数据通信的具体业务进行通信方式的自动选择和切换的问题,提供了一种基于加权矩阵模型的智能路由装置及方法,该装置能对船舶各种通信设备进行统一管理和操作,并能通过对数据传输业务的分析依照加权矩阵模型的控制策略选择最佳的通信设备进行船岸间的数据通信。
为实现上述目的,本发明所设计的基于加权矩阵模型的智能路由装置,其特殊之处在于,所述智能路由装置包括数据信息采集模块、数据信息处理模块、智能路由模块和通信接口模块,
所述数据信息采集模块:与数据源连接,用于采集待发送数据;
所述数据信息处理模块:用于对待发送数据进行分析处理,并根据分析结果进行设置综合权重值,同时对图像和视频数据进行压缩;
所述智能路由模块:用于根据设置的综合权重值利用加权矩阵模型进行计算;
所述通信控制器:与通信设备连接,用于根据加权矩阵模型的计算结果控制通信接口模块选择对应通信设备的接口,实现通信方式的自动选择和切换。
进一步地,所述数据信息处理模块对待发送数据分析处理内容包括:判断待发送数据类型、数据实时性要求等级、数据可靠性要求等级、数据经济性要求等级、数据重要程度、数据量大小、检测现有通信设备。
更进一步地,所述与数据信息采集模块连接的数据源包括:从AIS设备得到的AIS数据、传感器数据包、从CCTV、数码相机处得到的图像和视频信息和人工输入的文本信息。
更进一步地,所述数据信息处理模块以传输速率作为实时性评价指标,将实时性要求分为高、中、低三个层次,对应参数设置为1、2、3;以数据传输误码率作为可靠性评价指标,数据可靠性要求等级分为高、中、低三个等级,将对应参数设置为1、2、3;以资费高低作为经济性评价指标,将数据经济性要求等级分为三个等级高、中、低,对应参数设置为1、2、3;数据重要程度分为重度、一般两个层次,对应参数设置为1、2;数据量大小分为大量、一般、少量三个层次,对应参数设置为1、2、3。
更进一步地,所述数据信息处理模块实时接收通信设备传输的信号强度信息,并通过对信号强度的判断检测现有通信设备连接是否正常,并根据检测到的通信设备选定相应的通信设备性能矩阵。
更进一步地,所述加权矩阵模型为T=K*I+V表示,T表示最终值矩阵,K表示通信设备性能矩阵,I表示权值矩阵,V表示初始值矩阵。
更进一步地,所述通信设备性能矩阵中的每一行分别表示一种通信设备,第一列到第三列分别表示对应通信设备的可靠性参数、传输速率参数、经济性参数。
更进一步地,所述权值矩阵中第一行表示数据重要程度与数据量大小与可靠性的综合权重值,第二表示数据重要程度与数据量大小与实时性的综合权重值,第三行表示数据重要程度与数据量大小与经济性的综合权重值。
更进一步地,所述通信设备包括AIS、3G/4G、北斗短报文、海卫通站。
一种基于上述基于加权矩阵模型的智能路由装置的方法,其特殊之处在于,所述方法包括如下步骤:
1)所述数据信息处理模块向所有通信设备发出检测信号,根据通信设备反馈的信号强度,确定每种通信设备的设备性能矩阵;
2)所述数据信息处理模块对数据信息采集模块采集的传输数据进行分析,确定综合权重值;
3)所述智能路由模块根据设置的综合权重值和每种通信设备的设备性能矩阵利用加权矩阵模型进行计算,确定最终值矩阵里数值最小的通信设备;
4)所述通信控制器根据计算结果控制通信接口模块选择最终值矩阵里数值最小的通信设备的接口进行数据传输。
优选地,所述综合权重值包括数据重要程度与数据量大小与可靠性的综合权重值、数据重要程度与数据量大小与实时性的综合权重值、数据重要程度与数据量大小与经济性的综合权重值。
本发明具有以下有益效果:
1.本发明能对多种通信设备统一管理和操作,并能根据具体的数据传输业务需求在多种通信设备间自动切换,节省了船岸间数据通信的费用,提高了船岸间数据通信的灵活性;
2.本发明提出的加权矩阵模型综合考虑了船岸数据通信间数据重要性、数据量大小、数据类型、实时性、可靠性、经济性六大要素之间的关系,使得船舶可以依据该数学模型的计算结果通过通信接口模块自动选择最佳的通信设备。
附图说明
图1为本发明基于加权矩阵模型的智能路由装置的结构示意图。
图2为各种通信方式性能对比表。
图3为各种通信方式性能参数。
图4为本发明基于加权矩阵模型的智能路由装置的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示,本发明一种基于加权矩阵模型的智能路由装置,包括数据信息采集模块、数据信息处理模块、智能路由模块和通信接口模块。
数据信息采集模块与数据源连接,用于采集待发送数据。数据源主要包括AIS设备得到的AIS数据、罗经、气象仪等传感器的数据包、以及从CCTV、数码相机处得到的图像和视频信息和人工输入的文本信息。数据信息处理模块用于对待发送数据进行分析处理,并根据分析结果进行设置综合权重值,同时对图像和视频数据进行压缩。智能路由模块用于根据设置的综合权重值利用加权矩阵模型进行计算。通信控制器与通信设备连接,用于根据加权矩阵模型的计算结果控制通信接口模块选择对应通信设备的接口,实现通信方式的自动选择和切换。
数据信息处理模块程序会根据通信设备传输的信号强弱信息实时检测现有的通信设备,并能根据待发送数据的数据类型、数据量大小、数据重要程度、实时性、经济性、可靠性等业务传输要求设置相应的参数值。智能路由模块程序采用了加权矩阵模型,该模型在综合考虑数据传输业务实时性、经济性、可靠性、数据重要程度、数据量大小的基础上结合各通信设备在传输速率、可靠性及经济性方面的优缺点,自动选择最佳的通信方式。通信接口模块由多种通信接口组成,该模块通过不同的通信接口连接到AIS通信设备1、3G/4G通信设备2、船台北斗设备3以及船台海卫通站4。船舶AIS通信设备通过VHF频段进行数据传输,船舶3G/4G通信设备通过CDMA通信模块进行数据传输,船台北斗站将数据以短报文的格式通过北斗卫星进行传输,船台海卫通站通过海事卫星进行数据传输。
数据信息处理模块会实时接收通信设备传输的信号强度信息,并通过对信号强度的判断检测现有通信设备连接是否正常,并根据检测到的通信设备选定相应的通信设备性能矩阵。
数据信息处理模块可根据所需传输的数据实时性、可靠性、经济性、数据重要程度、数据量大小要求进行相关参数设置并将参数设置结果送至设备选择模块,以传输速率作为实时性评价指标,实时性要求分为高、中、低三个层次,对应参数设置为1、2、3,以数据传输误码率作为可靠性评价指标,可靠性要求分为高、中、低三个等级,对应参数设置为1、2、3,以资费高低作为经济性评价指标,经济性可分为三个等级高、中、低,对应参数设置为1、2、3,数据重要程度可分为重度、一般两个层次,对应参数可设置为1、2,数据量大小可分为大量、一般、少量三个层次,对应参数可设置为1、2、3。实时性评价指标、可靠性评价指标、经济性评价指标、数据重要程度、数据量大小这些指标的参数构成综合权重值。
智能路由模块,可以通过加权矩阵模型对船岸数据传输的传输距离、数据重要性、数据量大小、可靠性、传输速率、经济性因素进行加权计算,得到最合适的船岸通信方式,并将得到的结果送至通信接口模块。
智能路由模块采用加权矩阵模型:最终值矩阵=通信设备性能矩阵×权值矩阵,该模型可用公式T=K*I+V表示,T表示最终值矩阵,K表示通信设备性能矩阵,I表示权值矩阵,V表示初始值矩阵。
其中,通信设备性能矩阵由通信设备的三个性能评价指标可靠性、传输速率、经济性得出,具体如图3所示,根据该表可得出四种通信设备信号均正常时通信设备性能矩阵为3G/4G通信设备无信号或信号强度不满足传输要求而其它三种通信设备信号正常时,通信设备性能矩阵为3G/4G和AIS通信设备均无信号或信号强度不满足数据传输要求而其它两种通信设备信号正常时,通信设备性能矩阵为该矩阵中第一行到第四行分别代表了通信设备海卫通、北斗短报文、3G/4G、AIS,该矩阵中第一列到第三列分别对应的是通信设备的可靠性参数、传输速率参数、经济性参数;
智能路由模块加权矩阵模型中的权值矩阵为该矩阵中第一行为数据重要程度与数据量大小与可靠性的综合权重值,第二行为数据重要程度与数据量大小与实时性的综合权重值,第三行为数据重要程度与数据量大小与经济性的综合权重值。K(i)为数据重要程度权重参数,K(i)与可靠性和传输速率指标呈正比,与经济性指标呈反比,M(i)为数据量大小权重参数,M(i)与可靠性和传输速率指标呈反比,与经济性指标呈正比,n1为可靠性权重参数,n2为实时性权重参数,n3为经济性权重参数,该模块可根据数据分析处理模块送至的对应具体数据传输业务的需求设定的各性能等级参数值作为数学模型的输入进行模型计算,如当待传输数据为重要数据,数据量大,实时性高时,则参数设置模块设置K1为1,K2为1,K3为3,M1为3,M2为3,M3为1,n1为1,n2为1,n3为3。
智能路由模块中的最终值矩阵为该矩阵第一行至第四行分别代表了通信设备海卫通站、北斗短报文、3G/4G、AIS经过数学模型加权计算后对应的最终值,智能路由模块根据该最终值矩阵里面的最小值选择对应的通信设备并将选择结果传输至通信接口模块;
通信接口模块,接收通信设备传输的信号强度信息并将其传输给数据信息处理模块。通信接口模块根据智能路由模块的结果,利用不同船舶通信设备的传输标准、传输命令格式、连接方式的不一致,将计算机与相应的船舶通信设备互连,实现对设备的控制。
如图4所示,本发明还提出一种基于加权矩阵模型的智能路由装置的方法,包括如下步骤:
1)数据信息处理模块向所有通信设备发出检测信号,根据通信设备反馈的信号强度,确定每种通信设备的设备性能矩阵;
2)数据信息处理模块对数据信息采集模块采集的传输数据进行分析,确定综合权重值;
3)智能路由模块根据设置的综合权重值和每种通信设备的设备性能矩阵利用加权矩阵模型进行计算,确定最终值矩阵里数值最小的通信设备;
4)通信控制器根据计算结果控制通信接口模块选择最终值矩阵里数值最小的通信设备的接口进行数据传输。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种基于加权矩阵模型的智能路由装置,其特征在于:所述智能路由装置包括数据信息采集模块、数据信息处理模块、智能路由模块和通信接口模块,
所述数据信息采集模块:与数据源连接,用于采集待发送数据;
所述数据信息处理模块:用于对待发送数据进行分析处理,并根据分析结果进行设置综合权重值,同时对图像和视频数据进行压缩;所述数据信息处理模块对待发送数据分析处理内容包括:判断待发送数据类型、数据实时性要求等级、数据可靠性要求等级、数据经济性要求等级、数据重要程度、数据量大小、检测现有通信设备;所述数据信息处理模块以传输速率作为实时性评价指标,将实时性要求分为高、中、低三个层次,对应参数设置为1、2、3;以数据传输误码率作为可靠性评价指标,数据可靠性要求等级分为高、中、低三个等级,将对应参数设置为1、2、3;以资费高低作为经济性评价指标,将数据经济性要求等级分为三个等级高、中、低,对应参数设置为1、2、3;数据重要程度分为重度、一般两个层次,对应参数设置为1、2;数据量大小分为大量、一般、少量三个层次,对应参数设置为1、2、3;
所述智能路由模块:用于根据设置的综合权重值利用加权矩阵模型进行计算;所述加权矩阵模型为T=K*I+V表示,T表示最终值矩阵,K表示通信设备性能矩阵,I表示权值矩阵,V表示初始值矩阵;
所述权值矩阵为该矩阵中第一行为数据重要程度与数据量大小与可靠性的综合权重值,第二行为数据重要程度与数据量大小与实时性的综合权重值,第三行为数据重要程度与数据量大小与经济性的综合权重值;K(i)为数据重要程度权重参数,K(i)与可靠性和传输速率指标呈正比,与经济性指标呈反比,M(i)为数据量大小权重参数,M(i)与可靠性和传输速率指标呈反比,与经济性指标呈正比,i=1,2,3,n1为可靠性权重参数,n2为实时性权重参数,n3为经济性权重参数,该模块可根据数据分析处理模块送至的对应具体数据传输业务的需求设定的各性能等级参数值作为数学模型的输入进行模型计算;
所述通信控制器:与通信设备连接,用于根据加权矩阵模型的计算结果控制通信接口模块选择对应通信设备的接口,实现通信方式的自动选择和切换。
2.根据权利要求1所述的基于加权矩阵模型的智能路由装置,其特征在于:所述与数据信息采集模块连接的数据源包括:从AIS设备得到的AIS数据、传感器数据包、从CCTV、数码相机处得到的图像和视频信息和人工输入的文本信息。
3.根据权利要求1所述的基于加权矩阵模型的智能路由装置,其特征在于:所述数据信息处理模块实时接收通信设备传输的信号强度信息,并通过对信号强度的判断检测现有通信设备连接是否正常,并根据检测到的通信设备选定相应的通信设备性能矩阵。
4.根据权利要求1所述的基于加权矩阵模型的智能路由装置,其特征在于:所述通信设备性能矩阵中的每一行分别表示一种通信设备,第一列到第三列分别表示对应通信设备的可靠性参数、传输速率参数、经济性参数。
5.一种根据权利要求1所述的基于加权矩阵模型的智能路由装置的方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:
1)所述数据信息处理模块向所有通信设备发出检测信号,根据通信设备反馈的信号强度,确定每种通信设备的设备性能矩阵;
2)所述数据信息处理模块对数据信息采集模块采集的传输数据进行分析,确定综合权重值;
3)所述智能路由模块根据设置的综合权重值和每种通信设备的设备性能矩阵利用加权矩阵模型进行计算,确定最终值矩阵里数值最小的通信设备;
4)所述通信控制器根据计算结果控制通信接口模块选择最终值矩阵里数值最小的通信设备的接口进行数据传输。
6.根据权利要求5所述的基于加权矩阵模型的智能路由装置的方法,其特征在于:所述综合权重值包括数据重要程度与数据量大小与可靠性的综合权重值、数据重要程度与数据量大小与实时性的综合权重值、数据重要程度与数据量大小与经济性的综合权重值。
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