CN109121085B - 海洋互联网的岸基网络系统及其与船舶建立通信的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋互联网的岸基网络系统及其与船舶建立通信的实现方法。它综合利用海事无线电系统和移动通信系统的各自优点来构建海洋互联网中的岸基网络。该网络通过海事无线电系统中远距离的通信功能来传递位置、信道信息和信令，利用移动通信系统的大带宽来进行高速数据通信和提供海洋互联网服务，用于解决当前海事通信系统中由于通信带宽的限制所造成的通信容量不足的问题，同时提高移动通信系统频谱带宽的利用率，也进一步促进海事无线电系统、移动通信系统和海洋互联网基础设施的共享和融合。

Description

海洋互联网的岸基网络系统及其与船舶建立通信的实现方法

技术领域

本发明涉及海洋互联网领域，具体涉及一种基于海事无线电系统和移动通信系统的海洋互联网的岸基网络系统及其与船舶建立通信的实现方法。

背景技术

海洋互联网试图将海洋环境中的各种网络连接起来，以达到下列目的：尽力将性价比高的陆地互联网服务延伸到海洋环境中，并形成具有抗毁能力、生存力强的网络系统。它不仅具有民用和商用前景，也有军用价值。而岸基网络是海洋互联网的重要组成部分，它是通过在海岸线上所设立的基础设施来向近海水域中的海洋互联网用户提供通信网络服务。这些设施可以是海事无线电系统和移动通信系统中的现行设施，也可以是升级的或新造的甚至功能合一的综合性设施。它们将水域中的船舶和终端与陆地上的互联网相联，同时可以通过船与船的中继传输可以将离岸更远的船舶与陆地互联网相联。

海事无线电系统和移动通信系统是两个发展成熟的独立系统。海事无线电系统发展历史更久，系统完备，有中远程通信功能；但是由于其通信带宽的限制，其通信容量已经无法满足海事方面的业务需求，更无法为海洋互联网用户提供相应的服务；而移动通信系统带宽很大，但目前主要用于陆地，而且通信距离一般都很小。

针对上述问题，本发明提出了一种将海事无线电系统和移动通信系统相结合来构建海洋互联网的岸基网络的系统与方法，来发挥各自的强项和优势，不但满足海洋互联网用户的需求，同时也提升海事无线电系统的通信能力，提高移动通信系统频谱带宽的利用率。这样，也可以进一步促进海事无线电系统、移动通信系统和海洋互联网基础设施的共享和融合。

发明内容

本发明综合利用海事无线电系统和移动通信系统的岸基网络的系统与方法，通过海事无线电系统中远距离的通信功能来传递位置和信道信息和信令，利用移动通信系统的大带宽来进行高速数据通信和提供海洋互联网服务是用于解决当前海事通信系统中由于通信带宽的限制所造成的通信容量不足的问题。

本发明提出了将海事无线电系统和移动通信系统结合在一起来构建海洋互联网的岸基网络，使移动通信系统的丰富的带宽也用到海事无线电系统中来克服其带宽受限的问题，也将陆地互联网服务扩展到海洋环境中；同时利用中远程通信功能来协助岸基网络与船舶以及船舶之间的组网。这个岸基网络系统可以使船岸之间和船舶之间通过海事无线电通信了解到各自的通信需求和位置信息，再根据这些信息选择合适的岸基基站、中继船舶以及通信信道，最终实现船岸之间和船舶之间的有效通信。

本发明采用的技术方案如下：

海洋互联网的岸基网络系统，包括以下海事无线电系统与移动通信系统之间的协作:

a)该岸基网络系统的实现是通过将原本各自独立运行的海事无线电系统和移动通信系统融合在同一系统中，共享两者的通信基础设施和通信带宽，将海事无线电系统中的数据通信带宽用作共享信道来传输数据和信令，将移动通信系统中的部分带宽应用到海事通信系统中；

b)该岸基网络系统利用海事无线电系统和移动通信系统各自的功能来实现船舶之间以及船舶与岸基之间的组网和数据传输，即海事无线电系统的中远程数据通信用来传播通信组网信令，移动通信系统的大带宽信道用来将陆地互联网服务扩展到海洋环境中，并提供海事数据通信服务。

海洋互联网的岸基网络系统与船舶建立通信的实现方法：

1.船舶与岸基网络基站建立链接，包括以下所述步骤：

步骤1：船舶用海事无线电系统中的中远程数据通信功能，通过信令方式广播包含其位置和航行信息以及所需链路速率和服务质量要求的请求，并表明该请求只有岸基网络基站才可回复，以期望与岸基网络基站建立链接；这是由于船舶与岸基网络直接连接时，时延更小，网络连接质量更好，所以船舶首先尝试与岸基基站直接相连。

步骤2：某岸基网络基站收到了上述船舶的请求，首先根据船舶的位置和自身附近基站的位置分析自身是否为离目标船舶相对较近的基站，这个是可以根据各自的位置信息计算而得；因为距离越近，发射功率就能越小，对周边通信的干扰也会减少。

步骤3：如果相对较近，则根据其航行方向和速度来确定自己是否能够持续满足船舶的要求，例如预计在一定时间内，船舶的移动不会影响与该岸基基站的通信质量；在这种情况下，岸基基站挑选出合适的能满足该船舶通信速率和服务质量要求的信道；再用海事无线电系统的中远程数据通信功能回复该请求船舶，并把基站位置信息和即将使用的数字通信信道告诉该船舶；同时，针对该船舶的位置及航行方向调整好其天线方向，启动跟踪定向通信；如果不能满足该船舶的要求，则丢弃该请求不予回复。

步骤4：如果相对较远，该岸基基站不马上回复，而是要观察一下是否有更合适的基站，根据附近基站与该请求船舶的距离得出相应的规定等待时间，如果在规定时间内收到了距离上述船舶更近基站的回复，则丢弃该请求不予回复。如果在规定时间内未侦听到其它基站肯定的回复，则该岸基基站自己回复，并同时执行步骤3中有关信道选择和回复等操作；其中对于规定等待时间的设置是为了防止该请求被多个岸基基站重复回复。

步骤5：当上述请求的船舶接收到了岸基基站肯定的回复时，切换到指定的数字通信信道，并根据该基站的位置信息设置其天线方向，进行跟踪通信。

2.船舶与船舶通信建立链接，包括以下步骤：

步骤6：当上述船舶发送的只有岸基网络基站才可回复的请求后，在规定等待时间内未收到任何岸基网络基站的回复时，则该船舶可增加发送功率，再用海事无线电系统的远程数据通信功能发送上述请求，并表明该请求的有效期及该请求也可由船舶回复；这样做是为了尽量让船舶与岸基基站直接相连；如果不行，以希望通过船舶的中继传输来扩大岸基网络的覆盖范围；其中对请求设置有效期是避免请求被无限地重播；设置规定等待时间的目的是为了防止基站不回复时船舶一直等待回复的情况发生；如果该请求被岸基基站收到，则按照上述“步骤1中船舶与岸基网络基站建立链接”部分所描述的方法处理；否则，进入步骤7；

步骤7：某一船舶收到了步骤6中船舶的请求，根据自身与该请求船舶的位置距离得出相应的规定等待时间；

步骤8：如果在规定时间内收到来自其它船舶对该船舶的肯定回复，则丢弃该请求不予回复；

步骤9：如果在规定时间内未收到其它船舶对该船舶的回复，则检查自身是否有能满足该要求的网络连接；如果有则用海事无线电系统的远程数据通信功能回复该请求船舶，并把自身的位置信息和即将使用的通信信道告诉该船舶；否则，则将收到的请求信息重新广播；

步骤10：如果在规定等待时间内，步骤6中的船舶收到了回复，切换到指定的数字通信信道，并根据即将通信的回复船舶位置信息设置其天线方向，将该回复船舶作为中继与岸基基站进行高速移动通信和链接；其中设置规定等待时间的目的是为了防止收不到其它船舶回复时请求船舶一直等待的情况发生。

步骤11：如果在规定等待时间内，步骤6中的船舶没有收到回复，则增加发送功率重复广播该请求。

本发明具有如下的有益效果：它融合了海事无线电系统和移动通信系统，利用两种不同的通信系统各自优势，不但满足海洋互联网用户的需求，使得在近海也能获得陆地互联网服务；同时也提升海事无线电系统的通信能力，提高移动通信系统频谱带宽的利用率。

附图说明

图1为本发明中海洋互联网的岸基网络系统示意图；

图2为本发明中海洋互联网的岸基网络系统与船舶建立通信的实现方法流程图。

具体实施方式

下面利用图1-2，结合具体实施例子对本发明进行详细说明。以下实施例子将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明是一种基于海事无线电系统和移动通信系统的岸基网络的系统与方法，其实施方案包括以下步骤：

步骤1：如图1中的场景Ⅰ，请求船舶A利用海事无线电系统的中远程数据通信功能，广播包含其位置和航行信息以及所需链路速率和服务质量要求的请求，并表明该请求只有岸基网络基站才可回复，以期望与岸基网络基站建立链接；

步骤2：当岸基基站Ⅰ收听到了请求船舶A的请求，如图1中的场景Ⅰ，通过分析该船舶位置和附近基站位置的距离关系，得出自身为距离请求船舶A最近的基站，接着分析其航行方向和速度，发现自身能够持续满足该船舶的要求，并挑选出能满足请求船舶A通信速率和服务质量要求的信道，用海事无线电系统中的中远程数据通信功能回复该请求船舶，并把自身位置信息和即将使用的数字通信信道告诉该船舶，并针对该船舶的位置及航行方向调整好其天线方向，启动跟踪定向通信；

步骤3：如果其它岸基基站，如图1中的岸基基站Ⅱ，也收听到了请求船舶A的请求，通过分析该船舶位置和附近岸基基站位置的距离关系，得出岸基基站Ⅰ为距离请求船舶A更近的基站，于是进入等待状态，等待更近基站对于该船舶的回复；如果在规定的等待时间内，岸基基站Ⅱ听到了岸基基站Ⅰ对于请求船舶A的回复，则丢弃请求船舶A的请求不予回复；如果没有基站听到请求船舶A的请求，则跳到步骤6；

步骤4：当请求船舶A收到了岸基基站Ⅰ回复的肯定回复后，切换到指定的通信信道，并根据该基站的位置信息设置其天线方向，建立移动通信链接；

步骤5：如图1中的场景Ⅱ，如果请求船舶A远离岸基基站，中继船舶B和船舶C在请求船舶A周围航行，请求船舶A利用海事无线电系统的中远程数据通信功能，广播包含其位置和航行信息以及所需链路速率和服务质量要求的请求，并表明该请求只有岸基网络基站才可回复，以期望与岸基网络基站建立链接；

步骤6：如果请求船舶A在规定等待时间内未收到岸基网络基站的回复，则该船舶增加发送功率，用海事无线电系统中的远程数据通信功能，广播包含其位置和航行信息、所需网络连接速率和服务质量要求的请求以及该请求有效期的请求数据包，并标明该请求也可由船舶回复；

步骤7：如果中继船舶B和船舶C都收到了请求船舶A的请求，根据自身与该请求船舶的位置距离得出相应的规定等待时间；

步骤8：如果中继船舶B距离请求船舶A更近，如图1所示，等待较短的规定时间后发现没有其余船舶回复请求船舶A，并发现自身能满足该要求的网络连接，则用海事无线电系统的远程数据通信功能回复请求船舶A，并把自身的位置信息和即将使用的通信信道告诉该船舶A；

步骤9：根据船舶B与船舶A的距离得出相应的等待时间，其它船舶如船舶C，如果听到了中继船舶B对请求船舶A的回复，则丢弃请求船舶A的请求不予回复；船舶C在规定等待时间以内未听到船舶B对船舶A的回复请求，则船舶C根据船舶A的请求判断自身是否能够满足该请求；如若满足，此时船舶C也可以作为中继船舶，用海事无线电系统的远程数据通信功能回复请求船舶A，并把自身的位置信息和即将使用的通信信道告诉该船舶A；若不满足，则返回步骤6船舶A重新广播该请求；

步骤10：请求船舶A收到了来自中继船舶B的回复，切换到指定的通信信道，并根据中继船舶B的位置信息设置其天线方向，通过中继船舶B与岸基基站Ⅱ进行通信。

步骤11：请求船舶A在未收到船舶B作为中继船舶时所回复的请求，此时其它船舶如船舶C作为中继船舶时，请求船舶A收到了来自中继船舶C的回复，切换到指定的通信信道，并根据中继船舶C的位置信息设置其天线方向与其进行通信，并通过它与岸基基站Ⅱ进行通信。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.海洋互联网的岸基网络系统的实现方法，其特征在于将海事无线电系统与移动通信系统用于岸基网络与船舶以及船舶与船舶之间协作组网的方法，包括以下两部分:

a)该岸基网络系统的实现是通过将原本各自独立运行的海事无线电系统和移动通信系统融合在同一系统中，共享两者的通信基础设施和通信带宽，将海事无线电系统中的数据通信带宽用作共享信道来传输数据和信令，将移动通信系统中的部分带宽应用到海事通信系统中，步骤如下，

步骤1：如果船舶需要与岸基网络基站建立通信链路，用海事无线电系统的中远程数据通信功能将包含其位置和航行信息以及所需链路速率和服务质量要求的请求广播出去，并标明该请求只有岸基网络基站才可回复；

步骤2：如果某一岸基网络基站收到上述船舶请求后，根据船舶的位置以及其航行方向和速度来确定是否能满足该船舶的通信速率和服务质量要求，如果能够满足，则基站用海事无线电系统的中远程数据通信功能回复该请求船舶，并把其位置信息和即将使用的数字通信信道信息告诉该船舶，并针对该船舶的位置及航行方向调整好其天线方向，启动跟踪定向通信服务；

步骤3：如果其它岸基网络基站A也收听到了上述船舶的请求，通过分析该船舶位置和附近岸基网络基站位置的距离关系，得出步骤2中接收到该船舶请求的岸基网络基站为距离更近的基站后，进入等待状态，等待更近的岸基网络基站对于该船舶的回复，如果在规定等待时间内岸基网络基站A听到了更近该船舶的岸基网络基站对于该船舶的回复，则丢弃该船舶的请求不予回复，否则就回复该请求船舶；

步骤4：当该请求船舶收到了更近岸基网络基站的肯定回复后，切换到指定的通信信道，并根据该基站的位置信息设置其天线方向，建立移动通信链接；

b)该岸基网络系统利用海事无线电系统和移动通信系统各自的功能来实现船舶之间以及船舶与岸基之间的组网和数据传输，即海事无线电系统的中远程数据通信用来传播通信组网信令，移动通信系统的大带宽信道用来将陆地互联网服务扩展到海洋环境中，并提供海事数据通信服务，步骤如下：

步骤5：当请求船舶无法收到岸基网络基站的回复时，在等待一段时间后，用海事无线电系统的远程数据通信功能广播包含其位置和航行信息及所需网络连接速率和服务质量要求，并在该请求中标明请求的有效期及船舶也可以回复；

步骤6：当其它船舶收到该请求时，如果该请求还在有效期内，且其它船舶有能满足该要求的网络连接时，则用海事无线电系统的远程数据通信功能回复该请求船舶，并把其位置信息和即将使用的数字通信信道的信息告诉其它船舶，如果其它船舶无法满足该要求时，在等待一段时间后，仍然没有侦听到其它船舶给与该请求满意的回复时，则重新广播该请求；

步骤7：当船舶收到岸基网络基站的回复后，切换到指定的数字通信信道，并根据回复方的位置信息设置其天线方向，启动跟踪定向通信；

步骤8：如果请求船舶在规定时间内没有收到任何岸基网络基站或船舶满意的回复时，增大其发送功率，并转到步骤1。

Images