CN109413718A - 一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法，由异构型网络数字通信网关实现。异构型网络数字通信网关包括船端业务输入接口模块、核心处理模块、异构型通信物理信道接口模块及电源模块组成。船端业务输入接口模块是船内各类业务交互信息的归一化接口，负责采集船端各类业务信息数据，将来自异构网络的数据统一输出至船端各业务系统，核心处理模块是异构型网络数字通信网关的核心，本发明可将船端各类业务信息疯封装后按照最优通信网络模式提供的通信方式发送给异构型通信物理信道接口模块，并通过异构型通信物理信道接口模块发送至空中链路，并将来自异构型通信物理信道接口模块各种接收信息转发至内网各业务系统。

Description

一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法
技术领域
本发明属于海上通信网络技术领域，具体涉及一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法。
背景技术
随着VDES技术的研究和制定，海上数字通信进入蓬勃发展阶段。多种数字通信技术(如AIS、VDES、NAVDAT、卫星通信、3G/4G/LTE/5G等)在海上迅速拓展应用，使船-船、船-岸之间的信息交换更加高效快捷，保障了保障船舶航行安全。然而，这些通信方式受信道带宽、数据传输速率、通信费用等因素影响；同时，IMO主导的海上通信技术和商用通信技术在海上业务承载上也各有分工；而且，上述各类业务和信道基本是固定匹配，无法互相自动切换和备份，大大降低了船舶通信效率。因此，如何保障各类船端业务数据快速自动选择通信信道、及时将所需业务数据传输到目的用户，是在当前多种海上通信方式共存情况下亟需解决的问题。
当前，各类海上通信业务都承担固定业务职能，如AIS主要用于船船之间的相互识别和船舶位置信息的交换，卫星通信主要用于船岸之间运用信息的交换，NAVTEX/NAVDAT主要用于岸向船单方面数据广播，VDES用于船船之间和船岸之间的安全信息交换业务，3G/4G/LTE/5G等。这些业务包括紧急的搜救遇险业务、安全信息业务、专用信息业务、一般信息业务等。理论上，每种业务都可以通过多种数字通信方式在船船、船岸之间进行交换。然而，由于受通信方式、作用距离、通信带宽、信道质量和性价比等参数的影响，需要为每种业务信息选择最优的通信模式。因此，本发明提出了一种综合考虑业务类型分级和各类异构通信模式传输性能基础上的最优数字通信模式选择方法，既能解决各类船端业务信息快速自动选择通信信道的需求，又能自主匹配最优通信信道，从而提高船舶业务数据通信效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法，该方法针对船舶各类业务交互信息类型和异构性数字网络通信特性，建立了业务信息类型、异构网络业务承载特性和异构网络偏好选择权重之间关系匹配算法，自主为船端不同业务信息传输选择最优通信网络。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法，由异构型网络数字通信网关1实现。异构型网络数字通信网关1包括船端业务输入接口模块2、核心处理模块3和异构型通信物理信道接口模块4及电源模块5组成。其中船端业务输入接口模块2是船内各类业务交互信息的归一化接口，负责采集船端各类业务信息数据，并将来自异构网络的数据统一输出至船端各业务系统。核心处理模块是异构型网络数字通信网关1核心，运行本发明设计的数字通信模式最有选择算法，一方面将船端各类业务信息疯封装后按照最优通信网络模式提供的通信方式发送给异构型通信物理信道接口模块4，并异构型通信物理信道接口模块4发送至空中链路；另一方面将来自异构型通信物理信道接口模块4各种接收信息转发至内网各业务系统。
一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法具体计算模型如下：
(1)最优数字通信模式选择算法模型为：
U(i)＝[∑j(x′ij×wj)]×wi(i＝n1，n2…n3；j＝B，D，J，L，E，C)
其中，x′ij为第i项业务信息在第j项网络上的偏好综合权重参数；
wj为第j项网络参数的客观综合选择权重；
wi为第i个数字通信网络主观综合权重。
(2)为执行上述最优数字通信模式选择算法模型，具体执行步骤如下：
1)步骤1：异构型网络数字通信网关1首次启动后首先自动收集接入本网关的所有数字通信网络类型，并自动检测网络状态，确定各数字通信网络状态测量信息；
2)步骤2：与步骤1同时执行，由用户配置船端各类业务交互信息类型，及其与各项数字通信网络业务传输的需求权重服务信息；
3)步骤3：基于步骤1和步骤2得到的信息，生成层次分析法(Analytic HierarchyProcess,AHP)参数判断矩阵和和异构型网络参数矩阵，并形成归一化网络参数矩阵；
4)步骤4：根据步骤3获得的参数矩阵，利用层次分析法、熵值法和距离分析法综合获得异构型各数字通信网络参数综合权重和网络偏好综合权重；
5)当具体业务信息传输请求到来时，将步骤4得到的网络参数综合权重和网络偏好综合权重带入(1)中最优数字通信模式选择算法模型，计算出异构网各数字通信侯选网络效用值；
6)根据步骤5计算的侯选网络效用值选择最佳接入网络，将相应传输信息输送到对应数字通信物理网络接口上，并返回步骤5)等待新的业务交互信息请求的到来。
本发明的有益效果是：利用该发明，具有异构型数字通信系统的船舶，可为船端各类业务交互信息快速自主匹配最优数字通信方式，提高船舶业务信息交换效率。
附图说明
图1是本发明的异构型网络数字通信网关的结构框图；
图2是本发明的最优数字通信模式选择算法模型的执行流程框图；
图中：1、异构型网络数字通信网关，2、船端业务输入接口模块，3、核心处理模块，4、异构型通信物理信道接口模块，5、电源模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法运行在异构型网络数字通信网关1中，当具体船端业务交互信息到来时，具体实例如下所示：
(1)数字通信网络状态测量信息输入
当船端网络建立后，设异构型候选网络包括候选网络Nets＝{Mobile phonetechnology，AIS，VDE，Geostationary statellite，Commercial MEO/LEO satellitecomms，MF&HF(including Navtex/MSI)，Current MF&HF NBDP，HF digital data service}(下面用n1～n8对应相应的网络)
对项网络的决策指标属性设置为P＝{可用带宽(B)，等待时间(D)，延迟抖动(J)，分组丢失率(L)，误码率(E)，服务价格(C)}。
同时，设置船端业务交互信息类型包括五类，各业务对网络映射权重服务参数如下表所示：
(2)生成参数判断矩阵和异构网络参数矩阵
根据输入参数，获得如下参数判断矩阵，到处异构型网络参数矩阵，形成针对业务的归一化网络参数矩阵，分别如下表所示：
表1对业务1的网络参数判决矩阵
表2对业务2的网络参数判决矩阵
表3对业务3的网络参数判决矩阵
表4对业务4的网络参数判决矩阵
表5对业务5的网络参数判决矩阵
表6归一化的网络参数矩阵
(3)利用层次分析法、熵值法和距离分析法获得网络参数综合权重和网络偏好综合权重。
通过上述网络参数矩阵计算，得到网络参数综合权重和网络偏好综合权重矩阵如下所示：
网络参数综合权重矩阵：
[0.7836 0.7159 0.9040 0.8372 0.7705 0.8185 0.7556 0.8112]
网络偏好综合权重矩阵：
[0.3818 0.2340 0.3851 0.3199 0.2807 0.3027 0.2372 0.2812]
(4)当某一确定信息到来时，计算候选网络效用值：
当表中业务2信息到来时，利用业务2网络参数矩阵和(3)计算的网络参数综合权重矩阵及网络偏好综合权重矩阵，带入最优数字通信模式选择算法模型，计算得到业务2在各侯选网络中的效用值矩阵:
[0.9745 0.8329 1.0966 0.9972 0.9108 0.9698 0.8742 0.9518]
(5)通过比较上述效用值，找到最优通信网络效用值为0.9972，对应信道为VDE信道。

Claims (2)

1.一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法，其特征在于，由异构型网络数字通信网关(1)实现，异构型网络数字通信网关(1)包括船端业务输入接口模块(2)、核心处理模块(3)、异构型通信物理信道接口模块(4)及电源模块(5)组成；其中，船端业务输入接口模块(2)是船内各类业务交互信息的归一化接口，负责采集船端各类业务信息数据，并将来自异构网络的数据统一输出至船端各业务系统；核心处理模块(3)是异构型网络数字通信网关(1)的核心，运行时，一方面将船端各类业务信息封装后按照最优通信网络模式提供的通信方式发送给异构型通信物理信道接口模块(4)，并通过异构型通信物理信道接口模块(4)发送至空中链路，另一方面将来自异构型通信物理信道接口模块(4)各种接收信息转发至内网各业务系统。
2.如权利要求1所述的一种船端异构网络环境下最优数字通信模式选择方法，其特征在于，具体计算模型如下：
(一)最优数字通信模式选择算法模型为：
U(i)＝[∑j(x′ij×wj)]×wi(i＝n1，n2…n3；j＝B，D，J，L，E，C)
其中，x′ij为第i项业务信息在第j项网络上的偏好综合权重参数；
wj为第j项网络参数的客观综合选择权重；
wi为第i个数字通信网络主观综合权重；
(二)为执行上述最优数字通信模式选择算法模型，具体执行步骤如下：
1)步骤1：异构型网络数字通信网关(1)首次启动后首先自动收集接入本网关的所有数字通信网络类型，并自动检测网络状态，确定各数字通信网络状态测量信息；
2)步骤2：与步骤1同时执行，由用户配置船端各类业务交互信息类型，及其与各项数字通信网络业务传输的需求权重服务信息；
3)步骤3：基于步骤1和步骤2得到的信息，生成层次分析法(Analytic HierarchyProcess,AHP)参数判断矩阵和和异构型网络参数矩阵，并形成归一化网络参数矩阵；
4)步骤4：根据步骤3获得的参数矩阵，利用层次分析法、熵值法和距离分析法综合获得异构型各数字通信网络参数综合权重和网络偏好综合权重；
5)当具体业务信息传输请求到来时，将步骤4得到的网络参数综合权重和网络偏好综合权重带入(一)中最优数字通信模式选择算法模型，计算出异构网各数字通信侯选网络效用值；
6)根据步骤5计算的侯选网络效用值选择最佳接入网络，将相应传输信息输送到对应数字通信物理网络接口上，并返回步骤5)等待新的业务交互信息请求的到来。
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