CN109996317A - 自适应ais通信方式控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应AIS通信方式控制装置，它的GPS与北斗双模系统用于向数据信息采集模块提供当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息；自适应模块内设置网络诊断模块和基于加权矩阵的决策树模型，网络诊断模块实时测量当前所有类型的无线通信网络的延时，并反馈给出延迟时间，自适应模块用于对当前可用的无线通信网络的用基于加权矩阵模型的决策树对船岸数据传输的通信方式进行判断，通过对网络吞吐率、数据紧急程度和经济性进行加权计算，得到基于加权矩阵的决策树模型下的最佳船岸数据传输的通信方式，并将得到的结果送至通信接口模块。本发明解决了船舶自动识别系统无法正常工作时的船舶通信问题。

Description

自适应AIS通信方式控制装置及方法
技术领域
本发明涉及船舶通信技术领域，具体地指一种自适应AIS通信方式控制装置及方法。
背景技术
船舶自动识别系统(Automatic Identification System，简称AIS系统)由岸基(基站)设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通信技术、计算机技术和电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。它通过甚高频(VHF)和自组织时分多址(SOTDMA)方式实现与周围船舶的信息交换，在保障船舶安全航行中发挥了重要作用。但是AIS也存在诸多问题，影响AIS通信链路可靠性的因素有很多，包括信号传输距离、信道容量和噪声干扰等。在内河航道中，信号传输一方面受到传输距离的影响，另一方面受到跨河临河建筑物遮挡的影响，存在信号盲区，影响AIS正常工作。其次，一个区域内AIS信号数量过多时，会因带宽占用，导致AIS通信信道堵塞，造成AIS信号无法正常收发。
发明内容
本发明提供一种自适应AIS通信方式控制装置及方法，本发明弥补了船舶自动识别系统自身的不足，解决了船舶自动识别系统无法正常工作时的船舶通信问题。
为实现此目的，本发明所设计的自适应AIS通信方式控制装置，它包括数据信息采集模块、自适应模块、通信接口模块、GPS与北斗双模系统、网络性能参数采集模块和船舶CAN总线；
其中，GPS与北斗双模系统用于向数据信息采集模块提供当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息；
网络性能参数采集模块用于向数据信息采集模块提供船舶当前位置区域各种通信方式的网络吞吐率参数；
船舶CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线用于向数据信息采集模块提供船舶发动机状态数据；
自适应模块内设置网络诊断模块和基于加权矩阵的决策树模型，网络诊断模块实时测量当前所有类型的无线通信网络的延时，并反馈给出延迟时间，当延迟小于100ms时，表示网络可用，当延迟超过100ms，表示网络不可用；
自适应模块用于对当前可用的无线通信网络采用基于加权矩阵模型的决策树对船岸数据传输的通信方式进行优先级判断，通过对网络吞吐率、数据紧急程度和经济性进行加权计算，得到基于加权矩阵的决策树模型下的最佳船岸数据传输的通信方式，并将得到的结果送至通信接口模块；
通信接口模块用于根据基于加权矩阵的决策树模型下的最佳通信方式将当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息、船舶发动机状态数据传输给对应的船舶通信装置。
所述船舶通信装置包括船舶自动识别系统、船舶公网通信装置和卫星通信装置，船舶自动识别系统通过VHF频段进行数据传输，船舶公网通信装置通过CDMA通信模块进行数据传输，卫星通信装置通过海事卫星进行数据传输。
本发明弥补了船舶自动识别系统自身的不足，解决了船舶自动识别系统无法正常工作时的船舶通信问题。另外，本发明集成了除船舶自动识别系统以外多种通信方式，能根据具体的外界环境在多种通信方式自动切换，相互取长补短，提高了船岸间数据通信的灵活性。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
其中，1—数据信息采集模块、2—自适应模块、3—通信接口模块、4—GPS与北斗双模系统、5—网络性能参数采集模块、6—船舶CAN总线。
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说明：
本发明所设计的一种自适应AIS通信方式控制装置，如图1所示，它包括数据信息采集模块1、自适应模块2、通信接口模块3、GPS与北斗双模系统4、网络性能参数采集模块5和船舶CAN总线6；
其中，GPS与北斗双模系统4用于向数据信息采集模块1提供当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息；
网络性能参数采集模块5用于向数据信息采集模块1提供船舶当前位置区域各种通信方式的网络吞吐率参数；
船舶CAN总线6用于向数据信息采集模块1提供船舶发动机状态数据；
自适应模块2内设置网络诊断模块(现有的软件技术)和基于加权矩阵的决策树模型，网络诊断模块实时测量当前所有类型的无线通信网络的延时，并反馈给出延迟时间，当延迟小于100ms时，表示网络可用，当延迟超过100ms，表示网络不可用；
自适应模块2用于对当前可用的无线通信网络采用基于加权矩阵模型的决策树对船岸数据传输的通信方式进行优先级判断，通过对网络吞吐率、数据紧急程度和经济性进行加权计算，得到基于加权矩阵的决策树模型下的最佳船岸数据传输的通信方式，并将得到的结果送至通信接口模块3；
通信接口模块3用于根据基于加权矩阵的决策树模型下的最佳通信方式将当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息、船舶发动机状态数据传输给对应的船舶通信装置。
上述技术方案中，所述船舶通信装置包括船舶自动识别系统、船舶公网通信装置和卫星通信装置，船舶自动识别系统通过VHF频段进行数据传输，船舶公网通信装置通过CDMA通信模块进行数据传输，卫星通信装置通过海事卫星进行数据传输。
上述技术方案中，所述基于加权矩阵的决策树模型中最终值矩阵＝特征条件矩阵×权值矩阵，该模型可用公式T＝K*I表示，T表示最终值矩阵，K表示特征条件矩阵，I表示权值矩阵，特征条件矩阵表示不同通信方式的不同属性，权值矩阵表示赋予这些属性综合权重值，最终值矩阵由前两个矩阵计算得出，最终值矩阵用来判断船岸数据最佳通信方式；
所述特征条件矩阵中的每一行分别表示一种通信方式，包括船舶自动识别通信方式、船舶公网通信方式和卫星通信方式，特征条件矩阵的第一列到第三列分别表示对应通信方式的网络吞吐率、数据紧急程度和数据经济性；
不同通信方式的网络吞吐率由数据信息采集模块1进行比较得出排序，根据由大到小的顺序依次将对应参数设置为1、2、3；将数据紧急程度分为紧急、常规两个层次，对应参数设置为1、2；将经济性分为三个等级高、中、低三个层次，由不同通信方式的资费标准，资费从低到高将船舶自动识别通信方式、船舶公网通信方式和卫星通信方式分别设置为1、2、3，某一通信方式异常时，该行所有参数为∞；
如果三种通信方式信号均正常，船舶自动识别通信方式的网络吞吐率大于船舶公网通信方式的网络吞吐率大于卫星通信的网络吞吐率时，且数据紧急程度为常规，则特征条件矩阵为当网络诊断模块诊断出公网网络异常，特征条件矩阵为当船舶自动识别通信方式和船舶公网通信方式均异常时，特征条件矩阵为
加权矩阵模型中的权值矩阵为该矩阵中的第一行是本次船舶信息传输过程中网络吞吐率的综合权重值，第二行是本次船舶信息传输过程中数据紧急程度的综合权重值，第三行是本次船舶信息传输过程中与经济性的综合权重值；n1为网络吞吐率权重参数，n2为数据紧急程度权重参数，n3为经济性权重参数；n1、n2和n3根据数据处理模块送至的对应具体数据的需求设定，默认取值可以为1,2和3，如当待传输数据为重要数据，且数据量大，实时性高时，则参数设置模块设置n1为1，n2为1，n3为3；
加权矩阵模型中的最终值矩阵T为该矩阵的T1、T2和T3分别代表了船舶自动识别通信方式、船舶公网通信方式和卫星通信方式的最终值，自适应模块2选取T1、T2和T3中的最小值选取对应的通信方式并将选择结果传输至通信接口模块3。
一种自适应AIS通信方式控制方法，它包括如下步骤：
步骤1：GPS与北斗双模系统4向数据信息采集模块1提供当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息；
网络性能参数采集模块5向数据信息采集模块1提供船舶当前位置区域各种通信方式的网络吞吐率参数；
船舶CAN总线6向数据信息采集模块1提供船舶发动机状态数据；
步骤2：自适应模块2内设置网络诊断模块和基于加权矩阵的决策树模型，网络诊断模块实时测量当前所有类型的无线通信网络的延时，并反馈给出延迟时间，当延迟小于100ms时，表示网络可用，当延迟超过100ms，表示网络不可用；
步骤3：自适应模块2对当前可用的无线通信网络的用基于加权矩阵模型的决策树对船岸数据传输的通信方式进行判断，通过对网络吞吐率、数据紧急程度和经济性进行加权计算，得到基于加权矩阵的决策树模型下的最佳船岸数据传输的通信方式，并将得到的结果送至通信接口模块3；
步骤4：通信接口模块3根据基于加权矩阵的决策树模型下的最佳通信方式将当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息、船舶发动机状态数据传输给对应的船舶通信装置。
本说明书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 (4)

1.一种自适应AIS通信方式控制装置，其特征在于：它包括数据信息采集模块(1)、自适应模块(2)、通信接口模块(3)、GPS与北斗双模系统(4)、网络性能参数采集模块(5)和船舶CAN总线(6)；
其中，GPS与北斗双模系统(4)用于向数据信息采集模块(1)提供当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息；
网络性能参数采集模块(5)用于向数据信息采集模块(1)提供船舶当前位置区域各种通信方式的网络吞吐率参数；
船舶CAN总线(6)用于向数据信息采集模块(1)提供船舶发动机状态数据；
自适应模块(2)内设置网络诊断模块和基于加权矩阵的决策树模型，网络诊断模块实时测量当前所有类型的无线通信网络的延时，并反馈给出延迟时间，当延迟小于100ms时，表示网络可用，当延迟超过100ms，表示网络不可用；
自适应模块(2)用于对当前可用的无线通信网络采用基于加权矩阵模型的决策树对船岸数据传输的通信方式进行优先级判断，通过对网络吞吐率、数据紧急程度和经济性进行加权计算，得到基于加权矩阵的决策树模型下的最佳船岸数据传输的通信方式，并将得到的结果送至通信接口模块(3)；
通信接口模块(3)用于根据基于加权矩阵的决策树模型下的最佳通信方式将当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息、船舶发动机状态数据传输给对应的船舶通信装置。
2.根据权利要求1所述的自适应AIS通信方式控制装置，其特征在于：所述船舶通信装置包括船舶自动识别系统、船舶公网通信装置和卫星通信装置，船舶自动识别系统通过VHF频段进行数据传输，船舶公网通信装置通过CDMA通信模块进行数据传输，卫星通信装置通过海事卫星进行数据传输。
3.根据权利要求1所述的自适应AIS通信方式控制装置，其特征在于：所述基于加权矩阵的决策树模型中最终值矩阵＝特征条件矩阵×权值矩阵，该模型可用公式T＝K*I表示，T表示最终值矩阵，K表示特征条件矩阵，I表示权值矩阵，特征条件矩阵表示不同通信方式的不同属性，权值矩阵表示赋予这些属性综合权重值，最终值矩阵由前两个矩阵计算得出，最终值矩阵用来判断船岸数据最佳通信方式；
所述特征条件矩阵中的每一行分别表示一种通信方式，包括船舶自动识别通信方式、船舶公网通信方式和卫星通信方式，特征条件矩阵的第一列到第三列分别表示对应通信方式的网络吞吐率、数据紧急程度和数据经济性；
不同通信方式的网络吞吐率由数据信息采集模块(1)进行比较得出排序，根据由大到小的顺序依次将对应参数设置为1、2、3；将数据紧急程度分为紧急、常规两个层次，对应参数设置为1、2；将经济性分为三个等级高、中、低三个层次，由不同通信方式的资费标准，资费从低到高将船舶自动识别通信方式、船舶公网通信方式和卫星通信方式分别设置为1、2、3，某一通信方式异常时，该行所有参数为∞；
如果三种通信方式信号均正常，船舶自动识别通信方式的网络吞吐率大于船舶公网通信方式的网络吞吐率大于卫星通信的网络吞吐率时，且数据紧急程度为常规，则特征条件矩阵为当网络诊断模块诊断出公网网络异常，输出为0时，特征条件矩阵为当船舶自动识别通信方式和船舶公网通信方式均异常时，特征条件矩阵为
加权矩阵模型中的权值矩阵为该矩阵中的第一行是本次船舶信息传输过程中网络吞吐率的综合权重值，第二行是本次船舶信息传输过程中数据紧急程度的综合权重值，第三行是本次船舶信息传输过程中与经济性的综合权重值；n1为网络吞吐率权重参数，n2为数据紧急程度权重参数，n3为经济性权重参数；n1、n2和n3根据数据处理模块送至的对应具体数据的需求设定，默认取值可以为1,2和3；
加权矩阵模型中的最终值矩阵T为该矩阵的T1、T2和T3分别代表了船舶自动识别通信方式、船舶公网通信方式和卫星通信方式的最终值，自适应模块(2)选取T1、T2和T3中的最小值选取对应的通信方式并将选择结果传输至通信接口模块(3)。
4.一种自适应AIS通信方式控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：GPS与北斗双模系统(4)向数据信息采集模块(1)提供当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息；
网络性能参数采集模块(5)向数据信息采集模块(1)提供船舶当前位置区域各种通信方式的网络吞吐率参数；
船舶CAN总线(6)向数据信息采集模块(1)提供船舶发动机状态数据；
步骤2：自适应模块(2)内设置网络诊断模块和基于加权矩阵的决策树模型，网络诊断模块实时测量当前所有类型的无线通信网络的延时，并反馈给出延迟时间，当延迟小于100ms时，表示网络可用，当延迟超过100ms，表示网络不可用；
步骤3：自适应模块(2)对当前可用的无线通信网络的用基于加权矩阵模型的决策树对船岸数据传输的通信方式进行判断，通过对网络吞吐率、数据紧急程度和经济性进行加权计算，得到基于加权矩阵的决策树模型下的最佳船岸数据传输的通信方式，并将得到的结果送至通信接口模块(3)；
步骤4：通信接口模块(3)根据基于加权矩阵的决策树模型下的最佳通信方式将当前时间、当前船舶位置经度和纬度导航信息、船舶发动机状态数据传输给对应的船舶通信装置。
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