CN111629381A - 一种面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，该方法包括分析智能船舶航行中船岸通信业务类型，按照业务特征对通信需求进行等级划分，等级划分分为四个等级；实时分析智能船舶可用通信链路性能，包括覆盖范围、信号强度和传输速率及延时等；根据通信需求的时刻变化，将可用通信链路性能随通信需求的变化进行调整。本发明采用照“控制、决策、感知和动态”四个等级对船舶智能航行大量船岸信息交互需求进行分级管理，优先级从高到低依次为“控制”、“决策”、“感知”、“动态”，并用“优先级、最大可接收传输延时、报文大小、是否需要确认”四个参数量化描述通信任务。
Description
技术领域
本发明涉及水上交通运输技术领域，尤其涉及一种面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法。
背景技术
水上交通运输具有运量大、价格低、绿色环保等优点，是国际物流中最主要的运输方式，国际贸易总运量中的2/3以上、中国进出口货运总量的约90％都是利用水上交通运输实现的。船舶是水上交通运输的重要交通工具，在船舶跨洋航行离不开通信技术，在确保遇险安全报警的同时，丰富了船岸信息交互的能力。随着航海技术的快速发展，智能船舶融合了现代信息技术和人工智能等新技术，具有安全可靠、节能环保、经济高效等显著特点，是未来船舶发展的重点方向。智能船舶与传统船舶相比，其智能性主要体现在基于自主情景感知、风险识别及智能决策的智能航行功能，其很大程度上依托于船岸协同，即需要高效、可靠、稳定的船岸通信支撑。现阶段船舶通信主要聚焦在保障船舶安全航行的遇险通信以及部分商业运营业务传输，船舶根据航区配备不同的通信设备，如卫星通信设备、地面通信设备等，各种通信设备有独特的特点，如传输速率高、覆盖范围广等。然而，各通信系统独立运行，需人工根据需要进行链路切换，这种通信模式已成为限制船岸智能通信的瓶颈问题。目前，在这一领域的主要研究趋势是将多种通信设备统一管理，根据船舶位置及信号强度对链路进行分配，以实现通信不间断和降低通信费的目的。但是，智能航行需要进行大量船岸通信，对通信网络的健壮性、可靠性和智能性都提出了更高的要求，现有技术方法无法满足船舶智能航行对通信网络的要求。
传统船舶通信集成技术虽然在系统结构和链路控制方法上进行了诸多调整，但本质上还是根据各通信系统的通信性能、覆盖范围等参数对链路进行选择。虽然可以实现一定程度的保障通信畅通、降低资费的目的，但没有对传输业务进行处理分析，难以根据不同业务的传输需求，进行链路选择以及更深层次的不同链路协同完成一项传输任务，以达到高效可靠的目的。然而，在船舶向智能化发展过程中，船岸需要传输越来越多的数据，数据类型与传统业务相比更加复杂，例如船载智能航行感知系统捕获的海上目标影像、避碰决策支持信息、岸上驾控中心的远程控制指令信息等，各类数据对通信链路的要求不尽相同，比如影像数据对速率要求高、驾控指令对传输可靠性和时延有较高要求，同时多种数据并发传输的可能性也越来越高，如何在通信需求量大、带宽资源有限的情况下保证智能航行船岸通信高效、可靠是智能船舶船岸通信的核心问题，因此，传统船舶通信集成技术无法满足船舶智能航行船岸通信的需求。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明实施例提供一种面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，对通信业务类别进行等级划分，对可利用通信链路进行动态组网，实现智能航行可靠、高效通信组网。
本发明实施例提供一种面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，包括以下步骤：
分析智能船舶航行中船岸通信业务类型，按照业务特征对通信需求进行等级划分，等级划分分为四个等级；
实时分析智能船舶可用通信链路性能，包括覆盖范围、信号强度和传输速率及延时等；
根据通信需求及可用通信链路性能的时刻变化，将组网方式进行动态调整；
对智能航行船岸通信需求量化描述以及可用通信链路性能进行评估，按照信息传输等级划分；
分析通信需求的优先级，按照控制、决策、感知和动态的等级顺序进行传输；
根据分析的优先级以及评估信息对船岸通信网络进行自动组网。
进一步的，所述业务类型包括船舶状态、情景感知、决策支持和远程驾控。
进一步的，所述船舶状态主要包括船舶航行动态信息、导航设备信息、机舱工况信息等；情景感知主要包括船舶周边动静态目标的识别信息；决策支持信息主要包括船舶航行、避碰等操纵信息；远程驾控主要包括请求远程控制以及岸基控制指令，传输需求可以表示为下式：Mission＝[Priority Maximum_delay Size Confirm]，其中，Priority表示信息等级、Maximum_delay表示可接受的最大时延、Size表示传输报告大小、Confirm表示是否需要反馈确认信息。
进一步的，所述可用通信资源性能指标包括覆盖范围、信号强度、传输速率、传输时延和可靠性及通信费用六类。
进一步的，所述覆盖范围Coverage决定可用时间，信号强度Signalpower影响通信质量，传输速率Rate影响通信传输效率，传输时延Delay影响信息交付时间、可靠性Reliability影响链路选取权重、通信费用Cost影响传输成本，即每一种通信方式可以表示为下式：
Performance＝[Coverage Signalpower Rate Delay Reliability Cost]。
进一步的，同一等级情况下根据“通信链路最优利用”、“传输任务最优送达”和“传输成本最低”进行排序。
进一步的，传输控制等级任务，按照“传输任务最优送达”组网策略，优先调用一条或多条优选链路对控制等级信息进行传输，保障传输可靠性和实效性，待该任务完成后释放通信链路资源传输低等级任务。
进一步的，同一等级通信任务并发传输时，如传输任务的传输时延要求低，且可利用通信链路可完全满足时，则按照“传输任务最优送达”组网策略，对多报文进行拆分、组装等处理，充分利用每一条通信链路资源，实现资源利用最大化。
进一步的，当同一等级通信任务并发传输时，如传输任务对时延没有要求，则可按照“传输成本最低”的组网策略，优先选用通信成本低的链路，实现通信费用最低。
本发明的实施例提供的技术方案具有以下有益效果：
1、按照“控制、决策、感知和动态”四个等级对船舶智能航行大量船岸信息交互需求进行分级管理，优先级从高到低依次为“控制”、“决策”、“感知”、“动态”，并用“优先级、最大可接收传输延时、报文大小、是否需要确认”四个参数量化描述通信任务；
2、实时评估可用通信链路性能，利用六个参数描述每一种通信方式，即覆盖范围、信号强度、传输速率、传输时延、可靠性及通信费用，实现对通信链路能力的量化描述；
3、为每个传输任务按照信息等级、组网策略分配一种或多种通信链路，在保障高优先级任务高效、可靠传输的同时，兼顾“通信链路最优利用”、“传输任务最优送达”和“传输成本最低”的实际业务需求。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例中面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法的流程图。
图2是本发明实施例中面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法的船舶智能航行通信需求等级图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置及相关应用、方法的例子。
图1是本发明实施例中面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法的流程图，图2是本发明实施例中面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法的船舶智能航行通信需求等级图，该面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，包括以下步骤：
步骤101、分析智能船舶航行中船岸通信业务类型，按照业务特征对通信需求进行等级划分。
业务类型包括船舶状态、情景感知、决策支持和远程驾控。
船舶状态主要包括船舶航行动态信息、导航设备信息、机舱工况信息等；情景感知主要包括船舶周边动静态目标的识别信息；决策支持信息主要包括船舶航行、避碰等操纵信息；远程驾控主要包括请求远程控制以及岸基控制指令，传输需求可以表示为下式：Mission＝[Priority Maximum_delay Size Confirm]，其中，Priority表示信息等级、Maximum_delay表示可接受的最大时延、Size表示传输报告大小、Confirm表示是否需要反馈确认信息
步骤102、实时分析智能船舶可用通信链路性能。
可用通信资源性能指标包括覆盖范围、信号强度、传输速率、传输时延和可靠性及通信费用六类。
覆盖范围Coverage决定可用时间，信号强度Signalpower影响通信质量，传输速率Rate影响通信传输效率，传输时延Delay影响信息交付时间、可靠性Reliability影响链路选取权重、通信费用Cost影响传输成本，即每一种通信方式可以表示为下式：
Performance＝[Coverage Signalpower Rate Delay Reliability Cost]。
上式中可靠性参数为过去一段时间内该通信方式出现异常中断等影响可靠性的整体情况。
步骤103、根据通信需求及可用通信链路性能的时刻变化，将组网方式进行动态调整。
步骤104、对智能航行船岸通信需求量化描述以及可用通信链路性能进行评估，按照信息传输等级划分。
步骤105、分析通信需求的优先级，按照控制、决策、感知和动态的等级顺序进行传输。
同一等级情况下根据“通信链路最优利用”、“传输任务最优送达”和“传输成本最低”进行排序。
分析通信需求的优先级，按照控制、决策、感知和动态的等级顺序，如果传输控制等级任务，则按照“传输任务最优送达”组网策略，优先调用一条或多条优选链路对控制等级信息进行传输，保障传输可靠性和实效性，待该任务完成后释放通信链路资源传输低等级任务。
同一等级通信任务并发传输时，如传输任务的传输时延要求低，且可利用通信链路可完全满足时，则按照“传输任务最优送达”组网策略，对多报文进行拆分、组装等处理，充分利用每一条通信链路资源，实现资源利用最大化。
当同一等级通信任务并发传输时，如传输任务对时延没有要求，则可按照“传输成本最低”的组网策略，优先选用通信成本低的链路，实现通信费用最低。
并用“优先级、最大可接收传输延时、报文大小、是否需要确认”四个参数量化描述通信任务。
步骤106、根据分析的优先级以及评估信息对船岸通信网络进行自动组网。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
采用了上述发明的实施例，按照“控制、决策、感知和动态”四个等级对船舶智能航行大量船岸信息交互需求进行分级管理，优先级从高到低依次为“控制”、“决策”、“感知”、“动态”，并用“优先级、最大可接收传输延时、报文大小、是否需要确认”四个参数量化描述通信任务；实时评估可用通信链路性能，利用六个参数描述每一种通信方式，即覆盖范围、信号强度、传输速率、传输时延、可靠性及通信费用，实现对通信链路能力的量化描述；为每个传输任务按照信息等级、组网策略分配一种或多种通信链路，在保障高优先级任务高效、可靠传输的同时，兼顾“通信链路最优利用”、“传输任务最优送达”和“传输成本最低”的实际业务需求。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (9)
1.一种面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，其特征在于，包括以下步骤：
分析智能船舶航行中船岸通信业务类型，按照业务特征对通信需求进行等级划分，等级划分分为四个等级；
实时分析智能船舶可用通信链路性能，包括覆盖范围、信号强度和传输速率及延时等；
根据通信需求及可用通信链路性能的时刻变化，将组网方式进行动态调整；
对智能航行船岸通信需求量化描述以及可用通信链路性能进行评估，按照信息传输等级划分；
分析通信需求的优先级，按照控制、决策、感知和动态的等级顺序进行传输；
根据分析的优先级以及评估信息对船岸通信网络进行自动组网。
2.根据权利要求1所述的面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，其特征在于，所述业务类型包括船舶状态、情景感知、决策支持和远程驾控。
3.根据权利要求1所述的面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，其特征在于，所述船舶状态主要包括船舶航行动态信息、导航设备信息、机舱工况信息等；情景感知主要包括船舶周边动静态目标的识别信息；决策支持信息主要包括船舶航行、避碰等操纵信息；远程驾控主要包括请求远程控制以及岸基控制指令，传输需求可以表示为下式：Mission＝[Priority Maximum_delay Size Confirm]，其中，Priority表示信息等级、Maximum_delay表示可接受的最大时延、Size表示传输报告大小、Confirm表示是否需要反馈确认信息。
4.根据权利要求1所述的面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，其特征在于，所述可用通信资源性能指标包括覆盖范围、信号强度、传输速率、传输时延和可靠性及通信费用六类。
5.根据权利要求4所述的面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，其特征在于，所述覆盖范围Coverage决定可用时间，信号强度Signalpower影响通信质量，传输速率Rate影响通信传输效率，传输时延Delay影响信息交付时间、可靠性Reliability影响链路选取权重、通信费用Cost影响传输成本，即每一种通信方式可以表示为下式：
Performance＝[Coverage Signalpower Rate Delay Reliability Cost]。
6.根据权利要求1所述的面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，其特征在于，所述分析通信需求的优先级，按照控制、决策、感知和动态的等级顺序进一步的，同一等级情况下根据“通信链路最优利用”、“传输任务最优送达”和“传输成本最低”进行排序。
7.根据权利要求1所述的面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，其特征在于，所述分析通信需求的优先级，按照控制、决策、感知和动态的等级顺序进行传输还包括传输控制等级任务，按照“传输任务最优送达”组网策略，优先调用一条或多条优选链路对控制等级信息进行传输，保障传输可靠性和实效性，待该任务完成后释放通信链路资源传输低等级任务。
8.根据权利要求1所述的面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，其特征在于，所述分析通信需求的优先级，按照控制、决策、感知和动态的等级顺序进行传输还包括，同一等级通信任务并发传输时，如传输任务的传输时延要求低，且可利用通信链路可完全满足时，则按照“传输任务最优送达”组网策略，对多报文进行拆分、组装等处理，充分利用每一条通信链路资源，实现资源利用最大化。
9.根据权利要求1所述的面向船舶智能航行的多通信网络智能组网方法，其特征在于，所述分析通信需求的优先级，按照控制、决策、感知和动态的等级顺序进行传输还包括，当同一等级通信任务并发传输时，如传输任务对时延没有要求，则可按照“传输成本最低”的组网策略，优先选用通信成本低的链路，实现通信费用最低。
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