一種基於移動ip技術的船舶自動識別方法
2023-10-08 07:37:24 3
專利名稱：一種基於移動ip技術的船舶自動識別方法
技術領域：
本發明屬於船舶交通安全運輸領域，涉及船舶交通安全、移動通信和系統集成的 交叉應用學科，具體涉及一種基於移動IP技術的船舶自動識別方法。
背景技術：
為保障船舶航行安全，國際海事組織(IMO)第42次會議上，決定在全球範圍內大 於300總噸的國際航行船舶和大於500總噸的國內航行船舶強制裝配船舶自動識別系統 AIS (Automatic Identification System)A類終端設備，其他船舶推薦安裝B類AIS終端設 備。然而，基於SOTDMA技術的AIS系統的不足之處在於不同的終端設備在信息傳輸時存在 衝突，導致其它接收設備無法準確獲取信息，而且系統容量小、安全性差、傳輸帶寬較窄等 缺點，不適應未來信息傳輸的發展。同時，基於VHF的AIS系統在狹長山區內河航道中信號 傳輸距離有限，在內河安全避碰和搜救協調時很難發揮作用。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於移動IP技術的船舶自動識別方法(Mobile IP AutomaticIdentification System =MIP-AIS)，MIP-AIS技術藉助但不依賴控制中心實現船 舶自動識別功能，而且移動IP的特性能夠保證MIP-AIS系統中船舶終端設備跨區域作業 時，數據不間斷傳輸。為了達到上述目的，本發明的技術方案如下一種基於移動IP技術的船舶自動識別方法，包括如下步驟步驟一、船載終端設備登陸系統識別中心，並從系統識別中心獲取當前周圍其它 船載終端設備的網絡連結信息、安全認證信息編碼和自身安全認證信息編碼；步驟二、系統識別中心將該船舶的安全認證信息編碼發送給待識別的船載終端設 備，以確定鄰近船舶；步驟三、船載終端設備連結周圍船舶，在利用安全認證信息編碼進行身份認證之 後，互相播發船舶識別信息，從而實現相互之間的自動識別。本發明的有益效果是既可以具有當前AIS系統不依賴系統識別中心就可以實現 船舶之間的自動識別，又可以克服當前AIS系統在通信距離和通信鏈路中的限制，特別適 合山區內河船舶之間的自動識別。
圖1是本發明基於移動IP技術的船舶自動識別方法的系統結構圖；圖2是本發明基於移動IP技術的船舶自動識別方法系統識別中心輔助的船舶自 動識別搜索算法執行流程圖；圖3是本發明基於移動IP技術的船舶自動識別方法中船載終端設備自主搜索算 法執行流程5
圖4是本發明基於移動IP技術的船舶自動識別方法船舶動態遷移過程中船舶之 間的自動識別流程圖。
圖5是本發明實施例的網絡傳輸信息幀結構示意圖。圖中1、系統識別中心，2、移動IP通信網絡，3、船載終端設備。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。一種基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵體現在MIP-AIS系統中，該系 統框圖如圖1所示，主要由系統識別中心1、移動IP通信網絡2和船載終端設備3組成。 利用該方法，船載終端設備3藉助但不依賴系統識別中心1進行船舶之間的自動識別。在 MIP-AIS中，任一船載終端設備3既可以對其他船載終端設備3發起連結，也可以接受其他 船載終端設備3的連結請求。該方法中，船載終端設備3首先登陸系統識別中心1，並從系統 識別中心1獲取當前周圍船載終端設備3的網絡連結信息(移動動態IP和連結埠號)、 安全認證信息編碼和自身安全認證信息編碼。同時，系統識別中心1將該船舶的安全認證 信息編碼發送給待識別的船載終端設備3，這樣就可以確定「鄰近」船舶。然後，該船載終端 設備3連結周圍船舶，在利用安全認證信息編碼進行身份認證之後，互相播發船舶識別信 息(船舶動態信息和靜態信息)，從而實現相互之間的自動識別。這時，相互之間的信息播 發已經不再依賴於系統識別中心1。當船載終端設備3移動時，從其周圍已連結的船載終端 設備3中獲取滿足條件的其他船載終端設備3連結信息，並斷開遠離本船的已連結的船載 終端設備3。在MIP-AIS系統中，船載終端設備3 —旦與其他船載終端設備3進行了識別，就可 以獲取整個識別系統網絡中的任一船載終端設備3信息，並可以與其進行信息交互，而不 需要依賴於系統識別中心1。同時，系統內船載終端設備3之間的相互識別需要在身份安全 認證後自動進行，而且不同船載終端設備3有不同的移動IP位址和埠號，因此保證了船 載終端設備3之間信息交互的安全性和準確性.另外，納入識別系統的不同船載終端設備 3之間是對等的(peer-peer)，既沒有識別中心也不需要中心算法，能夠自動適應船載終端 設備3數量的變化.最後，不同的船載終端設備3之間通過TCP/IP協議進行信息傳輸，保 證了船舶識別信息交互的可靠性。在MIP-AIS系統中，船載終端設備3之間的相互識別有兩種方式，即系統識別中心 1輔助的船舶自動識別搜索算法和自主搜索算法；同時還涉及船載終端設備3遷移過程中 的船舶自動識別。系統識別中心1輔助的船舶自動識別搜索算法執行流程如圖2所示，主要包括如 下過程a)系統識別中心1接收船載終端設備3的自動識別請求；b)確認後，系統識別中心1接收船載終端設備3的識別條件；c)系統識別中心1搜索該船舶周圍的船舶連結信息發送給請求的船載終端設備 3 ；d)船載終端設備3判斷是否與待識別船舶存在IP連接通道；如果存在，則轉入步 驟f)；如果不存在，則執行步驟e)；
e)與待識別船舶的船載終端設備3建立IP連結通道；f)與建立IP連結通道的待識別船舶之間傳送各種自動識別信息；g)判斷已經相互識別的船舶是否超出了識別範圍；h)如果是，從識別船舶列表中刪除超出識別範圍的船舶，否則返回步驟d)重複執 行；i)直到該船載終端設備停止運行時，結束。系統識別中心1輔助下的船載終端設備3自動識別搜索是依靠系統識別中心1，並 按照船載終端設備3上傳條件，搜索該船舶周圍滿足條件的其他船舶船載終端設備3的鏈 接信息，並將上述信息和安全認證信息編碼發送給申請的船載終端設備3，同時將該船載終 端設備3安全認證信息編碼發送給待識別的船載終端設備3。該船載終端設備3接收到鏈 接信息後發起連結，通過雙方認證後互相傳輸船舶識別信息進行自動識別。船舶識別信息主要包括船舶靜態信息(船名、呼號、IMO號或船舶登記號、船型、船 長、船寬、天線位置等信息)、動態信息(經度、緯度、航向、航速等信息)和航次信息(目的 地、到達時間等)。對船載終端設備S。而言，滿足自動識別條件的其他船載終端設備需要通過搜索所 有當前在線的船載終端設備數據結構來獲得.對每一個滿足條件的船載終端設備Si,搜索 判決式如式(1)所示51,. 二/私乂。。-Ζο 『、|)(1)其中，|Ζα、-Lats^ | < r\LonSo - Lons 卜 r，r 為識別範圍半徑。船載終端設備3自主搜索算法執行流程如圖3所示，主要過程包括如下A)開機啟動；B)讀取最近歷史船舶鍊表信息；C)遍歷連結歷史識別船舶；D)判斷是否存在可用連結，如果存在，則轉入步驟E)，否則，執行步驟J)；E)與可用連結建立IP連結通道；F)發送識別條件給該連接終端設備；G)判斷該連結識別船舶是否處於識別範圍，如果是，則執行步驟H)，否則，執行步 驟I)；H)將該連結識別船舶內已經識別的、符合本船舶識別條件的船舶識別信息發送給 本船舶，並轉入步驟E)繼續執行；I)獲取最優識別船舶連結信息發送給本船舶，並轉入步驟D)繼續執行；J)如果不能執行船舶自主搜索流程，則轉入系統識別中心1輔助船舶搜索的識別 模式。當船舶Sa需要通過遠距離船舶Sb連結信息搜索附近其他待識別船舶時，對Sb而 言，需要搜索到一過渡識別船舶S' i，使得34與3' 間距離Vi最小。依此類推，直到 搜索到一識別節點S" i，使得小於船舶34的識別半徑。再通過節點S" i獲取識別範 圍內的其他船舶。在識別路徑中，對任一過渡識別船舶S' 其識別範圍內的最優過渡識別船舶
7S' Exp-i選擇算法如下所示，L'a-,f +(ions. -Loniit f⑵Exp(V^l) = Min{iNDs._SA ,INDs,^,……』 IND。、}=Min{jNDs,f_s^it(3)由式⑵和(3)可以獲得過渡識別船舶S' i識別範圍內離船舶Sa最近的一個船 舶作為最優過渡識別船舶.該算法可以使船舶Sa對周圍待識別船舶的自動識別搜索時間 和搜索路徑最短，可有效提高船舶通過遠端識別船舶對周圍船舶自動識別搜索的效率。在最優過渡識別船舶搜索過程中，當最優過渡識別船舶S' Exp_i在船舶Sa的識別 範圍IR內時，則轉發船舶S' Exp_i的連結參數和身份安全認證信息至船舶SA。船舶Sa連結 船舶S' Exp_i，並通過船舶S' _1對當前識別範圍內的所有其他船舶進行自動識別。在MIP-AIS系統中，每一條船舶都在動態改變當前位置，整個系統拓撲結構也在 時時變化，因此，船舶在遷移過程中對周圍船舶的自動識別是該系統的一個重要過程。其執 行流程圖如圖4所示，主要步驟如下i)船載終端設備3持續運行；ii)遍歷所有建立連結的識別船舶；iii)計算當前遍歷船舶是否處於其它識別船舶的識別範圍內，如果是，進入步驟 iν)，否則執行步驟ν)；iv)發送當前遍歷船舶的識別條件和連接參數信息給處於其識別範圍內的其它識 別船舶；ν)判斷當前遍歷船舶是否仍處於本船的識別範圍內，如果是，執行步驟vii)，否 則，執行步驟vi)；vi)刪除超出識別範圍的船舶；vii)接收其它識別船舶發送過來的待識別船舶的識別信息；viii)與待識別船舶建立IP連接通道；ix)與所有識別船舶進行識別信息的收發。在船舶動態遷移過程中，需要實時計算和更新每個船舶的當前識別船舶列表，以 保證船舶自動識別的有效性。對任一船舶而言，在接收和相互轉發識別信息的同時，還要輔助計算其他已識別 的船舶之間是否滿足自動識別條件，其中步驟ix)與其他各步驟可能是同步執行的。船舶遷移過程中的船舶自動識別可有各船舶之間相互輔助獨立實現，也可依靠系 統識別中心的輔助進行。實施例(1)網絡傳輸信息幀格式(1)網絡傳輸信息幀格式如圖5所示。(2)MIP-AIS船舶自動識別系統信息幀電文格式
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權利要求
一種基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟步驟一、船載終端設備(3)登陸系統識別中心(1)，並從系統識別中心(1)獲取當前周圍其它船載終端設備(3)的網絡連結信息、安全認證信息編碼和自身安全認證信息編碼；步驟二、系統識別中心(1)將該船舶的安全認證信息編碼發送給待識別的船載終端設備(3)，以確定鄰近船舶；步驟三、船載終端設備(3)連結周圍船舶，在利用安全認證信息編碼進行身份認證之後，互相播發船舶識別信息，從而實現相互之間的自動識別。
2.根據權利要求1所述的基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，在步驟 三所述的船載終端設備(3)連結周圍船舶，在利用安全認證信息編碼進行身份認證之後， 互相播發船舶識別信息的步驟之後，還包括系統識別中心(1)輔助船舶自動識別搜索的步 驟，具體如下a)系統識別中心(1)接收船載終端設備(3)的自動識別請求；b)確認後，系統識別中心(1)接收船載終端設備(3)的識別條件；c)系統識別中心(1)搜索該船舶周圍的船舶連結信息發送給請求的船載終端設備⑶；d)船載終端設備(3)判斷是否與待識別船舶存在IP連接通道；如果存在，則轉入步驟 f)；如果不存在，則執行步驟e)；e)與待識別船舶的船載終端設備(3)建立IP連結通道；f)與建立IP連結通道的待識別船舶之間傳送各種自動識別信息；g)判斷已經相互識別的船舶是否超出了識別範圍；h)如果是，從識別船舶列表中刪除超出識別範圍的船舶，否則返回步驟d)重複執行；i)直到該船載終端設備停止運行時，結束。
3.根據權利要求2所述的基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，所述船 舶自動識別信息包括船舶靜態信息、動態信息和航次信息。
4.根據權利要求3所述的基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，所述船 舶靜態信息包括船名、呼號、IMO號或船舶登記號、船型、船長、船寬、天線位置信息，所述動 態信息包括經度、緯度、航向、航速信息，所述航次信息包括目的地、到達時間。
5.根據權利2所述的基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，對船載終端 設備S。，滿足自動識別條件的其它船載終端設備需要通過搜索所有當前在線的船載終端設 備數據結構來獲得；對每一個滿足條件的船載終端設備Si,搜索判決式如下式所示Sj = /^Lats 一 Lats , Lons 一 Lons )其中， -Lat8i I < r,\LonSo — LonSi\<r,r 為識別範圍半徑。
6.根據權利要求1所述的基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，在步驟 三所述的船載終端設備(3)連結周圍船舶，在利用安全認證信息編碼進行身份認證之後， 互相播發船舶識別信息的步驟之後，還包括船舶自主搜索的步驟，具體如下A)開機啟動；B)讀取最近歷史船舶鍊表信息；C)遍歷連結歷史識別船舶；D)判斷是否存在可用連結，如果存在，則轉入步驟E)，否則，執行步驟J)；E)與可用連結建立IP連結通道；F)發送識別條件給該連接終端設備；G)判斷該連結識別船舶是否處於識別範圍，如果是，則執行步驟H)，否則，執行步驟I)；H)將該連結識別船舶內已經識別的、符合本船舶識別條件的船舶識別信息發送給本船 舶，並轉入步驟E)繼續執行；I)獲取最優識別船舶連結信息發送給本船舶，並轉入步驟D)繼續執行；J)如果不能執行船舶自主搜索流程，則轉入系統識別中心(1)輔助船舶搜索的識別模式。
7.根據權利要求6所述的基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，當船舶 Sa需要通過遠距離船舶Sb連結信息搜索附近其它待識別船舶時，對Sb而言，需要搜索到一 過渡識別船舶S' i，使得Sa與S' i之間距離Vi最小；依此類推，直到搜索到一識別節點 S" i，使得LA_i 小於船舶Sa的識別半徑；再通過節點S" i獲取識別範圍內的其它船舶。
8.根據權利要求6所述的基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，在識別 路徑上，對任一過渡識別船舶S『 其識別範圍內的最優過渡識別船舶S『 Exp_i選擇算法如 下式所示
9.根據權利要求1所述的基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，在步驟 三所述的船載終端設備(3)連結周圍船舶，在利用安全認證信息編碼進行身份認證之後， 互相播發船舶識別信息的步驟之後，還包括船載終端設備(3)遷移過程中的船舶自動識別 的步驟，具體如下i)船載終端設備(3)持續運行； )遍歷所有建立連結的識別船舶；iii)計算當前遍歷船舶是否處於其它識別船舶的識別範圍內，如果是，進入步驟iv)， 否則執行步驟ν)；iv)發送當前遍歷船舶的識別條件和連接參數信息給處於其識別範圍內的其它識別船舶；ν)判斷當前遍歷船舶是否仍處於本船的識別範圍內，如果是，執行步驟vii)，否則，執 行步驟vi)；vi)刪除超出識別範圍的船舶；vii)接收其它識別船舶發送過來的待識別船舶的識別信息；viii)與待識別船舶建立IP連接通道；ix)與所有識別船舶進行識別信息的收發。
10.根據權利要求9所述的基於移動IP技術的船舶自動識別方法，其特徵在於，在船舶 動態遷移過程中，需要實時計算和更新每個船舶的當前識別船舶列表；對任一船舶而言，在 接收和相互轉發識別信息的同時，還要輔助計算其它已識別的船舶之間是否滿足自動識別 條件，上述步驟ix)與其它各步驟可同步執行。
全文摘要
基於移動IP技術的船舶自動識別方法屬於船舶交通安全運輸領域，本發明的MIP-AIS系統由系統識別中心、移動IP通信網絡和船載終端設備組成；本發明方法包括系統識別中心輔助的船舶自動識別搜索方式和船載終端設備自主搜索方式，以及船舶動態遷移中船舶之間的自動識別過程。本發明使船舶終端設備藉助但不依賴系統識別中心實現船舶自動識別功能，且具有移動IP特性的通信鏈路能保證船舶終端設備跨區域作業時，數據不間斷傳輸。採用本發明，既可以具有當前AIS系統不依賴系統識別中心就可實現船舶間的自動識別，又可以克服當前AIS系統在通信距離和通信鏈路中的限制，特別適合山區內河船舶之間的自動識別。
文檔編號G06F17/30GK101958922SQ20101025370
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月10日 優先權日2010年8月10日
發明者張淑芳, 胡青 申請人:胡青;張淑芳