劉 暢 那振宇 柳曉鳴 張景鵬 高聞遠(yuǎn)

大連海事大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 116026

AIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺
——信道監(jiān)控子模塊設(shè)計(jì)

劉 暢 那振宇 柳曉鳴 張景鵬 高聞遠(yuǎn)

大連海事大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 116026

船舶自動識別系統(tǒng)——AIS采用SOTDMA通信協(xié)議，利用VHF進(jìn)行海上通信，在船舶航行安全中起到非常重要的作用。而AIS通信過程中的信道占用情況在真實(shí)AIS設(shè)備上不能被直觀顯示出來。本課題基于真實(shí)AIS設(shè)備的數(shù)據(jù)源，設(shè)計(jì)將AIS信道A和信道B的時(shí)隙占用情況以狀態(tài)圖的方式實(shí)時(shí)顯示。通過本實(shí)驗(yàn)平臺，學(xué)生可以更加直觀地觀察到AIS時(shí)隙預(yù)約與占用情況。

AIS(自動識別系統(tǒng))；教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)平臺

1 課題研究背景

船舶自動識別系統(tǒng)AIS綜合全球定位系統(tǒng)將船舶相關(guān)信息通過甚高頻向附近水域廣播，在船舶避碰及安全航行中起著重要的作用。學(xué)校開設(shè)的AIS系統(tǒng)與應(yīng)用課程，讓越來越多的學(xué)生了解到AIS在船舶航行中的必要性，也讓更多的學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)課上接觸到AIS船、岸臺設(shè)備。但是AIS實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生只限于對設(shè)備的操作和觀摩，更多有關(guān)AIS通信原理及協(xié)議方面的知識在實(shí)驗(yàn)中得不到展示。本課題基于校教改項(xiàng)目“AIS實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)與開發(fā)”設(shè)計(jì)AIS實(shí)驗(yàn)平臺中的信道實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊部分，通過對接收到的AIS信息進(jìn)行解碼，讀取AIS信道各時(shí)隙占用狀態(tài)參數(shù)，并將AIS信道A和B的實(shí)時(shí)占用情況用狀態(tài)圖直觀地實(shí)時(shí)顯示出來，進(jìn)行監(jiān)測。學(xué)生可以結(jié)合本設(shè)計(jì)的時(shí)隙圖對理論課堂學(xué)到的SOTDMA時(shí)隙占用算法進(jìn)行很好地理解和掌握。

2 課題研究主要內(nèi)容

本課題為AIS信道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是AIS課程實(shí)驗(yàn)平臺的子模塊。接入VHF數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)茿IS正常工作的重要前提之一，而接入VHF數(shù)據(jù)鏈離不開AIS信道和時(shí)隙的監(jiān)控[1-3]。在傳統(tǒng)的AIS設(shè)備中，時(shí)隙監(jiān)控作為SOTDMA接入的依據(jù)，沒有被顯示出來。設(shè)計(jì)將AIS信道A和信道B的實(shí)時(shí)占用情況以狀態(tài)圖和狀態(tài)表實(shí)時(shí)顯示，極大地方便了學(xué)生了解AIS信道實(shí)時(shí)占用情況。通過本實(shí)驗(yàn)平臺，學(xué)生可以更加直觀地觀察AIS時(shí)隙預(yù)約與占用的情況，對SOTDMA時(shí)隙的接入方法擁有更深刻的理解。

本設(shè)計(jì)基于VC++語言[4]，結(jié)合SQL數(shù)據(jù)庫，所設(shè)計(jì)的信道實(shí)時(shí)監(jiān)控界面顯示效果清晰。經(jīng)過測試，系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，時(shí)隙占用顯示準(zhǔn)確，對AIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 實(shí)現(xiàn)方案及結(jié)果

基于圖像顯示的信道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)主要分為主對話框和子對話框的建立、線程的開啟、顯示界面的刷新等，其基本框架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由于本設(shè)計(jì)同時(shí)監(jiān)控顯示信道A以及信道B的時(shí)隙占用狀態(tài)，這兩個(gè)過程相似，下面以信道A為例介紹設(shè)計(jì)流程。

(1) 信道A流程圖

信道A時(shí)隙的實(shí)時(shí)監(jiān)控的流程圖如圖2所示。設(shè)計(jì)首先將DataMemo數(shù)組進(jìn)行初始化，再實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫并存儲在DataMemo數(shù)組中，最后將窗口進(jìn)行重繪，將信道的實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)果顯示在界面上。

圖1 設(shè)計(jì)基本框架結(jié)構(gòu)圖

圖2 信道A時(shí)隙監(jiān)控流程圖

首先對數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行篩選，選出CHANNEL為“A”，TIMEOUT為2，4，6的數(shù)據(jù)，再移動到數(shù)據(jù)庫的末尾并提取時(shí)隙號，最后將時(shí)隙號轉(zhuǎn)化為中間信息，存儲在二維數(shù)組DataMemo中。

(2) 信道A設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

①指針移動到上一次調(diào)用數(shù)據(jù)庫最后數(shù)據(jù)的位置，函數(shù)如下：

②將數(shù)據(jù)庫的時(shí)隙號信息轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的二維數(shù)組信息，此部分代碼首先更新數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，再判斷是否為新的一幀的開始，進(jìn)而算出時(shí)隙號對應(yīng)的二維數(shù)組的橫縱偏量，最后將對應(yīng)的二維數(shù)組內(nèi)容設(shè)置為相對應(yīng)的內(nèi)容。

③判斷新一幀開始，程序如下：

④將二維數(shù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。程序分別判斷DataMemo數(shù)組中各元素的值，若為TRUE則對應(yīng)的小方格顯示深灰色，若為FALSE則對應(yīng)的小方格顯示淺灰色。

(3) 信道A實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行結(jié)果

如圖3所示，圖中淺灰色的方格代表對應(yīng)的時(shí)隙沒有被占用，深灰色的方格代表對應(yīng)的時(shí)隙被占用。當(dāng)鼠標(biāo)在相應(yīng)的時(shí)隙方格內(nèi)停留時(shí)，會彈出時(shí)隙號的提示信息。當(dāng)鼠標(biāo)在深灰色的方格內(nèi)點(diǎn)擊時(shí)，時(shí)隙數(shù)會顯示對應(yīng)的時(shí)隙號，MMSI一欄會顯示占用此時(shí)隙船舶的MMSI。

圖3 信道A時(shí)隙占用實(shí)時(shí)監(jiān)控

4 結(jié)束語

教改課題設(shè)計(jì)的AIS信道監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了試運(yùn)行，收到了良好的教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)平臺可以讓學(xué)生更加直觀地了解AIS通信協(xié)議SOTDMA的時(shí)隙預(yù)約算法理論，提高了學(xué)生對于AIS系統(tǒng)學(xué)習(xí)的興趣。教改實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐相結(jié)合，今后在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中將繼續(xù)完善和改進(jìn)。

[1] 陳宗恒.A I S時(shí)隙選擇策略淺析[J]. 電腦知識與技術(shù),2013(10):2423-2425.

[2] 莫紅飛,張勇.AIS數(shù)據(jù)解碼分析[J]. 計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2012(6):60-61.

[3] 謝偉東,鄭佳春,張杏谷.AIS基站通信時(shí)隙的在線監(jiān)測與評估[J]. 航海技術(shù),2012(6):33 -36.

[4] 連依萍.基于VC++的串口通信編程方法的研究[J].硅谷,2013(14):56-57.

Experimental Teaching Platform of AIS: Design of the Channel Monitoring Module

Liu Chang, Na Zhenyu, Liu Xiaoming, Zhang Jingpeng, Gao Wenyuan
Dalian Maritime University, Dalian, 116026, China

The Automatic Identification System （AIS） is playing an important role in the vessel navigation safety with the communication protocol of SOTDMA by marine VHF. While the occupancy process of the channel during AIS communication cannot be displayed visually in the real AIS equipment. Based on the data source of AIS equipment， this project design a state diagram of the slots which can display the occupancy of the channel A and channel B in real-time. Through the experimental platform， the students can observe the reservation and occupancy of the channel slots more intuitive.

AIS （Automatic Identification System）； teaching reform； experimental platform

2014-09-15

劉暢，博士，講師。

大連海事大學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目“AIS系統(tǒng)與應(yīng)用課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺設(shè)計(jì)開發(fā)”資助(編號：2013Q06)。