基于FPGA的AIS数据链路层协议研究与实现

发布时间：2017-07-26 00:22

  本文关键词：基于FPGA的AIS数据链路层协议研究与实现

  更多相关文章： 船载自动识别系统 自组织时分多址接入 高级数据链路控制 FPGA

【摘要】：船载自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)利用甚高频(Very High Frequency, VHF)信道向周围船舶定时发布自身信息,同时也实时接收周围船舶的信息,以此来实现彼此的互相识别,对于加强海上交通运输管理、保证船舶安全航行具有重要意义。数据的获取及数据的定时广播发送对AIS系统有效通信和解决通信冲突至关重要,因此本文主要研究相关协议的FPGA实现。利用Altera公司的Quartus ii软件进行VHDL编程,实现了AIS数据链路层的打包及解包功能以及自组织时分多址接入(Self-Organized Time Division Multiple Access, SOTDMA)协议。论文首先阐述了AIS系统的研究背景、国内外研究现状及其应用情况,分析了软件开发环境、工作流程、协议栈类型、消息类型及结构等；随后分两部分讨论了AIS系统数据链路层协议的具体实现：(1)数据链路层打包及解包功能的FPGA实现。为了获取数据,首先进行了GPS信息接收与提取模块设计,主要完成从GPS中接收各个句段信息,并且从特定句段中提取经纬度、速度等船位报告信息。数据获取之后,接下来进行了数据的打包及解包功能设计,主要完成将获取数据按照AIS的数据传输格式进行打包处理,同时对接收到的数据进行解包校验处理。(2)进行时隙选择的SOTDMA协议的FPGA实现。主要完成了用SOTDMA协议自主选择自身发射时隙并定时发射信息等内容,包括了系统初始化、系统进入网络、系统自主运行等多个模块的设计。通过以上两部分内容的设计,完成了从数据获取到数据定时发送的整个流程,基本实现了AIS系统数据链路层协议的相关功能要求。另外,本文还通过编写Testbench测试文件在Modelsim仿真工具中对所设计的功能模块进行验证,测试结果证明了设计的正确性。
【关键词】：船载自动识别系统 自组织时分多址接入 高级数据链路控制 FPGA
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN915.04
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外发展状况10-13
• 1.2.1 AIS国际标准发展历程10-11
• 1.2.2 AIS种类及主要区别11-13
• 1.3 AIS应用情况13-14
• 1.3.1 AIS在船舶避碰中的应用13
• 1.3.2 AIS在环保方面的应用13-14
• 1.3.3 军用AIS的发展14
• 1.4 论文主要工作及内容安排14-17
• 第2章 AIS系统及开发平台概述17-33
• 2.1 软件开发环境介绍17-19
• 2.2 AIS工作流程及协议栈分析19-23
• 2.2.1 发送与接收信息过程19-20
• 2.2.2 协议栈分析20-23
• 2.3 AIS消息类型及结构23-26
• 2.3.1 消息帧和时隙的定义23-24
• 2.3.2 消息类型及结构24-26
• 2.4 AIS系统关键技术26-31
• 2.4.1 TDMA时隙同步技术26-27
• 2.4.2 AIS报文解析技术27-29
• 2.4.3 HDLC数据帧打包及解包技术29-30
• 2.4.4 VHF数据链路接入技术30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 AIS数据链路层打包与解包功能的FPGA实现33-55
• 3.1 GPS信息的接收与提取33-41
• 3.1.1 串口传输的FPGA实现33-38
• 3.1.2 GPS数据提取的FPGA实现38-41
• 3.2 AIS数据帧格式41-42
• 3.3 数据打包功能的FPGA实现42-49
• 3.3.1 数据打包模块总体设计42-43
• 3.3.2 关键算法设计与实现43-49
• 3.4 数据解包功能的FPGA实现49-53
• 3.4.1 数据解包模块总体设计49-50
• 3.4.2 关键算法设计与实现50-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第4章 SOTDMA数据链路接入协议的FPGA实现55-79
• 4.1 协议参数分析55-59
• 4.1.1 TDMA接入参数55-58
• 4.1.2 报告率参数58-59
• 4.2 SOTDMA接入协议实现59-77
• 4.2.1 系统初始化59-61
• 4.2.2 系统登录AIS网络61-65
• 4.2.3 系统第一帧信息发射65-68
• 4.2.4 系统自主运行68-71
• 4.2.5 系统报告率改变71-75
• 4.2.6 系统重新自主运行75-77
• 4.3 系统功能仿真测试77-78
• 4.4 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-87
• 作者简介87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 方兴;王步云;;基于Bit Fields的AIS报文解析及实现[J];舰船电子工程;2014年07期

2 邓洪章;船舶自动识别系统(AIS)[J];天津航海;2002年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 马威;基于嵌入式Linux系统的AIS数据处理技术研究[D];大连海事大学;2011年

2 许华杰;AIS系统设计及实现探讨[D];华中师范大学;2002年

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本文编号：573976