VDE-TER链路层通信技术研究与实现

发布时间：2020-10-30 07:52

　　 甚高频数据交换系统(VHF Data Exchange System,VDES)作为被国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)认可的未来海事通信系统的重要组成部分,成为了近年来海事通信领域的研究热点。在集成现有的自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)功能的基础上,VDES增加了两个数据处理能力更强的功能:特殊应用报文(Application Specific Message,ASM)和宽带甚高频数据交换(VHF Data Exchange,VDE)。其中,VDE 功能又分为 VDE 地面部分(VDE-Terrestrial,VDE-TER)与VDE卫星部分(VDE-Satellite,VDE-SAT),本课题主要研究VDE-TER的链路层通信技术。VDE-TER的随机接入信道(Random Access Channel,RACH)是在国际电信联盟(International Telecommunication Union Recommendation,ITU)M.2092-0 建议书中首次引入的。VDE-TER功能中所有数据传输都要使用RACH来接入链路,所以作为VDE-TER的接入技术,研究RACH的接入协议具有非常重要的意义。在VDE-TER的通信过程中,所有站台时间同步,资源请求信令包在RACH上随机发送,且发送的信令包大小相同,这些特点符合时隙ALOHA协议(Slotted-ALOHA,S-ALOHA)使用场景。在ITUM.2092-0建议书中提出VDE-TER的随机接入技术使用S-ALOHA协议。本课题结合S-ALOHA协议与VDE-TER RACHH的特性,提出了自适应迭代差分时隙 ALOHA 协议(Adaptive Traffic Load Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA,ATL-CRDSA)。该协议在发送信令包时,会发送该信令包两个负载内容完全一致的副本,并随机选择两个不同的时隙发送,在岸站接收信令包时,会利用成功解调的信令包信息来消除副本在其他时隙上产生的干扰,能够有效提高了系统的吞吐量。此外,为了进一步解决高负载下系统吞吐量下降的问题,ATL-CRDSA协议会对链路的负载进行估计,并引入选择发送概率来降低链路中的有效负载,使系统可以工作在最优化吞吐量附近。该协议对VDE-TER链路层的接入协议标准的制定有重要的参考意义。在上述研究的基础上,使用C++搭建了 VDE-TER的链路层通信平台。模拟了在部分时隙被AIS与ASM占用的情况下,VDE-TER链路层的通信流程,验证了 ATL-CRDSA协议的性能。实验结果表明ATL-CRDSA的归一化吞吐量可以达到0.55数据包/时隙,并且在RACH负载不断增加的情况下也可以保证系统的吞吐量性能,保证了 VDE-TER链路层通信的稳定性。
【学位单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

?ＶＤＥ－ＴＥＲ链路层通信技术研究与实现???２０１６?２０１７?２０１８?２０１９?２０２０?２０２１?２０２２?２０２３??ＡＩＳ＋ＡＳＭ?｜?ＶＤＥＳ地面部?ＶＤＥＳ全方位??语择服务１分基本完成?运行能乃??、ＩＳ?，——ＡＩＳ，?？?＾Ｓ２??ＡＩＳ＋ＡＳＭ＾?ＡＳＭ?＾?Ａ１Ｓ??１?ＪＭ?？?Ｊ?ＶＤＥ－ＴＥＲ?？此：服??卫星上彳?ＶＤＥ－ＳＡＴｆ?ＸＳＭ１??ＡＳＭ?Ｌ?ＡＳＭ２??ＶＤＥ＾ＳＡＴ???上／下行链路??图１．１?ＶＤＥＳ发展规划??Ｆｉｇ．?１．１?ＶＤＥＳ?ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｐｌａｎ??按照图中的任务规划与进度安排，ＶＤＥＳ技术标准确定并正式发布时，海上数字通??信的相关业务会极大地变革，高速的的数据通信能力，全球范围的覆盖能力，将会极大??降低因通信链路不稳定造成的安全风险，会大大促进航运事业的发展，对无人船与智能??船舶应用等相关的领域都具有极大地促进作用［１５］。??１．２．２接入协议研究现状??在ＶＤＥ－ＴＥＲ中，由于其传输数据的容量较大，传输突发性数据概率较大，在ＩＴＵ－Ｒ??Ｍ．２０９２建议书中提出随机信道的接入协议使用Ｓ－ＡＬＯＨＡ。在２０世纪七十年夏威夷大??学试验成功随机接入协议Ｓ－ＡＬＯＨＡ，在Ｓ－ＡＬＯＨＡ的应用环境中，所有终端随机接入，??系统允许大量间断性传输数据的的终端共用单一信道，并且要求所有终端进行时间同??步，且每个数据包的长度必须等于一时隙，在理想环境中Ｓ－ＡＬＯＨＡ的吞吐量可以达到??０．３６８数据包／时隙ＷＵＳ－ＡＬＯＨＡ的应用条件与ＶＤＥ－ＴＥＲ中船站发送数据的条件非常相??似，所以该协议有一定的使用基矗??为了继

?大连海事大学硕士学位论文???２?ＶＤＥ－ＴＥＲ链路层特性??根据ＶＤＥＳ技术特性建议书ＩＴＵ－Ｒ?Ｍ．２０９２－０与ＶＤＥＳ技术规范Ｇ１１３９这两份文件??的内容，本章首先介绍了?ＶＤＥＳ的框架，在此基础上对ＶＤＥ－ＴＥＲ的技术特性进行具体??的描述，包括ＶＤＥ－ＴＥＲ的信道参数、时隙结构、逻辑信道以及传输流程等四个方面，??对ＶＤＥ－ＴＥＲ的链路层进行详细的说明。??２．?１?ＶＤＥＳ总体架构??ＶＤＥＳ为海事基站（船站、岸站、卫星）之间的通信提供了多种方式，在近海范围??内地面岸站与移动船站组成网络保证了数据的可靠传输，在岸站无法覆盖的水域移动船??站通过海事卫星进行组网。在功能上，通过保留ＡＩＳ专用频段，设置数据优先级别等方??式保证了?ＡＩＳ功能的完整性，进一步保障了船舶航行安全。与此同时，在ＡＩＳ的已有频??段的基础上为ＶＤＥＳ申请了多个新的频段，分配给ＡＳＭ、ＶＤＥ－ＴＥＲ、ＶＤＥ－ＳＡＴ进行??数据传输。根据系统组成模型可以预测，未来的ＶＤＥＳ将发展出多种设备类型，比如单??一支持?ＡＩＳ?类型，ＡＩＳ＋ＡＳＭ?类型、ＡＩＳ＋ＡＳＭ＋ＶＤＥ－ＴＥＲ、ＶＤＥ－ＳＡＴ?等多种组合，应??用于不同场景。ＶＤＥＳ中具体的通信模式如图２．１所示［２６］。??ｇＳＭＩ?ＶＤＥ?ＡＩＳ?：长轉卫星部分???ｊ￣￣?｜?｜?Ｌ??；?！??ＡＳＭ?ＡＳＭ??船站?ＶＤＥ：?ＶＤＥ?船站??ＡＩＳ?＇?￣?＂?ＡＩＳ?［长距离??ＡＳＭ?ＡＩＳ??厗站??图２．１?ＶＤＥＳ整体架构??Ｆｉｇ．?２．１?ＶＤＥＳ?ｏｖｅｒａｌｌ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??７??

?大连海事大学硕士学位论文???（?刑台）???＜＾息，排序发送，等?????是??资源请求＃９０，等＞??源分配＃４，等彳???＾＾３１２???－＋Ｔ？??＜???????发送数据包??＃７４，?＃７５，?＃７６??＜＜＾Ｋ／ＮＡＣＫ?＃?１３判????曰??＜包个数大于?????＾否???去??（释放传输链ｇ＾）??图２．６发送端数据传输流程??Ｆｉｇ．?２．６?Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ?ｄａｔａ?ｐｒｏｃｅｓｓ??１５??
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本文编号：2862213