VDES海上通信系统多址接入协议研究

摘要

近年来，甚高频数据交换系统VDES(VHF Data Exchange System)在世界海事领域得到了广泛关注与推崇，并确定作为未来e-航海战略核心系统的数据交换平台。相对于现有的船舶自动识别系统AIS(Automatic Identification System)来说，VDES的信道链路更加丰富、业务承载能力也更多样化，是解决AIS链路负荷过载的有效手段。自组织时分多址接入SOTDMA(Self-organized Time Division Multiple Access)协议是AIS系统的关键协议，但目前国内外关于VDES系统MAC接入协议的研究还处于起步阶段。因此本课题对SOTDMA协议进行了理论分析和性能仿真，并提出了一种改进MAC多址接入协议(Improved-SOTDMA，ISOTDMA)协议，改进后协议可有效降低时隙预约冲突率，对未来VDES系统接入协议标准的制定具有重要参考意义。
　　本文为VDES系统重新归纳划分了消息类型，并为其设置了消息优先级等级。另外，从时隙预约冲突的产生原理出发，结合理论分析和Matlab仿真，得出了现有SOTDMA协议时隙预约冲突率的理论值。
　　本文针对VDES系统新增信道和消息类型，提出了ISOTDMA协议。依据海上船舶运动状态的实际情况，利用OPNET仿真平台搭建了VDES系统的网络模型，分析了报文报告率、网络容量和时隙预约冲突率三者之间的关系，并通过比较OPNET的仿真值与Matlab的理论值，验证了OPNET搭建的VDES网络模型的合理性与正确性。此外，针对ISOTDMA协议在船舶拥挤的大规模网络场景下时隙预约冲突率依然较高的问题，提出了一种智能选择相对空闲信道的改进方案，并在OPNET搭建的VDES网络模型中仿真了该机制，实验结果表明大场景时改进的ISOTDMA协议的时隙预约冲突率远低于传统SOTDMA协议的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 VDES系统国内外发展与研究现状

1．3 论文研究意义

1．4 论文主要工作与内容安排

第2章 VDES系统架构

2．1 VDES的系统模型与组成

2．2 VDES的频谱划分

2．3 VDES的主要技术

2．3．1 VDES的调制解调技术

2．3．2 VDES数据链路层技术

2．4 本章小结

第3章 VDES系统中时分多址接入技术设计

3．1 VDES中消息类型及优先级设计

3．1．1 VDES中AIS的消息类型

3．1．2 VDES中ASM的消息类型

3．2 VDES中MAC层协议设计

3．2．1 AIS中传统SOTDMA协议简介

3．2．2 VDES中改进协议的时隙结构

3．2．3 VDES中MAC协议(ISOTDMA)算法设计

3．3 本章小结

第4章 VDES系统接入协议时隙冲突理论建模及分析

4．1 VDES中仅用AIS信道系统接入协议研究

4．2 理论分析模型

4．4 结论分析

4．3 本章小结

第5章 Improved-SOTDMA协议仿真与性能分析

5．1 仿真工具OPNET简介

5．2 基于OPNET的系统仿真建模

5．2．1 OPNET下VDES的AIS信道仿真模型搭建

5．2．2 OPNET下VDES的MAC层建模

5．3 AIS信道仿真及结果分析

5．3．1 AIS信道仿真的参数设置

5．3．2 AIS信道仿真的性能参评指标

5．3．3 仿真结果准确性分析

5．4 VDES中Improved-SOTDMA仿真及结果分析

5．4．1 ISOTDMA仿真参数设置

5．4．2 传统SOTDMA与ISOTDMA仿真结果对比与分析

5．4．3 大场景时ISOTDMA的改进算法

5．4．4 传统SOTDMA与大场景时ISOTDMA的改进协议对比与分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间公开发表论文

作者简介