AIS自组织时分多址原理

AIS自组织时分多址原理

费世年

1时隙

AIS采用时分多址通信方式(TDMA)，它把信道的时间分成固定的时间缝隙，称为时隙。一组时隙构成一帧数据。AIS有两个信道(A：CH87和B：CH88)。每个信道的一帧数据持续1min。每帧数据包括2250个时隙。每个时隙由256bit(约26.67ms)组成，其编号按0-2249统一编号。每个时隙可能处于下列状态之一：

•空闲：本站接收范围内未用的时隙。前3帧中未曾使用的外部分配的时隙也属空闲时隙。这种时隙可以考虑作为本站发送的预约时隙；

•内部分配：这一时隙由本台站划分分配，可用于发射；

•外部分配：由其它台站占用，划分为外站供发射的时隙；

•可用；指其他站从外部分配的时隙，可能成为时隙复用的一种备选方案；

•不可用；指其他站从外部分配的时隙，不能成为时隙复用的备选方案。

2时隙预约选择

用于发射的时隙是从选择间隔(SI)中的预约时隙中选择的。选择过程中需要利用到接收数据。预约时隙主要是从空闲时隙中选择，需要时，也可从可用时隙是选择。从预约时隙中选择发送时隙时，不论时隙状态如何，每一个预约时隙被选中的概率是一样的。台站用户进入SOTDMA数据链以后，首先要监听信道1min的时间，从监听收到的报文中获得其他用户对时隙的占用、预约、时隙空闲及用户的位置信息，形成时隙状态表。时隙预约选择算法就要利用时隙状态表中的信息，确定该用户能预约到的时隙位置。SOTDMA工作方式的时隙选择步骤如下：

(1)台站入网阶段，系统首先会确定将要选择时隙的范围(SI)，其值一般取150个时隙，约4s。台站选择其中一个做为第1个发射时隙，记为标称起始时限(NSS)。NSS在当前时隙和后面的标称增量(NI)时隙中随机选择，由增量时分多址协议(ITDMA)发送。NI与船舶报告率(RR)有关，其计算如公式1.1：

NI=2250/RR（2.1）

(2)台站进入到周期报告阶段时，推导一个可选时隙的列表：

推导可选时隙列表，首先需要确定一个标称时隙(NS)，其初始值与NSS大小相等。可用时隙从NS中选取，与RR有关，在最终确定发送时隙(NTS)前，最好要推导出4个以上的可选时隙，以提高甚高频数据链路(VDL)访问效率。NS计算如公式2.2：

NS=NSS+n*NI(0<n<RR)（2.2）

3确定预约时隙：

选择预约时隙首先要确定时隙选择范围(SI)。SI取值与报文报告速率(RR)有关。当RR小于2次/min时，将由ITDMA分配时隙，当RR大于2次/min时，SI可以由下列公式计算：

SI=[NS−(0.1*NI)(0.1*NI)]=0.2*NI（3.1）

从可用时隙列表中选择，以SI中间的标称时隙(NS)开始。如果NS为空闲时隙，则选为该用户的预约时隙，否则，继续检查该时隙左侧和右侧的相邻时隙，依此类推，直到找到可以预约的时隙。

4选择发送时隙(NTS)

在预约时隙中随机选择做为数据发送的时隙(NTS)。计算该时隙与当前时隙的偏移量，即增量偏移量。同时需要为该NTS指定一个周期超时值，也就是该时隙可以被预约的帧数。NTS一般可被连续预约3-8帧。

5经过增量偏移量的时间

预约时隙到来，在当前时隙发送数据，同时该时隙的周期超时值做减1计算。这一过程一帧一帧的进行，每1帧进行的是增量时隙预约。当有某一个时隙的周期超时值为零时，需要重新预约一个时隙来代替这时隙。

结论

近年来，AIS的应用不断增加，如港内的浮标设备也越来越多地安装上AIS设备,虚拟航标技术也开始广泛应用；同时，随着港口经济的持续发展，进出港船舶数量大幅上升，船舶用户对港口助航服务的要求也越来越多样化和专业化，推动二进制适用专用电文的应用。这意味AIS系统的VHF数据链路(VDL)负载日益增大，将影响AIS通信网络的稳定性、可靠性，有可能干扰到AIS的船舶识别与跟踪。因此，分析港口内AIS网络的VDL资源利用现状，对维护AIS网络的正常运行，决策AIS适用专用功能电文的应用有着重要的意义

参考文献：

[1]叶刚，刘振安，田刚.STDMA系统数据链自组织特性的仿真研究[J].计算机仿真，2004，21(02)：60-62.

[2]张京娟，郝燕玲.AIS系统时隙预约选择算法的分析[J].哈尔滨工程大学学报，2002，23(05)：

52-56.

[3]叶刚，刘振安，徐英莹.数据链高负载状况下STDMA自组织特性的研究[J].计算机工程，2004，30(07)：90-91.