基于AIS的无线数据接入网关及通信协议的研究

论文摘要

近年来,随着沿海物流行业的迅猛发展,船-岸间货运物流信息的交互需求越加迫切,由于受到海域通信特殊环境的限制,在陆地上得到成熟应用的无线通信及数据传输技术在此并不完全适用。通用船舶自动识别系统（Automatic Identification System,简称AIS系统）虽然构建了可靠的船岸通信网络,但目前主要应用在船舶避碰导航和遇险搜救等方面；如何建立一个兼容AIS标准与新型物流信息需要的无线通信平台逐渐成为近年来业内的研究热点。在这种背景下,本文提出一种新的思路,设计一种无线数据接入网关,它利用AIS原有通信信道,对信息的数字调制、通信协议技术进行扩展研究,将包含AIS原有信息在内的船岸间的货运信息进行数字调制并带载在AIS信道上传输。将完成这种数据接入的网关安装在船台及岸台,采用自主设计的通信协议完成与岸台监控中心、物流中心的数据交互。本文首先对AIS系统和无线网关的工作原理与技术标准进行了深入细致的探讨和研究,在此基础上设计出一种无线网关硬件终端,用于实现物流信息与AIS信息的数据融合处理,并完成船台与岸台、物流公司之间的通信。本文以CS-TDMA协议为依据,对物流信息传输的协议部分进行了自主设计,为物流信息在AIS信道中的传输提供理论依据。根据系统的功能要求,完成了硬件终端和软件程序的设计,并初步调试运行成功,为无线数据接入网关的实现提供了实物依据。本文重点对无线网关数据传输协议、船载货物信息的编码方式以及无线网关的软、硬件实现等方面进行研究,并完成了实验室环境下网关终端的软硬件联合调试。实验结果验证了无线网关协议的设计合理。该方案的实现为如何利用已有的海上通信设备完成现代化物流信息的传输提供了一种可行的新思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 AIS的产生背景
• 1.2 AIS系统简介
• 1.3 AIS的国内外发展状况
• 1.3.1 国外AIS的发展现状
• 1.3.2 国内AIS的发展现状
• 1.4 课题的来源及意义
• 1.5 论文的研究内容和组织结构
• 第二章 无线数据接入网关工作原理与技术标准
• 2.1 AIS系统的性能标准
• 2.1.1 AIS系统的功能要求
• 2.1.2 AIS系统的工作模式
• 2.1.3 AIS系统的信息类型
• 2.1.4 AIS系统的信息更新率
• 2.2 AIS系统的工作原理
• 2.2.1 AIS分层模型
• 2.2.2 AIS频道访问协议
• 2.2.3 AIS系统中的同步
• 2.2.4 AIS时隙
• 2.2.5 AIS工作流程
• 2.3 无线网关技术
• 2.3.1 无线网关的组成与功能
• 2.3.2 无线网关中的协议
• 2.4 CS-TDMA协议
• 2.4.1 CS-TDMA原理
• 2.4.2 CS-TDMA的工作模式
• 2.4.3 CS-TDMA时隙接入
• 2.5 GMSK调制解调
• 2.5.1 GMSK原理
• 2.5.2 GMSK调制
• 2.5.3 GMSK信号的解调
• 本章小结
• 第三章 无线数据接入网关总体设计方案
• 3.1 课题方案概述
• 3.1.1 系统设计的原则
• 3.1.2 课题方案的实现
• 3.2 无线数据接入网关总体设计
• 3.2.1 无线数据接入网关的组成
• 3.2.2 硬件终端设计
• 3.2.3 软件设计
• 3.3 无线数据接入网关通信协议设计
• 3.3.1 时隙接入
• 3.3.2 数据包格式
• 3.3.3 电文内容
• 本章小结
• 第四章 无线数据接入网关硬件电路设计
• 4.1 主控制单元
• 4.1.1 C8051F340简介
• 4.1.2 USB接口
• 4.1.3 C2调试接口
• 4.2 显示单元
• 4.3 GPS单元
• 4.4 基带信号处理单元
• 4.5 语音播报单元
• 4.6 对外接口部分
• 4.6.1 RS-232串行接口单元
• 4.6.2 人机交互接口
• 4.6.3 VHF接口
• 4.7 电源部分
• 本章小结
• 第五章 无线数据接入网关软件设计
• 5.1 系统主程序设计
• 5.1.1 系统工作模式
• 5.1.2 系统主程序设计
• 5.2 各功能模块的软件设计
• 5.2.1 信息发射
• 5.2.2 信息接收
• 5.2.3 GMSK调制与解调
• 5.2.4 电文解析
• 5.2.5 LCD显示
• 5.2.6 GPS信息处理
• 5.2.7 语音播报
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 试验测试报告
• 附录B 整体电路原理图
• 附录C 部分功能模块代码
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢