AIS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)解析和技術(shù)發(fā)展展望

AIS主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)介紹1/97AIS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)ITU1371-5協(xié)議AIS相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系近年來(lái)AIS技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展2/97IMO：國(guó)際海事組織ITU：國(guó)際電信聯(lián)盟WRC:世界無(wú)線(xiàn)電通信大會(huì)IEC：國(guó)際電工委員會(huì)IALA：國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)

AIS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織3/97監(jiān)管者：對(duì)船舶使用AIS及AIS設(shè)備要求做官方要求定義者：對(duì)AIS通信性能標(biāo)準(zhǔn)定義并修正標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行者：對(duì)AIS通信設(shè)備詳細(xì)功效、性能制訂標(biāo)準(zhǔn)三

大

組

織4/97MSC，MaritimeSafetyCommittee5/97ITU-R6/977/97

AIS其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議串口協(xié)議、TCP/IP、CSMA、802.3、HDLC、IGMP、RIP、OSPF8/97AIS發(fā)展演進(jìn)ITU1371-5協(xié)議AIS相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系近年來(lái)AIS技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展9/9710/97ITU1371協(xié)議歷史SOTDMA是“自組織時(shí)分多址”英文首字母縮寫(xiě)。這個(gè)名字最早由瑞典學(xué)者HakanLans提出并使用,用以描述自組織時(shí)分復(fù)用傳輸系統(tǒng)。能夠舉一個(gè)最簡(jiǎn)單例子來(lái)描述SOTDMA：十個(gè)人各使用一個(gè)麥克風(fēng),而且每個(gè)人都希望和其余每一個(gè)人通話(huà),SOTDMA就是實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功效一個(gè)有效方法,能夠使每個(gè)人彼此之間都能自由地同時(shí)交流。11/97ITU1371協(xié)議歷史瑞典HakanLans先生以個(gè)人名義申請(qǐng)了這種系統(tǒng)專(zhuān)利,但在專(zhuān)利中并沒(méi)有使用SOTDMA一詞。而在他之前,南非MDS企業(yè)及美國(guó)ROSS工程企業(yè)也已開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究并擁有了一樣功效技術(shù)雛形。HakanLans把他專(zhuān)利賣(mài)給了當(dāng)初屬于瑞典航天企業(yè)GP&C(全球定位和通信)企業(yè)。以后該企業(yè)被SAAB企業(yè)收購(gòu)。然而不幸是美國(guó)Motorola企業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了這種系統(tǒng),并申請(qǐng)專(zhuān)利比Lans先生還要早。早在九十年代初,美國(guó)Motorola企業(yè)一個(gè)雇員JamesRidiout曾就專(zhuān)利侵權(quán)向SAAB提出訴訟。該訴訟在美國(guó)專(zhuān)利法庭歷經(jīng)五年,在花了成千上萬(wàn)美元后,這個(gè)爭(zhēng)論才私下處理。Lans先生同意不再卷人衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，而Motorola企業(yè)同意不再涉足AIS領(lǐng)域。12/97ITU1371協(xié)議歷史到1997年,SAAB、ROSS和MDS三家企業(yè)均開(kāi)發(fā)出了各自SOTDMA技術(shù),并應(yīng)用在各自AIS系統(tǒng)中。以上三家企業(yè)SOTDMA技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn),不過(guò)商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)妨礙了生產(chǎn)廠商之間技術(shù)合作。直到1997年,Ross企業(yè)總裁RossNorsworthy先生,將其SOTDMA專(zhuān)利(在瑞士進(jìn)行了國(guó)際專(zhuān)利注冊(cè))無(wú)償特許給了國(guó)際電信聯(lián)盟。隨即由RossNorsworthy先生倡議MDS、SAAB和ROSS三家企業(yè)一起在佛羅里達(dá)離ROSS企業(yè)不遠(yuǎn)假日酒店召開(kāi)了一次會(huì)議。RossNorsworthy先生在會(huì)議上提議三家企業(yè)應(yīng)把彼此間分歧放在一邊,共同合作起草一份能表達(dá)最好技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)將融合三家技術(shù)上優(yōu)點(diǎn),以利于提升國(guó)際海事安全。他觀點(diǎn)被其它兩方接收,隨即共同工作結(jié)果便是國(guó)際電信聯(lián)盟認(rèn)可關(guān)于AIS新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ITU—RM.1371。13/97ITU1371協(xié)議解析ITU-RM.1371提出了AIS技術(shù)特征標(biāo)準(zhǔn)，包含：將比特流傳輸?shù)綌?shù)據(jù)鏈物理層；特征參數(shù)；帶寬參數(shù)、發(fā)射媒體；頻帶寬度；收發(fā)特征；調(diào)制方案；數(shù)據(jù)發(fā)射速率；同時(shí)序列；數(shù)據(jù)編碼；前向糾錯(cuò)；交織、比特倒頻；數(shù)據(jù)鏈讀出；發(fā)射機(jī)穩(wěn)定時(shí)間；發(fā)射功率；關(guān)機(jī)程序。14/97AIS協(xié)議分類(lèi)ITU協(xié)議組要求了AIS系統(tǒng)總體要求ITU-RM137198ITU-RM1371-101ITU-RM1371-206ITU-RM1371-307ITU-RM1371-410ITU-RM1371-514四個(gè)協(xié)議改進(jìn)之處于于對(duì)協(xié)議一些細(xì)節(jié)上完善和報(bào)文種類(lèi)增加。15/97RecommendationITU-RM.1371-41371提議書(shū)第5版2月推出全稱(chēng)為《在VHF海事通信頻段上基于TDMAAIS系統(tǒng)技術(shù)特征》16/97多址方式分類(lèi)在無(wú)線(xiàn)通信中，為確保許多用戶(hù)同時(shí)進(jìn)行通信，以不一樣方式分隔無(wú)線(xiàn)信道，預(yù)防相互干擾技術(shù)方式稱(chēng)為多址方式。頻分多址－－以頻率來(lái)區(qū)分信道。時(shí)分多址－－在一個(gè)無(wú)線(xiàn)頻道上，按時(shí)間分割為若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)信道占用一個(gè)時(shí)隙，在要求時(shí)隙內(nèi)收發(fā)信號(hào)。碼分多址－－采取擴(kuò)頻通信技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)含有特定地址碼，利用地址碼相互之間正交性（或準(zhǔn)正交性）完成信道分離任務(wù)。17/97ITU-RM1371-4相對(duì)1371-4版本主要改變有：1、在數(shù)據(jù)幀中加入了通信狀態(tài)位。包含同時(shí)狀態(tài)和時(shí)隙相關(guān)信息。2、在報(bào)文中加入了轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)數(shù)位，初始狀態(tài)位為1或2。當(dāng)報(bào)文被轉(zhuǎn)發(fā)站轉(zhuǎn)發(fā)后，該位+1，當(dāng)該位等于3時(shí)，報(bào)文將不再被轉(zhuǎn)發(fā)。該機(jī)制能夠防止報(bào)文重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)造成時(shí)隙利用效率急劇下降。1371協(xié)議演進(jìn)18/973、對(duì)6號(hào)和8號(hào)報(bào)文二進(jìn)制信息進(jìn)行詳細(xì)定義，以提升數(shù)據(jù)利用效率。4、增加了對(duì)報(bào)文7、報(bào)文13、報(bào)文17和報(bào)文22描述。5、增加了23號(hào)組指派命令報(bào)文、24號(hào)靜態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)文、25號(hào)單時(shí)隙二進(jìn)制報(bào)文、26號(hào)含通信狀態(tài)多時(shí)隙二進(jìn)制報(bào)文、27號(hào)大量程AIS報(bào)文。1371協(xié)議演進(jìn)19/97ITU-RM1371-5最新改動(dòng)：1、降低信道負(fù)荷，降低時(shí)隙沖突幾率。在報(bào)文中加入了轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)數(shù)位，防止報(bào)文重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)造成時(shí)隙沖突；對(duì)6號(hào)和8號(hào)報(bào)文二進(jìn)制信息進(jìn)行數(shù)據(jù)位定義，以提升報(bào)文利用效率；壓縮AIS短信息播發(fā)最大長(zhǎng)度，在非FDTDMA情況下，AIS短消息連續(xù)占用時(shí)隙最大值由5個(gè)降低到3個(gè)。1371協(xié)議演進(jìn)20/972、21號(hào)報(bào)文增加了擴(kuò)展航標(biāo)名稱(chēng)位，將AIS航標(biāo)名稱(chēng)字符數(shù)由20個(gè)增加到最多34個(gè)。1371協(xié)議演進(jìn)21/97ITU-RM1371-5最新改動(dòng)：3、完善了AIS功效。增加了23號(hào)組指派命令報(bào)文、24號(hào)靜態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)文、25號(hào)單時(shí)隙二進(jìn)制報(bào)文、26號(hào)含通信狀態(tài)多時(shí)隙二進(jìn)制報(bào)文、27號(hào)大量程AIS報(bào)文；在21號(hào)報(bào)文中增加了擴(kuò)展航標(biāo)名稱(chēng)位，將AIS航標(biāo)名稱(chēng)字符數(shù)由20個(gè)增加到最多34個(gè)，大大緩解了AIS航標(biāo)名稱(chēng)長(zhǎng)度過(guò)短問(wèn)題。1371協(xié)議演進(jìn)22/97ITU-RM1371-5最新改動(dòng)：3、調(diào)整了AIS性能參數(shù)。增加AIS衛(wèi)星專(zhuān)用信道，包含75頻道（156.775MHz）和76頻道（156.825MHz），AIS船臺(tái)發(fā)射機(jī)增加在四個(gè)信道切換能力，大量程AIS報(bào)文每三分鐘在兩個(gè)新增頻道上輪番發(fā)送，以確保每個(gè)頻道每六分鐘使用一次，AIS船臺(tái)不要求具備新頻段接收能力；取消了12.5K帶寬模式，以簡(jiǎn)化AIS傳輸控制機(jī)制并降低AIS臺(tái)站制造成本；對(duì)AIS-SART收發(fā)信機(jī)性能、物理層參數(shù)、信道接入方式等進(jìn)行了規(guī)范。1371協(xié)議演進(jìn)23/97基站船臺(tái)ClassAClassBSOTDMA通信模式CSTDMA通信模式AIS航標(biāo)AIS搜救相關(guān)AIS轉(zhuǎn)發(fā)臺(tái)站AIS通信主體24/97工作模式l

自主和連續(xù)模式：采取這種模式臺(tái)站應(yīng)能自行確定其位置信息發(fā)射時(shí)間安排，并自動(dòng)處理與其它臺(tái)站在發(fā)射時(shí)間安排上沖突。l

指定模式：采取管理部門(mén)基地臺(tái)或轉(zhuǎn)發(fā)臺(tái)所指定發(fā)射時(shí)間表。包含匯報(bào)速率指定和發(fā)射時(shí)隙指定。l

輪詢(xún)模式：自動(dòng)回應(yīng)船臺(tái)或管理部門(mén)問(wèn)詢(xún)。輪詢(xún)模式運(yùn)行不應(yīng)和其它兩種模式運(yùn)行發(fā)生沖突，回應(yīng)信息發(fā)射在接收到問(wèn)詢(xún)信息頻道上進(jìn)行。25/9726海事通信與導(dǎo)航技術(shù)研究室SHIPNAMEPOSITIONCOURSEANDSPEEDPORTOFORIGINPORTOFDESTINATIONVesselwithAISVHFAntennaVHFTowerHostNationUserLaptopWEBBASEDServerUsersWEBBASED26/97AIS通信模型分為四層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層基本概念：層次模型27/97OSI-RMISO/OSIReferenceModel該模型是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）為網(wǎng)絡(luò)通信制訂協(xié)議，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信功效要求，它把通信過(guò)程分為七層，分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層和應(yīng)用層，每層都要求了完成功效及對(duì)應(yīng)協(xié)議。OSI模型28/97層次模型應(yīng)用層表示層會(huì)話(huà)層傳輸層

網(wǎng)絡(luò)層信道A信道B鏈路管理實(shí)體（LME）層鏈路層LME數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)（DLS）層鏈路層DLS媒質(zhì)接入控制（MAC）層鏈路層MAC物理層物理層RxATxA/BRxBRx：接收機(jī)；Tx：發(fā)射機(jī)AIS設(shè)備有兩套接收裝置、對(duì)應(yīng)AIS1和AIS2一套發(fā)射裝置29/97發(fā)送比特流同時(shí)，定時(shí)功率控制數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)管理物理層主要功效30/97符號(hào)參數(shù)名最小值最大值PH.RFR區(qū)域頻率MHZ156.025162.025PH.CHS信道間隔KHz12．525PH.AIS1AIS信道1（CH87B）161.975161.975PH.AIS2AIS信道2（CH88B）162.025162.025PH.TS對(duì)準(zhǔn)序列bit2432PH.TST發(fā)射機(jī)穩(wěn)定時(shí)間ms1.0PH.TXP發(fā)射輸出功率W125物理層參數(shù)31/97傳輸介質(zhì)：AIS1和AIS2雙信道運(yùn)行：2個(gè)TDMA接收機(jī)分別在2個(gè)獨(dú)立頻道上同時(shí)接收信息，同時(shí)，使用1個(gè)TDMA發(fā)射機(jī)在2個(gè)獨(dú)立頻道上交替進(jìn)行TDMA發(fā)射。帶寬：25kHz或12.5kHz。公海應(yīng)采取25kHz帶寬，而在領(lǐng)海應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)貦?quán)力機(jī)關(guān)要求采取25kHz或12.5kHz帶寬。32/97幾個(gè)參數(shù)□調(diào)制方案：最小移頻鍵控（GMSK/FM）□信道編碼：不歸零翻轉(zhuǎn)：遇0電平改變□數(shù)據(jù)速率：9.6kbitps+/-50PPM□對(duì)準(zhǔn)序列：24比特0和1交替組成□無(wú)前向糾錯(cuò)和交織，無(wú)位擾33/97調(diào)制方式

采取GMSK/FM。MSK是移頻鍵控（FSK）一個(gè)改進(jìn)。在移頻鍵控中，每一碼元頻率不變或跳變一個(gè)固定值，而兩個(gè)相鄰頻率跳變碼元信號(hào)，其相位通常是不連續(xù)。而MSK是FSK信號(hào)相位一直保持連續(xù)改變一個(gè)特殊方式，它因?yàn)橐祁l小而且相位連續(xù)，所以頻帶利用率優(yōu)于普通FSK方式。GMSK是將數(shù)字基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)一個(gè)高斯濾波器整形后進(jìn)行調(diào)頻，從而使功率譜高頻分量滾降更加快，降低帶外輻射。34/97發(fā)射機(jī)功率2種標(biāo)稱(chēng)功率：2W和12.5W缺省高功率35/97發(fā)射機(jī)穩(wěn)定時(shí)間36/97發(fā)射機(jī)RF開(kāi)啟時(shí)間：為T(mén)X-ON信號(hào)后，RF功率到達(dá)正常電平80%時(shí)（穩(wěn)定狀態(tài)）時(shí)間。故在TX-ON信號(hào)后，發(fā)射機(jī)RF開(kāi)啟時(shí)間將不能超出1ms。發(fā)射機(jī)RF釋放時(shí)間：從TX-OFF信號(hào)起1ms內(nèi)，關(guān)閉發(fā)射機(jī)RF功率。37/97鏈路層作用：打包數(shù)據(jù)，適應(yīng)錯(cuò)誤檢測(cè)和正確數(shù)據(jù)傳輸。2.3.1媒介存取控制（MAC）

1.TDMA同時(shí)：(1)直接同時(shí)UTC(2)間接同時(shí)UTC假如設(shè)備不能直接獲取UTC,但能接收到其它采取UTC直接計(jì)時(shí)臺(tái)站，則應(yīng)調(diào)到與這些臺(tái)站同時(shí)。(3)同時(shí)于基地臺(tái)若移動(dòng)臺(tái)既無(wú)法直接同時(shí)UTC，也無(wú)法間接同時(shí)UTC，但能接收到從基地臺(tái)發(fā)射信息，則應(yīng)將其同時(shí)于能接收臺(tái)站數(shù)量最多基地臺(tái)。38/97AIS幀格式AIS系統(tǒng)采取幀概念，一幀為1分鐘，分為2250個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙為26.67ms，每一幀開(kāi)始和結(jié)束都是以UTC分鐘一致。39/97AIS幀格式40/97時(shí)隙作用分隙概念最早起源于夏威夷大學(xué)ALOHA網(wǎng)絡(luò)。使用時(shí)隙能夠提升信道利用率。使用時(shí)隙能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸吞吐率提升一倍。41/97數(shù)據(jù)鏈服務(wù)（DLS）（1）

數(shù)據(jù)鏈激活和釋放；（2）

數(shù)據(jù)發(fā)送（3）

錯(cuò)誤檢測(cè)與控制42/97

□RATDMA(隨機(jī)訪問(wèn)TDMA):-動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)登陸，暫時(shí)傳輸-沒(méi)有預(yù)先申明傳輸-防止預(yù)先申明或者已經(jīng)分配鏈路-傳輸計(jì)劃突發(fā)性.□SOTDMA(自組織TDMA):-穩(wěn)定（周期）廣播位置匯報(bào)-預(yù)先申明使用時(shí)隙并定義時(shí)隙使用時(shí)長(zhǎng);-防止已經(jīng)分配鏈路;-時(shí)隙在一個(gè)預(yù)定義范圍內(nèi)隨機(jī)選擇-自主性、連續(xù)性傳輸-可支持過(guò)載.四種數(shù)據(jù)鏈路訪問(wèn)協(xié)議43/97□

ITDMA(增量TDMA):用于預(yù)先申明暫時(shí)傳輸，網(wǎng)絡(luò)登陸，第一個(gè)幀，發(fā)送由特殊原因（比如船轉(zhuǎn)向）暫時(shí)增加匯報(bào)只支持自主/連續(xù)和分配模式（不支持問(wèn)詢(xún)模式），一個(gè)ITDMA分配時(shí)隙能夠保持到下一個(gè)幀時(shí)隙在待選時(shí)隙中隨機(jī)選定□

FATDMA(固定訪問(wèn)TDMA):靜態(tài)分配，僅用于岸臺(tái)匯報(bào)預(yù)先申明而且固定傳送計(jì)劃不會(huì)防止使用已分配時(shí)隙四種數(shù)據(jù)鏈路訪問(wèn)協(xié)議44/97

SOTDMA工作方式下首先偵聽(tīng)通信情況，發(fā)射電臺(tái)在發(fā)射電文中包含未來(lái)時(shí)隙選擇，借助于轄區(qū)內(nèi)發(fā)射電臺(tái)占有時(shí)隙及未來(lái)預(yù)約時(shí)隙了解，AIS臺(tái)就能確定自己發(fā)射時(shí)隙和未來(lái)預(yù)約時(shí)隙。CSTDMA系統(tǒng)也是經(jīng)過(guò)偵聽(tīng)現(xiàn)存通信情況來(lái)決定一個(gè)空閑時(shí)隙，假如偵聽(tīng)到某一時(shí)隙沒(méi)有被使用，它就用這個(gè)時(shí)隙發(fā)射——在標(biāo)稱(chēng)時(shí)隙開(kāi)始時(shí)間2MS后發(fā)射，這2MS是用來(lái)偵聽(tīng)CLASSA發(fā)射存在。因?yàn)镃LASSB不預(yù)約未來(lái)時(shí)隙且每次發(fā)射只占一個(gè)時(shí)隙，所以，它們對(duì)VHF數(shù)據(jù)鏈負(fù)載影響是非常小。CSMA\CA是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，CSMA\CA也使用TDMA，但其采取RTS\CTS預(yù)約機(jī)制，和愈加復(fù)雜二進(jìn)制回退算法，以更大網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)來(lái)確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性。SOTDMACSTDMACSMA\CA45/97

AIS信息數(shù)據(jù)包格式上升沿

對(duì)準(zhǔn)序列

開(kāi)始標(biāo)志

數(shù)

據(jù)

幀校驗(yàn)序列

結(jié)束標(biāo)志

緩

沖

8bits24bits8bits168bits16bits8bits24bits46/97同時(shí)同時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信中一個(gè)主要問(wèn)題。接收方要正確判斷接收到發(fā)送方碼元序列狀態(tài)，必須在適當(dāng)時(shí)刻去測(cè)試判斷接收到碼元，當(dāng)判斷時(shí)刻相位誤差累積到半個(gè)比特寬度時(shí)候，就可能發(fā)生判斷錯(cuò)誤。同時(shí)包含兩方面：位同時(shí)幀同時(shí)外同時(shí)內(nèi)同時(shí)47/97

對(duì)準(zhǔn)序列對(duì)準(zhǔn)序列稱(chēng)為位同時(shí)碼（或比特同時(shí)碼），其作用是把收發(fā)兩端時(shí)鐘對(duì)準(zhǔn)，使碼位對(duì)齊，以給出每個(gè)碼元判決時(shí)刻。對(duì)準(zhǔn)序列是由0、1交替數(shù)碼組成一段信號(hào)，用NRZI（不歸零翻轉(zhuǎn)）編碼，并以0作為對(duì)準(zhǔn)序列結(jié)束碼。48/97開(kāi)始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志開(kāi)始標(biāo)志稱(chēng)字同時(shí)，又稱(chēng)幀同時(shí)碼，它表示信息開(kāi)始位。為了能在接收端實(shí)現(xiàn)正確區(qū)分碼字、碼句或碼幀，需要在信息傳輸中設(shè)置幀同時(shí)。AIS幀同時(shí)碼為8比專(zhuān)長(zhǎng)，由標(biāo)準(zhǔn)HDLC標(biāo)志01111110組成，用于檢測(cè)一個(gè)發(fā)射數(shù)據(jù)包開(kāi)始，作為信息起始時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。幀同時(shí)普通是在位同時(shí)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。結(jié)束標(biāo)志表示信息傳輸結(jié)束，與開(kāi)始標(biāo)志相同，也是由標(biāo)準(zhǔn)HDLC標(biāo)志組成。49/97不歸零翻轉(zhuǎn)編碼RZAIS采取不歸零翻轉(zhuǎn)編碼NRZI。編碼作用：區(qū)分01攜帶時(shí)鐘適合信道傳輸特征50/97數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)是真正所需傳輸信息內(nèi)容。它分為兩個(gè)部分：信息標(biāo)志和信息內(nèi)容。信息標(biāo)志是用來(lái)表示信息類(lèi)型、信息數(shù)量、優(yōu)先級(jí)和路徑；信息內(nèi)容是通信雙方所需求數(shù)據(jù)，對(duì)于船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)而言，主要是指航行信息。

51/97幀校驗(yàn)序列因?yàn)槊}沖噪音、白噪聲和衰落等原因影響，會(huì)使通信網(wǎng)絡(luò)每次傳送數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)某種類(lèi)型錯(cuò)誤。誤碼檢測(cè)是任何數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)一個(gè)很主要部分，誤碼檢測(cè)技術(shù)是為了判斷傳送數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤。AIS中數(shù)據(jù)傳輸利用誤碼檢測(cè)技術(shù)是循環(huán)冗余校驗(yàn)。循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC（CyclicRedundancyCheck）碼是網(wǎng)絡(luò)通信中用得最廣泛錯(cuò)誤檢測(cè)碼，是一個(gè)漏檢率低得多也便于實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)碼。52/97緩沖區(qū)緩沖區(qū)共有24比專(zhuān)長(zhǎng)，它包含4比特比特填充，12比特距離延遲，2比特轉(zhuǎn)發(fā)器延遲以及6比特同時(shí)抖動(dòng)。比特填充：比特填充就是在輸出比特流中有超出5個(gè)連續(xù)1，則要插入一個(gè)0。距離延遲：為不一樣距離電臺(tái)發(fā)送子幀提供保護(hù)時(shí)間。

轉(zhuǎn)發(fā)器延遲：為雙工轉(zhuǎn)發(fā)器提供轉(zhuǎn)換時(shí)間。同時(shí)抖動(dòng)53/97網(wǎng)絡(luò)層作用:(1)

信道管理，建立和保持信道連接AIS工作信道為87B和88B,只能在以下情況下轉(zhuǎn)換到其它信道上工作。人工輸入命令（人工轉(zhuǎn)換）基地臺(tái)發(fā)來(lái)TDMA命令（經(jīng)過(guò)TDMA命令自動(dòng)轉(zhuǎn)換）基地臺(tái)發(fā)來(lái)DSC命令（經(jīng)過(guò)DSC命令自動(dòng)轉(zhuǎn)換）缺省模式下，AIS同時(shí)在兩個(gè)信道上接收信息，所以包含兩個(gè)TDMA接收機(jī)。信息傳輸應(yīng)該在兩個(gè)信道上交替進(jìn)行。（2）確定匯報(bào)速率（3）處理信道阻塞問(wèn)題54/97傳輸層（1）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)大小發(fā)射信息包；（2）數(shù)據(jù)包排序；（3）為上一層提供連接協(xié)議。55/97□靜態(tài)IMO號(hào)碼，呼號(hào)，船名，船長(zhǎng)，型寬，船舶類(lèi)型，船上定位天線(xiàn)位置□動(dòng)態(tài)船位，UTC時(shí)間，對(duì)地航向、航速，航首向，航行狀態(tài)，轉(zhuǎn)向率，傾角，縱搖和橫傾□與航次相關(guān)信息船舶吃水，危險(xiǎn)貨物，目標(biāo)港和預(yù)計(jì)抵達(dá)時(shí)間（ETA）（由船長(zhǎng)決定），航線(xiàn)計(jì)劃（轉(zhuǎn)向點(diǎn)）與安全相關(guān)短消息AIS信息種類(lèi)56/97匯報(bào)速率57/97匯報(bào)速率58/97匯報(bào)速率59/97數(shù)據(jù)長(zhǎng)度168比特?cái)?shù)據(jù)幀解析，以一號(hào)報(bào)文為例AIS數(shù)據(jù)區(qū)信息解析60/97AIS數(shù)據(jù)區(qū)信息解析61/97AIS數(shù)據(jù)區(qū)信息解析62/97對(duì)于從Dotalog服務(wù)器中提取一條AIS數(shù)據(jù)!ABVDM,1,1,3,A,169DvlgP1R8KPtvFBfOCt3?h0@RT,0*03AB指是SAABAIS數(shù)據(jù)，VDM表示本臺(tái)站收到船舶信息，SAAB企業(yè)以!ABVDM開(kāi)頭數(shù)據(jù)報(bào)文和以!AIVDM開(kāi)頭國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文編碼是完全一致。AIS數(shù)據(jù)區(qū)信息解析63/971，1，3，第一位表示傳遞本消息需要報(bào)文總條數(shù)，第二位數(shù)字表示該報(bào)文是整個(gè)消息第幾條，最終一位是報(bào)文序列標(biāo)識(shí)，當(dāng)同時(shí)存在多條需要分段消息時(shí)，該字段用來(lái)區(qū)分隸屬于不一樣消息報(bào)文。其下A表示該報(bào)文是經(jīng)過(guò)A信道接收。數(shù)據(jù)區(qū)段共168bit，詳細(xì)含義以下：AIS數(shù)據(jù)區(qū)信息解析64/97AIS數(shù)據(jù)區(qū)信息解析65/97AIS數(shù)據(jù)區(qū)信息解析66/97AIS數(shù)據(jù)區(qū)信息解析67/970*03中，0表示填充比特?cái)?shù)，03為數(shù)據(jù)區(qū)段CRC校驗(yàn)結(jié)果。AIS數(shù)據(jù)區(qū)信息解析68/97AIS信息：速度、航行……AIS報(bào)文：報(bào)文1：船位……AIS消息01編碼射頻信號(hào)AIS信息處理過(guò)程依據(jù)1371附錄8轉(zhuǎn)換HDLC：封裝，形成一包數(shù)據(jù)NRZI：編碼，比特化GMSK：調(diào)制，產(chǎn)生模擬信號(hào)69/97AIS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)ITU1371-5協(xié)議AIS相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系近年來(lái)AIS技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展70/97系統(tǒng)容量受限。AIS信道每分鐘只能提供4500個(gè)時(shí)隙，當(dāng)多個(gè)船舶同時(shí)請(qǐng)求信息傳輸,時(shí)隙分配不能滿(mǎn)足需求時(shí),信息沖突幾率就會(huì)大大增加。在我國(guó)沿海港口船舶密集區(qū)域，尤其是長(zhǎng)江口海域，信道容量不足問(wèn)題已經(jīng)不容忽略，尤其是低優(yōu)先級(jí)CSTDMA船臺(tái)經(jīng)常因爭(zhēng)搶不到時(shí)隙而無(wú)法被其它船舶所識(shí)別。AIS缺點(diǎn)71/97信息傳輸可靠性低。AIS船臺(tái)在周期性播發(fā)AIS動(dòng)態(tài)報(bào)文時(shí)采取是時(shí)隙預(yù)約機(jī)制，這種機(jī)制理論上就不能完全防止時(shí)隙沖突。再加上隱藏節(jié)點(diǎn)影響，AIS數(shù)據(jù)傳輸可靠性較低，尤其是在兩個(gè)臺(tái)站相隔距離比較遠(yuǎn)，傳輸報(bào)文占用較多時(shí)隙情況下，其報(bào)文低抵達(dá)率使之完全無(wú)法作為信息傳輸可靠通信媒介。另外AIS本身缺乏數(shù)據(jù)傳輸確實(shí)認(rèn)重傳機(jī)制，也沒(méi)有足夠信道資源來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠傳輸，在AIS二進(jìn)制信息應(yīng)用不停被深度開(kāi)發(fā)今天，這無(wú)疑限制了AIS作為一個(gè)海上便捷通信伎倆應(yīng)用價(jià)值。AIS缺點(diǎn)72/97AIS信道帶寬狹窄。AIS數(shù)據(jù)應(yīng)用主要依靠其預(yù)設(shè)限定格式報(bào)文實(shí)現(xiàn)，為了滿(mǎn)足愈加廣泛應(yīng)用需要，AIS還允許傳輸二進(jìn)制信息，這些二進(jìn)制信息能夠支持自定義編碼和私有協(xié)議。受限于9.6kbps帶寬，AIS協(xié)議對(duì)二進(jìn)制信息長(zhǎng)度有著嚴(yán)格限制，眾多智能化應(yīng)用所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)。即便如此，在大量使用AIS二進(jìn)制報(bào)文傳輸氣象、水文、航警信息時(shí)，信道帶寬還是會(huì)顯得捉襟見(jiàn)肘，而要想傳輸船舶遠(yuǎn)程簽證、語(yǔ)音乃至圖形等多媒體信息更是天方夜譚。AIS缺點(diǎn)73/97通信距離有限。AIS工作頻段介于156.025MHZ至162.025MHZ之間，該頻段電磁波主要靠空間波傳輸，傳輸范圍為視距。對(duì)于岸臺(tái)和船臺(tái)之間AIS數(shù)據(jù)傳輸，理論最大傳輸距離為200nmile，因?yàn)槭艿紸lS岸臺(tái)天線(xiàn)高度限制，實(shí)際覆蓋距離不超出60nmile，船臺(tái)間實(shí)際可到達(dá)最大傳輸距離普通僅在20nmile左右，低功率B類(lèi)臺(tái)站傳輸距離更低至7nmile。當(dāng)前，AIS數(shù)據(jù)正在被越來(lái)越廣泛應(yīng)用于信息分析和數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域，不完整AIS數(shù)據(jù)讓其應(yīng)用價(jià)值大打折扣。AIS缺點(diǎn)74/97衛(wèi)星AIS技術(shù)出發(fā)點(diǎn)就是為了填補(bǔ)岸基AIS系統(tǒng)覆蓋限制，拓展數(shù)據(jù)接收范圍，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船舶全球監(jiān)控。衛(wèi)星AIS使用一顆或者多顆低軌道衛(wèi)星（衛(wèi)星軌道高度在600km到1000km），在這些衛(wèi)星上面搭載AIS收發(fā)機(jī)來(lái)接收和解碼AIS報(bào)文并將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)地面站，從而讓陸地管理機(jī)構(gòu)掌握船舶相關(guān)動(dòng)態(tài)信息。衛(wèi)星探測(cè)AIS技術(shù)成熟75/97美國(guó)、加拿大、挪威、德國(guó)、日本等一些國(guó)家早已加入到對(duì)該技術(shù)研究中去并開(kāi)始逐步發(fā)展其AIS衛(wèi)星系統(tǒng)。美國(guó)ORMCOMM企業(yè)當(dāng)前在軌運(yùn)行中AIS衛(wèi)星系統(tǒng)包含VesselSat-1和VesselSat-2，同時(shí)ORBCOMM新一代Orbcomm-OG2低軌通信衛(wèi)星將配置AIS載荷，首批六顆衛(wèi)星即將于207月使用SpaceX獵鷹-9火箭發(fā)射，在以前年底，Orbcomm-OG2系列兩顆衛(wèi)星也曾經(jīng)過(guò)此型火箭發(fā)射升空，但因未到達(dá)預(yù)定軌道而焚毀。除ORMCOMM企業(yè)外美國(guó)SpaceQuest自開(kāi)始布署了AprizeSat3、AprizeSat4兩顆極軌衛(wèi)星和AprizeSat5、AprizeSat6、AprizeSat7、AprizeSat8四顆低軌衛(wèi)星，這些衛(wèi)星均載有AIS接收機(jī)，上述衛(wèi)星數(shù)據(jù)被提供給加拿大COMDEVexactEarth企業(yè)用于全球衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)。衛(wèi)星探測(cè)AIS技術(shù)成熟76/9777/9778/97我國(guó)發(fā)射了天拓一號(hào)遙感衛(wèi)星，其載有AIS接收機(jī)繪制出我國(guó)首張全球船舶AIS數(shù)據(jù)海圖。即使該衛(wèi)星性能指標(biāo)離商業(yè)應(yīng)用還有距離，但也為AIS星載系統(tǒng)設(shè)計(jì)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。衛(wèi)星探測(cè)AIS技術(shù)成熟79/97中國(guó)正在實(shí)施建設(shè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包含5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，可滿(mǎn)足中國(guó)及周?chē)赜蛴脩?hù)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航需求，而且能夠擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其覆蓋范圍大，沒(méi)有通信盲區(qū)特點(diǎn)，為船舶在遠(yuǎn)洋航行中監(jiān)控提供了思緒。北斗與AIS系統(tǒng)融合能夠很好處理傳統(tǒng)AIS系統(tǒng)可靠性不足且岸基系統(tǒng)維護(hù)成本過(guò)高、覆蓋范圍受限缺點(diǎn)，二者整合助益顯著。AIS與北斗融合80/97AIS與北斗融合81/97AIS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)ITU1371-4標(biāo)準(zhǔn)AIS相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系其它主要標(biāo)準(zhǔn)基本內(nèi)容82/97AIS技術(shù)發(fā)展展望在大約100多年以前，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)剛才產(chǎn)生時(shí)候就首先應(yīng)用于海上通信領(lǐng)域并給航海技術(shù)帶來(lái)了歷史性變革。但在最近一二十年陸上無(wú)線(xiàn)通信大發(fā)展時(shí)尚中，海上無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展卻因海上無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組建條件限制而裹足不前。如今，伴隨航運(yùn)業(yè)蓬勃發(fā)展，在航海安全，航海自動(dòng)化、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋科學(xué)研究以及航海日常通信領(lǐng)域出現(xiàn)對(duì)低成本、高可靠性無(wú)線(xiàn)通信方式需求愈加強(qiáng)烈，海上無(wú)線(xiàn)通信正在醞釀一場(chǎng)新革命。筆者認(rèn)為，AIS作為海上數(shù)據(jù)交換主要方式之一，將以新一代海上通信技術(shù)為承載，在保留基本業(yè)務(wù)和向下兼容同時(shí)，演變?yōu)楣πЦ矫?、適應(yīng)范圍更廣泛、擁有更大系統(tǒng)容量和覆蓋范圍新一代海上信息綜合交互平臺(tái)。83/97提供愈加豐富信息未來(lái)“AIS”系統(tǒng)將可能承載更多更豐富數(shù)據(jù)信息。乘員信息。乘員人數(shù)、健康情況、身份識(shí)別碼等。貨物信息。貨物種類(lèi)、數(shù)量、載貨位置、貨物圖像數(shù)據(jù)、托運(yùn)人和收貨人信息等。船舶裝備信息。主機(jī)、舵機(jī)、發(fā)電機(jī)、造水機(jī)、制冷機(jī)、雷達(dá)及通信系統(tǒng)狀態(tài)。導(dǎo)助航信息。氣象、水文、海圖及路徑導(dǎo)航信息。港口信息。泊位、錨地、倉(cāng)儲(chǔ)及航道交通流量等信息。多媒體信息。語(yǔ)音、圖像及流媒體信息。84/97現(xiàn)有海上通信方式局限就當(dāng)前海上通信現(xiàn)實(shí)狀況而言，中頻/高頻和甚高頻技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于海上語(yǔ)音通信。這些通信伎倆擁有傳送距離較遠(yuǎn)優(yōu)勢(shì)但無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸。而移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，比如GMS/GPRS、CDMA、3G和LTE網(wǎng)也支持了為數(shù)眾多船舶和沿海設(shè)施數(shù)據(jù)傳輸需要。移動(dòng)通信網(wǎng)擁有高帶寬和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢(shì)，唯一缺點(diǎn)是它信號(hào)覆蓋范圍只有50千米。在船船、船岸數(shù)據(jù)通信中，衛(wèi)星也起了主要作用。當(dāng)前。海上數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星主要有海事衛(wèi)星、銥星系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)、Terrastar系統(tǒng)和Thuraya系統(tǒng)。但對(duì)于這些衛(wèi)星系統(tǒng)來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)傳輸帶寬受到很大限制。即便衛(wèi)星技術(shù)也在迅猛發(fā)展，底第五代海事衛(wèi)星甚至能提供最高50Mbps帶寬。但因?yàn)樾l(wèi)星發(fā)射和軌道維持費(fèi)用都異常昂貴，衛(wèi)星通信費(fèi)用不可能在能夠預(yù)見(jiàn)未來(lái)有大幅降低。85/97AIS未來(lái)發(fā)展方向——數(shù)字高頻系統(tǒng)數(shù)字高頻系統(tǒng)。為了推進(jìn)數(shù)字高頻技術(shù)發(fā)展，世界無(wú)線(xiàn)電通信大會(huì)（WRC）經(jīng)過(guò)了第351號(hào)決議，依據(jù)這項(xiàng)決議，ITU在公布了ITU-RM.1798-1標(biāo)準(zhǔn)：《在海上移動(dòng)通訊業(yè)務(wù)中用作數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)交換和電子郵件高頻無(wú)線(xiàn)電設(shè)備特征》。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)推介了三種能夠被用于數(shù)字交換和電子郵件傳輸高頻無(wú)線(xiàn)電數(shù)字傳輸系統(tǒng)和數(shù)字傳輸協(xié)議。第一套系統(tǒng)是一個(gè)擁有32個(gè)載波半雙工通信系統(tǒng)，使用差分調(diào)制和雙碼元差分檢測(cè)機(jī)制。第二套系統(tǒng)就是眾所周知PACTOR-III系統(tǒng)，它常規(guī)覆蓋范圍到達(dá)了數(shù)千公里，傳輸速率在9.6kbps至14.4kbps之間。第三套系統(tǒng)被稱(chēng)為用于船舶通信互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IPBC），在4-26MHZ頻段上使用10-20KHZ帶寬讓船舶以最高22kbps速度訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。86/97AIS未來(lái)發(fā)展方向——數(shù)字高頻系統(tǒng)PACTOR-III調(diào)制解調(diào)器87/97AIS未來(lái)發(fā)展方向——基于數(shù)字甚高頻技術(shù)VDES世界無(wú)線(xiàn)電大會(huì)經(jīng)過(guò)了第342號(hào)決議：在海上移動(dòng)業(yè)務(wù)中提供基于基站156-174MHZ頻段新高性能傳輸技術(shù)。ITU-R對(duì)此分別于年和20給出了兩套標(biāo)準(zhǔn)—ITU-RM1842和ITU-RM1842-1：《在<無(wú)線(xiàn)電規(guī)則>附錄18水上移動(dòng)業(yè)務(wù)頻道交換數(shù)據(jù)和電子郵件VHF無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)和設(shè)備特征》。1842-1作為1842擴(kuò)展版本增加了兩種使用2個(gè)或4連續(xù)VHF信道多載波系統(tǒng)。1842-1一共描述了4種傳輸系統(tǒng)，傳輸速率最高可達(dá)307.2kps。88/97AIS未來(lái)發(fā)展方向——基于數(shù)字甚高頻技術(shù)VDES

25kHz信道中VDES系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式50kHz和100kHz信道中VDES系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式ITU標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)字調(diào)制方式ITU-RM.1842Annex1π/4DQPSKorπ/8D8PSKITU-RM.1842Annex24-levelGMSKITU-RM.1842Annex316-OFDM+16-QAMITU-RM.1842Annex432-OFDM+16-QAM數(shù)據(jù)傳輸速率28.8or43.221.1kbps153.6kbps307.2kbps靈敏度-107dBm-107dBm-103dBm-98dBm相鄰信道間干擾(ACR)70dB70dB70dB70dB89/97AIS未來(lái)發(fā)展方向——基于數(shù)字甚高頻技術(shù)VDES

VDES概念就是以ITU-RM.1842-1為關(guān)鍵發(fā)展出來(lái)。VDES最初被開(kāi)發(fā)目標(biāo)是用于處理AIS甚高頻數(shù)據(jù)鏈路（VHF）過(guò)載傾向，同時(shí)能使海事界實(shí)現(xiàn)更廣泛數(shù)據(jù)無(wú)縫交換。VDES將提供比現(xiàn)有AIS更高數(shù)據(jù)率，并著力于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以提供更高信息傳輸可信度。