دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

طراحی و بهبود بخش دسترسی به کانال در سیستم شناسایی خودکار کشتی‌ها بر اساس ماهواره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
علیرضا قیاسی کرمانی 1
حسین خالقی بیزکی 2
1 کارشناس ارشد، مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر
2 استاد، مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر ، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر
چکیده
سیستم شناسایی خودکار (AIS) یک تجهیز دریایی است که نظارت بر روی شناورها را با استفاده از ماهواره فراهم می‌کند. سیستم AIS از ماهواره‌ها به‌عنوان بستری برای ارسال و دریافت اطلاعات استفاده می‌کند. کشتی‌ها سیگنال‌های AIS خود را به ماهواره‌ها ارسال می‌کنند و ماهواره‌ها این سیگنال‌ها را دریافت کرده و به پایگاه‌های زمینی مرتبط ارسال می‌کنند. سپس پایگاه‌های زمینی اطلاعات دریافت شده را پردازش و تحلیل می‌کنند تا موقعیت، سرعت، جهت و سایر اطلاعات مربوط به کشتی‌ها را تشخیص دهند. هنگام ارسال پیام توسط شناورها ممکن است شناورها یک شکاف زمانی یکسانی را انتخاب نمایند که موجب برخورد در کانال شود. برای ممانعت از برخورد، سیستم AIS از الگوریتم SOTDMA استفاده می­کند. یکی از مشکلات این الگوریتم، مسئله بالابودن تأخیر در سامانه AIS نسبت به فاصله انتخاب و تعداد بسته ارسالی است. برای غلبه بر این مشکل، سه راه­حل پیشنهاد می­شود: کاهش فاصله بین شکاف‌های مرکزی در SI، کاهش فاصله بین NIها و کاهش فاصله انتخاب نامزدها. در این مقاله از روش کاهش فاصله بین شکاف‌های مرکزی استفاده‌شده است. همچنین یکی دیگر از ویژگی‌هایی که در این مقاله مطرح‌شده است کاهش نرخ خطای بسته به نسبت الگوریتم مرجع است. نتایج شبیه‌سازی الگوریتم پیشنهادی نشان‌دهنده کار آیی مناسب آن در کاهش تأخیر حدود 19 ثانیه­ای بسته‌های ارسالی است.
کلیدواژه‌ها
سامانه شناسایی خودکار (AIS)
بخش دسترسی کانال
الگوریتم SOTDMA

موضوعات

عنوان مقاله English

Designing and improving the access to the channel in the automatic ships identification system based on satelite

نویسندگان English

Alireza Ghaisi Kermani 1
Hossein Khaleghi Bizaki 2
1 Deparetment of Electrical and Electronic Engineering, Malek Ashtar University of Technology
چکیده English

Automatic Identification System (AIS) is a marine equipment that provides monitoring of vessels using satellite. AIS system uses satellites as a platform to send and receive information. Ships send their AIS signals to satellites, and the satellites receive these signals and transmit them to associated ground bases. Ground bases then process and analyze the received information to determine the position, speed, direction and other information about the ships. When sending messages by vessels, the vessels may choose the same time slot, which causes collisions in the channel. To prevent collision, AIS system uses SOTDMA algorithm. One of the problems of this algorithm is the problem of high delay in the AIS system compared to the selection interval and the number of sent packets. To overcome this problem, three solutions are proposed: reducing the distance between central gaps in SI, reducing the distance between NIs, and reducing the candidate selection distance. In this article, the method of reducing the distance between the central gaps is used. Also, another feature mentioned in this article is reducing the error rate depending on the reference algorithm. The simulation results of the proposed algorithm show its proper performance in reducing the delay of about 19 seconds of sent packets.

کلیدواژه‌ها English

Automatic Identification System (AIS)
Media Access Control
SOTDMA algorithm
[1] “Automatic identification system.” [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Automatic_identification_system.
[2] O. Sang-heon, K. Seung-pum, H. Dong-hwan, P. Chan-sik, and L. Sang-jeong, “Channel access algorithm design for automatic identification system,” Wuhan Univ. J. Nat. Sci., vol. 8, no. 2, pp. 712–718, Jun. 2003.
[3] E. Alejano, L.R. and Alonso, “Technical characteristics for an automatic identification system using time division multiple access in the VHF maritime mobile band (Recommendation ITU-R M.1371-4),” International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, vol. 42, no. 4. pp. 481–507, 2005.
[4] “M.1371 : Technical characteristics for an automatic identification system using time-division multiple access in the VHF maritime mobile frequency band.” [Online]. Available: https://www.itu.int/rec/R-REC-M.1371.
[5] J. H. Lim, “Understanding STDMA via computer simulation: feasibility to vehicular safety applications, configurations, and time synchronization errors,” Eurasip J. Wirel. Commun. Netw., vol. 2016, no. 1, pp. 1–14, Aug. 2016.
[6] C. Yun and Y. Lim, “ASO-TDMA: ad-hoc self-organizing TDMA protocol for shipborne ad-hoc networks,” EURASIP J. Wirel. Commun. Netw., vol. 2012, no. 1, pp. 79–86, 2012, doi: 10.1186/1687-1499-2012-320.
[7] V. D. Khairnar and S. N. Pradhan, “Simulation Based Evaluation of Highway Road Scenario between DSRC/802.11p MAC Protocol and STDMA for Vehicle-to-Vehicle Communication,” J. Transp. Technol., vol. 03, no. 01, pp. 88–104, 2013.
[8] T. Gaugel, J. Mittag, H. Hartenstein, S. Papanastasiou, and E. G. Strom, “In-depth analysis and evaluation of Self-organizing TDMA,” in IEEE Vehicular Networking Conference, VNC, 2013, pp. 79–86.
[9] R. Prévost, M. Coulon, D. Bonacci, J. LeMaitre, J. P. Millerioux, and J. Y. Tourneret, “Extended constrained viterbi algorithm for AIS signals received by satellite,” in Proceedings - 2012 IEEE 1st AESS European Conference on Satellite Telecommunications, ESTEL 2012, 2012.
[10] Guang Yang, Jinglun Zhou, and Pengcheng Luo, “Slot collision probability analysis of STDMA VHF data link,” in 2008 International Conference on Information and Automation, 2008, pp. 1723–1727.
[11]  Y. F. Jiang, H. M. Gao, and B. H. Zhu, “A distributed MAC protocol based on reservation for ad hoc networks,” in CSAE 2012 - Proceedings, 2012 IEEE International Conference on Computer Science and Automation Engineering, 2012, vol. 2, pp. 189–193.
[12] A. Alonso, D. Smely, and C. F. Mecklenbrauker, “Throughput of self-organizing time division multiple access MAC layer for vehicular networks based on measured SNR time-series,” IEEE Veh. Technol. Conf., 2011.
[13]  Z. Fernandez, I. Val, M. Mendicute, and E. Uhlemann, “Analysis and Evaluation of Self-Organizing TDMA for Industrial Applications,” IEEE Int. Work. Fact. Commun. Syst. - Proceedings, WFCS, vol. 2019-May, May 2019.
[14] S. Rong and M. Wang, “Multiple access protocol for ad-hoc networks in vhf data exchange system,” in 2018 IEEE 4th International Conference on Computer and Communications, ICCC 2018, Dec. 2018, pp. 629–633. doi: 10.1109/CompComm.2018.8781008.
[15] S. Singh, H. G. Rezaii, J. F. Bousquet, and J. Craig, “Channel Access Model to Predict Impact of Authentication Attack on AIS,” Jan. 2019. doi: 10.1109/OCEANS.2018.8604561.
[16] Q. Hu, J. Cao, G. Gao, L. Xu, and M. Song, “Study of an evaluation model for AIS receiver sensitivity measurements,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 69, no. 4, pp. 1118–1126, Apr. 2020, doi: 10.1109/TIM.2019.2910341.
[17] M. Moltaji, H. Heidar, and H. K. Bizaki, “AIS link budget design and probability of detection analysis in multi user system,” Aug. 2020. doi: 10.1109/ICEE50131.2020.9260676.
[18] G. Alvarez, M. Dagatti, M. Olmedo, N. Poveda, and J. A. Fraire, “Satellite-Based AIS Trade-Off Analysis in the Context of the PANSAT CubeSat Mission,” Proc. - 8th IEEE Int. Conf. Sp. Mission Challenges Inf. Technol. SMC-IT 2021, pp. 77–84, 2021, doi: 10.1109/SMC-IT51442.2021.00017.
[19] A. Krishna, A. Nimbal, A. Makam, and V. Sambasiva Rao, “Implementation of fast independent component analysis on field-programmable gate array for resolving the slot collision issue in the space-based automatic identification system,” Int. J. Satell. Commun. Netw., vol. 38, no. 6, pp. 480–498, Nov. 2020, doi: 10.1002/SAT.1362.
[20] X. Chen and Q. Chen, Comparison of different decontaminant delivery methods for sterilizing unoccupied commercial airliner cabins, Building and Environment, Vol. 45, No. 9, pp. 2027-2034, 2010.