AIS实验教学平台——信道监控子模块设计

刘 畅 那振宇 柳晓鸣 张景鹏 高闻远

大连海事大学信息科学技术学院 116026

AIS实验教学平台
——信道监控子模块设计

刘 畅 那振宇 柳晓鸣 张景鹏 高闻远

大连海事大学信息科学技术学院 116026

船舶自动识别系统——AIS采用SOTDMA通信协议，利用VHF进行海上通信，在船舶航行安全中起到非常重要的作用。而AIS通信过程中的信道占用情况在真实AIS设备上不能被直观显示出来。本课题基于真实AIS设备的数据源，设计将AIS信道A和信道B的时隙占用情况以状态图的方式实时显示。通过本实验平台，学生可以更加直观地观察到AIS时隙预约与占用情况。

AIS(自动识别系统)；教学改革；实验平台

1 课题研究背景

船舶自动识别系统AIS综合全球定位系统将船舶相关信息通过甚高频向附近水域广播，在船舶避碰及安全航行中起着重要的作用。学校开设的AIS系统与应用课程，让越来越多的学生了解到AIS在船舶航行中的必要性，也让更多的学生可以在实验课上接触到AIS船、岸台设备。但是AIS实验设备数量有限，实验中学生只限于对设备的操作和观摩，更多有关AIS通信原理及协议方面的知识在实验中得不到展示。本课题基于校教改项目“AIS实验平台设计与开发”设计AIS实验平台中的信道实时监控模块部分，通过对接收到的AIS信息进行解码，读取AIS信道各时隙占用状态参数，并将AIS信道A和B的实时占用情况用状态图直观地实时显示出来，进行监测。学生可以结合本设计的时隙图对理论课堂学到的SOTDMA时隙占用算法进行很好地理解和掌握。

2 课题研究主要内容

本课题为AIS信道实时监控系统设计，是AIS课程实验平台的子模块。接入VHF数据链是AIS正常工作的重要前提之一，而接入VHF数据链离不开AIS信道和时隙的监控[1-3]。在传统的AIS设备中，时隙监控作为SOTDMA接入的依据，没有被显示出来。设计将AIS信道A和信道B的实时占用情况以状态图和状态表实时显示，极大地方便了学生了解AIS信道实时占用情况。通过本实验平台，学生可以更加直观地观察AIS时隙预约与占用的情况，对SOTDMA时隙的接入方法拥有更深刻的理解。

本设计基于VC++语言[4]，结合SQL数据库，所设计的信道实时监控界面显示效果清晰。经过测试，系统运行可靠稳定，时隙占用显示准确，对AIS课程实验教学具有一定的应用价值。

3 实现方案及结果

基于图像显示的信道实时监控系统主要分为主对话框和子对话框的建立、线程的开启、显示界面的刷新等，其基本框架结构图如图1所示。由于本设计同时监控显示信道A以及信道B的时隙占用状态，这两个过程相似，下面以信道A为例介绍设计流程。

(1) 信道A流程图

信道A时隙的实时监控的流程图如图2所示。设计首先将DataMemo数组进行初始化，再实时监控数据库并存储在DataMemo数组中，最后将窗口进行重绘，将信道的实时监控结果显示在界面上。

图1 设计基本框架结构图

图2 信道A时隙监控流程图

首先对数据库信息进行筛选，选出CHANNEL为“A”，TIMEOUT为2，4，6的数据，再移动到数据库的末尾并提取时隙号，最后将时隙号转化为中间信息，存储在二维数组DataMemo中。

(2) 信道A设计关键技术

①指针移动到上一次调用数据库最后数据的位置，函数如下：

②将数据库的时隙号信息转化为对应的二维数组信息，此部分代码首先更新数据个数，再判断是否为新的一帧的开始，进而算出时隙号对应的二维数组的横纵偏量，最后将对应的二维数组内容设置为相对应的内容。

③判断新一帧开始，程序如下：

④将二维数组的数据进行显示。程序分别判断DataMemo数组中各元素的值，若为TRUE则对应的小方格显示深灰色，若为FALSE则对应的小方格显示浅灰色。

(3) 信道A实时监控运行结果

如图3所示，图中浅灰色的方格代表对应的时隙没有被占用，深灰色的方格代表对应的时隙被占用。当鼠标在相应的时隙方格内停留时，会弹出时隙号的提示信息。当鼠标在深灰色的方格内点击时，时隙数会显示对应的时隙号，MMSI一栏会显示占用此时隙船舶的MMSI。

图3 信道A时隙占用实时监控

4 结束语

教改课题设计的AIS信道监控实验平台，已经在实验室进行了试运行，收到了良好的教学效果。实验平台可以让学生更加直观地了解AIS通信协议SOTDMA的时隙预约算法理论，提高了学生对于AIS系统学习的兴趣。教改实验平台实现了理论与实践相结合，今后在学生进行实验的过程中将继续完善和改进。

[1] 陈宗恒.A I S时隙选择策略浅析[J]. 电脑知识与技术,2013(10):2423-2425.

[2] 莫红飞,张勇.AIS数据解码分析[J]. 计算机光盘软件与应用,2012(6):60-61.

[3] 谢伟东,郑佳春,张杏谷.AIS基站通信时隙的在线监测与评估[J]. 航海技术,2012(6):33 -36.

[4] 连依萍.基于VC++的串口通信编程方法的研究[J].硅谷,2013(14):56-57.

Experimental Teaching Platform of AIS: Design of the Channel Monitoring Module

Liu Chang, Na Zhenyu, Liu Xiaoming, Zhang Jingpeng, Gao Wenyuan
Dalian Maritime University, Dalian, 116026, China

The Automatic Identification System （AIS） is playing an important role in the vessel navigation safety with the communication protocol of SOTDMA by marine VHF. While the occupancy process of the channel during AIS communication cannot be displayed visually in the real AIS equipment. Based on the data source of AIS equipment， this project design a state diagram of the slots which can display the occupancy of the channel A and channel B in real-time. Through the experimental platform， the students can observe the reservation and occupancy of the channel slots more intuitive.

AIS （Automatic Identification System）； teaching reform； experimental platform

2014-09-15

刘畅，博士，讲师。

大连海事大学校教学改革项目“AIS系统与应用课程实验教学平台设计开发”资助(编号：2013Q06)。