Tài liệu Nghiên cứu tính toán xác suất truyền tín hiệu hàng hải trong kênh thông tin của hệ thống tự động nhận dạng tàu thủy ais đối với độ chính xác an toàn hàng hải

  • Số trang: 45 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 507 |
  • Lượt tải: 0
dangvantuan

Tham gia: 02/08/2015

Mô tả:

MỤC LỤC MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….3 1. Tính cấp thiết của đề tài………………………………………………….....3 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài………………………………………….....4 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……………………………………….....4 4. Phương pháp nghiên cứu đề tài………………………………………….....4 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài……………………………….......5 CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC TỔNG QUÁT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG NHẬN DẠNG TÀU THUỶ AIS ………………………………………………………………………….6 1.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống tự động nhận dạng AIS…………….......6 1.1.1. Cấu trúc của hệ thống AIS…………………………………………......6 1.1.2. Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản bắt buộc đối với hệ thống AIS………….11 1.1.3. Các hệ thống khác nhau trong tổ hợp của hệ thống tự động nhận dạng AIS…………………………………………………………………………...11 1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống AIS trên tàu biển…………………...13 1.2.1. Nguyên lý…………………………………………………...………...13 1.2.2. Đồng bộ trong hoạt động đa truy cập, tự phân chia thời gian…...…....15 1.2.3. Điều hành kênh truyền sóng…...………………………………….......20 1.2.4. Thông tin trong bức điện AIS………...…………………………….....23 1.3. Kết luận chương 1……...……………………………………………….26 CHƯƠNG 2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU VÔ TUYẾN ĐỐI VỚI CÁC KÊNH THÔNG TIN CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG NHẬN DẠNG TÀU THUỶ AIS …………………………………………….…………………..27 2.1. Ảnh hưởng của nhiễu phản xạ…………......……………………………27 2.2. Ảnh hưởng của nhiễu trắng………………...…………………………...29 1 2.3. Ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh …………...…………...…………...31 2.4. Ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh…...………………...…………………32 2.5. Ảnh hưởng của nhiễu đa truy cập………...…………...………………...33 2.6. Kết luận chương 2………………….……………………………….....35 CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP MÔ HÌNH TOÁN VÀ TÍNH TOÁN XÁC SUẤT TRUYỀN TÍN HIỆU HÀNG HẢI TRONG KÊNH THÔNG TIN CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG NHẬN DẠNG TÀU THỦY AIS ĐỐI VỚI ĐỘ CHÍNH XÁC AN TOÀN HÀNG HẢI ...........................................36 3.1. Thiết lập mô hình toán ......................................................................36 3.2. Tính toán xác suất truyền tín hiệu thông tin hàng hải trong các kênh thông tin của hệ thống tự động nhận dạng tàu thủy AIS khi có ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến ……………………………………………………………………38 3.3. Kết luận chương 3 …………………………………………………….41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………….....43 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………....………………………44 2 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài An toàn hàng hải luôn là mục tiêu phấn đấu của các cơ quan chức năng, sự mong mỏi, niềm hạnh phúc của người đi biển. Nhiều thiết bị nghi khí hàng hải, vô tuyến điện đã được chế tạo nhằm nâng cao tính an toàn và hiệu quả cho người đi biển và phương tiện hoạt động trên biển. Hệ thống tự động nhận dạng AIS (Automatic Indentification System) trang bị trên tàu biển cũng không nằm ngoài mục tiêu đó. Hệ thống AIS hoạt động một cách tự động và phù hợp với việc trao đổi thông tin đơn giản lẫn nhau giữa các phương tiện vận tải (tàu, thuyền, máy bay tìm kiếm cứu nạn,...) và các đài bờ AIS (AIS shore based station) trong tầm ảnh hưởng của thiết bị này. Hệ thống AIS giúp cho việc theo dõi, quản lý, điều phối quá trình lưu thông hàng hải một cách hiệu quả, đặc biệt là trong những vùng nước hạn chế, vùng có cường độ tàu bè hoạt động cao. Ngoài ra, hệ thống còn cung cấp các thông tin phục vụ cho việc tìm kiếm cứu nạn, an toàn hàng hải, an ninh quốc gia và an toàn sinh mạng trên biển [1, 4, 9, 10]. Thiết bị AIS được yêu cầu bắt buộc trên các tàu vận tải, các phương tiện tìm kiếm cứu nạn… theo quy định bổ sung sửa đổi năm 2002 của công ước SOLAS- 74. Các thiết bị AIS hoạt động trên giải tần số VHF dùng trong hàng hải hoặc có khả năng kết hợp với thiết bị INMARSAT - C thông qua hệ thống vệ tinh INMARSAT - C. Hệ thống AIS thu nhận tín hiệu thông tin từ hệ thống vệ tinh hàng hải, thực tế trong quá trình thu nhận tín hiệu thông tin hàng hải, các kênh thông tin của hệ thống AIS liên tục bị ảnh hưởng bởi các yếu tố phi tuyến (nhiễu vô tuyến, môi trường,…) đã ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình truyền tín hiệu, gây một số sự cố hàng hải. 3 Để nâng cao độ chính xác an toàn hàng hải, đặc biệt khi tàu hoạt động ở khu vực khó khăn, khu vực mật độ tàu thuyền nhiều, khu vực luồng,… thì việc nhận các tín hiệu thông tin hàng hải của hệ thống AIS kịp thời và liên tục là vấn đề quan trọng và cấp thiết. Việc tính toán xác suất truyền tín hiệu hàng hải trong kênh thông tin của hệ thống AIS khi có ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến có ý nghĩa khoa học, thực tiễn và mang tính cấp thiết hiện nay. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Thiết lập mô hình toán để tính toán xác suất truyền tín hiệu thông tin hàng hải trong kênh thông tin của hệ thống AIS khi có ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến nhằm nâng cao độ chính xác an toàn hàng hải. Để đạt mục đích nghiên cứu, thực hiện một số nhiệm vụ sau: - Phân tích cấu trúc tổ chức, nguyên lý hoạt động, chức năng của hệ thống AIS; - Ứng dụng hệ số kênh thông tin bảo vệ (ký hiệu Kbv-AIS) trong các kênh thông tin của hệ thống AIS khi ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến (xét trường hợp nhiễu phản xạ); - Thiết lập mô hình toán và tính toán xác suất truyền tín hiệu thông tin hàng hải hệ thống tự động nhận dạng tàu thuỷ AIS theo miền hệ số kênh thông tin Kbv-AIS góp phần nâng cao độ chính xác an toàn hàng hải. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Là nghiên cứu xác suất truyền tín hiệu thông tin hàng hải trong các kênh thông tin, theo chiều từ vệ tinh đến hệ thống tự động nhận dạng AIS lắp đặt trên tàu thuỷ. 4. Phương pháp nghiên cứu đề tài Sử dụng lý thuyết vô tuyến, lý thuyết độ tin cậy, lý thuyết thông tin liên lạc, lý thuyết mô hình hóa, lý thuyết đánh giá và phân tích hệ thống AIS. Sử dụng chương trình tính toán Excel. 4 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học của đề tài: Được thể hiện trong việc xây dựng phương pháp luận và quan điểm sử dụng mô hình toán- tin, kết hợp lý thuyết mô hình hoá, lý thuyết vô tuyến và lý thuyết độ tin cậy và ứng dụng hệ số tối ưu kênh thông tin bảo vệ (Kbv-AIS) trong các kênh thông tin của hệ thống tự động nhận dạng tàu thuỷ AIS khi có ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến. Từ đó tính toán xác suất truyền tín hiệu hàng hải trong các kênh thông tin của hệ thống tự động nhận dạng tàu thủy AIS. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: - Là phương pháp tính toán suất truyền tín hiệu thông tin hàng hải hệ thống tự động nhận dạng tàu thuỷ AIS theo miền hệ số kênh thông tin Kbv-AIS khi có ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến, đảm bảo chức năng hoạt động bình thường của hệ thống, góp phần nâng cao độ chính xác an toàn hàng hải. - Phục vụ học viên cao học hoặc nghiên cứu sinh chuyên ngành khoa học hàng hải,…có thể sử dụng trong các Viện Đào tạo sau đại học, Viện nghiên cứu có chuyên ngành đúng hoặc gần với chuyên ngành khoa học hàng hải. 5 CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC TỔNG QUÁT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG NHẬN DẠNG TÀU THUỶ AIS 1.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống tự động nhận dạng AIS 1.1.1. Cấu trúc của hệ thống AIS Hình 1.1 mô tả cấu trúc tổng quát của hệ thống tự động nhận dạng AIS. Các khối thành phần trong sơ đồ được mô tả theo sau [2, 4, 5, 7]: Các dịch vụ AIS cơ bản Bộ phận quản lý các dịch vụ AIS Trạm bờ AIS Logic Trạm bờ AIS tự nhiên Trạm AIS cố định Thiết bị VHF/RF Ăng ten Bộ lọc sóng radio Mạng liên kết dữ liệu VHF của hệ thống AIS Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống AIS 6 Mạng liên kết dữ liệu VHF của hệ thống (The AIS VHF Data Link) Được hiểu như là phương tiện cho sự trao đổi dữ liệu giữa các trạm AIS khác nhau, theo mặc định sẽ dùng các kênh AIS1 và AIS2 qui định bởi Liên đoàn viễn thông quốc tế trong giải sóng VHF dùng trong dịch vụ hàng hải di động. Các kênh AIS1 và AIS2 được chia thành các rãnh thời gian phát sóng, 1 phút gồm 2250 rãnh trong mỗi kênh, tổng cộng 2 kênh cho 4500 rãnh thời gian phát sóng trong 1 phút. Thêm vào đó, kênh 70 DSC có thể được sử dụng cho điều hành kênh AIS và kiểm soát DSC. Thiết bị VHF/RF (RF-/VHF Domain Equipment) Bao gồm các phương thức để thiết lập nên mối liên hệ giữ liệu VDL giữa các trạm AIS khác nhau. Ăng ten, cáp và bộ lọc là các bộ phận của thiết bị VHF/RF. Trạm AIS cố định (Fixed AIS Station Layer) Trạm AIS cơ sở (AIS Base Station): Là một thực thể cơ bản nhất của bất kỳ cơ sở hạ tầng trên bờ nào của trạm AIS. Về mặt khái niệm, trạm AIS cơ sở là một hộp đen cơ bản nhất giống như các thiết bị được chỉ ra bằng cách mô tả chức năng và các định nghĩa chung được đưa ra ở các phần sau. Trạm này không thể tự hoạt động một mình khi không có các bộ phận trợ giúp của một trạm AIS tự nhiên trên bờ. Trạm AIS chuyển tiếp (AIS Repeaters): Chuyển tiếp AIS chủ yếu là một hệ đơn công, và hệ thống AIS có thể dễ dàng cung cấp qui trình chuyển tiếp đơn công và song công. Ứng dụng chính của chuyển tiếp đơn công là mở rộng tầm hoạt động của hệ thống hay là khắc phục sự trở ngại của việc truyền sóng. Ứng dụng chính của chuyển tiếp song công là mở rộng tầm hoạt động của hệ thống. Trong phạm vi dịch vụ AIS, các trạm chuyển tiếp đơn công và chuyển tiếp song công được bố trí ở cùng bộ phận như là các trạm AIS cơ sở, tức là 7 chúng có thể trực tiếp truy cập vào các thiết bị VHF/RF để nhận và phát các bức điện VDL. Trạm bờ AIS tự nhiên (Physical AIS Shore Station- PSS) Trạm bờ AIS tự nhiên là một phần quan trọng nhất của hệ thống AIS, nó có thể tồn tại một mình trong môi trường tự nhiên thực sự, đối lập với các trạm AIS cơ sở hay trạm AIS chuyển tiếp. Trạm bờ AIS tự nhiên là trạm cố định về mặt địa lý hay có thể hiểu là cố định (trong trường hợp được lắp đặt vào các thiết bị trợ giúp hàng hải như Racon, phao,... thì sự dao động về vị trí của nó cũng rất nhỏ so với tầm hoạt động). Một trạm bờ AIS tự nhiên bao gồm ít nhất các thành phần hay chức năng sau: Một trạm AIS cơ sở hay một trạm AIS chuyển tiếp. Có nguồn điện cung cấp cho trạm. Thiết bị VHF/RF, với các vật dụng tối thiểu là cáp và ăng ten VHF. Nếu trạm AIS tự nhiên có chứa một trạm AIS cơ sở thì phải có phương thức truyền dữ liệu đi và đến trạm AIS cơ sở theo yêu cầu (một trạm AIS chuyển tiếp có thể hoạt động không cần tới phương thức truyền sóng này). Phải có biện pháp bảo vệ các thiết bị trên tránh các hư hại và ảnh hưởng do môi trường bên ngoài tác động. Ví dụ: một ngôi nhà che mưa gió. Một trạm AIS tự nhiên nói chung bản thân nó có tín hiệu thời gian tính theo giờ vũ trụ. Tín hiệu thời gian này có thể thu nhận từ tram AIS cơ sở như là tín hiệu từ khối thu tín hiệu vệ tinh hay có thể ở ngay trong trạm AIS bờ tự nhiên như là một đồng hồ nguyên tử hay khối thu Loran. Có thể bổ sung vào cơ cấu trạm bờ tự nhiên các chức năng không bắt buộc, như là nguồn hiệu chỉnh tín hiệu GPS, chức năng trợ giúp hàng hải, thiết bị điều khiển từ xa. Trong hầu hết các trường hợp, trạm bờ AIS tự nhiên cũng có bộ phận điều khiển, dùng để điều khiển toàn phần một vài hoặc toàn 8 bộ các thiết bị trong trạm đó, thực hiện các chức năng chọn lọc của trạm AIS cơ sở và AIS chuyển tiếp trong trạm bờ AIS tự nhiên đó. Trạm bờ AIS logic (Logical AIS Shore Station- LSS) Trạm bờ AIS logic là một chương trình phần mềm, nó chuyển đổi dòng dữ liệu AIS liên kết với một hay nhiều trạm AIS tự nhiên thành dòng dữ liệu liên quan khác. Bất cứ một quá trình chuyển đổi riêng biệt nào đều phải suy tính đến: Khía cạnh khai thác của các thiết bị ứng dụng và sử dụng dịch vụ AIS. Khía cạnh kỹ thuật nảy sinh khi khai thác mạng thông tin của trạm bờ AIS tự nhiên. Chương trình phần mềm của trạm AIS logic có thể chạy trên bất cứ máy tính nào tương thích, ở bất cứ địa điểm nào phù hợp. Tuy nhiên, đòi hỏi phải có một phương thức truyền dữ liệu đáng tin cậy đến và đi từ các trạm AIS tự nhiên liên kết với nó và đến các dịch vụ AIS mà chúng giao diện với các thiết bị ứng dụng. Bộ phận quản lý dịch vụ AIS (The AIS Service Management- ASM) Bộ phận quản lý dịch vụ AIS làm chủ toàn bộ các trạm AIS logic và tự nhiên, tức là nó kích hoạt, đặt vào các giá trị ban đầu, định dạng và kết thúc hoạt động của chương trình phần mềm của các trạm AIS tự nhiên và logic. Bộ phận quản lý dịch vụ AIS xác định mạng thông tin liên hệ giữa các trạm bờ tự nhiên và các trạm bờ logic kết hợp trong quá trình hoạt động. Bộ phận quản lý dịch vụ AIS xác định mối liên hệ thông tin giữa các trạm bờ logic với các thiết bị ứng dụng kết hợp trạm đó, nghĩa là bộ phận này như bảng điều khiển sự trao đổi dữ liệu giữa các quá trình khác nhau. Dịch vụ AIS bao gồm các trạm bờ tự nhiên, logic, và bộ phận quản lý dịch vụ AIS. Trong đó, vài trạm bờ tự nhiên được chỉ định cho ít nhất một trạm logic mà chúng kết hợp dữ liệu từ các trạm tự nhiên này với mục đích 9 bao phủ một vùng nhất định. Dịch vụ AIS có các trạm logic, khách hàng sẽ nhận các dữ liệu từ trạm logic, chúng phân phối các dữ liệu cần thiết tới đúng các khách hàng đó. Hình 1.2 mô tả các bộ phận dịch vụ điều phối giao thông tàu thuyền, trung tâm phối hợp tìm kiếm cứu nạn, tìm kiếm cứu nạn là các phần ứng dụng mức cao của hệ thống AIS [2, 4, 5, 7]. Hệ thống vi phân GPS đóng vai trò hỗ trợ kỹ thuật cho hệ thống. Trung tâm VTS Trung tâm MRCC Các ứng dụng mức cao Tìm kiếm cứu nạn Hệ thống vệ tinh hàng hải Dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật Bộ phận quản lý dịch vụ AIS Trạm bờ AIS logic Trạm bờ AIS logic Trạm bờ AIS logic Trạm bờ AIS logic Trạm bờ AIS logic Trạm bờ AIS logic Dịch vụ AIS Trạm bờ AIS logic Hình 1.2. Dịch vụ AIS với khách hàng và bộ phận cung cấp dữ liệu AIS Việc quản lý dich vụ AIS được thực hiện bởi bộ phận quản lý dịch vụ AIS. Bộ phận này điều khiển dòng dữ liệu trong hệ thống và định dạng hoạt động của các bộ phận khác với mục đích đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra. 10 1.1.2. Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản bắt buộc đối với hệ thống AIS [2, 4, 5, 7] Hệ thống tự động nhận dạng đáp ứng được các yêu cầu cơ bản sau: Tầm hoạt động của tất các trạm bờ tự nhiên do một cơ quan có thẩm quyền quản lý phải luôn luôn vượt qua tầm hoạt động của các trạm logic yêu cầu được chỉ ra bởi cơ quan có thẩm quyền quản lý chúng. Mỗi một bộ phận của dịch vụ AIS phải có khả năng nhất định để thực hiện nhiệm vụ của mình. Cơ quan chức năng có thẩm quyền sẽ đề ra các yêu cầu về năng lực của từng bộ phận để đảm bảo sự hoạt động hợp lý của dịch vụ AIS. Yêu cầu về quá trình truyền dữ liệu giữa các bộ phận của hệ thống phải không được tạo thành các chỗ nghẽn mạch. Giữa các bộ phận của hệ thống có các thiết bị giao diện chức năng. 1.1.3. Các hệ thống khác nhau trong tổ hợp hệ thống tự động nhận dạng AIS Hình 1.3 mô tả cấu trúc tổ hợp hoạt động của hệ thống và thành phần liên quan tới hệ thống AIS [2, 4, 5, 7, 11, 12, 13, 14]. Các trạm AIS trên tàu nhận các dữ liệu từ các nguồn cung cấp thông tin, như là các bộ cảm biến. Nổi bật nhất trong các bộ cảm biến là thiết bị điện tử xác định vị trí tàu nắp đặt trên tàu, có chứa ít nhất một bộ cảm biến vị trí GPS hoặc vi phân GPS. Bộ cảm biến vị trí này sẽ nhận tín hiệu vị trí tàu từ hệ thống vệ tinh hàng hải (và có thể tăng cường bằng các hệ thống trên mặt đất). Nếu hệ thống hàng hải vô tuyến thực sự nằm ngoài phạm vi điều khiển của cả hệ thống AIS và môi trường điện tử trên tàu thì được gọi là “ngoại vi”. Thiết bị điện tử xác định vị trí tàu và các bộ cảm biến khác lắp đặt trên tàu có thể là bộ phận của hệ thống hàng hải tổ hợp. Hệ thống hàng hải tổ hợp hay hệ thống buồng lái tổ hợp phát ra các dữ liệu được truyền đi từ trạm AIS trên tàu. 11 Hệ thống ngoại vi như là GPS hay là hệ thống hàng hải vô tuyến Trạm AIS trên tàu A Trung tâm VTS Thông tin vào Trung tâm VTS Mạng AIS Trạm bờ AIS Trung tâm cứu nạn Thông tin ra Hệ thống buồng lái tổ hợp Phạm vi tàu A Mạng liên kết dữ liệu VHF Trạm AIS trên tàu B Thông tin vào Các dịch vụ liên quan Hệ thống hàng hải tổ hợp Hệ thống hàng hải tổ hợp Thông tin ra Hệ thống buồng lái tổ hợp Phạm vi tàu B Hệ thống AIS TỔ HỢP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG NHẬN DẠNG TÀU - BỜ/BỜ - TÀU Hình 1.3. Cấu trúc tổ hợp hoạt động của hệ thống AIS Thêm vào đó, các hệ thống này lưu trữ các thông tin được nạp vào bằng tay do các sỹ quan buồng lái thực hiện và chuyển các thông tin này đến trạm AIS để báo cáo khi cần thiết. Tất cả các trạm AIS đều truyền dữ liệu của mình tới mạng liên kết dữ liệu VHF của hệ thống AIS. Các tín hiệu truyền đi sẽ được nhận bởi các trạm AIS trên bờ hoặc các tàu khác. Hệ thống AIS theo qui tắc bao gồm mạng liên kết dữ liệu VHF và tất cả các trạm AIS cố định hay di động ở trong khu vực. 12 Để tính thời gian các trạm AIS trên bờ cũng phụ thuộc vào hệ thống ngoại vi vệ tinh hàng hải. Tuy nhiên, có thể có một nguồn cung cấp thời gian độc lập thứ 2 là bộ nhận tín hiệu Loran C. Trên bờ, các tín hiệu nhận được sẽ được truyền trên mạng truyền dữ liệu AIS. Mạng dữ liệu AIS có thể phức tạp như mạng internet hay cũng có thể đơn giản như là một đường cáp dẫn tới trung tâm dịch vụ điều phối giao thông tàu thuyền. Các dữ liệu AIS sẽ được xử lý, cuối cùng các thông tin AIS nhận được sẽ được hiện lên. Tất cả các thành phần bao gồm hệ thống AIS đích thực và cả hệ thống hàng hải vô tuyến ngoại vi đều là bộ phận của một hệ thống, hệ thống này được gọi là: Tổ hợp hệ thống tự động nhận dạng tàu-bờ/ bờ- tàu và tồn tại 4 cấp hệ thống khác nhau trong tổ hợp của hệ thống AIS: Hệ thống AIS đích thực, hay là công nghệ AIS và ảnh hưởng của nó. Môi trường điện tử trên tàu của các loại tàu khác nhau. Hệ thống hàng hải vô tuyến ngoại vi. Sự kết hợp với tính đa dạng của hệ thống dịch vụ điều phối giao thông tàu thuyền liên quan với chức năng AIS. 1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống AIS trên tàu biển 1.2.1. Nguyên lý Trạm AIS trang bị trên tàu biển là một thiết bị thu phát hoạt động tự động và liên tục. Nó có thể truyền tin với tốc độ cao, đạt 9.600 bit/ giây và không bị nhiễu nhờ sử dụng công nghệ đa truy cập tự phân chia thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) trên 2 kênh VHF song song. Mỗi một phút được chia thành 2250 rãnh thời gian, một rãnh thời gian có độ dài 26,6 ms tương đương 256 bit. Các bức điện được gửi đi trong các slot (hình 1.4). Các trạm AIS nằm trong vùng phủ sóng của nhau liên tục tự đồng bộ với nhau để tránh thu, phát chồng chéo. Khi một trạm thay đổi lịch phát, nó sẽ thông 13 báo vị trí mới và thời gian ngắt cho vị trí đó. Bằng nguyên tắc này, các tàu sẽ luôn nhận ra trạm mới [1, 4]. 1 khung (frame) = 60 giây = 2250 slot AIS1 AIS2 1 slot = 256 bit Hình 1.4. Phân chia thời gian trong công nghệ đa truy cập Mỗi một trạm AIS xác định lịch phát của nó (vị trí của rãnh thời gian trong khung) dựa trên lịch sử giao kết dữ liệu và nhận biết các hành động tương lai nhờ các trạm khác. Một bức điện báo cáo của một trạm AIS khớp vào một trong 2250 rãnh thời gian được thiết lập 60 giây một lần (cho một kênh AIS). Hình 1.5 mô tả nguyên tắc đa truy cập tự phân chia thời gian. Các chế độ hoạt động Có 3 chế độ hoạt động. Mặc định là chế độ “tự động và liên tục” và có thể chuyển tới hoặc từ chế độ khác theo yêu cầu của cơ quan có thẩm quyền. Hình 1.5. Nguyên tắc đa truy cập tự phân chia thời gian 14 Chế độ “tự động và liên tục”: Một trạm hoạt động ở chế độ này sẽ tự động xác định lịch phát của mình. Trạm đó sẽ tự động giải quyết xung đột về lịch phát với các trạm khác. Chế độ chỉ định: Một trạm hoạt động ở chế độ này là sử dụng lịch phát được chỉ định bởi cơ quan có thẩm quyền hay một trạm chuyển tiếp. Chế độ thăm dò: Một trạm hoạt động ở chế độ này để trả lời chất vấn của tàu hoặc cơ quan chức năng Thông số kỹ thuật: Được mô tả chi tiết theo bảng 1.1. Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của hệ thống AIS trên tàu biển Thông số Giá trị lớn nhất Giá trị nhỏ nhất 156.025 MHz 162.025 MHz 12.5 KHz 25 KHz Kênh AIS 1 ( kênh 87 B) 161.975 MHz 161.975 MHz Kênh AIS 2 ( kênh 88 B) 162.025 MHz 162.025 MHz 9600 bit/ giây 9600 bit/ giây (± 50 phần triệu) (± 50 phần triệu) 1w 25 w Vùng tần số Dải thông của kênh truyền sóng Tốc độ truyền tin Công suất phát 1.2.2. Đồng bộ trong hoạt động đa truy cập, tự phân chia thời gian Các hình thức đồng bộ Đồng bộ trực tiếp với giờ vũ trụ: Một trạm có đường truy cập trực tiếp giờ vũ trụ sẽ biểu thị điều này bằng việc đặt tình trạng đồng bộ của nó về giờ vũ trụ trực tiếp. Đồng bộ gián tiếp với giờ vũ trụ: Một trạm không có đường truy cập trực tiếp giờ vũ trụ, nhưng có thể nhận từ những trạm khác mà các trạm đó 15 biểu thị có giờ thế giới trực tiếp, thì sẽ đồng bộ với các trạm này. Nó sẽ chuyển trạng thái đồng bộ của nó về gián tiếp. Đồng bộ với trạm cơ sở: Một trạm di động mà bản thân không thể đồng bộ trực tiếp hoặc gián tiếp với giờ vũ trụ, nhưng lại có thể nhận được tín hiệu từ các trạm cơ sở thì nó sẽ đồng bộ với trạm cơ sở nào biểu thị rằng có số lượng các trạm nhận được tín hiệu của trạm cơ sở ấy nhiều nhất. Khi đó trạm di động ấy sẽ chuyển trạng thái đồng bộ của nó về trạm cơ sở. Khi một trạm đang nhận được tín hiệu từ vài trạm cơ sở khác nhau mà chúng đều biểu thị có cùng số lượng các trạm nhận được tín hiệu của mình, thì việc đồng bộ nó sẽ dựa vào trạm có số nhận dạng MMSI thấp nhất. Đồng bộ với trạm có số lượng các trạm nhận được tín hiệu của nó nhiều nhất. Một trạm không thể đồng bộ trực tiếp hoặc gián tiếp với giờ vũ trụ, sẽ đồng bộ với trạm có số lượng các trạm nhận được tín hiệu của nó nhiều nhất. Khi đó, trạm này sẽ chuyển trạng thái đồng bộ của nó về “ số lượng các trạm nhận được”. Khi một trạm đang nhận tín hiệu của vài trạm khác nhau, mà chúng đều biểu thị có cùng số lượng các trạm nhận được tín hiệu của mình, thì việc đồng bộ của nó sẽ dựa vào trạm có số nhận dạng dịch vụ di động hàng hải thấp nhất. Trạm đó sẽ là điểm để thực hiện việc đồng bộ. Phân chia thời gian Hệ thống AIS sử dụng khái niệm “khung thời gian”. Một khung thời gian tương đương với một phút và được chia thành 2250 rãnh thời gian. Theo mặc định, việc truy cập vào mạng dữ liệu AIS được tiến hành tại thời điểm bắt đầu 1 rãnh thời gian. Khung thời gian bắt đầu và kết thúc đồng thời với phút của giờ vũ trụ khi có sẵn tín hiệu giờ vũ trụ, nếu không có sẵn tín hiệu giờ vũ trụ thì các trạm phải đồng bộ khung và đồng bộ pha rãnh thời gian. 16 Đồng bộ pha rãnh thời gian và đồng bộ khung Đồng bộ pha rãnh thời gian: Đồng bộ pha rãnh thời gian là phương pháp mà qua đó một trạm sử dụng các bức điện của các trạm khác hay của một trạm cơ sở để tự đồng bộ lại mình (đồng bộ thời gian bắt đầu hay kết thúc rãnh thời gian). Do đó, sẽ duy trì được sự ổn định của việc đồng bộ ở mức cao, đảm bảo rằng không một bức điện nào bị chồng chéo lên nhau hay bị làm sai lệch. Đồng bộ khung thời gian: Là phương pháp mà qua đó một trạm sử dụng số thứ tự của rãnh thời gian hiện tại của một trạm khác hay một trạm cơ sở, chấp nhận số thứ tự của rãnh thời gian nhận được ấy là số thứ tự cho rãnh thời gian hiện tại của trạm mình. Trạm phát trong tiến trình đồng bộ Đúng Chỉ nhận được các trạm đồng bộ giờ vũ trụ trực tiếp ? Đúng. Trạm cơ sở Trạm đang phát có phải là trạm cơ sở hay không Không. Trạm di động Không Tăng tốc độ phát lên 3 giây một lần Là trạm có số MMSI thấp nhất & nhận được nhiều trạm khác nhất Tốc độ phát 2 giây một lần luân phiên giữa báo cáo vị trí theo chương trình đã định và báo cáo về giờ vũ trụ cùng với số thứ tự rãnh thời gian Phát bình thường, luân phiên phát số thứ tự rãnh thời gian và số trạm mà nó nhận được Hình 1.6. Hoạt động của các trạm phát trong tiến trình đồng bộ 17 Trạm thu trong tiến trình đồng bộ Đồng bộ lại pha slot Đã có Có tín hiệu giờ vũ trụ chưa ? Không có Đồng bộ lại pha slot Bằng nhau Số thứ tự slot của trạm đã bằng số thứ tự slot của trạm điểm chưa? Chưa bằng sử dụng nguồn đồng bộ khác Đồng bộ khung và đồng bộ pha slot Hình 1.7. Hoạt động của các trạm thu trong tiến trình đồng bộ Hoạt động của trạm phát và thu trong tiến trình đồng bộ: Hoạt động của các trạm đang phát tín hiệu và thu tín hiệu nhận được trong tiến trình đồng bộ được thực hiện như trong hình 1.6 và hình 1.7. Hoạt động của trạm cơ sở: Trạm cơ sở sẽ hoạt động bình thường cho đến khi phát hiện thấy một hay nhiều trạm thiếu sự đồng bộ trực tiếp với giờ vũ trụ, thì nó sẽ tăng việc cập nhật của nó bằng việc phát báo cáo định kỳ 3 giây một lần. Hoạt động của trạm di động: Khi một trạm di động xác định được rằng nó là điểm để các trạm khác đồng bộ theo, nó sẽ phát báo cáo tối thiểu là 2 giây một lần. Trạm đó cũng sẽ lần lượt thay đổi việc phát báo cáo vị trí và bức điện báo đáp giờ thế giới kể cả số thứ tự rãnh thời gian hiện tại của mình. Một trạm khi đã có tín hiệu giờ vũ trụ trực tiếp hay gián tiếp, sẽ tiếp tục đồng bộ lại việc phát tín hiệu của nó theo tín hiệu giờ vũ trụ ấy. 18 Khi một trạm xác định rằng số thứ tự rãnh thời gian của mình đã khớp với số thứ tự rãnh thời gian của trạm điểm (của sự đồng bộ), thì trạm đó đã được đồng bộ khung, nó sẽ tiếp tục đồng bộ pha rãnh thời gian. Những nguồn để đồng bộ khác có thể là các trạm sau (xếp theo thứ tự ưu tiên): Một trạm có giờ thế giới và đủ khả năng là trạm điểm. Một trạm cơ sở có đủ khả năng là trạm điểm. Một trạm di động đủ khả năng là trạm điểm. Một trạm đủ khả năng làm trạm điểm nếu nó báo hiệu rằng, số trạm nhận được tín hiệu của nó nhiều nhất. Nhận dạng rãnh thời gian: Các rãnh thời gian được nhận dạng bởi số hiệu của nó (từ 0 đến 2249). Khoảng truy cập trong một rãnh thời gian (hình 1.8) Việc phát tín hiệu trong một rãnh thời gian bắt đầu bằng việc bật khối phát vào thời điểm bắt đầu một rãnh thời gian. Khối phát sẽ phát sóng vào thời điểm bắt đầu rãnh thời gian. Việc phát tín hiệu sẽ được tắt sau khi bit cuối cùng của khối thông tin rời khỏi thiết bị phát. Theo mặc định độ dài của việc phát tín hiệu nằm trong một rãnh thời gian. Mỗi một rãnh thời gian có thể ở một trong các trạng thái sau: Tự do: Có nghĩa là nó có thể sẵn sàng sử dụng cho bất cứ trạm nào. Chỉ định bên trong: rãnh thời gian đã được phân chia cho trạm chủ và có thể dùng để phát tín hiệu. Chỉ định bên ngoài: rãnh thời gian đã được phân chia cho trạm khác và trạm chủ không thể sử dụng nó. Có thể dùng được: Đây là rãnh thời gian được chỉ định sử dụng bởi trạm ở xa nhất. 19 Công suất phát sóng Thời gian bắt đầu một rãnh thời gian Thời gian bắt đầu rãnh thời gian tiếp theo 100% 80% Thời gian 1 ms 1 ms Hình 1.8. Khoảng truy cập trong một rãnh thời gian 1.2.3 Điều hành kênh truyền sóng Khái niệm: Hiệp hội viễn thông thế giới chỉ định dành 2 kênh truyền sóng cho hệ thống tự động nhận dạng, kênh AIS 1: số 2087, tần số f = 161,795 MHz và kênh 2: số 2088, f = 162,025MHz với dải thông 25KHz. Hai kênh được chọn để tăng khả năng truyền sóng và hạn chế nhiễu của sóng radio. Kênh AIS 1 là kênh chính và kênh AIS 2 là kênh phụ ở các khu vực biển khơi. Theo mặc định tất cả các trạm AIS di động sẽ hoạt động trên 2 kênh này. Do vậy, một trạm AIS di động có thể nhận cùng một lúc 2 bức điện từ 2 trạm khác nhau, nếu trạm đó không phát sóng ở thời điểm ấy. Tất cả các trạm AIS di động sẽ phát tín hiệu theo tốc độ báo cáo thông thường của chúng, tốc độ báo cáo thông thường này được nêu trong bảng 1.2. Theo mặc định mỗi một trong 2 kênh AIS 1 và AIS 2 sẽ được dùng để phát tín hiệu với tốc độ bằng một nửa của tốc độ báo cáo thông thường. Ví dụ một trạm AIS trên tàu biển đang hành trình với tốc độ 23 hải lý/giờ thì sẽ phát báo cáo vị trí trong khoảng thời gian 2 giây, hay tốc độ báo cáo thông thường của trạm là 2 giây 20
- Xem thêm -