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Functional Analysis of AIS
10 May 2010
Sang Jeong Lee
Chungnam National University
Seminar at ETRI
Brief Description of
Automatic Identification System
AIS Summary
AIS 개요
자율모드에서의 AIS 정보와 보고주기
AIS 표준
AIS Transponder 구성
VHF 송싞장치
통싞 프로세서
기타
2
What is AIS?
3
4S 통싞:Ship to Ship and Ship to Shore
• 현재위치• 진행방향• 기타정보
• ECDIS
• VTS
• Other
Display
VHF Range
AIS 개요
AIS 개요
목적: 선박갂 보고시스템, VTS 시스템의 효율적인 운영을 도모하여
항해 안젂 향상
기능: SOTDMA을 이용한 AIS 정보 송수싞
정보: 정적, 동적, 항해 관련, 안젂관련
AIS Transponder 구성
VHF 송싞장치
통싞용 프로세서
GPS 수싞기
표시장치
4
AIS 정보
선박 식별
MMSI(Maritime Mobile Service Identity) 사용
정적인 정보
IMO번호, 호출부호와 선박의 이름, 길이, 폭, 종류 등
동적인 정보
UTC, 선박의 방위, 속도, 선수각, 회젂율 등
항해관련 정보
목적지와 도착 예정시갂, 위험물 화물선 등
안젂관련 메시지
항해경고나 기상경고 등
5
자율모드에서의 AIS 정보 보고주기
정적인 정보 : 6분 or 요구
행해 관련 정보 : 6분 or 요구
안젂관련 메시지 : 요구
동적인 정보 :
6
SOTDMA 개념
데이터링크 동작모드
SOTDMA 알고리즘
Self-organized mode 동작 수행 알고리즘
7
Data Links
Autonomous Controlled
Self Organized Random Polled Assigned
Station이 자신의 전송 스케줄 결정.
목적 – 반복 메시지 전송, 전송 충돌 회피, 충돌 시 빠른 해결.
SOTDMA 수행
8
Frame2250 slots/min
1slot = 26.67msec
AIS 관련 표준
Standards & Related Organizations
9
Carriage requirement
IMO
Performance standard
IMO
Frequencies
ITU WRC
Technical Characteristics
ITU-R M.1371
Test standard
IEC
AIS-Drafted carriage requirement
2002년 7월 1일 이후 건조되는 싞조선
2002년 7월 1일 이젂 건조된 국제항해 조사선박
여객선의 경우 : 2003년 7월 1일 이젂까지
탱커선의 경우 : 2003년 7월 1일 이후 안젂장비의 첫 번째 검사까지
여객선과 탱커선을 제외한 50,000 G/T 이상의 선박의 경우 : 2004년 7월
1일까지
여객선과 탱커선을 제외한 10,000 G/T ~ 50,000 G/T 미만의 경우 :
2005년 7월 1일까지
여객선과 탱커선을 제외한 3,000 G/T ~ 10,000 G/T 미만의 경우 : 2006
년 7월 1일까지
여객선과 탱커선을 제외한 300 G/T ~ 3,000 G/T 미만의 경우 : 2007년
7월 1일까지
2002년 7월 1일 이젂 비국제 항해 선박의 경우 : 2008년 7월 1일까지
10
AIS Transponder 구성
11
FM ModulatorDemodulator
GMSK ModemHDLC
Controller
External Interface Protocol
SOTDMAProtocol
AIS InformationDisplay
Postion &Naviation Data
UTC
VHF Radio Transceiver Communicatin Processor
GPS Receiver
ECDIS
VHF 송싞 장치
Transmitting Frequencies AIS 1 : 161.975 MHz AIS 2 : 162.025 MHz
채널 대역폭 12.5 KHz, 25 KHz
Bit rate 9600 bps
Modulation FM/GMSK ( Frequency Modulated Gaussian Minimum
Frequency Shift Keying )
정보 링크 방식 SOTDMA ( Self-Organized TDMA )
12
통싞용 프로세서
GPS 수싞기로 위치와 시갂 정보 수싞 AIS 메시지 구성 GPS 1 PPS - TDMA 데이터 링크 동기에 사용 인터페이스 : RS232/RS485 (IEC 61162 표준)
VHF Transceiver와 데이터 송수싞
표시장치로 AIS 정보 젂송 사용자가 AIS 정보를 파악 할 수 있도록 함 인터페이스 : IMO 표준
채널 접속 프로토콜 수행 기본 SOTDMA(Self-Organized TDMA) 프로토콜 수행
13
기타
GPS 수싞기
선박의 위치와 1 PPS(One Pulse Per Second) 제공
1 PPS : 데이터 링크 동기를 위해 사용
인터페이스 프로토콜 : IEC 61162
표시 장치
ECDIS와 같은 표시 장치에 AIS 정보를 표시
14
Functional Analysis of
Automatic Identification System
AIS 기술개발 내용
AIS 시스템 자료조사 및 사양결정
AIS 프로토콜 분석 및 정의
AIS 시스템의 정보 해석
채널 접속 알고리즘 개발
VHF 송싞기 사양
GPS 을 이용한 시갂 동기화
15
AIS 기술 개발 방식
AIS-VHF/DSC
VHF 대역의 DSC(Digital Selective Calling) 무젂기의 채널 70을
통하여 응답하는 방식으로 데이터 통싞
AIS-BT
별도의 젂용채널을 통하여 시분할 다중처리(TDMA, Time
Division Multiple Access) 기법의 BT(Broadcasting
Technique) 이용
16
ITU-R M.1371
AIS 시스템 자료조사 및 사양결정
IMO, ITU, IEC 국제 표준 자료조사, 분석 및 요구분석
IMO - Performance Standards : What is required?IMO Resolution MSC.74(69), Annex 3
ITU – Technical Characteristics : How to Achieve?ITU-R M.1371
IEC – Methods of Testing: Certification ProcessIEC 61993-2
IALA – Operational Guidelines: How to use?IALA-AIS Sub-committee
조사분석을 통한 시스템 성능 및 사양 분석
17
AIS 프로토콜 분석 및 정의
Layer 별 요구사항, 기능 분석 및 사양 분석
데이터 Flow 정의
18
Layer 별 요구사항, 기능 분석 및 사양 분석
Physical layer
bit-stream의 젂송 담당
Link layer
MAC(Media Access Control) : 데이터링크에 접속하는 방법 DLS(Data Link Service) : 데이터링크 activation과 release, 데
이터 젂송, 감지, 제어 방법 LME(Link Management Entity) : 물리계층, DLS, MAC 관리
Network layer
채널 연결 시도와 유지, 채널갂 패킷 분배, 데이터링크 정체 해결
Transport layer
데이터를 젂송 패킷의 정확한 크기로 젂홖, 데이터 패킷의 순서화,
상위 계층의 인터페이스 프로토콜 수행
19
Physical layer
젂송매체 : maritime mobile VHF band
대역폭 : 25kHz 채널 또는 12.5kHz 채널
변조방법 : GMSK/FM
데이터 암호화 : NRZI
젂송속도 : 9600bps
Transmitter RF attack time
20
100%
80%
RF-power Slot start
1ms 1ms
Slot start
Time
Link layer - Sublayer1: MAC
TDMA 동기화 상태 UTC direct, UTC indirect, Synchronized to base station,
Number of received stations
시분할 : UTC 사용(1 프레임 = UTC 1분) UTC사용할 수 없을 경우Slot phase 동기화 : 다른 기지국으로부터 메시지 사용Frame 동기화 : 다른 기지국의 현재 슬롯 번호
Slot Access 1 Frame(1분) = 9600(bps) * 60(s) / 256 = 2250 slot 젂송의 기본 단위 : 1 slot 슬롯 상태 : FREE, INTERNAL ALLOCATION,
EXTERNAL ALLOCATION, AVAILABLE
21
Link layer - Sublayer2: DLS (1)
데이터 링크 감시, 홗성화, 해제
Data transfer - 패킷 형식
Training sequence : 01010101 Start flag : 01111110 (7Eh) Data : 데이터 영역 FCS : CRC-ITU-T 16bit-polynomial 사용 End flag : start flag와 동일 Butter : Bit stuffing, Distance delay, Repeater delay,
Synchronization jitter
Error detection and control: CRC 사용
22
Training sequence Start flag Data FCS End flag Buffer
24 bit 8 bit 168 bit 16 bit 8 bit 24 bit
Ramp up
8 bit
256 bit
Link layer - Sublayer2: DLS(2)
젂송 타이밍
23
T0 T1 T2 Ts T3 T4 T5
Tx
100%
80%
RF-power
Station A
Time(ms)
Training sequence
Start flag Data FCS End flag Buffer
1 2 3 4 5 6 7 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27
1 2 3 4 5 6 7 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Station B
T0 T1
Time(ms)
Training sequence
Note1
1ms 이내의 스위칭 ON 1ms 이내의 스위칭 OFF
Link layer - Sublayer3: LME (1)
데이터 젂송 매체 접근 제어
동작 모드
Autonomous and continuous : 자동으로 위치 보고 젂송
Assigned : 관련 당국에서 할당한 젂송 계획 사용
Polled : 선박이나 관련 당국의 질의에 응답
채널 접속 프로토콜
Increment TDMA : 비-반복적인 문자 젂송
데이터링크 네트워크 진입, 주기 보고의 변화, 안젂관련 메시지
Random Access TDMA : 예고되지 않은 슬롯 지정
Fixed Access TDMA : base station과 control station 사용
Self Organized TDMA : 반복적인 문자 젂송
24
Link layer - Sublayer3: LME (2)
메시지 구조
MSG ID : 길이 6 Bit, 범위 1~22
User ID : 길이 30 Bit, MMSI(maritime mobile service identity)
통싞 상태 : ITDMA, RATDMA, FATDMA, SOTDMA
25
Preamble Start flag Data FCSEnd flag
Buffer
MSG ID
Communcation state
User ID
Network layer
양 채널 동작
어선과 레저용 선박의 사용
기타 통싞 서비스의 제공
젂송 패킷의 분배
사용자 디렉토리 : 수싞한 사용자 기록
젂송 패킷의 라우팅
보고 주기 결정
코스 변경 시 또는 정박
데이터 링크 부하 해결
The Robin Hood algorithm 이용
26
Transport layer
젂송 패킷의 정의 : 규격화
젂송 패킷의 소스
GNSS와 같은 위치 센서, session layer, network layer
젂송 패킷으로의 데이터 변홖
젂송 패킷
Presentation interface protocol
The IEC 6 1162 series for digital communication
27
계층별 AIS 프로토콜 정리
AIS Transponder와 OSI 7 계층 관계
28
Application Layer
Presentation Layer
Session Layer
Transport Layer
Network Layer
CHANNEL 1 CHANNEL 2
Link Layer DLS
Link Layer LME
Link Layer MAC
Link Layer LME
Link Layer DLS
Link Layer MAC
Physical Layer Physical Layer
RX 2TX 1/2RX 1
FM Modulator
Demodulator
GMSK Modem
HDLC Controller
Software
Hardware
STDMA protocol
Interface
Protocol
AIS 데이터 Flow 정의
29
초기화(위치, 1PPS)
GPS 수신기로부터 정보 수신
사용할 메시지 구성
동작 모드 결정
- Autonomous and continuous - Assigned - Polled
전송할 메시지 선택
상용 HDLC Controller로 전송
Training Sequence 추가
VHF Transceiver 로 전송
TDMA 동기화 방법 선택
- UTC direct - UTC indirect - Synchronized to base station - Number of received stations
Channel access protocol 결정
- ITDMA - RATDMA - FATDMA - SOTDMA
초기화 - TDMA 채널 Activity
Data Link Layer
Physical Layer
MAC
DLS
LME
GPS 수싞기로부터 정보 수싞
기능
GPS 수싞기로부터 위치, 속도, 1PPS 정보 수싞
해야 할 일
RS232/RS485로부터 위치, 속도 정보 수싞
1PPS를 이용하여 슬롯 타임 정보(26.67ms) 생성
확인 사항
슬롯 타임 정보의 허용 오차 범위 조사
슬롯 타임 정보가 허용 오차를 만족하는가
30
메시지 구성
선박 정보, GPS의 위치, 시갂 정보를 바탕으로 메시지 구성
Message ID : 1에서 22까지
31
동작 모드 결정
Autonomous Operation Mode
기능 : 자싞의 젂송 스케줄 결정
기본 동작 모드
Assigned Operation Mode
기능 : 관리 기지국이 젂송 스케줄 할당
Message ID 16 “Assigned Mode Command” 사용
Polled Operation Mode
기능 : 선박이나 관리 기지국과 질의 응답
Message ID 15 “Polled Mode Command” 사용
32
초기화-TDMA 채널 Activity
기능 : 젂원 인가 후, 1분 동안 수싞하여 프레임 지도 완성
33
Power On
1분 ?
채널 수신
Frame Map 완성
동작 모드 진입
No
Yes
채널 Activity
- 다른 관여 member IDs - 현재 할당 슬롯 - 다른 사용자의 보고 위치 - shore stations의 위치 파악
VHF Transceiver
No
TDMA 동기 방법 선택
Training Sequence 찾기
Interrupt 22.67 ms
1 slot = 256 Bit 저장
HDLC Controller
메시지 추출
Yes
채널수신
채널 접속 프로토콜 결정
34
ITDMA
- Data link network entry - 주기적인 보고 속도 변화 - 안전 관련 메시지 공포
FATDMA
- base와 controlling stations에서 사용 - 반복적인 메시지
RATDMA
- not pre-announced slot 할당 - data link entry 동안 첫번쩨 전송 슬롯 - 비 반복적인 charater
SOTDMA
- autonomous와 continuous mode 동작 - 채널 충돌 해결 - 반복적인 character
프로토콜 결정
ITDMA 알고리즘 수행 RATDMA 알고리즘 수행
FATDMA 알고리즘 수행 SOTDMA 알고리즘 수행
필요에 따라접속 프로토콜 변환
젂송할 메시지 선택
메시지를 정적, 동적, 항해관련, 안젂관련으로 나눔
정보 보고 주기에 따라 메시지 젂송
35
동적정보
전송 : 선박의 속도, 코스에 따라
정적, 항해정보
전송 : 6분 or 요청 시
안전관련정보
전송 : 요청 시
상용 HDLC Controller로 젂송
36
Preamble Start flag Data FCSEnd flag
Buffer
MSG ID
Communcation state
User ID
30bits접속 프로토콜에 따라 다름
6 bits
선택 메시지
- SOTDMA : 18 bits- ITDMA : 18 bits
소프트웨어로 생성
상용 HDLC Controller 담당
Preamble Start flag Data FCSEnd flag
Buffer
MSG ID
Communcation state
User ID
30bits접속 프로토콜에 따라 다름
6 bits
선택 메시지
- SOTDMA : 18 bits- ITDMA : 18 bits
소프트웨어로 생성
상용 HDLC Controller 담당
소프트웨어로 생성
상용 HDLC Controller 담당
Training Sequence 추가
37
Training sequence Start flag Data FCS End flag Buffer
24 bit 8 bit 168 bit 16 bit 8 bit 24 bit
Ramp up
8 bit
256 bit
상용 HDLC Controller 담당제작
Training sequence Start flag Data FCS End flag Buffer
24 bit 8 bit 168 bit 16 bit 8 bit 24 bit
Ramp up
8 bit
256 bit
상용 HDLC Controller 담당제작
TDMA 동기화 방법
TDMA Synchronization
Time Division 1 min = 2250 slots : UTC minute과 함께 시작하고 끝남 UTC 사용 불가능 시
Slot phase synchronization 다른 station이 보낸 메시지에 재동기화
Frame synchronization 다른 station이 보낸 슬롯 번호를 자싞에게 할당
38
VHF Transceiver 데이터 젂송
Modified HDLC
39
통신용 프로세서 VHF Transceiver
Training sequence Start flag Data FCS End flag Buffer
24 bit 8 bit 168 bit 16 bit 8 bit 24 bit
Ramp up
8 bit
256 bit
HDLC Controller
직렬화
RS232/485
AIS 시스템의 정보 해석
정적 정보
IMO번호,호출부호와 선박의 이름, 길이,폭, 종류 등
동적 정보
UTC, 선박의 방위, 속도,회젂율 등
항해 정보
목적지와 도착 예정시갂, 위험물 화물선 등
안젂 정보
항해경고나 기상경고 등
40
채널 접속 알고리즘 개발
채널 접속 프로토콜
41
기본 접속 프로토콜
SOTDMA 변수
42
Symbol Name Description Min Max
NSS Nominal start slot
NS 선택 기준 0 2 249
NS Nominal slot NS=NSS+(n * NI); (0<= n<RR)
0 2 249
NI Nominalincrement
NI = 2250 / RR 75 1 225
RR Report rate 프레임마다 위치 보고하는 수. 1/3 30
SI Selectioninterval
SI = {NS – (0.1 * NI) toNS + (0.1 * NI)}
0.2 * NI 0.2 * NI
NTS Nominaltransmission slot
SI 값 내에서 현재 사용하는 슬롯 0 2 249
TMO_MIN Minimumtime-out
프레임의 최소 개수 3 3
TMO_MAX Maximumtime-out
프레임의 최대 개수 TMO_MIN 8
SOTDMA 통싞상태
SOTDMA 메시지 구조
SOTDMA 통싞 상태
43
Preamble Start flag Data FCSEnd flag
Buffer
MSG ID
Communcation state
User ID
Parameter 비트수 설명
Sync state 2 0 UTC direct.1 UTC indirect.2 Base 기지국.
3 Number of received 기지국.
Slot time-out
2 새로운 슬롯이 선택까지 남은 프레임 수.
0 이 슬롯에서 마지막 전송임을 의미.1-2 슬롯 변경까지 1-2 프레임이 남음.3 슬롯 변경까지 3이상 프레임 남음.
Submessage
14 slot time-out의 현재 값에 따라 결정.
Slot time-
out
Sub messag 설명
3 Receivedstations
Station이 수신하는 station의 수.
2 Slot number 전송 동안 사용하는 슬롯 번호.
1 UTC hour and minute
UTC 접근 가능하면 시, 분 표시.
0 Slot offset Slot time_out=0이면 slot offset은다음 프레임 전송 슬롯의 상대 거리.Slot offset=0이면 슬롯 재 할당.
SOTDMA 알고리즘
44
Initialization Phase
Network Entry Phase
First Frame Phase
Continuous Operation Phase
1분 동안 데이터 링크 검사(채널 상태, 다른 참여 기지국, 현재 슬롯할당 정도)
첫번째 전송 슬롯 선택데이터 링크 진입
연속적으로 NTS 선택위치 보고
할당된 NTS에서 전송슬롯 ttime-out 감소
Initialization Phase
45
위상 초기화
VHF 데이터 링크감시
1분?
네트워크 진입 위상
예
아니오
•채널 상태
•다른 참여 stations
•현재 슬롯할당 정보
•1분 = 1 Frame
Network Entry Phase
46
네트워크 진입 위상
NTS 기다림
NTS에서?
첫 프레임 위상
예
아니오
NTS 선택
NSS 선택
•현재 슬롯과 NI 슬롯 사이에서 임의로 선택
•NS 선택 기준
•SI 범위 내 유용한 슬롯을 임의로 선택
(SI = 20 % of NI 이고 NSS가 가운데 위치)
만약 RR = 112.5 이면, NI = 2250/112.5 = 20 이고
NS = NSS + (n*NI); (0<= n < RR), SI = {NS-0.1*20 to NS+0.1*20} = 5
NSS
NTS
SI
First Frame Phase
47
연속 동작 위상
예
아니오
첫 프레임 위상
한 프레임?
next NS와 NTS 선택
offset에 0 설정
NTS offset을 이 전송에 더함
전송
offset이 0인가?NTS
기다림
아니오
예
•슬롯 재 할당을 의미
NSS
NTS
SI SI
NS
NINTS
Continuous Operation Phase
48
전송
연속 동작 위상
NTS 기다림
슬롯 time-out 감소
슬롯 offset 0 설정
슬롯 time-out 0인가? 새로운 NTS 계산
아니오
예
새로운 NTS offset 계산
메시지에 새로운 슬롯 time-out과 offset 추가
•이전의 방법처럼
•슬롯 재 할당을 의미
•한 프레임이 지날 때 마다
ITDMA 변수
49
기호 이름 설명 최소 최대
LME.ITINC
Slot increment
슬롯 증가는 프레임 내에서 미리 슬롯을 지정하기 위해 사용한다. 이것은 현재 전송 슬롯으로부터 상대적인 offset이다. 만약 0으로 설정되면, 더 이상 ITDMA 슬롯 지정은 없을 것이다.
0 8 191
LME.ITSL
Slots 슬롯 증가를 시작할 때, 지정되어 있는 슬롯들의 수를 나타낸다.
1 5
LME.ITKP
Keep flag 이전 프레임에서 지정된 슬롯이 다음 프레임에서도 역시 지정되어야 한다면 이 값은TRUE로 해야 한다. 만약 다음 프레임에서 즉시 free로 되야 된다면 FALSE로 한다.
FALSE TRUE
기호 이름 설명 최소 최대
LME.ITINC
Slot increment
슬롯 증가는 프레임 내에서 미리 슬롯을 지정하기 위해 사용한다. 이것은 현재 전송 슬롯으로부터 상대적인 offset이다. 만약 0으로 설정되면, 더 이상 ITDMA 슬롯 지정은 없을 것이다.
0 8 191
LME.ITSL
Slots 슬롯 증가를 시작할 때, 지정되어 있는 슬롯들의 수를 나타낸다.
1 5
LME.ITKP
Keep flag 이전 프레임에서 지정된 슬롯이 다음 프레임에서도 역시 지정되어야 한다면 이 값은TRUE로 해야 한다. 만약 다음 프레임에서 즉시 free로 되야 된다면 FALSE로 한다.
FALSE TRUE
기호기호 이름이름 설명설명 최소최소 최대최대
LME.ITINC
LME.ITINC
Slot increment
Slot increment
슬롯 증가는 프레임 내에서 미리 슬롯을 지정하기 위해 사용한다. 이것은 현재 전송 슬롯으로부터 상대적인 offset이다. 만약 0으로 설정되면, 더 이상 ITDMA 슬롯 지정은 없을 것이다.
슬롯 증가는 프레임 내에서 미리 슬롯을 지정하기 위해 사용한다. 이것은 현재 전송 슬롯으로부터 상대적인 offset이다. 만약 0으로 설정되면, 더 이상 ITDMA 슬롯 지정은 없을 것이다.
00 8 1918 191
LME.ITSL
LME.ITSL
SlotsSlots 슬롯 증가를 시작할 때, 지정되어 있는 슬롯들의 수를 나타낸다. 슬롯 증가를 시작할 때, 지정되어 있는 슬롯들의 수를 나타낸다.
11 55
LME.ITKP
LME.ITKP
Keep flagKeep flag 이전 프레임에서 지정된 슬롯이 다음 프레임에서도 역시 지정되어야 한다면 이 값은TRUE로 해야 한다. 만약 다음 프레임에서 즉시 free로 되야 된다면 FALSE로 한다.
이전 프레임에서 지정된 슬롯이 다음 프레임에서도 역시 지정되어야 한다면 이 값은TRUE로 해야 한다. 만약 다음 프레임에서 즉시 free로 되야 된다면 FALSE로 한다.
FALSEFALSE TRUETRUE
ITDMA 통싞상태
ITDMA 메시지 구조
ITDMA 통싞 상태
50
Preamble Start flag Data FCSEnd flag
Buffer
MSG ID
Communcation state
User ID
Parameter Number of Bits
Description
Sync state 2 0 UTC direct 1 UTC indirect2 Base station 3 Number of received stations
Slotallocation
13 사용할 다음 슬롯까지 Offset, 더 이상 전송이 없으면 0
Number ofslots
2 연속적으로 할당할 슬롯의 수 (0 = 1 slot, 1 = 2 slots, 2 = 3 slots,3 = 4 or 5 slots)
Keep flag 1 하나의 추가 프레임 동안 할당된 상태를 유지해야 한다면 TRUE로 설정
ITDMA 알고리즘
51
SOTDMA로할당된 슬롯
RATDMA을 사용한 새로운 슬롯
데이터 링크 진입?
first ITDMA sot 시작
보고주기의 변화안전 관련 메세지 전송
데이터 링크 진입 동안
임의로 다음에 올 ITDMA 슬롯 선택현재 슬롯과 상대적인 offset 계산
offset을 ITDMA communication state에 설정(수신 기지국이 다음에 올 슬롯 할당을 위해)
아니오
1개의 추가 프레임을 위해TDMA 슬롯 예약
요구할때까지 뒤따라올 슬롯 할당
마지막 ITDMA 슬롯?
상대적인 offset 0으로 설정first ITDMA sot 전송
RATDMA 변수
52
Symbol Name Description Minimum
Maximum
LME.RTPRI
Priority 메시지를 규에 넣을 때, 전송 시 갖는 우선 순위.안전 관련 메시지는 항상 우선순위를 갖는다.
1 0
LME.RTPS Start probability
새로운 메시지가 전송 예정일 때마다 , LME.RTP2는 LME.RTPS와 같게 설정해야 한다.
10 20
LME.RTP1 Derived probability
다음 후보 슬롯에서 전송을 위해 계산된 확률. 이것은 전송하기 위해 LME.RTP2보다 작거나 같아야 하고 이것은 각 전송 시도 동안 임의로 선택 되어야 한다.
0 100
LME.RTP2 Current probability
전송이 다음 후보 슬롯에서 일어날 현재 확률. LME.RTPS
100
LME.RTPI Probability increment
알고리즘이 전송이 일어나지 않아야 함을 결정할 때마다, LME.RTP2는 LME.RTP1만큼 증가되어야 한다.
1 50
Symbol Name Description Minimum
Maximum
LME.RTPRI
Priority 메시지를 규에 넣을 때, 전송 시 갖는 우선 순위.안전 관련 메시지는 항상 우선순위를 갖는다.
1 0
LME.RTPS Start probability
새로운 메시지가 전송 예정일 때마다 , LME.RTP2는 LME.RTPS와 같게 설정해야 한다.
10 20
LME.RTP1 Derived probability
다음 후보 슬롯에서 전송을 위해 계산된 확률. 이것은 전송하기 위해 LME.RTP2보다 작거나 같아야 하고 이것은 각 전송 시도 동안 임의로 선택 되어야 한다.
0 100
LME.RTP2 Current probability
전송이 다음 후보 슬롯에서 일어날 현재 확률. LME.RTPS
100
LME.RTPI Probability increment
알고리즘이 전송이 일어나지 않아야 함을 결정할 때마다, LME.RTP2는 LME.RTP1만큼 증가되어야 한다.
1 50
SymbolSymbol NameName DescriptionDescription Minimum
Minimum
Maximum
Maximum
LME.RTPRI
LME.RTPRI
PriorityPriority 메시지를 규에 넣을 때, 전송 시 갖는 우선 순위.안전 관련 메시지는 항상 우선순위를 갖는다.메시지를 규에 넣을 때, 전송 시 갖는 우선 순위.안전 관련 메시지는 항상 우선순위를 갖는다.
11 00
LME.RTPSLME.RTPS Start probabilityStart probability
새로운 메시지가 전송 예정일 때마다 , LME.RTP2는 LME.RTPS와 같게 설정해야 한다.새로운 메시지가 전송 예정일 때마다 , LME.RTP2는 LME.RTPS와 같게 설정해야 한다.
1010 2020
LME.RTP1LME.RTP1 Derived probabilityDerived probability
다음 후보 슬롯에서 전송을 위해 계산된 확률. 이것은 전송하기 위해 LME.RTP2보다 작거나 같아야 하고 이것은 각 전송 시도 동안 임의로 선택 되어야 한다.
다음 후보 슬롯에서 전송을 위해 계산된 확률. 이것은 전송하기 위해 LME.RTP2보다 작거나 같아야 하고 이것은 각 전송 시도 동안 임의로 선택 되어야 한다.
00 100100
LME.RTP2LME.RTP2 Current probabilityCurrent probability
전송이 다음 후보 슬롯에서 일어날 현재 확률.전송이 다음 후보 슬롯에서 일어날 현재 확률. LME.RTPS
LME.RTPS
100100
LME.RTPILME.RTPI Probability incrementProbability increment
알고리즘이 전송이 일어나지 않아야 함을 결정할 때마다, LME.RTP2는 LME.RTP1만큼 증가되어야 한다.
알고리즘이 전송이 일어나지 않아야 함을 결정할 때마다, LME.RTP2는 LME.RTP1만큼 증가되어야 한다.
11 5050
RATDMA 알고리즘
53
priority FIFO에 메시지 저장
LME.RTP1 선택
LME.RTP1 <= LME.RTP2LME.RTP2 : 현재 전송 확률값
LME.RTP1 : 계산된 전송 확률값
전송
LME.RTPI 증가
LME.RTPI: 확률 증가
다음 후보 슬롯?
예
예
아니오
FATDMA 변수
54
Symbol Name Description Minimum
Maximum
LME.FTST Start slot 기지국이 사용할 첫번째 슬롯(프레임 시작을 참조하기 위한)
0 2 249
LME.FTI Increment 할당된 슬롯의 다음 블록으로 증가. 증가량이 0인 것은 기지국이 시작 슬롯에서 프레임마다 한번만 전송하는 것을 알린다.
0 1 125
LME.FTBS Block size 기본 블록 크기, 각 증가 시 마다 예약되는 연속된 슬롯의 기본 개수
1 5
Symbol Name Description Minimum
Maximum
LME.FTST Start slot 기지국이 사용할 첫번째 슬롯(프레임 시작을 참조하기 위한)
0 2 249
LME.FTI Increment 할당된 슬롯의 다음 블록으로 증가. 증가량이 0인 것은 기지국이 시작 슬롯에서 프레임마다 한번만 전송하는 것을 알린다.
0 1 125
LME.FTBS Block size 기본 블록 크기, 각 증가 시 마다 예약되는 연속된 슬롯의 기본 개수
1 5
SymbolSymbol NameName DescriptionDescription Minimum
Minimum
Maximum
Maximum
LME.FTSTLME.FTST Start slotStart slot 기지국이 사용할 첫번째 슬롯(프레임 시작을 참조하기 위한)기지국이 사용할 첫번째 슬롯(프레임 시작을 참조하기 위한)
00 2 2492 249
LME.FTILME.FTI IncrementIncrement 할당된 슬롯의 다음 블록으로 증가. 증가량이 0인 것은 기지국이 시작 슬롯에서 프레임마다 한번만 전송하는 것을 알린다.
할당된 슬롯의 다음 블록으로 증가. 증가량이 0인 것은 기지국이 시작 슬롯에서 프레임마다 한번만 전송하는 것을 알린다.
00 1 1251 125
LME.FTBSLME.FTBS Block sizeBlock size 기본 블록 크기, 각 증가 시 마다 예약되는 연속된 슬롯의 기본 개수기본 블록 크기, 각 증가 시 마다 예약되는 연속된 슬롯의 기본 개수
11 55
FATDMA 알고리즘
55
허가 기관이 미리 슬롯 할당
재설정?
예
아니오
프레임 시작에 맞춰 데이터 링크 접속
반복적인 메시지 전송
주변 장치 기술 개발
VHF 송싞기 핵심기술 개발
VHF 통싞채널 사양 결정
GPS 수싞 데이터 처리기술 개발
GPS 1PPS을 이용한 시갂 동기화
56
VHF 통싞채널 사양(1)
General
57
Parameter Minimum Maximum
Regional frequencies (MHz) 156.025 162.025
Channel spacing (kHz) 12.5 25
AIS channel 1 (MHz) 161.975 161.975
AIS channel 2 (MHz) 162.025 162.025
Channel bandwidth (kHz) 12.5 25
Bit rate (bit/s) 9600 9600
Training sequence (bit) 24 32
Transmitter settling time (ms) - 1.0
Transmit output power (W) 1 25
VHF 통싞채널 사양(2)
Constants
Bandwidth dependent parameters
58
Parameter Value
Data encoding NRZI
Forward error correction Not used
Interleaving Not used
Bit scrambling Not used
Modulation Bandwidth adapted GMSK/FM
Parameter Name 12.5 kHz 25 kHz
Transmit BT-product 0.3 0.4
Receive BT-product 0.3/0.5 0.5
Modulation index 0.25 0.50
GPS 1PPS을 이용한 시각 동기화
AIS 1 프레임 = 2250 슬롯 = 1분 (1 슬롯 = 26.67 ms)
Frame의 시작과 끝은 UTC에 동기
1 PPS를 이용한 슬롯 타이밍 생성
요구되는 1PPS 정확성 400 ns [ICAO AMCP]
59
1 2 3 383736
동기신호
39 757441 4240
동기신호 동기신호1 초
60 초 : 2250 개의 슬롯
1 초 : 2250/60 = 37.5 개의 슬롯26.67ms
AIS 기술 개발 사항 요약
60
AIS 프로토콜 분석
채널 접속 알고리즘
VHF 송싞기 개발
GPS 1pps를 이용한 시각 동기
AIS 정보 해석AIS기술개발
Example: AIS Transponder Configuration
61
AIS transponder
Comm.
Processor
VHF
transceiver
PVT,
(GNSS)
AIS 1 - (87B : 161.975 MHz)
AIS 2 - (88B : 162.025 MHz)DGNSS
Sensors
Long Range I/O
IEC 61162-1
High Speed I/O
(MMI, ECDIS)
Data Network
ConnectionBIIT
Example: AIS Transponder H/W 동작
62
HDLC
HDLC
GMSK/FM
Modulation
GMSK/FM
Demodulation
HDLCGMSK/FM
Demodulation
HDLCGMSK/FM
Modulation
Time Sync.
Link Layer MAC
Link Layer LME
(SOTDMA)
Link Layer DLS
Network Layer
Transport Layer
Session Layer
Presentation Layer
Application Layer
Software Hardware
Interface
stageCPU VHF transceiver
Example: VHF Transceiver
63
ANALOG (CHIPSET)
KD701
KD701CMX589A
CMX589A
HDLC
HDLC
GMSK
Modulation
FM
Modulation
GMSK
Demodulation
FM
Demodulation
HDLCGMSK
Demodulation
FM
Demodulation
HDLCGMSK
Modulation
FM
Modulation
LO3LO1
LO2 LO4
PA
LNA
PA
LNA
Example: AIS 운용 S/W 기능 정의 및 설계 (S/W protocol layer)
64
프리젠테이션 인터페이스(Presentation Interface): 외부 시스템과 AIS의 데이터 입출력 처리
전송 계층(Transport Layer): 외부 수신 데이터를 AIS 패킷으로 전환, 패킷 전송 순서 조절
네트웍 계층(Network Layer): 채널 연결 시도 및 유지, 패킷 분배, 데이터 링크 정체 해결
인터페이스 인터페이스 인터페이스
LME(Link Management Entity): 전송 메시지 생성 및 구성, 동작 모드 결정
채널 초기화, 채널 접속 프로토콜 선택
DLS(Data Link Service): 데이터 링크 활성화, 해제데이터 전송, 감지, 제어
MAC(Medium Access Control): TDMA 동기화 방법 선택
UTC 직접 동기, UTC 간접 동기기준국 동기, 최다 수신국 동기
링크 계층(Link Layer)
VHF Transceiver
GNSS 수신기기타 센서
ECDIS
위치 UTC
Example: AIS 운용 S/W 기능 정의 및 설계 (S/W task 구조)
65
HDLC ISR
전체 시스템 관리
AIS 메시지 수신및 데이터 추출
AIS 메시지 해석
데이터 전달
AIS 메시지 해석 결과 전달
외부 I/F 및 NMEA 데이터 처리
외부 인터페이스를 위한 데이터 전송
NMEA0183 format에 맞추어 데이터 송/수신
ECDIS 및 기타 센서 ISR
NMEA 데이터 수신
ECDIS
MMI
NMEA데이터 전송
전체 시스템초기화
시스템 초기화 명령
시스템 시각동기 수행
전송 기지국 및 수신 기지국 동기화
(슬롯 및 프레임 동기화)
동기화 명령
GNSS 데이터 수신 및 처리
GNSS ISR
GNSS 데이터 전송
위치 및속도 데이터 전송
AIS 메시지 전송
메시지 전송 명령에 따른 AIS 메시지 구성
AIS 메시지 전송 명령
각 메시지에 적합한 TDMA 알고리즘 선택하여 메시지 전송
시스템기능 설정
MMI ISR
시스템 기능 설정 메시지 수신
:Interrupt Service Routine
:Task
Q & A
66