Functional Analysis of AISAIS 기술개발방식 AIS-VHF/DSC VHF 대역의DSC(Digital Selective Calling) 무젂기의채널70을 통하여응답하는방식으로데이터통싞 AIS-BT

Functional Analysis of AIS

10 May 2010

Sang Jeong Lee

Chungnam National University

[email protected]

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


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


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


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


Buffer

MSG ID

Communcation state

User ID

30bits접속 프로토콜에 따라 다름

6 bits

선택 메시지

- SOTDMA : 18 bits- ITDMA : 18 bits





Training Sequence 추가

37



Ramp up

8 bit

256 bit

상용 HDLC Controller 담당제작



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



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


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


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



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


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


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


0 100

LME.RTP2 Current probability

전송이 다음 후보 슬롯에서 일어날 현재 확률. LME.RTPS

100

LME.RTPI Probability increment


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



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



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


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


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

Documents

Functional Analysis of AISAIS 기술개발방식 AIS-VHF/DSC VHF 대역의DSC(Digital Selective Calling) 무젂기의채널70을 통하여응답하는방식으로데이터통싞 AIS-BT