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异构移动网络垂直切换关键技术在船联网的应用研究

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异构移动网络垂直切换关键技术在船联网的应用研究

作者：水宜水武汉理工大学

学位级别：硕士

随着宽带无线通信技术的不断发展,未来的移动通信网络世界势必会形成一个多种无线网络共存的局面。通过异构网络融合技术,实现终端的多种网络接入。船联网是一个新兴的概念,其主要内容是船舶终端能够保持在线,并进行各种无线网络业务。... 详细信息

随着宽带无线通信技术的不断发展,未来的移动通信网络世界势必会形成一个多种无线网络共存的局面。通过异构网络融合技术,实现终端的多种网络接入。船联网是一个新兴的概念,其主要内容是船舶终端能够保持在线,并进行各种无线网络业务。将异构网络融合的垂直切换技术应用到船联网中有十分现实的意义,同时可以结合现有船用设备及船用系统来改进垂直切换的性能。本论文对该领域的国内外研究现状做了大量的调研,并学习了垂直切换的相关技术,包括其切换过程、性能指标,着重研究了切换决策。随后调研并学习了目前建设的船联网中已经存在和将来会建设的无线网络和已在船舶上广泛运用的AIS系统。在分析了现有的垂直切换算法以及内河航运现状后,提出了一种适用于船联网的垂直切换算法。除了二维代价函数加权法运用到切换算法中,还基于本文所用的算法应用了切换代价这一参数,另外为了结合船联网的特性还将船载AIS信令中的位置信息、航速信息、航向信息运用到了切换算法中,最后还可以运用AIS系统中的低带宽信息传输功能与信息中心交换航行的无线网络状况信息。与AIS的结合能进一步提高切换性能。此算法特点有： (1)运用切换代价参数,使其更符合人们的感受,并且通过不同的切换代价来灵活的控制不同情况下不同的切换需要。比如不同的速度会有不同的切换代价,进入网络时和远离网络时也会根据不同的情况从而设置不同的切换代价。 (2)根据异构网络的松耦合和紧耦合,将备用网络的概念运用到船联网中,并且将预测的网络参数值与信息中心的值进行融合来进行提前判决,根据不同的状况选择不同的备用网络级别以提前做好网络切换准备,从而可以节省时间。 (3)通过归一化处理,以及切换代价的使用并运用二维代价加权函数法结合前两点所提的船联网特点的切换算法完成一个完整的适用于船联网的垂直切换系统。最后通过仿真来实现该适用于船联网的垂直切换系统,验证了该算法和相关参数设置在提高垂直切换性能上的有效性,同时也验证了与AIS系统以及信息中心结合的构想能够有效改善垂直切换性能。减少乒乓切换,并且让终端能提前做好切换准备,减少时延及系统开销。

关键词：垂直切换异构网络融合船联网切换判决网络预测

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跨区域船舶电子身份认证系统安全研究

跨区域船舶电子身份认证系统安全研究

作者：王磊长安大学

学位级别：硕士

内河航运是水运交通的重要组成部分，其运行效率直接影响到交通运输行业的发展。内河航运具有涉及范围广、运输量大的特点，随着跨区域过闸船舶数量日益增多，内河航运压力逐渐增大，采用人工过闸登记方式不仅严重影响内河航运的运行效... 详细信息

内河航运是水运交通的重要组成部分，其运行效率直接影响到交通运输行业的发展。内河航运具有涉及范围广、运输量大的特点，随着跨区域过闸船舶数量日益增多，内河航运压力逐渐增大，采用人工过闸登记方式不仅严重影响内河航运的运行效率，更易引起登记过程中身份认证的安全问题。为保障内河航运船舶跨区域身份认证安全、快速，本文分析内河航运的现状及其对安全性和实效性需求，结合国内外身份认证技术发展，确定本文研究内容和系统设计目标。身份认证是证实一个访问者身份是否有效的过程，是信息安全中主要的安全机制，可有效解决信息交互过程中的安全问题。通过对物联网技术、RFID技术、密码学技术、PKI技术、身份认证技术和单点登录技术的介绍和应用，分析身份认证模式和单点登录访问机制的应用条件，本文设计出一种跨区域船舶电子身份认证系统，并对其安全性和时效性进行研究。通过对跨区域船舶电子身份认证系统组成、结构、工作原理和工作流程的设计与分析，最终采用混合认证模式和RSA非对称加密算法来实现跨区域船舶电子身份认证过程。通过仿真实验，对本文提出系统的安全性和时效性进行了分析，该系统有效保障了跨区域过闸时船舶的身份信息安全，同时满足了认证过程对时效性的要求。

关键词：物联网船联网无线射频识别信息安全单点登录跨区域身份认证

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面向海洋的内容中心网络建模与缓存策略研究

面向海洋的内容中心网络建模与缓存策略研究

作者：任佳浙江大学

学位级别：硕士

随着现代航海事业的快速发展,人们对海上通信业务质量的要求越来越高,为了适应未来资源分发型的网络需求而被提出的内容中心网络（Content Centric Networks,CCN）,相较于传统的网络具有更快的数据检索速率以及更高的安全通信保障。CCN... 详细信息

随着现代航海事业的快速发展,人们对海上通信业务质量的要求越来越高,为了适应未来资源分发型的网络需求而被提出的内容中心网络（Content Centric Networks,CCN）,相较于传统的网络具有更快的数据检索速率以及更高的安全通信保障。CCN体系建立在内容数据命名的概念上,为内容本身而非传输内容的连接提供安全保障,避免了许多与主机相关的威胁,内容取代传统的主机地址成为了网络的核心。CCN将内容从主机解耦,支持网络层的网络内缓存,在避免网络中相同内容重复传递的同时也提高了网络数据的传输效率。本文针对海洋信息网络的发展需求,围绕CCN的建模和缓存策略展开研究,具体研究内容如下:围绕海洋信息网络的发展现状与时代挑战展开讨论,确立了船联网中的船基数据传输系统作为本文研究的实验系统模型,并依次对系统的网络拓扑结构、请求到达分布模型与内容流行度的定义与分布规律进行了探讨。对CCN缓存的研究内容与相关策略进行了简要总结与比较,定义了内容缓存命中率、内容源服务器负载、内容请求时延、节点流量与完成一次数据传输所需经过的路由跳数这五个系统性能评估指标,提出了基于熵权法的系统性能综合评估方法,以减少系统性能评估时的主观影响,为本文的多指标系统的综合评价提供一个相对客观的依据。基于节点的请求服务率提出了改进的节点缓存容量分配策略。该策略主要通过统计分析网络的历史访问数据,计算节点对用户数据请求的满足能力,由此为每个节点分配合适的缓存空间。实验结果表明该策略能有效提高系统的网内缓存利用率,减轻内容源的负载压力,减少单节点与系统总体的流量负载,从而降低系统的运行压力与带宽需求,缩短用户请求时延并提高系统传输效率。分析总结了用户请求频率、网内不同内容种类数目和节点缓存容量这三个参数对系统性能的影响与参数之间的相互关系,以此为根据可按照不同的设计需要进行相应的系统初始化;模拟了在通信链路中断的情况下,CCN对用户的服务满足能力,证明了 CCN系统的高可靠性。同时,本文也对CCN系统的基本功能实现做了初步的验证。

关键词：海上通信网络内容中心网络船联网网内缓存策略网络性能评价

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基于GPSR协议的船舶联网路由算法研究

基于GPSR协议的船舶联网路由算法研究

作者：张根彪大连海事大学

学位级别：硕士

随着海上航运业的不断发展,人们对海上通信需求日益增长,对船舶间点对点通信的期望也愈来愈高。随着国际电信联盟和国际航标协会提出的甚高频数据交换系统(VHF Data Exchange System,VDES)的不断研究与发展,其高速的数据交换服务为实现... 详细信息

随着海上航运业的不断发展,人们对海上通信需求日益增长,对船舶间点对点通信的期望也愈来愈高。随着国际电信联盟和国际航标协会提出的甚高频数据交换系统(VHF Data Exchange System,VDES)的不断研究与发展,其高速的数据交换服务为实现船舶联网提供了可能,并将有效推动船联网技术的发展。在VDES中利用路由协议辅助建立通信链路,能够满足船舶间点对点通信的实际应用需求。基于此,本文对基于贪婪周边无状态路由(Greedy Perimeter Stateless Routing Protocol,GPSR)协议的船舶联网路由算法进行了研究。该研究能够实现船舶之间的信息传输,对当前海事信息化建设及船联网的发展具有十分重要的现实意义。论文首先研究了移动自组织网络,提出了船舶路由网络模型,分析了船舶联网研究的功能需求,设计了总体框架,给出了总体设计方案。同时,论文详细研究了现有移动模型,分析了船舶移动特性。基于此,论文提出了符合船舶运动特性的节点移动模型,并对本船舶移动模型的适用性进行了研究。论文进一步研究了移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network,MANET)路由协议,综合分析协议特性及船舶通信特点后,选定GPSR协议作为船舶联网的基准路由。但GPSR协议应用于水上通信系统时存在一定缺陷,故提出了路由协议的改进方案。然后,论文设计并实现了适用于船舶通信的基于链路稳定与可靠传输的船舶周边无状态路由(link stability and reliability transmission of Vessels based Greedy Perimeter Stateless Routing,GPSR-LRV)协议,包括软件框架、数据结构、通信机制及可靠性传输等。最后,论文在平滑转向的高斯马尔科夫移动模型(Smooth Turning Gauss-Markov Mobility Model,STGM模型)下对GPSR-LRV协议的功能及性能进行了测试。测试结果表明,与GPSR协议相比,GPSR-LRV协议能够在静止的异构节点环境下很好地实现数据的交互。在不同节点密度的环境下,分组投递率平均提高了10%,最高提升了 20%。在不同运动速度下,分组投递率平均提高了18%,最高提升了34%。本文研究表明,改进的GPSR协议能够适应水上通信场景,在船舶间通信方面有更好的表现。

关键词：船联网移动模型自组织网络路由协议 GPSR

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船舶远程数据监测系统设计与实现

船舶远程数据监测系统设计与实现

作者：蔡亚刚山东大学

学位级别：硕士

船舶在交通运输系统中占据着十分重要的地位,近年来随着通信技术的发展,航运业以及现代造船业也正在向着网络化、智能化的方向迈进。船舶的安全航行、规范管理的重要性也显得日益突出,这对船舶的数据监测系统提出了更高的要求。本文以... 详细信息

船舶在交通运输系统中占据着十分重要的地位,近年来随着通信技术的发展,航运业以及现代造船业也正在向着网络化、智能化的方向迈进。船舶的安全航行、规范管理的重要性也显得日益突出,这对船舶的数据监测系统提出了更高的要求。本文以船联网技术为基础,探索了通信技术在船舶远程数据监测领域应用,设计实现了基于船联网的远程数据监测系统,打破了不同船舶、不同设备之间信息互通难、数据保存难的局面。针对船端设计了船载信息采集系统,针对远程端设计了远程数据监测平台,数据的远程传输采用卫星、4G和MANET相结合的方式进行。本文主要研究内容包括:（1）系统调研了船舶远程数据监测的背景和现状,分析了目前船舶通信的主要手段以及数据监测的方法,设计了通过船联网的方式实现船舶数据远程监测的系统框架,整体上将系统分为三个部分:船载信息采集、远程数据传输、远程数据监测平台。（2）针对船载信息采集,设计了以嵌入式Linux为核心的船上信息采集系统,支持多设备、多传感器通过通用总线或LoRa无线的方式接入。（3）针对远程数据传输,使用卫星网络、3/4G网络、MANET相结合的方式进行,MANET网络基于VDES通信网络实现,设计了符合船舶实际运动规律的节点移动模型,使用ns-3仿真平台基于节点移动模型和VDES网络通信特性,从分组投递率和端到端平均时延评估了几种路由协议的性能,得出AODV协议是最适合作为MANET网络的路由协议。（4）针对远程数据监测平台,使用MQTT和Kafka设计并实现了用于接收船载系统信息上传的接口。通过数据转发任务、数据处理任务和持久化任务相结合的方式实现了实时消息的预警以及与MySQL数据库的对接。最后使用Django和Ant Design设计了 Web服务为用户提供Web界面,另外设计了通过RESTful API获取数据的方式,方便对数据进行进一步的研究与处理。

关键词：船联网数据采集数据传输 MANET 远程监测平台

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分布式传感技术在船联网系统中的应用

舰船科学技术 2016年第5X期38卷 151-153页

作者：黄鑫湖北大学湖北武昌430062 德宏师范高等专科学校云南德宏678400

随着北斗导航系统的广泛使用,越来越多的船舶都装备了便携的卫星导航设备,随之又出现了以北斗导航卫星为基础的船联网系统,这为船舶的安全航行提供了强有力的保障。本文介绍船舶物联网技术的最新发展状况,总结船联网中的关键技术。基于... 详细信息

随着北斗导航系统的广泛使用,越来越多的船舶都装备了便携的卫星导航设备,随之又出现了以北斗导航卫星为基础的船联网系统,这为船舶的安全航行提供了强有力的保障。本文介绍船舶物联网技术的最新发展状况,总结船联网中的关键技术。基于船联网的特殊需求,设计出采用分布式传感网技术的通信导航系统,建立基于Kalman滤波融合算法的船联网信息通信模型。仿真实验表明,该分布式传感网模型具有较好的性能,应用价值较高。

关键词：船联网分布式传感器网络数学模型

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QoS保障技术在船联网中的应用

舰船科学技术 2016年第5X期38卷 166-168页

作者：李飞云南工商学院云南昆明651700

随着网络通信技术的不断发展,船舶之间的通信以及数据传输变得越来越重要,船联网是未来船舶网络发展的重要趋势。船联网可以有效管理船舶之间的通信,保障船舶航行安全,同时使得船舶之间的通信数据量越来越大,并且对通信的准确性以及实... 详细信息

随着网络通信技术的不断发展,船舶之间的通信以及数据传输变得越来越重要,船联网是未来船舶网络发展的重要趋势。船联网可以有效管理船舶之间的通信,保障船舶航行安全,同时使得船舶之间的通信数据量越来越大,并且对通信的准确性以及实时性提出了更高的要求。本文针对当前船联网中通信网络存在的一些问题,对Qo S保障技术在船联网中的应用进行研究,并使用NS2软件进行仿真。结果表明使用动态最短路径机制可以有效保障网络传输通畅。

关键词： Qo S 保障技术船联网 NS2

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船舶机舱监控系统的设计与实现

船舶机舱监控系统的设计与实现

作者：姜雅飞江苏科技大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的不断发展,物联网技术也在不断的发展,物联网其在信息化方面的独特优势,使得其在不同的领域都得到了广泛的应用。船联网是物联网的组成部分,是交通领域的关键部分,为了船舶的交通提供服务。然而我国的船联网起步较晚,发... 详细信息

随着计算机技术的不断发展,物联网技术也在不断的发展,物联网其在信息化方面的独特优势,使得其在不同的领域都得到了广泛的应用。船联网是物联网的组成部分,是交通领域的关键部分,为了船舶的交通提供服务。然而我国的船联网起步较晚,发展也相对落后,因此对船联网的研究成为了迫在眉睫需要解决的问题。船联网是未来的发展趋势,这也催生了船舶监控系统的出现。本文基于J2EE研究实现了船舶监控系统。该船舶监控系统通过对船舶的定位信息控制以及与陆地中心的交流,实现了对船舶的管理。本文首先就课题的研究背景、研究意义和研究内容进行介绍,然后对论文研究过程中涉及的相关技术进行介绍,进而对船舶监控系统进行设计,包括了船舶监控系统的软件设计和硬件设计,进而对船舶监控系统的实现进行介绍,最后对论文的研究进行总结,并对未来的研究进行了展望。本文提出了船舶监控系统的设计方案,结合了视频的编码、通信、嵌入式和跟踪这四种技术,运用自身的存储服务,实现远距离操控船舶的监控、存储和处理视频中的信息,将存储的内容虚拟化管理,省去了很多繁琐的细节。在不久的将来,也希望能够内大多数的用户提供很多的视频存储服务,从而解决终端对于只能存储容量小的硬件的要求。船舶监控系统的设计与实现是物联网发展的趋势,推动了船舶信息化的进程,实现了对船舶的管理,为船联网的信息化发展奠定了基础。

关键词：船联网船舶监控嵌入式技术视频监控

船舶智能监测与预警平台关键技术研究及其实现

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船舶智能监测与预警平台关键技术研究及其实现

作者：王鹏兰州大学

学位级别：硕士

船舶是一个庞大的“人-船-海洋”多因素耦合的复杂系统,对于这样庞大、复杂的系统,其监测和预警显得尤为重要。每年大量的船舶海难事故的发生和第四代工业革命的兴起,促使人们迫切地需要设计和开发一种现代化的船舶智能监测与预警平台:... 详细信息

船舶是一个庞大的“人-船-海洋”多因素耦合的复杂系统,对于这样庞大、复杂的系统,其监测和预警显得尤为重要。每年大量的船舶海难事故的发生和第四代工业革命的兴起,促使人们迫切地需要设计和开发一种现代化的船舶智能监测与预警平台:通过在船舶关键部位布设传感器,利用通信技术和电子技术完成船载传感器的分布式组网和船舶状态数据的实时采集,应用人工智能技术对采集到的船舶状态数据进行深度学习和在线预警,使得船员在船舶发生异常前,能够提前发现、提前干预和控制,确保船舶的船体健康和航行安全,避免重大海难事故的发生。本文设计开发出一种基于人工智能的船舶智能监测与预警平台。首先,根据船舶监测与预警的数据需求,设计出一种用于统一管理、统一接入、统一组网的传感器节点控制器,完成船舶状态数据的采集;然后,针对采集到的传感器序列数据,提出统计规则、无监督学习和深度学习耦合的综合异常检模型（Comprehensive Outlier Detection Model,CODM）,建立了船舶状态异常检测、离线学习和在线预警三维一体的船舶监测预警平台;最后,基于设计的硬件平台和算法平台,设计开发出一套运行在工控机上的船舶监测与预警软件,实现了船舶状态数据采集、存储、监测、预警的全流程。本文的主要创新点和工作如下:（1）在船舶数据采集硬件设计方面:本文开发出的传感器节点控制器创新地将多种通信方式和通信协议集成在一个平台上,搭建的船载传感网具有可裁剪、可扩展、积木式、结构灵活、管理方便的特点。首先,调研分析了船载传感器的种类、工作原理、信号类型、通信接口、供电方式等信息;然后,根据船载传感器的特点,设计开发出传感器节点控制器实现了船舶状态数据的采集;最后,搭建了船载传感器网络,完成了船舶的速度、航向、姿态、位置、温度、压力、气体、电压、电流等参数的实时测量,为船舶智能监测和预警提供数据支撑。（2）在船舶智能预警算法设计方面:本文提出基于综合异常检测模型的船舶状态预警方法,利用集成学习的思想,创新地将多个时间序列异常检测算法进行综合,提高了预警结果的可靠性和鲁棒性。首先,研究了传感器时间序列的特征提取方法,提出基于长短期记忆神经网络（Long Short-Term Memory,LSTM）的残差序列提取方法;然后,研究了基于统计规则、无监督学习和深度学习耦合的综合异常检测模型,该模型同时输出异常判决结果和异常概率;最后,在在线预警的过程中,当判决结果为异常时,平台发出预警信息,提示船员进行船舶检查并采取相应的控制措施。（3）在船舶监测与预警软件设计方面:本文设计开发出一套基于C#的船载监测与预警软件,实现船舶状态数据的采集、存储、监测与预警的全流程。完成了船舶状态的实时监测,实现了船舶航行和船体健康两大的监测和预警模块。实验表明,该平台能够很好的辅助船员,完成船舶状态的实时监测和预警,避免重大海难事故的发生。

关键词：船联网多传感器组网智能监测与预警无监督学习深度学习