Bazy Danych dla nauki - Infobazy 2017. Michał Lewczuk, Paweł Cichocki, Józef Woźniak. Wykorzystanie systemu antykolizyjnego AIS w sieciach o architekturze kratowej na obszarach morskich.

1. Baza danych i system przetwarzania dużych zbiorów
danych AIS na potrzeby projektu badawczego netBaltic
Michał Lewczuk, Paweł Cichocki, Józef Woźniak

2. Założenie: W sieci ad-hoc zorganizowanej z węzłów będących
w ruchu istotna jest informacja o położeniu i kierunku
przemieszczania się zarówno węzłów tworzących aktualną
strukturę takiej sieci, jak i węzłów z jej sąsiedztwa (nie
mających bezpośredniego połączenia).
2

3. AIS (Automatic Identification System) – System dla
zapewnienia bezpieczeństwa żeglugi
• Pasmo morskie VHF 162 MHz
• Dwa kanały (nadmiarowość);
• Obligatoryjny w klasie A (duże jednostki >300BRT międzynarodowe,
>500BRT ruch lokalny, wszystkie pasażerskie, platformy wyd. , pławy);
• Obecny również na wielu mniejszych jednostkach (Klasa B);
• Zasięg – 15-20MM małe jednostki i 40-60MM duże jednostki;
• Istotne informacje przenoszone w komunikatach AIS:
• Typ jednostki, numer MMSI,
• Bandera, armator,
• Prędkość, kurs, port przeznaczenia,
• Przy rozszerzeniu – dostępne technologie komunikacyjne (wymagane zmiany).
3

4. Koncepcja wykorzystania AIS
4
Mechanizmy
bezpieczeństwa
transmisji
Moduł wykrywania
otoczenia i ustalania
sąsiedztwa
Moduł wyznaczania tras
Mechanizmy routingu
IPv6
Modułobsługi
interfejsu
sieciowego
Transmisja
danych
Konfiguracja i
sterowanie Modułobsługi
interfejsu
sieciowego
Transmisja
danych
Konfiguracja i
sterowanie
Biblioteki/
narzędziasystemu
operacyjnego
Sterownik
urządzenia
Modułobsługi
interfejsu
sieciowego
Transmisja
danych
Konfiguracja i
sterowanie
Mechanizmy poprawy
efektywności transmisji
Moduł dostępu
użytkownika

5. Przykładowe struktury sieci ad-hoc (i trasy) – wyznaczone
dzięki znajomości położenia jednostek
5

6. Rejestracja – stacja ruchoma:
• Statek badawczy IMGW/MIR
– r/v Baltica.
• Rejestracja danych AIS w latach 2013(listopad)-2016 (ciągła).
• Blisko 3,6 mln rekordów o pozycjach, kursach, banderach
jednostek sąsiadujących zebranych w trakcie kilkudziesięciu
rejsów pełnomorskich.
• Powtarzalne punkty trasy w ramach rejsów hydrologicznych
IMGW.

7. Rejestracja – stacja bazowa (lądowa):
• Lokalizacja – Gdynia, 185 m n.p.m.
• Rejestracja w latach 2013 (kwiecień)-2016.
• Ponad 160 unikalnych statków / dobę.
• Obszar odbioru - ponad 5tys km kw. (maj-wrzesień 7,5 tys.).
• Niezawodność – 98,9%.
• Zasięg odbioru – ponad 70 Mm.
7

8. Baza danych
Baza w liczbach
• ~3 652 559 – liczba
zarejestrowanych jednostek
pływających (netbaltic_data)
• ~69 320 427 – liczba
prawdopodobnych połączeń
statek-statek
(netbaltic_connections)
• ~434 245 – liczba unikatowych
statków zarejestrowanych przez
automat (netbaltic_statki)
8

9. Aplikacja
9

10. Trudności…
• Ograniczone zasoby sprzętowe;
• Ograniczenia licencyjne;
• Duże zbiory danych do przetworzenia;
• Sposoby prezentacji przetworzonych danych;
• Aplikacje zewnętrzne (dedykowane API-XML);
• Cache (optymalizacja pracy aplikacji na bazie danych).
10

11. Zastosowanie mechanizmu cache
0
100
200
300
400
500
600
Graph
connections - All
Vessels
Graph
connections -
Baltic countries
(Neighborhoods)
Graph
connections -
Baltic countries
(Neighborhoods)
+ Cheep Flags -
Pessimistic
variant
Graph
connections -
Baltic countries
(Neighborhoods)
+ Cheep Flags -
Optimistic
variant
Graph
connections -
Defined by the
user
Table with
calculations -
Defined by the
user
Table with
calculations -
Pessimistic
variant
Table with
calculations -
Optimistic
variant
600
400
500 500
600 600 600 600
1,5 1,0 1,0 1,0 2,0 3,0 3,0 3,0
WPŁYW MECHANIZMU CACHE
Without CACHE With CACHE
11

12. Wnioski, dalsze prace…
• Stworzono mapy prawdopodobnych połączeń jednostek
pływających oraz stacji nabrzeżnych;
• Zastosowano mechanizmy optymalizacyjne i CACHE;
• Zbudowano dedykowane rozwiązanie programistyczne API
(XML) dla aplikacji zewnętrznych;
• Dalszy import danych do systemu;
• Rozbudowa bazy danych o nowe jednostki pływające (automat);
• Nowe aplikacje zewnętrzne wykorzystujące dedykowane API
programistyczne (XML).
12

13. Dziękujemy za uwagę!
• Prezentowane prace realizowane były przy częściowym
finansowaniu przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w
ramach projektu Programu Badań Stosowanych
PBS3/A3/20/2015.
13