摘要：針對目前存在的AIS信息共享范圍有限、共享模式比較單一、適應不同類型用戶需求存在困難的問題，提出了基于INTERNET的AIS信息的多樣化共享模式，并對其中的關鍵技術、模式的比較及選擇做了深入的闡述。實踐表明，基于INTERNET的AIS信息多樣化的共享模式為避免系統重復建設、縮短研究和應用周期、節省費用、促進AIS研究和應用的協同合作起到了切實可行的良好效果。
關鍵詞：水路運輸；互聯網；船舶自動識別系統；信息；共享模式
AIS（Automatic Identification System）信息在海上數字交通建設中起到了非常重要的作用。當前，AIS信息在船舶避碰、港口領航、交通調查、海事信息監測及數據分析等方面的研究和應用都取得了重要進展[1-4]，分析其原理和流程，共同的基礎均為AIS信息全面可靠的獲取，都離不開一個可靠穩定的AIS信息采集系統，這無形之中給系統的建設和普及推廣增加了一定的費用和難度。因此提出能否利用飛速發展的INTERNET技術平臺，充分共享已采集的AIS信息的問題。AIS信息共享的基礎包括政策機制、商業規范和技術模式等方面內容。關于AIS信息普及共享的政策機制，目前國內基本上還是空白；在商業規范方面，一些專業公司已經開始逐步探討和推廣基于互惠合作的有嘗的AIS信息服務；而在AIS信息發布和共享的平臺技術方面，國內外專業的研究機構、科研院所、大型航運公司及航運主管部門的研究和應用已逐步普及[5-7]。主要存在的問題是共享范圍有限、共享模式比較單一、適應不同用戶的各類需求還有困難。為此，本文將從技術角度總結、探討基于INTERNET的AIS信息的多樣化共享模式，并對其中的關鍵技術及選擇策略做深入的論述。
1 多樣化的共享模式
AIS信息的多樣化共享模式取決于用戶的多樣化需求，并為最終用戶的特定需求服務。共享模式可依據共享的信息層次或共享的技術協議劃分。依信息層次劃分，可分為應用層信息共享和原始數據共享；依共享的技術協議可以分為基于TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）協議和基于HTTPC Hypertext Transfer Protocol）協議的共享模式。本文將以技術協議為主要分類依據并結合共享的信息層次對多樣化的共享模式進行闡述。
1.1 基于TCP/IP協議的共享模式
TCP/IP是INTERNET上的主要通信協議，基于TCP/IP協議的共享模式如圖1所示，由采集服務器、數據庫服務器和AIS共享服務器構成（在服務器速度、可靠性、穩定性均滿足條件的情況下，三者也可駐留在同一臺機器上）。在此共享模式下，共享的內容主要為原始的AIS數據或解碼之后的AIS數據，遠程客戶端主要為ECDIS（Electronic hart Display and Information System）應用或數據分析等應用（也可能是WebGIS（Web Geographic Information System）服務器）[8-9]。此模式的技術基礎為遠程客戶端與各個服務器之間、各服務器之間基于TCP/IP協議進行數據傳輸。AIS采集服務器負責采集來自遠程AIS信息采集點的信息，經過記錄分解后，把AIS記錄直接存到數據庫；同時也實現對AIS信息進行解碼，并把解碼之后的動態信息、靜態信息（包括航次信息）存入數據庫。AIS采集服務器接受遠程客戶端基于TCP/IP的數據訪問請求，主要工作流程包括針對遠程用戶的認證、授權、AIS信息檢索、AIS信息發送等環節。其中，AIS信息檢索處理負責定時從數據庫中的靜態和動態AIS信息表或原始AIS信息表中讀取信息并寫入AIS數據服務隊列等待發送。認證處理根據配置的認證信息實現對遠程用戶的名稱和密碼進行認證，而AIS信息發送處理則根據認證結果、用戶被授權信息以及用戶請求的數據類型（請求原始AIS信息或者請求解碼之后的數據）進行數據過濾，并把符合條件的AIS信息基于TCP/IP通信機制發送給請求數據服務的遠程客戶端。該模式要求AIS共享服務器具有靜態的公網IP，在費用有限的情況下，也可以采用利用第三方服務器的IP交換技術實現基于動態IP接受數據訪問的請求。
在遠程客戶端擁有靜態公網IP的情況下，AIS共享服務器也可以采用主動推送數據的模式?；玖鞒贪ǎ?/SPAN>
1）從本機配置文件（或數據庫中的用戶信息表）獲取遠程客戶端的IP、端口號及授權信息。
2）向遠程客戶端主動發起TCP/IP連接請求。
3）讀取AIS信息數據。
4）過濾數據并基于TCP/IP發送數據給遠程客戶端。
還有一種方案是遠程客戶端基于TCP/IP協議直接訪問數據庫服務器、直接讀取數據庫中的有關信息表，認證和授權信息配置在數據庫服務器上面，并由數據庫管理系統完成。
1.2基于HTTP協議的共享模式
INTERNET上的另外一個主流數據傳輸協議為HTTPC Hypertext Transfer Protocol）協議（全稱為超文本傳輸協議），它定義了服務端和客戶端的數據傳輸方式，是基于TCP/IP之上的應用層協議，也是目前瀏覽器和網站之間通信的標準協議。基于HTTP協議的共享模式的網絡拓撲結構與基于TCP/IP協議的共享模式基本相同（如圖1所示），主要區別在于AIS共享服務器不是安裝著TCP/IP通信的服務端軟件，而安裝著運行WebGIS的WebServer。最終用戶在遠程客戶端以IEC Internet Explorer）或FIREFORX等客戶端的瀏覽器通過HTTP協議訪問WebServer及其上面的WebGIS服務，因此在此模式下，最終用戶可以直接接收到應用層信息的共享服務（如圖2所示）。WebGIS服務器可以從AIS采集服務器獲取實時的AIS信息，也可以從數據庫服務器獲取歷史數據。此外，Web GIS上面也可以疊加航標助航等信息。
基于HTTP協議共享模式也可以為各類應用程序提供原始AIS信息的共享服務。主要包括4個步驟：
1）客戶端應用程序（非瀏覽器）通過HTTP的GET或POST方式向WebServer上的數據服務程序發起數據請求[10]。
2）數據服務程序接受請求，分解其中的請求參數。
3）進行認證和授權信息的驗證，并形成數據檢索條件。
4）從數據庫中檢索數據并返回給客戶端應用程序。
2關鍵技術
通過INTERNET實現AIS信息的多樣化共享所涉及的技術非常之廣，涵蓋從硬件到軟件，從信息采集到信息發布、信息接收等方方面面的內容，本節將重點探討其中的網絡編程技術、數據庫技術及Web發布技術。
網絡通訊技術是基于TCP/IP協議共享數據的基礎，在網絡硬件平臺搭建完成之后，基于Socket的網絡編程是實現數據通信的首要問題。Socket是應用程序與TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，它負責實現所傳輸數據的組織及協議的選擇，是一組面向用戶的編程接口，它把復雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口后面，對用戶來說，通過調用接口就可以實現網絡通信功能，而不必關心網絡通信各層協議之間的細節問題。在具體實現時，需要建立Socket通信的服務端和客戶端，服務端首先創建監聽Socket，接著客戶端向服務端發起連接請求，通過三次“握手”并成功之后，服務端和客戶端可通過通信Socket實現雙向的數據通信（也可以看出，Socket服務端不一定是提供AIS信息的數據服務器端）。
數據庫是數據文件的集合，在數據庫管理軟件的作用下，數據庫系統和純粹的數據文件相比具有一致性好、方便管理、易于共享和分析等優勢。在AIS信息共享體系中，數據庫可以存放當前或歷史的原始AIS信息記錄或解碼之后的靜態信息、動態信息、電子海圖數據、其它空間數據及屬性數據，也可以存放用戶的相關信息，因此AIS數據庫是AIS信息共享、數據查詢、數據分析及數據挖掘的基礎和形成決策的前提。在一定意義上，AIS信息數據庫的結構和內容決定了整個共享體系功能的實現程度。建設一個合理的AIS信息數據庫需要在需求分析的基礎上經歷概念模型、邏輯模型和物理模型設計等步驟，而數據庫的具體應用則涉及系統管理、系統安全、系統備份和恢復、網絡設置、SQL（Structured Query Language）編程等方面的技術問題。目前比較流行的大型數據庫有Oracle、SqlServer、DB2等，在跨平臺的情況下，Oracle是比較理想的選擇。
Web服務器是Web應用的發布平臺，常用的Web服務器有IIS（Internet Information Services）、Tomcat、apache等。而Web應用的開發可以選擇包括JSP（Java Server Pages）、ASP（Active Server Pages）和PHP C Hypertext Preprocessor）等流行的動態網頁技術語言。在系統設計時必須考慮開發語言、Web服務器和操作系統之間的匹配問題（比如，IIS只能運行于Windows平臺之上，而ASP基本上只運行于IIS之上），同時也要考慮系統的容量、功能、性能以及開發人員的技術水平和技術傾向、開發周期等因素。關于WebGIS應用的發布，有許多現成的平臺供使用（包括ArcIMS、MapInfo、intergraph等）。基于現成的WebGIS平臺進行二次開發的優勢在于開發人員可以直接調用WebGIS工具軟件提供的功能，并實現放大、縮小、漫游、空間分 析、空間查詢、鷹眼等電子海圖的各類功能，開發周期較短。
3模式的比較及選擇
基于INTERNET的不同數據共享模式具有不同的特點和適應性。首先，直接基于TCP/IP協議的數據共享模式具有較好的可靠性和較高的效率，具有提供“專門”服務的性質，適合較為重要的應用或用戶；共享的內容為原始的或經解碼的AIS數據信息，用戶可以根據自己的研究或生產管理用途進行靈活地“二次加工”。不足之處在于原始數據的直接共享對數據提供方來說存在數據流失難以預計、數據最終用途難以控制、商業價值元法充分實現的問題。而對只需簡單應用的普通用戶來說，接收AIS數據信息并不是其目的，為了使用AIS信息還需要開發或購買客戶端應用軟件，存在使用或升級維護困難、便利性明顯不足的問題。另外，由于TCPI IP為面向連接的通信方式，直接基于TCP/IP協議的數據共享模式在用戶數量較大時資源占用較為明顯，因此不太適合提供面向廣大用戶的開放服務。
基于HTTP協議的共享模式需要在服務端安裝WebServer，最適合于共享WebGIS服務。由于HTTP協議特點為無連接，因此通信資源占用少，適合大量的并發用戶，同時用戶的客戶端只需要普通的瀏覽器，而無需靜態公網IP等要求，也沒有軟件升級維護困難，因此該模式對普通用戶來說，成本低廉、使用便利，對服務提供商來說，其經濟效益和社會效益也都能充分實現。因此該模式適合為廣大用戶提供現成的基于AIS的各類信息服務。不足之處在于元法對數據進行“二次加工”，對高端用戶來說，其自主性受到限制。
綜合前述共享模式的優勢和不足，基于HTTP協議提供原始數據的共享模式也逐步受到重視，該模式消除了基于HTTP協議只能提供網頁服務的誤區，其關鍵技術在于構建運行在WebServer之上的應受數據請求的服務程序，另外客戶端也需要采用相應的Web訪問技術，有一定的編程復雜度。在數據傳輸可靠性和效率要求不是特別高的情況下，該模式較為實用。
4結語
隨著航運事業跨國、跨區域合作趨勢的增強，基于INTERNET進行AIS信息的充分共享，促進AIS研究和應用的合作共進，實現數字海洋建設，也理應成為國內及國際的潮流。而基于INTERNET的多樣化AIS信息共享模式則為AIS信息的共享提供了不同的解決方案。實際應用表明，多樣化的共享模式為避免系統重復建設、縮短研究和應用周期、節省費用、促進AIS研究和應用的協同合作起到了切實可行的良好效果。未來隨著AIS信息采集技術的發展、采集點數量的增加和采集區域的不斷擴大，AIS信息量必然不斷增加，因此積極探索基于分布式架構的數據共享技術將是今后研究工作的新課題。
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作者：紀賢標，邵哲平，潘家財，唐存寶 來源：中國航海
