docbadanie możliwości transmisji danych przez statkowe satelitarne
download 
Reklamacja Transkrypt
badanie możliwości transmisji danych przez statkowe satelitarne
DAMIAN FILIPKOWSKI doi: 10.12716/1002.29.07 Akademia Morska w Gdyni Katedra Nawigacji BADANIE MOŻLIWOŚCI TRANSMISJI DANYCH PRZEZ STATKOWE SATELITARNE ŁĄCZE INTERNETOWE Szczegółowe badanie transmisji danych przez satelitarne łącze internetowe odbyło się podczas rejsu statkiem „Wilforce”. Podróż rozpoczęła się w południowokoreańskim porcie Pyeongtaek, a zakończyła w belgijskim Zeebruge. Nowoczesne urządzenia do prowadzenia stałej łączności, zainstalowane na statku, pozwoliły na zgromadzenie danych dotyczących możliwości transmisji danych przez satelitarne łącze internetowe. Dane poddano wnikliwej i dokładnej analizie z wykorzystaniem dostępnych narzędzi statystyki matematycznej. W badaniach skupiono się na określeniu przepustowości łącza i prędkości transferu zarówno ze statku, jak i na statek. Wynikiem badań jest ocena możliwości wykorzystania Internetu jako medium transmisji danych w e-nawigacji. Słowa kluczowe: transmisja danych, satelitarne łącze internetowe, e-nawigacja. 1. TRANSMISJA DANYCH W E-NAWIGACJI E-nawigacja to koncepcja opracowywana pod auspicjami Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO – International Maritime Organization) w celu zwiększenia bezpieczeństwa żeglugi statków handlowych. Wprowadzenie e-nawigacji ma ułatwić gromadzenie i zarządzanie danymi na statkach, w lądowych ośrodkach dyspozycyjno-kontrolnych oraz szeroko pojętym transporcie morskim. Nowopowstająca koncepcja ma również w pełni zautomatyzować i usprawnić wymianę danych w relacji statek–statek oraz statek–ląd. Obecnie, oprócz grup roboczych Podkomitetu ds. Bezpieczeństwa Żeglugi (NAV – Sub-Committee on Safety of Navigation) i Podkomitetu ds. Radiokomunikacji oraz Poszukiwania i Ratownictwa (COMSAR – Sub-Committee on Radiocommunications and Search and Resuce), w prace nad e-nawigacją zaangażowały się Podkomitet ds. Szkolenia i Pełnienia Wacht (STW – Sub-Committee on Standards of Training and Watchkeeping), Międzynarodowa Organizacja Hydrograficzna (IHO – International Hydrographic Organization), Międzynarodowe Stowarzyszenie Administracji Oznakowania Nawigacyjnego i Latarń Morskich (IALA – International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities) oraz duża grupa korespondencyjna złożona z przedstawicieli państw będących członkami IMO [1, 3]. To właśnie IALA jako pierwsza podjęła próbę zdefiniowania nowopowstającej koncepcji e-nawigacji. Zaproponowana definicja została wstępnie zaakceptowana jako robocza. Przyjęła się ona jednak na tyle dobrze, że jakiekolwiek próby jej modyfikacji nie odniosły żadnych efektów. Można się spodziewać, że kolejne próby zdefiniowania e-nawigacji pojawią się, kiedy prace nad koncepcją będą miały się D. Filipkowski, Badanie możliwości transmisji danych przez statkowe satelitarne łącze internetowe 69 ku końcowi lub kiedy e-nawigacja wejdzie w życie i nabierze bardziej realnych kształtów. Obecna definicja IALA wskazuje na procesy, jakim w e-nawigacji zostaną poddane informacje oraz cel ich wykorzystania. Należy podkreślić, że e-nawigacja jest wciąż bardziej strategią, lub ideą, o czym świadczy fakt, że w definicji nie wymienia się żadnych konkretnych urządzeń ani systemów [8, 13]. E-nawigacja jest to zharmonizowane tworzenie, gromadzenie, integracja, wymiana i prezentacja morskich informacji, przy użyciu środków elektronicznych na statku i na lądzie, w celu usprawnienia nawigacji od nabrzeża do nabrzeża i związanych z nią usług, zapewnienia bezpieczeństwa i ochrony na morzu oraz ochrony środowiska morskiego. Jak wynika z powyższej definicji, głównym zadaniem e-nawigacji jest gromadzenie i wymiana danych. Chcąc zapewnić efektywną realizację tego celu, należy przede wszystkim stworzyć odpowiednią strukturę telekomunikacyjną, zarówno na statkach, jak i na lądzie. Należy również wybrać bezpieczny i efektywny sposób transmisji danych, który zapewni odpowiednią jakość i prędkość transmisji. Wybór jest dość szeroki, biorąc pod uwagę liczbę systemów, które umożliwiają dostęp do Internetu. Uważa się, że Internet będzie głównym sposobem transmisji w e-nawigacji. Szybki rozwój tej technologii w ostatnich czasach i duża dostępność wszelkiego rodzaju usług telekomunikacyjnych oraz różnych rozwiązań programowych sprawiły, że Internet stał się środkiem łączności wydajnym, elastycznym i stosunkowo tanim [2, 4]. 2. STATKOWE SATELITARNE ŁĄCZE INTERNETOWE Wymiana danych pomiędzy stacją brzegową i statkiem oraz pomiędzy dwoma statkami stanowi w dzisiejszych czasach konieczność. Ze względu jednak na przestarzałe rozwiązania techniczne łączność w transporcie morskim jest wciąż stosunkowo skomplikowana i droga. Pierwsze satelitarne łącza internetowe powstały w jednym podstawowym celu – poprawy bezpieczeństwa statków i ich załóg. Przez ostatnie kilka lat technologia związana z transmisją danych przez Internet znacznie się rozwinęła. Równocześnie wzrosły wymagania dotyczące przesyłania danych między statkiem a lądem oraz między dwoma statkami. Po wprowadzeniu Internetu na statki handlowe okazało się, że usługi w tzw. technologii L-Band były najczęściej wykorzystywaną techniką łączności na pokładach statków na całym świecie. Niestety usługi te były bardzo drogie, ponieważ opłaty pobierane były wg taryfy za każdy wysłany lub odebrany megabajt danych. Kolejną możliwością dla armatorów była technologia VSAT, która początkowo była jeszcze droższa niż usługi L-Band. Powodem tego był wysoki koszt użycia technologii wymagającej dedykowanego pasma dla każdego użytkownika (SCPC – Single Channel Per Carrier). 70 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 29, 2014 Technologia umożliwiająca czasowy podział dostępu do pasma (TDMA – Time Division Multiple Access) rozpoczęła rewolucję w obszarze wymiany danych za pośrednictwem Internetu satelitarnego. Wysoka prędkość transmisji, duża niezawodność, połączona ze stosunkowo niskimi kosztami zdołały w krótkim czasie znaleźć sobie dużo zwolenników tej metody łączności. Stark Moore Macmillan, profesjonalna firma badawcza, prowadziła kompleksowe badania dotyczące działania urządzeń VSAT w transporcie morskim. Według ich raportu liczba statków wyposażonych we VSAT stale rośnie (od mniej niż 20% do powyżej 50% światowej floty w ciągu ostatnich pięciu lat). Wraz z Internetem operatorzy VSAT dostarczają armatorom i załogom statków wiele cennych usług. Umożliwiło to włączenie statków do systemów zarządzania, a same jednostki stały się niejako pływającymi biurami będącymi częścią większej całości. Korzystając ze standardowego oprogramowania, w łatwy sposób poprawiono efektywność transportu morskiego i w znaczny sposób rozszerzono możliwości radiokomunikacyjne [9]. 2.1. Zalety statkowego satelitarnego łącza internetowego Zastosowanie wielu rozwiązań pozwalających na dostęp do Internetu umożliwia tzw. połączenie wielościeżkowe lub łączność wielościeżkowa (multi routing WAN, Wide Area Network). Przykładową konfigurację takiego połączenia przedstawiono na rysunku 1. W tej konfiguracji, dla danej transmisji, używa się połączenia z Internetem, które jest najbardziej odpowiednie w danej chwili pod względem dostępności, kosztów i wymagań transmisji (np. przepustowości). Rys. 1. Przykład zastosowania trzech różnych połączeń z Internetem Użycie powyższego rozwiązania pozwala na efektywne połączenie z Internetem i jest bardzo często wykorzystywane na statkach, gdzie nie wszystkie możliwości są dostępne przez cały czas. Trasownik (router) pozwala szybko i efektywnie połączyć się z Internetem. Zastosowanie odpowiednich algorytmów umożliwia automatyczny wybór optymalnego sposobu połączenia, zgodnie z zadeklarowanymi wcześniej regułami. Dodatkowo użytkownik nie musi zastanawiać się nad złożonością całego systemu oraz wspomnianych algorytmów (nie musi D. Filipkowski, Badanie możliwości transmisji danych przez statkowe satelitarne łącze internetowe 71 wybierać ani konfigurować metody połączenia). Jedynym elementem ograniczającym zastosowanie tego typu rozwiązania mogą być koszty transmisji, które znacznie różnią się w zależności od wybranego sposobu transmisji. Warto się zastanowić, czy np. nie lepiej wysyłać duże pakiety danych, kiedy statek będzie znajdował się bliżej brzegu i transmisja będzie tańsza. Trasownik może być skonfigurowany w dowolny sposób zależnie od tego, czy użytkownik życzy sobie wybrać połączenie najtańsze, najszybsze, najpewniejsze lub jedyne dostępne. Konfigurując trasownik, ustala się zasady stosowane do wyboru połączenia z Internetem poprzez oprogramowanie. Użytkownik ma również dostęp do informacji, jakie połączenie jest aktualnie używane, jaka jest prędkość transmisji i ile pakietów danych zostało już wysłanych. Interfejs pozwala również użytkownikowi na wybór połączenia manualnie, jeśli uzna on to za stosowne. Możliwość określenia połączenia może być ważna, aby móc korzystać ze wszystkich usług i serwisów oferowanych w e-nawigacji (nie wszystkie sposoby połączenia zapewnią korzystanie ze wszystkich usług, chociażby ze względu na koszty transmisji, np. wideokonferencje przez satelitę wymagające transferu olbrzymich ilości danych mogą okazać się zbyt kosztowne w stosunku do potencjalnych korzyści). Innym wyjściem jest oczywiście odpowiednie skonfigurowanie zasad sterujących trasownikiem. Ponadto trasownik można skonfigurować w taki sposób, aby nadawał różne priorytety, dla różnych typów łączności, np. lepsza jakość lub prędkość transmisji dla łączności o wyższym priorytecie w hierarchii. Jest to ważne, ponieważ pozwala na priorytet łączności w niebezpieczeństwie i dla zachowania bezpieczeństwa w systemie e-nawigacji. Mniej ważna łączność, jak łączność eksploatacyjna, zostanie spowolniona, aby nie obciążać łącza, lub w określonych przypadkach uniemożliwiona [5, 6]. Internet jest jednym z najlepszych dostępnych sposobów łączności, pod warunkiem że ta opiera się na zasadzie prośba–odpowiedź (jak to ma miejsce podczas łączności klienta sieci z serwerem). Klient żąda danych z serwera, który odpowiada na żądanie. W ten sposób działają między innymi strony internetowe www, e-mail i wiele innych internetowych protokołów transmisji w warstwie aplikacji. Internet jest efektywnym sposobem dostępu do potrzebnych danych, szczególnie w relacji statek–brzeg. Dobrze sprawdza się w przypadkach, kiedy statek inicjuje łączność, będąc jednocześnie odbiorcą (pull) oraz kiedy statek jest nadawcą (push). Osiągnięcie łączności w relacji statek–brzeg poprzez rozgłoszenie (multicast) jest również w pewnym stopniu umożliwione, poprzez zastosowanie drobnego oszustwa. Dane otrzymane przez jednego użytkownika lądowego mogą być rozesłane do innych użytkowników na lądzie, dając wrażenie, że zostały wysłane do wielu odbiorców bezpośrednio ze statku. Nie jest to multicasting sensu stricte, ale z drugiej strony taki model transmisji jest zgodny z zasadą jednego punktu kontaktowego (Single Contact Point/One Window Concept). Przykładem takiej transmisji może być udostępnianie w Internecie danych odebranych przez lądowy system AIS [10, 11, 12]. 72 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 29, 2014 Tabela 1 Kierunki łączności, dla których Internet jest najefektywniejszym medium transmisji Kierunek Zapytanie o wiadomości Statek → ląd dane wysłane ze statku na prośbę użytkownika lądowego Ląd → statek Statek → statek Ląd → ląd dane wysłane z lądu na prośbę statku dane wysłane z jednego statku na drugi na prośbę tego drugiego dane wysłane przez jednego użytkownika lądowego do drugiego na prośbę tego ostatniego Wysłanie zaadresowanej wiadomości dane wysłane ze statku do jednego konkretnego użytkownika lądowego dane wysłane z lądu do konkretnego statku Rozgłoszenie wiadomości dane wysłane ze statku do wielu użytkowników lądowych dane wysłane z lądu do wielu statków dane wysłane ze statku na inny konkretny statek dane wysłane ze statku do kilku innych statków dane wysłane przez jednego użytkownika lądowego do drugiego konkretnego użytkownika lądowego dane wysłane przez jednego użytkownika lądowego do wielu innych użytkowników lądowych Duża dostępność i niezawodność sprawiają, że Internet jest najlepszym dostępnym systemem łączności w relacji ląd–ląd. Na brzegu pojedynczy klienci sieci są często również jej serwerami, ponieważ mają stałe i znane IP. Pozwala to na zastosowanie struktury klient–serwer w obu kierunkach i dla wszystkich rodzajów łączności. Podczas transmisji mogą zostać wykorzystane stałe łącza TCP. Klienci nawiązują połączenia i czekają na dane, które mają być przesłane. Takie zastosowanie istnieje np. wtedy, kiedy stacje VTS łączą się z brzegowymi systemami AIS (takie rozwiązania są stosowane w stacjach VTMS na terenie Unii Europejskiej) [10, 11, 12]. 2.2. Ograniczenia statkowego satelitarnego łącza internetowego Jak przedstawiono na rysunku 1, połączenie sieci statkowej z Internetem można uzyskać na kilka niezależnych sposobów. Abstrahując od tego, jaką metodę się wybierze, to Internet, jako środek transmisji informacji, również posiada pewne ograniczenia. Wspomniane limity sprawiają, że nie można uznać technologii internetowej za najlepsze rozwiązanie w stosunku do niektórych kierunków łączności przedstawionych w tabeli 1. Internet jest bardzo efektywnym sposobem łączności w relacji klient–serwer, ponieważ serwery mają stałe adresy IP i w większości D. Filipkowski, Badanie możliwości transmisji danych przez statkowe satelitarne łącze internetowe 73 przypadków znane nazwy DNS (system nazw domenowych – Domain Name System). Klient z dowolnego miejsca w Internecie może odnaleźć i połączyć się z serwerem, jeśli oczywiście lokalna sieć klienta na to pozwala i posiada on podłączenie do sieci globalnej. Niestety nie jest to takie proste w drugą stronę, kiedy to serwer chce odnaleźć i połączyć się z klientem. Klient rzadko jest osiągalny poprzez Internet ze względu na następujące ograniczenia: • klient lub trasownik łączący klienta z Internetem posiada przydzielany dynamicznie adres IP; • sieci lokalne są chronione przez tzw. firewall, który blokuje połączenia przychodzące, w tym prośby o dane itp.; • adresów IP jest za mało. Rozwiązaniem jest tłumaczenie adresów sieciowych (NAT – Network Address Translation). Polega to na tym, że sieć lokalna używa prywatnych adresów IP, ale na zewnątrz jednego publicznego adresu IP. Rys. 2. Powszechnie stosowana konfiguracja sieci Nie ma technicznych przeszkód, aby każdy statek był widoczny i osiągalny poprzez Internet, ale aby uzyskać taki efekt, należałoby podjąć następujące kroki: • wprowadzić stały adres IP dla wszystkich statków lub wszystkich urządzeń na statku; • wprowadzić rejestr statków i numerów IP / nazw DNS; • skonfigurować trasownik, aby kierował przychodzące dane do odpowiedniego sprzętu. Przedsięwzięcie wyżej wymienionych kroków nastręcza jednak pewnych trudności, przede wszystkim ze względu na złożoność i wymagania administracyjne ustawień internetowych. Jak wspomniano, Internet ma pewne ograniczenia w zakresie możliwości transmisji danych do wielu adresatów (multicasting lub broadcasting). Model TCP/IP posiada w warstwie transportowej protokół umożliwiający taką łączność (protokół pakietów użytkownika, UDP – User Datagram Protocol). Transmisja do wielu adresatów możliwa jest jednak tylko na poziomie sieci lokalnych, co w żaden sposób nie rozwiązuje przedstawionego problemu [5, 7]. W relacji statek–statek transmisja do wielu odbiorców jest możliwa, kiedy dane zostaną najpierw wysłane do serwera znajdującego się na lądzie, a dopiero potem rozesłane do docelowych odbiorców. W pewnym stopniu jest to zgodne 74 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 29, 2014 z koncepcją One Window Concept, ale taka łączność nie zawsze będzie skuteczna (np. gdy statek transmitujący jest w zasięgu stacji brzegowej, a odbiorcy nie). Istnieje przekonanie, że inne systemy łączności mogą być potrzebne dla zapewnienia łączności w tym kierunku. Dla wielu kierunków i sposobów łączności przedstawionych w tabeli 1 (niezacieniowane, białe pola) Internet okazuje się nienajlepszym rozwiązaniem. Nie znaczy to, że Internet nie może być używany, ale inne sposoby łączności mogą okazać się bardziej odpowiednie, efektywne i tańsze. 3. BADANIE MOŻLIWOŚCI TRANSMISJI DANYCH Szczegółowe badanie transmisji danych przez satelitarne łącze internetowe odbyło się podczas podróży morskiej na statku „Wilforce”. Podróż rozpoczęła się w południowokoreańskim porcie Pyeongtaek, który znajduje się w prowincji Gyeonggi. Statek płynął przez Morze Południowochińskie, Cieśninę Singapurską, Ocean Indyjski, aby później wpłynąć na Zatokę Perską i wziąć kolejny ładunek w Katarskim porcie Ras Laffan. Następnie przez Zatokę Adeńską, Cieśninę Bab el Mandeb, Morze Czerwone, Kanał Sueski i Morze Śródziemne statek dotarł do hiszpańskiego portu Sagunto znajdującego się w Katalonii, 100 km na północ od Walencji. Po rozładunku statek przepłynął Cieśninę Gibralarską i wzdłuż zachodnich wybrzeży Portugalii, Hiszpanii i Francji dotarł do Kanału Angielskiego, aby w końcu zacumować w belgijskim Zeebrugge, niedaleko Bruggi. Następnie statek wyruszył z nowym ładunkiem w drogę powrotną do Korei Południowej. Podczas przejścia przez Kanał Sueski z Port Saidu do Suezu zakończono badania. Gromadzenie danych rozpoczęto 10 grudnia 2013 roku, kiedy to statek wyruszył z Pyeongtaek, a zakończono 10 lutego 2014 roku w Egipcie. Szczegółową trasę przedstawiono na rysunku 3. Statek, na kórym prowadzono badania, jest gazowcem przewożącym skroplony metan (LNG – Liquified natural Gas). Został oddany do użytku we wrześniu 2013 roku i jest jedną z najnowocześniejszych jednostek tego typu na świecie. Wybudowano go w koreańskiej stoczni Daewoo Shipping and Marine Engineering (DSME) dla norweskiego armatora Awilco LNG. Nowoczesne urządzenia do prowadzenia stałej łączności, w tym satelitarne łącze internetowe, zainstalowane zgodnie ze standardami ISO16425, pozwoliły na wnikliwą i dokładną analizę możliwości transmisji i odbioru danych. Gromadzenie danych na temat możliwości transmisji danych ułatwił program BitMeter działający w środowisku Windows na darmowej licencji (freeware). BitMeter to łatwe w obsłudze narzędzie do mierzenia wydajności posiadanego łącza internetowego. Prędkość pobierania (download) i wysyłania (upload) plików wyświetlana jest na wykresach. Aplikacja prowadzi statystki oraz historię transferów. BitMeter może również poinformować użytkownika o przekroczeniu limitu pobierania danych. D. Filipkowski, Badanie możliwości transmisji danych przez statkowe satelitarne łącze internetowe 75 Rys. 3. Trasa statku, podczas której gromadzono dane na temat łącza internetowego Program dodaje się do obszaru powiadomień na pasku zadań. Aplikacja doskonale nadaje się do kontrolowania transferu. W programie dostępne są szczegółowe statystyki na temat zużycia transferu – transfer w danym dniu oraz w poszczególnych miesiącach. Dodatkowo BitMeter wyposażony jest w przydatny kalkulator. Pozwala on obliczyć średni czas pobierania pliku o wybranej wielkości. Możliwe jest wpisanie czasu, a kalkulator obliczy, ile danych uda się pobrać przez ten czas. Przykładowe dane prezentowane przez BitMeter przedstawiono na rysunku 4 [7]. Rys. 4. Przykładowe dane prezentowane przez program BitMeter 76 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 29, 2014 Badania prowadzono symultanicznie na trzech komputerach, które dla celów niniejszego opracowania nazwano „GŁÓWNY”, „MOSTEK” i „PRYWATNY”. Komputer „GŁÓWNY” był jednostką wykorzystywaną do łączności z armatorem, wysyłania raportów do stacji lądowych (np. WETREP wysyłane do Roca Control u wybrzeży Portugalii czy raporty o pozycji statku wysyłane do UKMTO podczas przejścia przez Zatokę Adeńską), był również wykorzystywany do odbierania analiz i prognoz hydrometeorologicznych oraz poprawek do map i publikacji nawigacyjnych, zarówno papierowych, jak i elektronicznych. Komputer nazwany „MOSTEK”, jak sama nazwa wskazuje, znajdował się na mostku nawigacyjnym. Posiadał pewne ograniczenia transferu narzucone przez trasownik. Komputer służył jako zapasowy do prowadzenia łączności eksploatacyjnej i wykorzystywania usług internetowych, takich jak poczta e-mail i strony www. Komputer „PRYWATNY” znajdował się w kabinie pod pokładem statku, połączony był z trasownikiem za pomocą bezprzewodowej sieci Wireless rozprowadzanej po całej nadbudówce. Służył on jako środek łączności rutynowej oraz dostęp do usług internetowych www i poczty e-mail. Łącze było skonfigurowane w ten sposób, że jeśli komputer nie był używany, Internet był odłączany po dwóch godzinach bezczynności lub po przekroczeniu odpowiednio wysokiego transferu danych, co jednak nigdy nie miało miejsca podczas prowadzonych badań. Rys. 5. Ilość danych wysłana/odebrana codziennie w ciągu miesiąca, dane w Mb Do określenia zmienności badanych danych użyto wariancji liczonej ze wzoru: Var[ X ] = E ( X − µ ) 2 [ ] gdzie: E – wartość oczekiwana zmiennej losowej podanej w nawiasach kwadratowych, µ – wartość średnia zmiennej X. D. Filipkowski, Badanie możliwości transmisji danych przez statkowe satelitarne łącze internetowe 77 Tabela 2 Statystyczne opracowanie ilości wysyłanych/odebranych dziennie danych w ciągu miesiąca Ilość danych Komputer Razem GŁÓWNY MOSTEK 9117,59 1297,45 2013,82 9117,59 107,96 27,94 17,33 17,33 Średnia [Mb] 5109,48 183,25 223,47 1838,73 Mediana [Mb] 5173,05 60,96 133,35 171,01 Od. stand. [Mb] 2610,51 302,34 381,10 2776,09 Wariancja 6814737,09 91410,24 145237,67 7706671,58 Kowariancja ϕ –489455,59 373,86 –69130,07 Kowariancja λ 881053,50 5834,19 124165,35 Korelacja ϕ –0,30 0,00 -0,29 Korelacja λ 0,23 0,01 0,23 Maksymalna [Mb] Minimalna [Mb] PRYWATNY Rys. 6. Dzienny wykres ilości wysyłanych/odebranych danych [Mb] 78 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 29, 2014 Tabela 3 Statystyczne opracowanie ilości wysyłanych/odebranych danych w ciągu 1 dnia Ilość danych Maksymalna [Mb] Minimalna [Mb] Średnia [Mb] Mediana [Mb] Od. stand. [Mb] Wariancja Kowariancja Korelacja GŁÓWNY 417,16 356,53 379,90 374,00 20,16 406,41 65,14 0,48 Komputer MOSTEK 16,57 0,87 2,46 1,20 3,27 10,69 8,28 0,37 PRYWATNY 27,39 0,00 4,94 0,00 8,63 74,53 16,33 0,28 Razem 417,16 0,00 129,10 3,20 179,04 32053,61 Przedstawiono też odchylenie standardowe obliczone jako pierwiastek kwadratowy z wariancji. Do oceny współzależności, np. prędkości transferu i pory dnia czy pozycji geograficznej, użyto narzędzia statystycznego zwanego korelacją. Narzędzie do analizy korelacji pozwala sprawdzić każdą parę zmiennych pomiarowych i stwierdzić, czy dwie zmienne pomiarowe mają tendencję do jednoczesnego zmieniania się, tzn. czy duże wartości jednej zmiennej raczej odpowiadają dużym wartościom drugiej zmiennej (korelacja dodatnia) lub małe wartości jednej zmiennej odpowiadają raczej dużym wartościom drugiej zmiennej (korelacja ujemna), lub czy wartości obu zmiennych są od siebie niezależne (korelacja bliska zeru). Aby sprawdzić zależność liniową, użyto natomiast kowariancji. Narzędzie kowariancji pozwala sprawdzić każdą parę zmiennych pomiarowych i stwierdzić, czy dwie zmienne pomiarowe mają tendencję do jednoczesnego zmieniania się, tzn. czy duże wartości jednej zmiennej raczej odpowiadają dużym wartościom drugiej zmiennej (kowariancja dodatnia) lub małe wartości jednej zmiennej odpowiadają raczej dużym wartościom drugiej zmiennej (kowariancja ujemna), lub czy wartości obu zmiennych są od siebie niezależne (kowariancja bliska zeru). Różnica między korelacją a kowariancją polega na tym, że współczynniki korelacji są tak wyskalowane, że muszą należeć do przedziału od –1 do +1 włącznie, a odpowiednie kowariancje nie są skalowane. Współczynnik kowariancji, podobnie jak korelacja, jest miarą stopnia, w którym dwie zmienne pomiarowe mogą różnić się od siebie. WNIOSKI Podczas prowadzonych badań zarysowała się dość wyraźna różnica pomiędzy stacją o wyższym priorytecie w hierarchii (GŁÓWNY) a pozostałymi dwoma komputerami, na które router nakładał pewne ograniczenia. W trakcie trwania badań pojawiały się również chwilowe problemy z połączeniem internetowym. D. Filipkowski, Badanie możliwości transmisji danych przez statkowe satelitarne łącze internetowe 79 Dane zebrane przez BitMeter wskazywały, że przy przeciążonym łączu Internet na poszczególnych stacjach zwalniał. W celu uniknięcia tego typu sytuacji w przyszłości należałoby inaczej zaprogramować reguły trasownika. Najważniejszy wniosek płynący z badań jest taki, że statkowe łącze internetowe okazuje się być wystarczającym medium transmisji dającym się wykorzystać w e-nawigacji. Należy założyć, że powinno ono być skonfigurowane tak jak komputer o najwyższym priorytecie, czyli „GŁÓWNY”. W tym wypadku zarówno wartości średnie transferu danych, jak i mediany wydają się więcej niż satysfakcjonujące. Zastanawia jednak duże odchylenie standardowe w skali miesiąca. Godzinne odchylenia w skali jednego dnia nie są już tak duże w stosunku do ilości transmitowanych danych. Prawdopodobnie wynika to z problemów z transmisją pojawiających się w drugiej części miesiąca. Niskie ilości odebranych i wysłanych danych sprawiły wzrost wartości odchylenia standardowego. Należy przeprowadzić dodatkowe badania wyjaśniające te nieścisłości. Zastanawiające wnioski płyną też z próby skorelowania transferu z pozycją statku. Z danych zamieszczonych w tabelach wynika, że prędkość transmisji jest lekko skorelowana z pozycją geograficzną, a w szczególności z szerokością. Może to wynikać z konieczności zwiększania elewacji anteny przy zbliżaniu się do równika. Satelity VSAT, na których znajdują się transpondery łącza satelitarnego, są satelitami geostacjonarnymi zawieszonymi nad równikiem. Występuje też pewna zależność pomiędzy szybkością transferu a porą dnia. Tu przyczyną mogą być różne właściwości propagacyjne atmosfery w zależności od wysokości słońca i pogody. Może to być również związane z różną aktywnością użytkowników. Zarówno przypadek korelacji transferu z pozycją, jak i transferu z porą dnia wymaga dodatkowych badań, aby można było ocenić, czy związek jest znaczący, czy też mieści się w granicach błędu statystycznego. LITERATURA 1. Filipkowski D., Wawruch R., Concept of “One Window” Data Exchange System Fulfilling the Recommendation for E-Navigation System, Transport Systems Telematics, Springer 2010. 2. Filipkowski D., Informatyczne elementy systemu e-Nawigacji, Logistyka, 2011, nr 6. 3. Filipkowski D., Data transmission system architecture for e-Navigation, Communications in Computer and Information Science, Activities of Transport Telematics, 2013, no. 395, p. 32–44. 4. IALA e-Navigation Comitee, e-Navigation Frequently Asked Questions (Version 1.5), 2010. 5. IMO Sub-Comitee on Communication Search and Rescue, Development of an e-Navigation Strategy implementation plan – Report from the EfficienSea Project, 2011. 6. IMO Sub-Committee on Safety of Navigation, Session 85, Strategy for the development and implementation of e-Navigation, London 2009. 80 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 29, 2014 7. ISO 16425, Ship and marine technology – Installation guideline for ship communication network of improving communication for shipboard equipment and systems, 2011. 8. Patraiko D., Wake P., Weintrit A., e-Navigation and the human element, International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, 2010, vol. 4 no. 1. 9. Stark Moore Macmillan, VSAT: Present and Future, Comprehensive survey of maritime VSAT, 2011. 10. Stupak T., Wawruch R., Data Transmission, Integration and Presentation in Vessel Traffic Management System (VTMS), [in:] Advances in Transport Systems Telematics, J. Mikulski (red.), Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2009. 11. Wawruch R., Development of the Coastal and Global Ships Traffic Monitoring Systems, Communications in Computer and Information Science, [in:] Telematics in the Transport Environment, J. Mikulski (red.), Springer (2012). 12. Wawruch R., Stupak T., Popik J., Kwiatkowski M., An Integrated Vessel Traffic Control System and its Operational Tests, [in:] Maritime Transport, F.X. Martínez de Osès, M. Castells, Sanabra (eds.), Barcelona 2012. 13. Weintrit A., Telematic Approach to e-Navigation Architecture, [in:] Transport Systems Telematics. Communications in Computer and Information Science, J. Mikulski (ed.), Springer 2010. DATA TRANSMISSION CAPABILITIES OF THE SHIP’S SATELLITE INTERNET CONNECTION Summary Detailed research on data transmission by the ship’s satellite Internet connection took place during the sea voyage on a vessel Wilforce. The voyage began in South Korean port of Pyeongtaek, and ended up in Belgian Zeebruge. Collection of data concerning the possibility of transmission by the satellite Internet link was possible thanks to modern communication facilities installed on the ship. Data were analyzed using the available tools of mathematical statistics. The study focused on identifying the bandwidth and transfer speed of both uploading and downloading data from the vessel. The result of the study was to determine the possibility of using the Internet as a medium for the data transmission in e-Navigation. Keywords: data transfer, satelite Internet connection, e-navigation.
