基于總線技術(shù)的多模智能船載終端應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

張 俊，解玉龍，龐天婷

（北京中交通信科技有限公司，北京 100011）

1 引言

隨著國(guó)家對(duì)水運(yùn)建設(shè)的大力投入，船運(yùn)業(yè)日益發(fā)達(dá)，船舶日益增多。通過(guò)借鑒國(guó)際、國(guó)內(nèi)先進(jìn)的模塊化、智能化的設(shè)計(jì)理念，在充分調(diào)研掌握各方面需求的基礎(chǔ)上，研發(fā)智能船載終端[1-2]軟件應(yīng)用，在軟件設(shè)計(jì)方面采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議和安全保密設(shè)計(jì)思想，使智能船載終端成為船民的好助手，使船舶成為整個(gè)船聯(lián)網(wǎng)[3]的一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，提供狀態(tài)感知、多模式定位、多模式通信和電子身份認(rèn)證等功能，支持行業(yè)監(jiān)管需求，實(shí)現(xiàn)船舶與航道、船舶與港口、船舶與物流企業(yè)、船舶與監(jiān)管等各方面的和諧統(tǒng)一，共同發(fā)展的目標(biāo)。

在整個(gè)船聯(lián)網(wǎng)示范工程中，用戶接觸最直觀的就是智能船載終端。無(wú)論是從滿足政府監(jiān)管、提高內(nèi)河航運(yùn)效率、節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等各方面的需求都匯集到這樣一臺(tái)設(shè)備，可以說(shuō)沒(méi)有智能船載終端的推廣就沒(méi)有船聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程的開展和產(chǎn)業(yè)化的持續(xù)發(fā)展。智能船載終端是應(yīng)用展現(xiàn)和承載移動(dòng)采集設(shè)備信息獲取、信息交換和信息服務(wù)的設(shè)備，是船聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的前端核心設(shè)備，與信息服務(wù)平臺(tái)是相輔相成的。智能船載終端依托后臺(tái)的信息服務(wù)平臺(tái)提供的各種信息服務(wù)，可以面向用戶提供強(qiáng)大的功能和服務(wù)支撐。

軟件整體架構(gòu)主要分為兩大部分：一是Android4.0操作系統(tǒng)自帶和通用的基礎(chǔ)軟件，如Home Launch、電話、短信息、通信錄、攝像、音樂(lè)播放器、圖片瀏覽、視頻播放器，以及系統(tǒng)設(shè)置等功能，由于采用的是Android操作系統(tǒng)，因此上述諸多軟件可以不用再進(jìn)行開發(fā)，可以直接從互聯(lián)網(wǎng)下載免費(fèi)開放的版本即可，該部分不在本產(chǎn)品設(shè)計(jì)書描述之列；二是專用軟件，是與智能船載終端的各層使用者密切相關(guān)的功能，包括公共服務(wù)、船舶服務(wù)、娛樂(lè)服務(wù)、通信服務(wù)和游戲等方面。

2 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用了“模塊化”的設(shè)計(jì)思路，這就為系統(tǒng)將來(lái)因?yàn)闃I(yè)務(wù)和技術(shù)的變化而進(jìn)行升級(jí)改造提供了方便。在軟件算法上，我們也預(yù)留了充分的可升級(jí)空間，為更多內(nèi)河船載產(chǎn)品的集成和擴(kuò)展提供了方便。

系統(tǒng)模塊包括：通信服務(wù)模塊、船舶服務(wù)模塊、公共服務(wù)模塊、娛樂(lè)服務(wù)模塊、游戲軟件模塊。各個(gè)模塊與智能船載終端集成，都是相對(duì)獨(dú)立的子模塊。同時(shí)每一個(gè)模塊都提供獨(dú)立的接口，方便與船舶服務(wù)平臺(tái)整合。模塊劃分示意圖如圖1所示。

（1）通信服務(wù)模塊

圖1 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 通信服務(wù)模塊示意圖

如圖2所示，通信服務(wù)模塊提供終端通話功能，通過(guò)撥號(hào)可打電話、接聽電話，可創(chuàng)建并將聯(lián)系人添加至通信錄，通信服務(wù)模塊中的系統(tǒng)設(shè)置通過(guò)調(diào)用Android系統(tǒng)設(shè)置，可設(shè)置3G/Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙、GPS信號(hào)開關(guān)、聲音、屏幕分辨率、設(shè)置時(shí)間語(yǔ)言等功能。

圖3 船舶服務(wù)模塊示意圖

（2）船舶服務(wù)模塊

如圖3所示，船舶服務(wù)模塊可獲取航行速度，顯示當(dāng)前室內(nèi)溫度，通過(guò)儀表盤顯示航行速度、剩余油量和載貨狀態(tài)。

（3）公共服務(wù)模塊

公共信息服務(wù)是面向政府和廣大船舶業(yè)主提供增強(qiáng)型數(shù)據(jù)和語(yǔ)音廣播服務(wù)，提供天氣預(yù)報(bào)、航路交通管制、航行告警、航道實(shí)施狀況、船閘通信狀態(tài)等公共信息服務(wù)。如圖4所示。

圖4 公共服務(wù)模塊示意圖

增值信息服務(wù)是用戶通過(guò)訂閱或主動(dòng)請(qǐng)求獲取的個(gè)性化增值服務(wù)信息,包括物流載貨信息、港口通行信息、交通航道實(shí)時(shí)狀態(tài)信息、實(shí)時(shí)航道尺度信息等，這一類的信息是用戶根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需要，主動(dòng)訂閱的，屬于信息消費(fèi)服務(wù)內(nèi)容。

（4）娛樂(lè)服務(wù)模塊

娛樂(lè)服務(wù)模塊中音樂(lè)功能可添加音樂(lè)播放器，搜索終端所有文件夾的音樂(lè)并添加至播放器，可通過(guò)藝術(shù)家、專輯、歌曲、播放列表來(lái)切換歌曲順序。娛樂(lè)服務(wù)模塊中的攝像頭可拍照、錄像，可在圖庫(kù)中查看照片，視頻播放中觀看錄像?？杉虞d第三方應(yīng)用軟件收音機(jī)、騰訊QQ。錄音功能，將所錄音音頻保存至本地，可播放錄音和刪除錄音。如圖5所示。

圖5 娛樂(lè)服務(wù)模塊示意圖

3 智能船載終端的通信協(xié)議結(jié)構(gòu)與分類

結(jié)合我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)制定情況及系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，借鑒了國(guó)際航運(yùn)信息化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的成功經(jīng)驗(yàn)，在智能船舶終端的通信協(xié)議與數(shù)據(jù)格式等方面做了深入的研究和創(chuàng)新，有效地促進(jìn)智能船舶終端軟件和平臺(tái)信息服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

3.1 通信協(xié)議結(jié)構(gòu)

每條協(xié)議消息由標(biāo)識(shí)位、消息頭、消息體和校驗(yàn)碼組成，通信協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 通訊協(xié)議結(jié)構(gòu)圖

（1）標(biāo)識(shí)位

采用0x7e表示，若校驗(yàn)碼、消息頭以及消息體中出現(xiàn)0x7e，則要進(jìn)行轉(zhuǎn)義處理，即在0x7e后緊跟一個(gè)0x02。

（2）消息頭

消息頭內(nèi)容包括消息ID、消息體屬性、終端手機(jī)號(hào)、消息流水號(hào)和消息包封裝項(xiàng)。消息頭內(nèi)容詳見表1。

表1 消息頭內(nèi)容

（3）校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼指從消息頭開始，同后一字節(jié)異或，直到校驗(yàn)碼前一個(gè)字節(jié)，占用一個(gè)字節(jié)。

3.2 協(xié)議分類

（1）終端管理類協(xié)議

終端在未注冊(cè)狀態(tài)下，應(yīng)首先進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)成功后終端將獲得鑒權(quán)碼并進(jìn)行保存，鑒權(quán)碼在終端登錄時(shí)使用。船舶需要拆除或更換終端前，終端應(yīng)該執(zhí)行注銷操作，取消終端和船舶的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

終端通過(guò)SMS方式發(fā)送終端注冊(cè)和終端注銷消息時(shí)，平臺(tái)通過(guò)SMS方式發(fā)送終端注冊(cè)應(yīng)答對(duì)終端注冊(cè)進(jìn)行回復(fù)，通過(guò)SMS方式發(fā)送平臺(tái)通用應(yīng)答對(duì)終端注銷進(jìn)行回復(fù)。

終端注冊(cè)后每次在與平臺(tái)建立連接后，必須立即進(jìn)行鑒權(quán)。鑒權(quán)成功前終端不得發(fā)送其他消息。終端通過(guò)發(fā)送終端鑒權(quán)消息進(jìn)行鑒權(quán)，平臺(tái)回復(fù)平臺(tái)通用應(yīng)答消息。

平臺(tái)通過(guò)發(fā)送設(shè)置終端參數(shù)消息設(shè)置終端參數(shù)，終端回復(fù)終端通用應(yīng)答消息。平臺(tái)通過(guò)發(fā)送查詢終端參數(shù)消息查詢終端參數(shù)，終端回復(fù)查詢終端參數(shù)應(yīng)答消息。不同網(wǎng)絡(luò)制式下的終端應(yīng)支持各自網(wǎng)絡(luò)的一些特有參數(shù)。

（2）位置、報(bào)警類協(xié)議

終端根據(jù)參數(shù)設(shè)定周期性發(fā)送位置信息匯報(bào)消息。根據(jù)參數(shù)控制，終端在判斷到船舶拐彎時(shí)可發(fā)送位置信息匯報(bào)消息。

平臺(tái)通過(guò)發(fā)送位置信息查詢消息，查詢指定船載終端當(dāng)時(shí)位置信息，終端回復(fù)位置信息查詢應(yīng)答消息。平臺(tái)通過(guò)發(fā)送臨時(shí)位置跟蹤控制消息啟動(dòng)/停止位置跟蹤，位置跟蹤要求終端停止之前的周期匯報(bào)，按消息指定時(shí)間間隔進(jìn)行匯報(bào)。終端回復(fù)終端通用應(yīng)答消息。終端判斷滿足報(bào)警條件時(shí)發(fā)送位置信息匯報(bào)消息，在位置匯報(bào)消息中設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警標(biāo)志，平臺(tái)可通過(guò)回復(fù)平臺(tái)通用應(yīng)答消息進(jìn)行報(bào)警處理。

（3）信息類協(xié)議

平臺(tái)通過(guò)發(fā)送文本信息下發(fā)消息，按指定方式通知船員。終端回復(fù)終端通用應(yīng)答消息。平臺(tái)通過(guò)發(fā)送事件設(shè)置消息，將事件列表發(fā)到終端存儲(chǔ)，船員在遇到相應(yīng)事件后可進(jìn)入事件列表界面進(jìn)行選擇，選擇后終端向平臺(tái)發(fā)出事件報(bào)告消息。事件設(shè)置消息，需要終端回復(fù)終端通用應(yīng)答消息。事件報(bào)告消息，需要平臺(tái)回復(fù)平臺(tái)通用應(yīng)答消息。

平臺(tái)通過(guò)發(fā)送提問(wèn)下發(fā)消息，將帶有候選答案的提問(wèn)發(fā)到終端，終端立即顯示，船員選擇后終端向平臺(tái)發(fā)出提問(wèn)應(yīng)答消息。提問(wèn)下發(fā)消息，需要終端回復(fù)終端通用應(yīng)答消息。

平臺(tái)通過(guò)發(fā)送信息點(diǎn)播菜單設(shè)置消息，將信息點(diǎn)播項(xiàng)列表發(fā)到終端存儲(chǔ)，船員可以通過(guò)菜單選擇點(diǎn)播/取消相應(yīng)的信息服務(wù)，選擇后終端向平臺(tái)發(fā)出信息點(diǎn)播/取消消息。信息服務(wù)被點(diǎn)播后，將定期收到來(lái)自平臺(tái)的信息服務(wù)消息，如新聞、天氣預(yù)報(bào)等。信息點(diǎn)播菜單設(shè)置消息，需要終端回復(fù)終端通用應(yīng)答消息。信息點(diǎn)播/取消消息，需要平臺(tái)回復(fù)平臺(tái)通用應(yīng)答消息。信息服務(wù)消息，需要終端回復(fù)終端通用應(yīng)答消息。

4 安全保密設(shè)計(jì)

通過(guò)采用先進(jìn)的安全保密技術(shù)和嚴(yán)格的管理約束機(jī)制，充分保護(hù)關(guān)鍵信息的完整性和安全性，避免系統(tǒng)內(nèi)部主要信息的泄漏。充分考慮設(shè)備運(yùn)行的安全需求，設(shè)置不同的安全策略和機(jī)制。

（1）用戶使用權(quán)限設(shè)計(jì)：系統(tǒng)用戶分為兩類—— 超級(jí)管理員、普通管理員。用戶每種功能可以在智能船載終端設(shè)置權(quán)限。第一次登錄使用超級(jí)管理員：用戶名、密碼進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證進(jìn)行修改應(yīng)用程序參數(shù)。登錄后可創(chuàng)建一個(gè)普通管理員，并可修改用戶名和密碼。

（2）存儲(chǔ)安全性設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)服務(wù)器采用raid1的存儲(chǔ)策略，做雙硬盤備份。

（3）數(shù)據(jù)傳輸安全性設(shè)計(jì)：公共船舶服務(wù)平臺(tái)可以構(gòu)架在專網(wǎng)之上，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上保障了數(shù)據(jù)安全性。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，為用戶預(yù)留了加密接口。

（4）系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)軟件：服務(wù)平臺(tái)具有較高容錯(cuò)性，出錯(cuò)時(shí)，自動(dòng)丟棄錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。所有的系統(tǒng)日志將保存在軟件安裝目錄的log目錄下。

（5）客戶端軟件：客戶端的出錯(cuò)直接重起。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于總線技術(shù)的多模智能船載終端應(yīng)用軟件采用模塊化、智能化的設(shè)計(jì)理念，依托多元信道連接營(yíng)運(yùn)船舶與信息服務(wù)平臺(tái)，可以提升船舶運(yùn)輸服務(wù)水平。船載終端的應(yīng)用軟件采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以使內(nèi)河航運(yùn)的安全性和效率進(jìn)一步提升，應(yīng)用軟件標(biāo)準(zhǔn)化開放符合國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、方便實(shí)用、穩(wěn)定可靠、功能強(qiáng)大、適合內(nèi)河航運(yùn)應(yīng)用的智能船載終端產(chǎn)品，對(duì)于船聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目具有十分重要的意義。

[1] 張亞超，陳歡，李輝.基于內(nèi)河航運(yùn)公共信息服務(wù)平臺(tái)的”船聯(lián)網(wǎng)”研究 [J] .智能交通應(yīng)用，201l：578-585

[2] LUIGIAtzori, ANTONIOlera, GIAC0M0Morabito. TheInternetofThings:Asurvey[J]. ComputerNetworks, 2010, 3l(5): 4247-4266.

[3] 趙學(xué)洋，李海紅，儲(chǔ)凌劍.基于船聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)河智能航行體系探討研究[期刊論文] .新技術(shù)新工藝，2013(6)