船舶導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵技術(shù)研究

錢阿朝　王曉 李卓琳

摘要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，我國的船舶制造業(yè)發(fā)展也取得了卓越的成就?，F(xiàn)階段，船舶航行時(shí)的航行范圍更大、船舶結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，這就要求船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)必須具備過硬的質(zhì)量和先進(jìn)的技術(shù)，從而保障船舶航行過程中的導(dǎo)航能力的提供。本文對當(dāng)下船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵技術(shù)做了研究，并深入分析了這些關(guān)鍵技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方案，以期進(jìn)一步提升現(xiàn)代船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力。

關(guān)鍵詞：船舶導(dǎo)航系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)通信；關(guān)鍵技術(shù)

一、傳統(tǒng)的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)分析

傳統(tǒng)的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)多采用單一串口進(jìn)行導(dǎo)航設(shè)備的連接，并通過二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式進(jìn)行船舶導(dǎo)航通訊。這種導(dǎo)航系統(tǒng)操作簡單，通訊范圍遠(yuǎn)，但是導(dǎo)航設(shè)備的信息傳遞是挨個(gè)傳遞的，因此，信息傳遞速度較慢，同時(shí)，這種導(dǎo)航系統(tǒng)存在著線路復(fù)雜的缺點(diǎn)。

二、新型導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和技術(shù)簡介

2.1通信網(wǎng)絡(luò)方案

傳統(tǒng)的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的通信接口采用的是RS-422A特性標(biāo)準(zhǔn)的，這種通訊接口的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)及線路之間的連接方式簡單快捷，且可傳播范圍較遠(yuǎn)，對于位置獨(dú)立、信息點(diǎn)對點(diǎn)傳播的設(shè)備有利。而采用控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線，能夠適用于信息點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對面的多種傳播方式，保障了多點(diǎn)信息在進(jìn)行信息數(shù)據(jù)傳遞時(shí)不會(huì)出現(xiàn)相互沖突，避免了信息丟失等問題的發(fā)生?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡(luò)總線網(wǎng)絡(luò)是一種底層控制網(wǎng)絡(luò)，具有極強(qiáng)的操作性；同時(shí)，控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線能夠與以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)通信傳輸?shù)亩鄻有?；另外，控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線網(wǎng)絡(luò)還能夠解決船舶設(shè)備對通訊網(wǎng)絡(luò)的影響。在實(shí)際的通信網(wǎng)絡(luò)方案選擇過程中，可以通過船舶的具體使用情況和協(xié)議要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)赝ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

2.2通信網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)分析

傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)限制了信息傳輸方式，導(dǎo)致通訊效率過低。而控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線和以太網(wǎng)相互結(jié)合能夠有效擴(kuò)大通訊范圍、保障通訊信息的穩(wěn)定性，因此，現(xiàn)階段的船舶通信技術(shù)均采用了這種通訊方案?，F(xiàn)代船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的通訊結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面：

數(shù)字導(dǎo)航設(shè)備和控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)通信總線，在總線上的多串口卡基礎(chǔ)上，通過局域網(wǎng)絡(luò)總線通訊卡來為CAN總線提供通訊能力，避免了其他通訊設(shè)備被破壞之后整個(gè)線路無法進(jìn)行通訊的問題。

2.3導(dǎo)航系統(tǒng)成分組成

現(xiàn)階段的傳播導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從串口到控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線網(wǎng)絡(luò)的整體改進(jìn)，傳統(tǒng)的船舶導(dǎo)航設(shè)備以及綜合導(dǎo)航顯控臺(tái)的串口已經(jīng)不能滿足當(dāng)下的船舶導(dǎo)航要求，必須將其升級為控制器局域網(wǎng)絡(luò)接口，從而使得船舶通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的控制器局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。倘若船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的綜合導(dǎo)航顯控臺(tái)實(shí)現(xiàn)了控制器局域網(wǎng)絡(luò)化而接口仍保留串口形式時(shí)，必須在二者之間加入另一元件，從而實(shí)現(xiàn)串口向控制器局域網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)化。但是這種借助中間元件進(jìn)行的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)改造并不徹底，在實(shí)際的工作過程中還存在著如下的問題：第一，這種半改造沒有簡化綜合導(dǎo)航顯控臺(tái)與導(dǎo)航設(shè)備之間的復(fù)雜連接線路；第二，各導(dǎo)航設(shè)備以及導(dǎo)航系統(tǒng)之間的通訊信息仍然不能實(shí)現(xiàn)共享傳播；第三，由于中間元件的加入，使得綜合導(dǎo)航顯控臺(tái)內(nèi)的信號(hào)及線路更加復(fù)雜，通信系統(tǒng)更容易出現(xiàn)故障。

為有效解決以上問題，現(xiàn)階段的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組成成分主要包括以下幾個(gè)方面：在控制器局域網(wǎng)絡(luò)控制總線上，分別連接有各種導(dǎo)航設(shè)備的CAN接口通訊卡，控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線通過CAN通訊卡實(shí)現(xiàn)了與以太網(wǎng)卡的相互結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了二者之間的網(wǎng)絡(luò)連接。

三、現(xiàn)代船舶導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀

3.1CAN總線通信接口電路的設(shè)計(jì)

控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線控制器實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層次的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的穩(wěn)定性，從而為網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量提供了保障?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡(luò)總線控制器是通過可編程芯片與邏輯線路的組合來實(shí)現(xiàn)以上工作內(nèi)容的?，F(xiàn)階段，控制器局域網(wǎng)絡(luò)控制器主要包括兩個(gè)控制器、一個(gè)總線驅(qū)動(dòng)器以及高速光電隔離器等四個(gè)結(jié)構(gòu)?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡(luò)的控制器主要由微處理器進(jìn)行初始化，從而實(shí)現(xiàn)信息傳輸數(shù)據(jù)的接收以及發(fā)送。而在控制器正常工作時(shí)，容易受到控制器局域網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的干擾導(dǎo)致信息的傳遞以及接收出現(xiàn)遺漏等問題，因此，在實(shí)際的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過程中，控制器并不是直接與驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接的，而是通過高速光耦作為連接器實(shí)現(xiàn)二者的連接。通過高速光耦的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)所連接導(dǎo)航設(shè)備的相互獨(dú)立性。

3.2以太網(wǎng)通信接口電路設(shè)計(jì)

為了確保船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航設(shè)備能夠?qū)?shù)據(jù)通過以太網(wǎng)卡呈遞至綜合導(dǎo)航控制臺(tái)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中需要為與綜合導(dǎo)航顯控臺(tái)相連接的以太網(wǎng)卡設(shè)計(jì)專門的通信接口電路。具體設(shè)計(jì)時(shí)需要盡可能降低信息傳遞成本，并使得內(nèi)部連接線路簡化，現(xiàn)階段我國船舶導(dǎo)航系統(tǒng)采用的是RTL8019AS以太網(wǎng)通信接口芯片。在芯片內(nèi)部置入收發(fā)器，能夠在保障電路簡化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙電容電路傳導(dǎo)下的雙工通訊。

3.3通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性設(shè)計(jì)

為提高導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定性和通信過程的安全性，通常在導(dǎo)航系統(tǒng)中進(jìn)行冗余的設(shè)計(jì)，但是冗余的加入又會(huì)增加導(dǎo)航系統(tǒng)的線路復(fù)雜性和體積。因此，為確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的同時(shí)又能夠保障信息傳輸過程中的可靠性，需要提高冗余技術(shù)的設(shè)計(jì)水平。

四、結(jié)語

傳統(tǒng)的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)存在著系統(tǒng)線路負(fù)責(zé)，信息傳輸穩(wěn)定性與安全性差等問題，因此，可以通過采用控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線取締串口進(jìn)行導(dǎo)航設(shè)備連接、以太網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)單串口進(jìn)行導(dǎo)航通訊等技術(shù)，從而達(dá)到提升傳播導(dǎo)航能力以及導(dǎo)航穩(wěn)定性、安全性的目的。通過以上技術(shù)的使用，能夠有效提高我國船舶導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)水平，促進(jìn)我國航海事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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