长江智能航运系统网络及通信协议的设计与实现

摘要

“长江数字航道与智能航运建设示范工程”在我国内河航运建设领域第一个提出了数字化和智能化概念。该项工程建设包括5大子系统、7个局域网(南京航道局局域网、系统支撑平台局域网(在南京航道局)、南京航道局下属四个航道处局域网、南京通信管理局局域网(船舶动态监控中心))以及3艘航道测量船、15艘航标工作船、4个AIS基站、航标、水位站、通航船舶等。工程项目巨大，覆盖范围广，根据实际业务需求和网络技术特点建设智能航运系统的通信传输网络、提出优化的通信传输方案是整个工程面临的重要问题之一。本文研究工作就是为了解决项目中的实际应用需求。主要包括以下几个方面： (1)对长江干线江苏河段智能航运系统网络环境现状及建设条件、项目需求、数据业务流程进行分析，综合考虑工程实施和技术的前瞻性，完成了通信网络体系结构的设计，包括逻辑网络方案、网络技术方案、网络管理、网络安全技术设计等。 (2)对通信协议设计相关技术进行研究，根据系统实际运行情况，参考电信协议SMPP和工业控制领域成熟的国际标准Modbus及IEC 870-5-1等，完成了船岸无线通信协议(VBPP)及航标遥测遥控系统通信协议的设计。 (3)基于VBPP协议，利用VC++6.0开发工具及网络编程技术，进行了船岸通信软件开发，以开发包动态库提供给用户。对GPS动态信息接收和提取、服务器端数据库建立和操作进行了相应的研究。构建了基于GPRS VPN的网络，对船岸无线通信系统进行仿真，验证了协议的基本功能，以及数据传递过程中的有效性和可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外内河信息通信网络建设

1.3长江航运通信网络现状及建设条件

1.4本文所做的工作

第2章长江智能航运系统通信网络组网方案设计

2.1网络需求及业务数据流程分析

2.1.1网络建设需求

2.1.2业务数据流程分析

2.1.3网络流量分析

2.2逻辑网络方案设计

2.2.1网络总体布局

2.2.2网络拓扑结构设计

2.3网络技术方案

2.3.1有线接入技术比较及方案选择

2.3.2无线接入技术及方案选择

2.3.3 IP地址规划

2.4网络安全设计

2.4.1内外网隔离

2.4.2 GPRS/CDMA1X VPN安全解决方案

2.4.3 VLAN技术

第3章船岸无线通信协议(VBPP)设计

3.1船岸无线通信系统网络结构

3.2 CDMA/GPRS通信软件功能需求

3.3通信协议设计的基本要求及内容

3.3.1通信协议设计的要求

3.3.2无线通信协议的内容

3.4船岸无线通信协议设计相关技术研究

3.4.1数据请求方式及其在船岸无线通信系统中的应用

3.4.2数据通信方式选择

3.4.3船载终端与监控中心的连接交互

3.5航道测量船无线通信协议

3.5.1协议栈

3.5.2消息语法

3.5.3消息定义

3.5.4船载终端到监控中心服务器的PDU体结构

3.5.5监控中心到船载终端的PDU体结构

3.5.6 Command_Id定义

第4章航标遥测遥控系统通信协议

4.1航标遥测遥控系统框图及系统功能

4.2航标遥测遥控系统通信协议的一般规定

4.2.1引用标准

4.2.2字节格式

4.2.3帧格式

4.2.4链路传输

4.3终端与灯器通信协议

4.3.1遥测功能命令(04H)

4.3.2遥控功能命令(16H)

4.3.3用户自定义灯质(18H)

4.3.4软件版本和时间查询(05H)

4.4终端与服务器通信协议

4.4.1终端→服务器

4.4.2服务器→终端

第5章基于VBPP协议的船岸通信软件设计与实现

5.1 GPS串口数据接收及信息提取

5.1.1 NMEA-0183协议

5.1.2用MSComm控件设计串口通信程序

5.2船岸无线通信软件设计

5.2.1开发包接口API

5.2.2信息封装及数据结构

5.2.3网络通信编程实现

5.3服务器端数据库的建立与操作

5.4船岸无线通信系统仿真

5.4.1仿真环境搭建

5.4.2 GPRS VPN的建立

5.4.3试验结果

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

6.2.1下一代网络的发展

6.2.2结合实际的需要

6.2.3航标遥测遥控系统通信软件的开发

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

研究生履历