船载北斗二代设备与船舶以太网间的协议转换系统及过程的制作方法
船载北斗二代设备与船舶以太网间的协议转换系统及过程的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种船舶通信协议转换系统及转换过程，用于船载北斗二代设备与船 舶W太网之间数据相互交换。
【背景技术】
[0002] 船载北斗二代设备由于其无源定位、定位精度高、实时性好等众多优点，在船舶领 域得到越来越广泛的使用。但由于船载北斗二代设备的通信标准采用《北斗卫星导航系统 用户终端通用数据接口》，本标准与船舶W太网的标准不统一，给船载北斗二代设备的使用 造成诸多不便，同时也增加了施工难度和管理成本。
[0003] 目前船舶W太网执行标准为IEC 61162-450 (《海上航行与无线通信设备及系统 数据接口》Part 450:多方通话器和受话器的W太网互联），标准中没有定义船载北斗二 代设备如何接入船舶W太网，造成船载北斗二代设备接入船舶W太网困难。特别是在现行 的国际海事组织IM0海上安全委员会决议MSC.379(93)中关于"船载抓S(北斗)接收设备性 能标准"中要求必须符合IEC 61162的接口要求。而现行的IEC 61162-1和IEC 61162-2(海 上导航和无线电通信设备及系统数字接口第1部分:单通话器和多受话器)定义基于串口数 据格式，相应的IEC 61162-450的标准中未规定船载北斗二代设备接入船舶W太网的方法， 采用通常的串行口通信与W太网通信转换的解决方案无法满足IEC 61162-450标准的要 求。
[0004] 基于上述原因，需要一种协议转换设备及方法解决上述问题，为船载北斗二代设 备在船舶领域的广泛应用奠定基础。
【发明内容】
[000引本发明的目的是提供一种用于船载北斗二代设备数据采集、传输及连接船舶W太 网的通信协议转换系统，使得目前船载北斗二代设备能够用于符合IEC 61162-450标准的 船舶W太网。
[0006] 本发明的另一目的是提供一种上述协议转换系统的协议转换过程。
[0007] 为实现上述第一个目的，本发明提供如下技术方案： 一种适用于船载北斗二代设备与船舶W太网间进行互联的协议转换系统，包括： UART0模块，用于接收和发送符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数 据，采用RS422标准与船载北斗二代设备通讯； 北斗二代协议功能模块，按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进行构 建，处理船载北斗二代设备通讯数据，包括命令帖组建、数据帖解析和封装； 协议转换模块，将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的船载北斗二代 设备数据与符合IEC 61162-450标准的数据进行相互转换； IEC 61162-450协议功能模块，按照IEC 61162-450标准进行构建，实现IEC 61162-450 标准中规定的功能，包括逻辑设备中各程序流程的调度与管理、通讯协议相关功能的实现； 网络接口模块，用于接收和发送lEC 61162-450标准规定的数据，采用UDP多播服务协 议在符合IEC 61162-450标准的船舶W太网上进行通讯。
[0008] 所述UART0模块包括数据接收模块0、数据发送模块0和定时器0; 所述数据接收模块0，采用中段方式，将接收到的完整数据帖送给北斗二代功能模块进 行处理； 所述数据发送模块0，采用查询方式，将北斗二代数据帖封装模块的数据发送给船载北 斗二代设备； 所述定时器0，用于判断数据帖字节间超时。
[0009] 所述北斗功能模块由北斗二代数据帖解析、北斗二代数据帖封装两个模块构成； 所述北斗二代数据帖解析模块按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进 行数据帖解析，其入口为数据接收模块0的输出端，数据帖解析异常时将产生错误记录并生 成系统日志，将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到北斗二代 转IEC 61162-450数据标识模块； 所述北斗二代数据帖封装模块按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进 行识别，其入口为IEC 61162-450转北斗二代数据标识模块的输出端，生成符合NMEA0183标 准格式的数据;将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到数据发 送模块0。
[0010] 所述协议转换模块由北斗二代转IEC61162-450数据标识和IEC 61162-450转北斗 二代数据标识两个模块构成； 所述北斗二代转IEC61162-450数据标识模块将符合北斗卫星导航系统用户终端通用 数据接口标准的数据转换为IEC61162-450标准格式的数据，其协议转换过程如下： 输入数据遵守北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准，其中导航信息帖封装按 照IEC61162-450标准附录B规定进行封装，TAG块为： "UdPbC \t:MMSI,c:UTC,s:Source-identif ication,η:Line-count *ChecksumV' ； 其中："MMSr表示水上移动通信业务识别码，V :表示时间，"UTC"表示UT別寸间，W秒 为单位，"Checksum"表示校验码； 采用UDP多播服务发送数据至符合IEC61162-450标准的船舶W太网； 所述协议转换模块的IEC61162-450转北斗二代数据标识模块的功能是将符合IEC 61162-450标准的数据按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的规定进行查找 和转换，发送给北斗二代数据帖封装模块。
[0011] 所述IEC 61162-450协议功能模块包括Ξ个部分:逻辑设备、应用进程模块和标准 通信协议找； 所述逻辑设备只采用一个逻辑管理设备，将所有的对象全部放入逻辑设备中，包括功 能对象及数据对象； 所述应用进程模块完成IEC 61162-450标准的功能，包括IEC 61162-450标准数据的处 理、管理逻辑设备信息、响应各服务原语，如果运些服务原语符合IEC 61162-450标准则交 给通信协议找发送出去，否则交给协议转换模块进行处理； 所述通信协议找采用五层协议的体系协议找结构，通信协议找完成通信协议的封装， 包括应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层五个协议层，完成连接的建立、通信数据 帖的编码与解析、完整数据帖的封装、帖校验、w及帖格式及超时检测。
[0012] 所述IEC 61162-450协议功能模块采用IEC 61162-450标准中规定的自定义扩展， 自定义北斗导航信息抓加入多播组NAVD，多播地址239.192.0.4端口 60004，导航信息帖封 装发送的北斗二代定位数据处理信息在NAVD上进行多播。
[0013] 所述IEC 61162-450协议功能模块，其系统日志根据IEC 61162-450标准规定采用 UDP多播服务进行多播，多播地址为239.192.0.254，端口为514。
[0014] 所述IEC 61162-450协议功能模块，根据IEC 61162-450标准中自定义扩展的规 定，定义北斗状态抓ZT为多播组编号，多播地址为239.192.0.9，端口为60009，设备状态帖 封装发送的船载北斗二代设备状态信息在抓ZT上进行多播。
[0015] 所述网络接口模块包括数据发送模块1、数据接收模块1和定时器1; 所述数据接收模块的数据接收采用中断方式，将接收到的船舶W太网数据输送给通信 协议找进行后续处理； 所述数据发送模块的数据发送采用查询方式，将通信协议找的数据发送到船用W太 网； 所述定时器，用于判断帖字节间超时。
[0016] 为了实现第二目的，本发明提供如下技术方案： 本发明的协议转换过程如下： IEC 61162-450标准的通信过程是采用UDP多播式，在通信之前需要建立一个应用连 接，当协议转换系统连接船载北斗二代设备和船舶W太网时，通信流程开始，整个通信流程 如下： 第一步建立应用连接过程， 第1步:协议转换系统接入船舶W太网后，先建立物理层连接； 第2步:物理层建立连接后系统生成数据响应命令发给协议管理进程，协议管理进程响 应命令后发送数据帖建立数据链路层连接； 第3步:数据链路层连接建立后协议管理进程发送命令给网际层连接，根据本协议转换 系统配置的IP地址，建立网际层连接； 第4步：网际层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命令 建立运输层连接，本转换系统采用UDP多播协议进行通信； 第5步:运输层连接建立后发送数据响应命令至协议管 理进程，协议管理进程发送命令 建立应用层连接； 第6步:应用层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送指令 至应用进程，表明可W正常进行协议转换系统的数据通信； 第二步建立数据通信过程， 数据通信过程必须在建立了应用连接的前提下进行的； (1)船载北斗二代设备数据至船舶W太网的数据协议转换， 第1步:船载北斗二代设备发送数据帖经UART0接收模块接收、北斗二代协议功能模块 进行数据帖解析、协议转换模块进行数据转换后交给应用进程； 第2步:应用进程按照IEC 61162-450标准的规定，采用UDP通信协议，通过通信协议找 由网络接口模块发送数据至船舶W太网； (2)船舶W太网数据至船载北斗二代设备的数据协议转换， 第1步：网络接口模块接收船舶W太网的数据，通过通信协议找传输至应用进程，应用 进程按照IEC 61162-450标准的规定进行数据解析； 第2步:应用进程将处理完的数据交由协议转换模块进行数据转换，转换完的数据交由 北斗二代协议功能模块进行数据帖封装，并通过UART0发送模块发送至船载北斗二代设备。
[0017] 本发明提供的用于船载北斗二代设备与船舶W太网通信协议转换系统及其转换 过程，应用于符合《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口》标准的船载北斗二代设备和 符合IEC61162-450标准的船舶W太网运两个不同规约的系统之间，使得运两个不同规约的 系统之间可W进行正常的数据交换。因此本发明能使目前船载北斗二代设备用于符合 IEC61162-450标准的船舶W太网中，从而为船载北斗二代设备在船舶领域的推广应用奠定 了基础。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明协议转换系统硬件结构框图； 图2是本发明协议转换系统功能模块框图； 图3是本发明协议转换系统IEC 61162-450功能模块通信协议找的结构图； 图4是本发明协议转换系统IEC 61162-450 UDP多播数据格式。
【具体实施方式】
[0019] 本发明协议转换系统具有两个通讯端口，一个通讯端口用于与符合《北斗卫星导 航系统用户终端通用数据接口》标准的船载北斗二代设备通讯；另一个通讯端口与采用IEC 61162-450标准的船舶W太网进行通讯。运样就把符合《北斗卫星导航系统用户终端通用数 据接口》标准的船载北斗二代设备和符合IEC61162-450标准的船舶W太网运两个通讯系统 连接起来，使之两个系统实现了数据交换。从而实现了本发明要达到的技术目的。
[0020] 如图1所示，本发明的协议转换系统包括电源模块、MCU、存储器、复位模块、UART0 和网络接口。
[0021] 电源模块为协议转换系统各个模块提供电源。
[0022] MCU是连接船载北斗二代设备与船舶W太网络的协议转换系统的核屯、，用于执行 程序代码、完成协议转换功能。
[0023] 存储器用于存放协议转换系统的程序及配置信息，包括IP地址、串行通信波特率 等?目息。 复位模块采用当程序出现故障时产生复位信号能重启系统的硬件看口狗，利用一个定 时器电路，其定时输出连接到电路的复位端，程序在一定时间范围内对定时器清零，因此程 序正常工作时，定时器总不能溢出，也就不能产生复位信号，如果程序出现故障，不在定时 周期内复位看口狗，就使得看口狗定时器溢出产生复位信号并重启系统。
[0024] UART0采用串行数据通讯方式，运里采用RS422接口进行全双工通信，RS422接口按 照ΤΙΑ/ΕΙΑ-422-Α标准进行构建。
[002引网络接口按照ΙΕ邸802.3标准构建，通过RJ45接口连接到船舶W太网。
[0026]如图2所示，连接船载北斗二代设备与船舶W太网络的协议转换系统分为5个模 块，分为:UARTO模块、北斗功能模块、协议转换模块、IEC61162-450协议功能模块、网络接口 模块，下面进行分别说明。
[0027] UUART0 模块 本模块的功能就是接收和发送船载北斗二代设备数据包，即通过附图1中UART0接口采 用二进制流数据传输ASCII，它包括数据接收模块0、数据发送模块0和定时器0。
[0028] (1)数据接收模块0采用中断方式，数据接收模块将接收到的完整数据帖送给北斗 二代数据帖解析模块进行后续处理； (2) 数据发送模块0采用查询方式，数据发送模块负责将北斗二代数据帖封装模块发来 的数据发送给船载北斗二代设备； (3) 定时器0用于判断帖字节间超时。
[0029] 2、北斗二代协议功能模块 北斗二代协议功能模块的主要功能是处理船载北斗二代设备通讯数据，按照《北斗卫 星导航系统用户终端通用数据接口》标准构建，由北斗二代数据帖解析、北斗二代数据帖封 装两个模块构成。
[0030] (1)北斗二代数据帖解析模块 本模块的入口为:UART0的数据接收模块的输出端，按照《北斗卫星导航系统用户终端 通用数据接口》标准进行数据帖解析，数据帖解析异常时将产生错误记录并生成系统日志； 本模块的出口为:符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据，发送到 北斗二代转IEC61162-450数据标识模块的输入端； (2)北斗二代数据帖封装模块 本模块的入口为IEC61162-450转北斗二代数据标识模块的输出端，按照《北斗卫星导 航系统用户终端通用数据接口》标准进行识别，生成符合NMEA0183标准格式的数据，NMEA 0183标准是美国国家海洋电子协会(化tional Marine Electronics Association )为海 用电子设备制定的标准格式。； 本模块的出口是将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到 UART0数据发送模块的输入端。
[0031] 3、协议转换模块 协议转换模块的功能根据《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口》标准查找 IEC61162-450标准中规定标识的数据，并把本数据转换为符合《北斗卫星导航系统用户终 端通用数据接口》标准的数据;把符合《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口》规定的 数据按照IEC61162-450标准进行重新构建。本模块由北斗二代转IEC61162-450数据标识和 IEC61162 -450转北斗二代数据标识两个模块构成。
[0032] (1)北斗二代转IEC61162-450数据标识模块 本模块的功能是将船载北斗二代设备数据中符合《北斗卫星导航系统用户终端通用数 据接口》标准的数据转换为IEC 61162-450标准格式的数据。
[0033] 本模块的入口 ：北斗二代数据帖解析模块的输出端，数据格式为NMEA0183标准。
[0034] 本模块的出口 ： IEC 61162-450协议功能模块的应用进程模块的输入端。
[00巧](2) IEC61162-450转北斗二代数据标识模块 本模块的功能是将IEC 61162-450标准格式的数据按照《北斗卫星导航系统用户终端 通用数据接口》标准进行查找和转换，w提供给船载北斗二代设备。
[0036] 本模块的入口 ： IEC 61162-450协议功能模块的应用进程模块的输出端。
[0037] 本模块的出口：数据发给北斗二代数据帖封装模块的输入端，数据格式为 NMEA0183 标准。
[003引 4、IEC 61162-450协议功能模块 IEC 61162-450协议功能模块按照IEC61162-450标准进行构建，是支持本标准的核屯、 模块，其主要功能在于完成IEC61162-450标准的相关功能，包括逻辑设备及设备中各程序 流程的调度与管理、通讯协议相关功能的实现等。IEC 61162-450协议功能模块包括Ξ个部 分:逻辑设备、应用进程模块和标准通信协议找。
[0039] (1)逻辑设备 本发明所设及的协议转换系统是通过面向对象的数据模型来完成设备的构建的，本协 议转换系统只采用一个逻辑设备来管理所有逻辑设备，将所有的对象全部放入逻辑设备 中，包括功能对象及数据对象，运些对象共同构建IEC 61162-450协议功能模块的数据模 型。
[0040] (2)应用进程模块 本模块是完成IEC 61162-450标准的核屯、模块，其任务包括IEC 61162-450标准规定数 据的处理、管理逻辑设备信息、响应各服务原语。如果运些服务原始语句是与IEC 61162-450标准相关的则交 由交给通信协议找发送出去，否则交给协议转换模块进行处理。
[0041] (3)通信协议找 通信协议找采用五层协议的体系协议找结构，通信协议找完成了通信协议的封装，包 括应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层五个协议层，主要包括连接的建立、通信数 据帖的编码与解析、完整数据帖的封装、帖校验、W及帖格式及超时检测等。通信协议找具 体结构如图4所示。
[0042] 5、网络接口模块 网络接口模块的主要功能是接收和发送IEC 61162-450标准协议数据包，即二进制流 数据。它包括数据发送模块1、数据接收模块1和定时器1。
[0043] (1)数据接收模块1 数据接收采用中断方式，将接收船用W太网数据后传给通信协议找进行后续处理； (2)数据发送模块1 数据发送采用查询方式，负责将IEC61162-450标准协议功能模块通信协议找的数据发 送到船用W太网。
[0044] (3)定时器 1 定时器1用于判断帖字节间超时； 如图3所示，上述协议转换系统的协议转换过程如下： IEC 61162-450标准的通信过程是采用UDP多播式，在通信之前需要建立一个应用连 接。当协议转换系统接入船舶W太网时，通信流程开始。整个通信流程如下： 1、建立应用连接过程 第一步:协议转换系统接入船舶W太网后，先建立物理层连接； 第二步:物理层建立连接后系统生成数据响应命令发给协议管理进程，协议管理进程 响应命令后发送数据帖建立数据链路层连接； 第Ξ步:数据链路层连接建立后协议管理进程发送命令给网际层连接，根据本协议转 换系统配置的IP地址，建立网际层连接； 第四步：网际层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命 令建立运输层连接，本转换系统采用UDP多播协议进行通信； 第五步:运输层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命 令建立应用层连接。
[004引第六步:应用层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发 送指令至应用进程，表明可W正常进行协议转换系统的数据通信。
[0046] 2、数据通信过程 数据通信过程必须在建立了应用连接的前提下进行的。
[0047] (1)船载北斗二代设备数据至船舶W太网的数据协议转换 第一步:船载北斗二代设备发送数据帖经UART0接收模块接收、北斗二代协议功能模块 进行数据帖解析、协议转换模块进行数据转换后交给应用进程； 第二步:应用进程按照IEC 61162-450标准的规定，采用UDP通信协议，通过通信协议找 由网络接口服务模块发送数据至船舶W太网。
[0048] (2)船舶W太网数据至船载北斗二代设备的数据协议转换 第一步：网络接口服务模块接收船舶W太网的数据，通过通信协议找传输至应用进程， 应用进程按照IEC 61162-450标准的规定进行数据解析。
[0049] 第二步:应用进程将处理完的数据交由协议转换模块进行数据转换，转换完的数 据交由北斗二代协议功能模块进行数据帖封装，并通过UART0发送模块发送至船载北斗二 代设备。
[0050] 如图4所示，当北斗二代定位数据处理向导航信息帖封装按照《北斗卫星导航系统 用户终端通用数据接口》标准发送定位信息数据，数据符合NMEA0183标准，例如： ッ抓GGA，123519,4807.038，N，01131.000，E，1，08,0.9,545.4，M，46.9， M, ,*47<0x0DX0x0A>" 导航信息帖封装按照IEC 61162-450标准及其附录B规定将其封装。TAG块为"UdPbC \ t:MMSI,C:UTC,S:Source-identification，n:Line-count *ChecksumV' 其中："MMsr表示水上移动通信业务识别码，V :表示时间；"UTC"表示UT別寸间，w秒 为单位。"Checksum"表示校验码。
[0051] 封装数据为： "UdPbC \t:412607000，C:1424893517，S:抓0001，n:987巧0\$GPGGA，123519， 4807.038，N，01131.000，E，1，08，0.9，545.4，Μ，46.9，Μ，，*47<0x0DX0x0A〉" 其中： "UdPbC "为IEC 61162-450协议规定的多播表示符号； "t: 412607000"中表示文本/'412607000"表示水上移动通信业务识别码MMSI; "C: 1424893517"中V表示时间/'1424893517"表示UTC时间，对应北京时间"2015/ 2/26 3:45:ir； "S:抓000Γ中V'表示信息来源，"B护表示船载北斗二代设备/'000Γ表示顺序号； "η: 987"中V表示行数，"987"表示行数值，有相同标识符(例如IGPGGA")信息帖的语 句行数值从0到999循环输出； "11:987巧0"中"*"为分隔符； "η: 987巧沪中"20"为CRC校验码。
[0052] UDP多播服务发送数据至船舶W太网。
[0053] 当船载北斗二代设备状态数据处理按照《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接 口》标准向设备状态帖封装发送接收状态信息数据，例如： 1 抓BSI，3,4,0,2，0,0,3,5，0,0,0,0*抓 <0x0D〉<0x0A>" 设备状态帖封装按照IEC61162-450标准规定将其封装，其中TAG与导航信息帖封装的 TAG数据格式相同，封装后数据为： "UdPbC \t: 412607000，C: 1424893517，S:抓0001，η: 453巧4\$抓851，3，4，0，2， 0,0,3,5，0,0,0,0巧D<0x0D〉<0x0A>" 船载北斗二代设备指令封装按照《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口》规定通 过发送模块向船载北斗二代终端设备发送定位模式设置数据，例如： 1CCMSS ,Z,2,B1,A,B3,P,, *36<0x0DX0x0A>" 错误报告将捕捉到的北斗二代功能模块的错误报告发送到错误日志，按照lEC 61162-450中4.3.3的规定生成错误日志如下： "1311 20150204X23:10:20-01:00 192.168.103.250 450-BDT - 102 - data header error" 系统日志帖封装按照lEC 61162-450标准规定将其封装，其中TAG与导航信息帖封装的 TAG格式数据相同，封装后数据为 "UdPbC \t:412607000，c: 1467543517，s:抓ΟΟΟΙ,η:187巧F\1311 20150204 T23:10:20-01:00 192.168.103.250 450-抓Τ - 102 - data header error" 表1列出了北斗二代定位信息UDP多播服务地址。
[0054] 表 1
采用IEC 61162-450中自定义扩展，自定义抓(北斗导航信息)加入多播组NAVD，多播地 址239.192.0.4端口 60004。导航信息帖封装发送的北斗二代定位数据处理信息在NAVD上进 化多播。 表2列出了船载北斗二代设备状态信息UDP多播服务地址。
[00巧]表2
采用IEC 61162-450中自定义扩展，定义为BDZT(北斗状态）多播组编号，多播地址 239.192. ο. 9端口 60009。设备状态帖封装232发送的船载北斗二代设备状态信息在抓ΖΤ上 进行多播。
[0056] 表3列出了船载北斗二代设备日志多播服务地址。
[0057] 表 3
船载北斗二代设备错误日志由系统日志帖封装，按照IEC61162-450标准中规定系统日 志多播组的要求在多播地址239.192.0.254端口 514上由UDP多播服务进行多播。
【主权项】
1. 一种适用于船载北斗二代设备与船舶以太网之间进行互联的协议转换系统，其特征 在于:包括 UARTO模块，用于接收和发送符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数 据，采用RS422标准与船载北斗二代设备通讯； 北斗二代协议功能模块，按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进行构 建，处理船载北斗二代设备通讯数据，包括命令帧组建、数据帧解析和封装； 协议转换模块，将符合北斗卫星导航系统用户 终端通用数据接口标准的船载北斗二代 设备数据与符合IEC61162-450标准的数据进行相互转换； IEC61162-450协议功能模块，按照IEC61162-450标准进行构建，实现IEC61162-450 标准中规定的功能，包括逻辑设备中各程序流程的调度与管理、通讯协议相关功能的实现； 网络接口模块，用于接收和发送IEC61162-450标准规定的数据，采用UDP多播服务协 议在符合IEC61162-450标准的船舶以太网上进行通讯。2. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述UART0模块包括数据接收模块 〇、数据发送模块〇和定时器〇; 所述数据接收模块〇，采用中段方式，将接收到的完整数据帧送给北斗二代功能模块进 行处理； 所述数据发送模块〇，采用查询方式，将北斗二代数据帧封装模块的数据发送给船载北 斗二代设备； 所述定时器〇，用于判断数据帧字节间超时。3. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述的北斗功能模块由北斗二代数 据帧解析、北斗二代数据帧封装两个模块构成； 所述北斗二代数据帧解析模块按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进 行数据帧解析，其入口为数据接收模块〇的输出端，数据帧解析异常时将产生错误记录并生 成系统日志，将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到北斗二代 转IEC61162-450数据标识模块； 所述北斗二代数据帧封装模块按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进 行识别，其入口为IEC61162-450转北斗二代数据标识模块的输出端，生成符合NMEA0183标 准格式的数据;将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到数据发 送模块0。4. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于：所述协议转换模块由北斗二代转 IEC61162-450数据标识和IEC61162-450转北斗二代数据标识两个模块构成； 所述北斗二代转IEC61162-450数据标识模块将符合北斗卫星导航系统用户终端通用 数据接口标准的数据转换为IEC61162-450标准格式的数据，其协议转换过程如下： 输入数据遵守北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准，其中导航信息帧封装按 照IEC61162-450标准附录B规定进行封装，TAG块为： "UdPbC\t:MMSI，c:UTC，s:Source-identification，n:Line-count氺Checksum\"； 其中："MMSI"表示水上移动通信业务识别码，"c" ：表示时间，"UTC"表示UTC时间，以秒 为单位，"Checksum"表示校验码； 采用UDP多播服务发送数据至符合IEC61162-450标准的船舶以太网； 所述协议转换模块的IEC61162-450转北斗二代数据标识模块的功能是将符合IEC61162-450标准的数据按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的规定进行查找 和转换，发送给北斗二代数据帧封装模块。5. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述IEC61162-450协议功能模块 包括三个部分:逻辑设备、应用进程模块和标准通信协议栈； 所述逻辑设备只采用一个逻辑管理设备，将所有的对象全部放入逻辑设备中，包括功 能对象及数据对象； 所述应用进程模块完成IEC61162-450标准的功能，包括IEC61162-450标准数据的处 理、管理逻辑设备信息、响应各服务原语，如果这些服务原语符合IEC61162-450标准则交 给通信协议栈发送出去，否则交给协议转换模块进行处理； 所述通信协议栈采用五层协议的体系协议栈结构，通信协议栈完成通信协议的封装， 包括应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层五个协议层，完成连接的建立、通信数据 帧的编码与解析、完整数据帧的封装、帧校验、以及帧格式及超时检测。6. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述IEC61162-450协议功能模块 采用IEC61162-450标准中规定的自定义扩展，自定义北斗导航信息BD加入多播组NAVD，多 播地址239.192.0.4端口 60004，导航信息帧封装发送的北斗二代定位数据处理信息在NAVD 上进行多播。7. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述IEC61162-450协议功能模块， 其系统日志根据IEC61162-450标准规定采用UDP多播服务进行多播，多播地址为 239.192.0.254,端口为 514。8. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述IEC61162-450协议功能模块， 根据IEC61162-450标准中自定义扩展的规定，定义北斗状态BDZT为多播组编号，多播地址 为239.192.0.9，端口为60009，设备状态帧封装发送的船载北斗二代设备状态信息在BDZT 上进行多播。9. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述网络接口模块包括数据发送模 块1、数据接收模块1和定时器1; 所述数据接收模块的数据接收采用中断方式，将接收到的船舶以太网数据输送给通信 协议栈进行后续处理； 所述数据发送模块的数据发送采用查询方式，将通信协议栈的数据发送到船用以太 网； 所述定时器，用于判断帧字节间超时。10. -种适用于船载北斗二代设备与船舶以太网间的协议转换系统的协议转换过程如 下： IEC61162-450标准的通信过程是采用UDP多播式，在通信之前需要建立一个应用连 接，当协议转换系统连接船载北斗二代设备和船舶以太网时，通信流程开始，整个通信流程 如下： 第一步建立应用连接过程， 第1步:协议转换系统接入船舶以太网后，先建立物理层连接； 第2步:物理层建立连接后系统生成数据响应命令发给协议管理进程，协议管理进程响 应命令后发送数据帧建立数据链路层连接； 第3步:数据链路层连接建立后协议管理进程发送命令给网际层连接，根据本协议转换 系统配置的IP地址，建立网际层连接； 第4步：网际层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命令 建立运输层连接，本转换系统采用UDP多播协议进行通信； 第5步:运输层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命令 建立应用层连接； 第6步:应用层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送指令 至应用进程，表明可以正常进行协议转换系统的数据通信； 第二步建立数据通信过程， 数据通信过程必须在建立了应用连接的前提下进行的； (1) 船载北斗二代设备数据至船舶以太网的数据协议转换， 第1步:船载北斗二代设备发送数据帧经UARTO接收模块接收、北斗二代协议功能模块 进行数据帧解析、协议转换模块进行数据转换后交给应用进程； 第2步：应用进程按照IEC61162-450标准的规定，采用UDP通信协议，通过通信协议栈 由网络接口模块发送数据至船舶以太网； (2) 船舶以太网数据至船载北斗二代设备的数据协议转换， 第1步：网络接口模块接收船舶以太网的数据，通过通信协议栈传输至应用进程，应用 进程按照IEC61162-450标准的规定进行数据解析； 第2步:应用进程将处理完的数据交由协议转换模块进行数据转换，转换完的数据交由 北斗二代协议功能模块进行数据帧封装，并通过UART0发送模块发送至船载北斗二代设备。
【专利摘要】本发明涉及一种船舶通信协议转换系统及转换过程，用于船载北斗二代设备与船舶以太网之间数据相互交换。协议转换系统UART0模块用于接收和发送船载北斗二代设备数据进行通讯；北斗二代协议功能模块用于识别及处理北斗二代定位数据、设备状态数据、系统日志数据，并向船载北斗二代设备发送北斗设备指令；协议转换模块用于将船载北斗二代设备数据与IEC？61162-450标准数据进行封装转换；IEC？61162-450协议功能模块通过逻辑设备及应用进程对通信协议栈的物理层、数据链路层、网际层、运输层、应用层进行管理，建立通讯链路；网络接口模块与船舶以太网建立网络连接进行通讯。因此本发明能使船载北斗二代设备用于符合IEC？61162-450标准的船舶以太网中，为在船舶领域应用奠定基础。
【IPC分类】H04L29/06
【公开号】CN105491037
【申请号】CN201510886499
【发明人】聂建涛, 苏华平, 韩胜宇, 王红蕾
【申请人】大连陆海科技股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月7日
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种船舶通信协议转换系统及转换过程，用于船载北斗二代设备与船 舶W太网之间数据相互交换。
【背景技术】
[0002] 船载北斗二代设备由于其无源定位、定位精度高、实时性好等众多优点，在船舶领 域得到越来越广泛的使用。但由于船载北斗二代设备的通信标准采用《北斗卫星导航系统 用户终端通用数据接口》，本标准与船舶W太网的标准不统一，给船载北斗二代设备的使用 造成诸多不便，同时也增加了施工难度和管理成本。
[0003] 目前船舶W太网执行标准为IEC 61162-450 (《海上航行与无线通信设备及系统 数据接口》Part 450:多方通话器和受话器的W太网互联），标准中没有定义船载北斗二 代设备如何接入船舶W太网，造成船载北斗二代设备接入船舶W太网困难。特别是在现行 的国际海事组织IM0海上安全委员会决议MSC.379(93)中关于"船载抓S(北斗)接收设备性 能标准"中要求必须符合IEC 61162的接口要求。而现行的IEC 61162-1和IEC 61162-2(海 上导航和无线电通信设备及系统数字接口第1部分:单通话器和多受话器)定义基于串口数 据格式，相应的IEC 61162-450的标准中未规定船载北斗二代设备接入船舶W太网的方法， 采用通常的串行口通信与W太网通信转换的解决方案无法满足IEC 61162-450标准的要 求。
[0004] 基于上述原因，需要一种协议转换设备及方法解决上述问题，为船载北斗二代设 备在船舶领域的广泛应用奠定基础。
【发明内容】
[000引本发明的目的是提供一种用于船载北斗二代设备数据采集、传输及连接船舶W太 网的通信协议转换系统，使得目前船载北斗二代设备能够用于符合IEC 61162-450标准的 船舶W太网。
[0006] 本发明的另一目的是提供一种上述协议转换系统的协议转换过程。
[0007] 为实现上述第一个目的，本发明提供如下技术方案： 一种适用于船载北斗二代设备与船舶W太网间进行互联的协议转换系统，包括： UART0模块，用于接收和发送符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数 据，采用RS422标准与船载北斗二代设备通讯； 北斗二代协议功能模块，按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进行构 建，处理船载北斗二代设备通讯数据，包括命令帖组建、数据帖解析和封装； 协议转换模块，将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的船载北斗二代 设备数据与符合IEC 61162-450标准的数据进行相互转换； IEC 61162-450协议功能模块，按照IEC 61162-450标准进行构建，实现IEC 61162-450 标准中规定的功能，包括逻辑设备中各程序流程的调度与管理、通讯协议相关功能的实现； 网络接口模块，用于接收和发送lEC 61162-450标准规定的数据，采用UDP多播服务协 议在符合IEC 61162-450标准的船舶W太网上进行通讯。
[0008] 所述UART0模块包括数据接收模块0、数据发送模块0和定时器0; 所述数据接收模块0，采用中段方式，将接收到的完整数据帖送给北斗二代功能模块进 行处理； 所述数据发送模块0，采用查询方式，将北斗二代数据帖封装模块的数据发送给船载北 斗二代设备； 所述定时器0，用于判断数据帖字节间超时。
[0009] 所述北斗功能模块由北斗二代数据帖解析、北斗二代数据帖封装两个模块构成； 所述北斗二代数据帖解析模块按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进 行数据帖解析，其入口为数据接收模块0的输出端，数据帖解析异常时将产生错误记录并生 成系统日志，将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到北斗二代 转IEC 61162-450数据标识模块； 所述北斗二代数据帖封装模块按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进 行识别，其入口为IEC 61162-450转北斗二代数据标识模块的输出端，生成符合NMEA0183标 准格式的数据;将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到数据发 送模块0。
[0010] 所述协议转换模块由北斗二代转IEC61162-450数据标识和IEC 61162-450转北斗 二代数据标识两个模块构成； 所述北斗二代转IEC61162-450数据标识模块将符合北斗卫星导航系统用户终端通用 数据接口标准的数据转换为IEC61162-450标准格式的数据，其协议转换过程如下： 输入数据遵守北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准，其中导航信息帖封装按 照IEC61162-450标准附录B规定进行封装，TAG块为： "UdPbC \t:MMSI,c:UTC,s:Source-identif ication,η:Line-count *ChecksumV' ； 其中："MMSr表示水上移动通信业务识别码，V :表示时间，"UTC"表示UT別寸间，W秒 为单位，"Checksum"表示校验码； 采用UDP多播服务发送数据至符合IEC61162-450标准的船舶W太网； 所述协议转换模块的IEC61162-450转北斗二代数据标识模块的功能是将符合IEC 61162-450标准的数据按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的规定进行查找 和转换，发送给北斗二代数据帖封装模块。
[0011] 所述IEC 61162-450协议功能模块包括Ξ个部分:逻辑设备、应用进程模块和标准 通信协议找； 所述逻辑设备只采用一个逻辑管理设备，将所有的对象全部放入逻辑设备中，包括功 能对象及数据对象； 所述应用进程模块完成IEC 61162-450标准的功能，包括IEC 61162-450标准数据的处 理、管理逻辑设备信息、响应各服务原语，如果运些服务原语符合IEC 61162-450标准则交 给通信协议找发送出去，否则交给协议转换模块进行处理； 所述通信协议找采用五层协议的体系协议找结构，通信协议找完成通信协议的封装， 包括应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层五个协议层，完成连接的建立、通信数据 帖的编码与解析、完整数据帖的封装、帖校验、w及帖格式及超时检测。
[0012] 所述IEC 61162-450协议功能模块采用IEC 61162-450标准中规定的自定义扩展， 自定义北斗导航信息抓加入多播组NAVD，多播地址239.192.0.4端口 60004，导航信息帖封 装发送的北斗二代定位数据处理信息在NAVD上进行多播。
[0013] 所述IEC 61162-450协议功能模块，其系统日志根据IEC 61162-450标准规定采用 UDP多播服务进行多播，多播地址为239.192.0.254，端口为514。
[0014] 所述IEC 61162-450协议功能模块，根据IEC 61162-450标准中自定义扩展的规 定，定义北斗状态抓ZT为多播组编号，多播地址为239.192.0.9，端口为60009，设备状态帖 封装发送的船载北斗二代设备状态信息在抓ZT上进行多播。
[0015] 所述网络接口模块包括数据发送模块1、数据接收模块1和定时器1; 所述数据接收模块的数据接收采用中断方式，将接收到的船舶W太网数据输送给通信 协议找进行后续处理； 所述数据发送模块的数据发送采用查询方式，将通信协议找的数据发送到船用W太 网； 所述定时器，用于判断帖字节间超时。
[0016] 为了实现第二目的，本发明提供如下技术方案： 本发明的协议转换过程如下： IEC 61162-450标准的通信过程是采用UDP多播式，在通信之前需要建立一个应用连 接，当协议转换系统连接船载北斗二代设备和船舶W太网时，通信流程开始，整个通信流程 如下： 第一步建立应用连接过程， 第1步:协议转换系统接入船舶W太网后，先建立物理层连接； 第2步:物理层建立连接后系统生成数据响应命令发给协议管理进程，协议管理进程响 应命令后发送数据帖建立数据链路层连接； 第3步:数据链路层连接建立后协议管理进程发送命令给网际层连接，根据本协议转换 系统配置的IP地址，建立网际层连接； 第4步：网际层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命令 建立运输层连接，本转换系统采用UDP多播协议进行通信； 第5步:运输层连接建立后发送数据响应命令至协议管 理进程，协议管理进程发送命令 建立应用层连接； 第6步:应用层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送指令 至应用进程，表明可W正常进行协议转换系统的数据通信； 第二步建立数据通信过程， 数据通信过程必须在建立了应用连接的前提下进行的； (1)船载北斗二代设备数据至船舶W太网的数据协议转换， 第1步:船载北斗二代设备发送数据帖经UART0接收模块接收、北斗二代协议功能模块 进行数据帖解析、协议转换模块进行数据转换后交给应用进程； 第2步:应用进程按照IEC 61162-450标准的规定，采用UDP通信协议，通过通信协议找 由网络接口模块发送数据至船舶W太网； (2)船舶W太网数据至船载北斗二代设备的数据协议转换， 第1步：网络接口模块接收船舶W太网的数据，通过通信协议找传输至应用进程，应用 进程按照IEC 61162-450标准的规定进行数据解析； 第2步:应用进程将处理完的数据交由协议转换模块进行数据转换，转换完的数据交由 北斗二代协议功能模块进行数据帖封装，并通过UART0发送模块发送至船载北斗二代设备。
[0017] 本发明提供的用于船载北斗二代设备与船舶W太网通信协议转换系统及其转换 过程，应用于符合《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口》标准的船载北斗二代设备和 符合IEC61162-450标准的船舶W太网运两个不同规约的系统之间，使得运两个不同规约的 系统之间可W进行正常的数据交换。因此本发明能使目前船载北斗二代设备用于符合 IEC61162-450标准的船舶W太网中，从而为船载北斗二代设备在船舶领域的推广应用奠定 了基础。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明协议转换系统硬件结构框图； 图2是本发明协议转换系统功能模块框图； 图3是本发明协议转换系统IEC 61162-450功能模块通信协议找的结构图； 图4是本发明协议转换系统IEC 61162-450 UDP多播数据格式。
【具体实施方式】
[0019] 本发明协议转换系统具有两个通讯端口，一个通讯端口用于与符合《北斗卫星导 航系统用户终端通用数据接口》标准的船载北斗二代设备通讯；另一个通讯端口与采用IEC 61162-450标准的船舶W太网进行通讯。运样就把符合《北斗卫星导航系统用户终端通用数 据接口》标准的船载北斗二代设备和符合IEC61162-450标准的船舶W太网运两个通讯系统 连接起来，使之两个系统实现了数据交换。从而实现了本发明要达到的技术目的。
[0020] 如图1所示，本发明的协议转换系统包括电源模块、MCU、存储器、复位模块、UART0 和网络接口。
[0021] 电源模块为协议转换系统各个模块提供电源。
[0022] MCU是连接船载北斗二代设备与船舶W太网络的协议转换系统的核屯、，用于执行 程序代码、完成协议转换功能。
[0023] 存储器用于存放协议转换系统的程序及配置信息，包括IP地址、串行通信波特率 等?目息。 复位模块采用当程序出现故障时产生复位信号能重启系统的硬件看口狗，利用一个定 时器电路，其定时输出连接到电路的复位端，程序在一定时间范围内对定时器清零，因此程 序正常工作时，定时器总不能溢出，也就不能产生复位信号，如果程序出现故障，不在定时 周期内复位看口狗，就使得看口狗定时器溢出产生复位信号并重启系统。
[0024] UART0采用串行数据通讯方式，运里采用RS422接口进行全双工通信，RS422接口按 照ΤΙΑ/ΕΙΑ-422-Α标准进行构建。
[002引网络接口按照ΙΕ邸802.3标准构建，通过RJ45接口连接到船舶W太网。
[0026]如图2所示，连接船载北斗二代设备与船舶W太网络的协议转换系统分为5个模 块，分为:UARTO模块、北斗功能模块、协议转换模块、IEC61162-450协议功能模块、网络接口 模块，下面进行分别说明。
[0027] UUART0 模块 本模块的功能就是接收和发送船载北斗二代设备数据包，即通过附图1中UART0接口采 用二进制流数据传输ASCII，它包括数据接收模块0、数据发送模块0和定时器0。
[0028] (1)数据接收模块0采用中断方式，数据接收模块将接收到的完整数据帖送给北斗 二代数据帖解析模块进行后续处理； (2) 数据发送模块0采用查询方式，数据发送模块负责将北斗二代数据帖封装模块发来 的数据发送给船载北斗二代设备； (3) 定时器0用于判断帖字节间超时。
[0029] 2、北斗二代协议功能模块 北斗二代协议功能模块的主要功能是处理船载北斗二代设备通讯数据，按照《北斗卫 星导航系统用户终端通用数据接口》标准构建，由北斗二代数据帖解析、北斗二代数据帖封 装两个模块构成。
[0030] (1)北斗二代数据帖解析模块 本模块的入口为:UART0的数据接收模块的输出端，按照《北斗卫星导航系统用户终端 通用数据接口》标准进行数据帖解析，数据帖解析异常时将产生错误记录并生成系统日志； 本模块的出口为:符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据，发送到 北斗二代转IEC61162-450数据标识模块的输入端； (2)北斗二代数据帖封装模块 本模块的入口为IEC61162-450转北斗二代数据标识模块的输出端，按照《北斗卫星导 航系统用户终端通用数据接口》标准进行识别，生成符合NMEA0183标准格式的数据，NMEA 0183标准是美国国家海洋电子协会(化tional Marine Electronics Association )为海 用电子设备制定的标准格式。； 本模块的出口是将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到 UART0数据发送模块的输入端。
[0031] 3、协议转换模块 协议转换模块的功能根据《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口》标准查找 IEC61162-450标准中规定标识的数据，并把本数据转换为符合《北斗卫星导航系统用户终 端通用数据接口》标准的数据;把符合《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口》规定的 数据按照IEC61162-450标准进行重新构建。本模块由北斗二代转IEC61162-450数据标识和 IEC61162 -450转北斗二代数据标识两个模块构成。
[0032] (1)北斗二代转IEC61162-450数据标识模块 本模块的功能是将船载北斗二代设备数据中符合《北斗卫星导航系统用户终端通用数 据接口》标准的数据转换为IEC 61162-450标准格式的数据。
[0033] 本模块的入口 ：北斗二代数据帖解析模块的输出端，数据格式为NMEA0183标准。
[0034] 本模块的出口 ： IEC 61162-450协议功能模块的应用进程模块的输入端。
[00巧](2) IEC61162-450转北斗二代数据标识模块 本模块的功能是将IEC 61162-450标准格式的数据按照《北斗卫星导航系统用户终端 通用数据接口》标准进行查找和转换，w提供给船载北斗二代设备。
[0036] 本模块的入口 ： IEC 61162-450协议功能模块的应用进程模块的输出端。
[0037] 本模块的出口：数据发给北斗二代数据帖封装模块的输入端，数据格式为 NMEA0183 标准。
[003引 4、IEC 61162-450协议功能模块 IEC 61162-450协议功能模块按照IEC61162-450标准进行构建，是支持本标准的核屯、 模块，其主要功能在于完成IEC61162-450标准的相关功能，包括逻辑设备及设备中各程序 流程的调度与管理、通讯协议相关功能的实现等。IEC 61162-450协议功能模块包括Ξ个部 分:逻辑设备、应用进程模块和标准通信协议找。
[0039] (1)逻辑设备 本发明所设及的协议转换系统是通过面向对象的数据模型来完成设备的构建的，本协 议转换系统只采用一个逻辑设备来管理所有逻辑设备，将所有的对象全部放入逻辑设备 中，包括功能对象及数据对象，运些对象共同构建IEC 61162-450协议功能模块的数据模 型。
[0040] (2)应用进程模块 本模块是完成IEC 61162-450标准的核屯、模块，其任务包括IEC 61162-450标准规定数 据的处理、管理逻辑设备信息、响应各服务原语。如果运些服务原始语句是与IEC 61162-450标准相关的则交 由交给通信协议找发送出去，否则交给协议转换模块进行处理。
[0041] (3)通信协议找 通信协议找采用五层协议的体系协议找结构，通信协议找完成了通信协议的封装，包 括应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层五个协议层，主要包括连接的建立、通信数 据帖的编码与解析、完整数据帖的封装、帖校验、W及帖格式及超时检测等。通信协议找具 体结构如图4所示。
[0042] 5、网络接口模块 网络接口模块的主要功能是接收和发送IEC 61162-450标准协议数据包，即二进制流 数据。它包括数据发送模块1、数据接收模块1和定时器1。
[0043] (1)数据接收模块1 数据接收采用中断方式，将接收船用W太网数据后传给通信协议找进行后续处理； (2)数据发送模块1 数据发送采用查询方式，负责将IEC61162-450标准协议功能模块通信协议找的数据发 送到船用W太网。
[0044] (3)定时器 1 定时器1用于判断帖字节间超时； 如图3所示，上述协议转换系统的协议转换过程如下： IEC 61162-450标准的通信过程是采用UDP多播式，在通信之前需要建立一个应用连 接。当协议转换系统接入船舶W太网时，通信流程开始。整个通信流程如下： 1、建立应用连接过程 第一步:协议转换系统接入船舶W太网后，先建立物理层连接； 第二步:物理层建立连接后系统生成数据响应命令发给协议管理进程，协议管理进程 响应命令后发送数据帖建立数据链路层连接； 第Ξ步:数据链路层连接建立后协议管理进程发送命令给网际层连接，根据本协议转 换系统配置的IP地址，建立网际层连接； 第四步：网际层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命 令建立运输层连接，本转换系统采用UDP多播协议进行通信； 第五步:运输层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命 令建立应用层连接。
[004引第六步:应用层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发 送指令至应用进程，表明可W正常进行协议转换系统的数据通信。
[0046] 2、数据通信过程 数据通信过程必须在建立了应用连接的前提下进行的。
[0047] (1)船载北斗二代设备数据至船舶W太网的数据协议转换 第一步:船载北斗二代设备发送数据帖经UART0接收模块接收、北斗二代协议功能模块 进行数据帖解析、协议转换模块进行数据转换后交给应用进程； 第二步:应用进程按照IEC 61162-450标准的规定，采用UDP通信协议，通过通信协议找 由网络接口服务模块发送数据至船舶W太网。
[0048] (2)船舶W太网数据至船载北斗二代设备的数据协议转换 第一步：网络接口服务模块接收船舶W太网的数据，通过通信协议找传输至应用进程， 应用进程按照IEC 61162-450标准的规定进行数据解析。
[0049] 第二步:应用进程将处理完的数据交由协议转换模块进行数据转换，转换完的数 据交由北斗二代协议功能模块进行数据帖封装，并通过UART0发送模块发送至船载北斗二 代设备。
[0050] 如图4所示，当北斗二代定位数据处理向导航信息帖封装按照《北斗卫星导航系统 用户终端通用数据接口》标准发送定位信息数据，数据符合NMEA0183标准，例如： ッ抓GGA，123519,4807.038，N，01131.000，E，1，08,0.9,545.4，M，46.9， M, ,*47<0x0DX0x0A>" 导航信息帖封装按照IEC 61162-450标准及其附录B规定将其封装。TAG块为"UdPbC \ t:MMSI,C:UTC,S:Source-identification，n:Line-count *ChecksumV' 其中："MMsr表示水上移动通信业务识别码，V :表示时间；"UTC"表示UT別寸间，w秒 为单位。"Checksum"表示校验码。
[0051] 封装数据为： "UdPbC \t:412607000，C:1424893517，S:抓0001，n:987巧0\$GPGGA，123519， 4807.038，N，01131.000，E，1，08，0.9，545.4，Μ，46.9，Μ，，*47<0x0DX0x0A〉" 其中： "UdPbC "为IEC 61162-450协议规定的多播表示符号； "t: 412607000"中表示文本/'412607000"表示水上移动通信业务识别码MMSI; "C: 1424893517"中V表示时间/'1424893517"表示UTC时间，对应北京时间"2015/ 2/26 3:45:ir； "S:抓000Γ中V'表示信息来源，"B护表示船载北斗二代设备/'000Γ表示顺序号； "η: 987"中V表示行数，"987"表示行数值，有相同标识符(例如IGPGGA")信息帖的语 句行数值从0到999循环输出； "11:987巧0"中"*"为分隔符； "η: 987巧沪中"20"为CRC校验码。
[0052] UDP多播服务发送数据至船舶W太网。
[0053] 当船载北斗二代设备状态数据处理按照《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接 口》标准向设备状态帖封装发送接收状态信息数据，例如： 1 抓BSI，3,4,0,2，0,0,3,5，0,0,0,0*抓 <0x0D〉<0x0A>" 设备状态帖封装按照IEC61162-450标准规定将其封装，其中TAG与导航信息帖封装的 TAG数据格式相同，封装后数据为： "UdPbC \t: 412607000，C: 1424893517，S:抓0001，η: 453巧4\$抓851，3，4，0，2， 0,0,3,5，0,0,0,0巧D<0x0D〉<0x0A>" 船载北斗二代设备指令封装按照《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口》规定通 过发送模块向船载北斗二代终端设备发送定位模式设置数据，例如： 1CCMSS ,Z,2,B1,A,B3,P,, *36<0x0DX0x0A>" 错误报告将捕捉到的北斗二代功能模块的错误报告发送到错误日志，按照lEC 61162-450中4.3.3的规定生成错误日志如下： "1311 20150204X23:10:20-01:00 192.168.103.250 450-BDT - 102 - data header error" 系统日志帖封装按照lEC 61162-450标准规定将其封装，其中TAG与导航信息帖封装的 TAG格式数据相同，封装后数据为 "UdPbC \t:412607000，c: 1467543517，s:抓ΟΟΟΙ,η:187巧F\1311 20150204 T23:10:20-01:00 192.168.103.250 450-抓Τ - 102 - data header error" 表1列出了北斗二代定位信息UDP多播服务地址。
[0054] 表 1
采用IEC 61162-450中自定义扩展，自定义抓(北斗导航信息)加入多播组NAVD，多播地 址239.192.0.4端口 60004。导航信息帖封装发送的北斗二代定位数据处理信息在NAVD上进 化多播。 表2列出了船载北斗二代设备状态信息UDP多播服务地址。
[00巧]表2
采用IEC 61162-450中自定义扩展，定义为BDZT(北斗状态）多播组编号，多播地址 239.192. ο. 9端口 60009。设备状态帖封装232发送的船载北斗二代设备状态信息在抓ΖΤ上 进行多播。
[0056] 表3列出了船载北斗二代设备日志多播服务地址。
[0057] 表 3
船载北斗二代设备错误日志由系统日志帖封装，按照IEC61162-450标准中规定系统日 志多播组的要求在多播地址239.192.0.254端口 514上由UDP多播服务进行多播。
【主权项】
1. 一种适用于船载北斗二代设备与船舶以太网之间进行互联的协议转换系统，其特征 在于:包括 UARTO模块，用于接收和发送符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数 据，采用RS422标准与船载北斗二代设备通讯； 北斗二代协议功能模块，按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进行构 建，处理船载北斗二代设备通讯数据，包括命令帧组建、数据帧解析和封装； 协议转换模块，将符合北斗卫星导航系统用户 终端通用数据接口标准的船载北斗二代 设备数据与符合IEC61162-450标准的数据进行相互转换； IEC61162-450协议功能模块，按照IEC61162-450标准进行构建，实现IEC61162-450 标准中规定的功能，包括逻辑设备中各程序流程的调度与管理、通讯协议相关功能的实现； 网络接口模块，用于接收和发送IEC61162-450标准规定的数据，采用UDP多播服务协 议在符合IEC61162-450标准的船舶以太网上进行通讯。2. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述UART0模块包括数据接收模块 〇、数据发送模块〇和定时器〇; 所述数据接收模块〇，采用中段方式，将接收到的完整数据帧送给北斗二代功能模块进 行处理； 所述数据发送模块〇，采用查询方式，将北斗二代数据帧封装模块的数据发送给船载北 斗二代设备； 所述定时器〇，用于判断数据帧字节间超时。3. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述的北斗功能模块由北斗二代数 据帧解析、北斗二代数据帧封装两个模块构成； 所述北斗二代数据帧解析模块按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进 行数据帧解析，其入口为数据接收模块〇的输出端，数据帧解析异常时将产生错误记录并生 成系统日志，将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到北斗二代 转IEC61162-450数据标识模块； 所述北斗二代数据帧封装模块按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准进 行识别，其入口为IEC61162-450转北斗二代数据标识模块的输出端，生成符合NMEA0183标 准格式的数据;将符合北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的数据发送到数据发 送模块0。4. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于：所述协议转换模块由北斗二代转 IEC61162-450数据标识和IEC61162-450转北斗二代数据标识两个模块构成； 所述北斗二代转IEC61162-450数据标识模块将符合北斗卫星导航系统用户终端通用 数据接口标准的数据转换为IEC61162-450标准格式的数据，其协议转换过程如下： 输入数据遵守北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准，其中导航信息帧封装按 照IEC61162-450标准附录B规定进行封装，TAG块为： "UdPbC\t:MMSI，c:UTC，s:Source-identification，n:Line-count氺Checksum\"； 其中："MMSI"表示水上移动通信业务识别码，"c" ：表示时间，"UTC"表示UTC时间，以秒 为单位，"Checksum"表示校验码； 采用UDP多播服务发送数据至符合IEC61162-450标准的船舶以太网； 所述协议转换模块的IEC61162-450转北斗二代数据标识模块的功能是将符合IEC61162-450标准的数据按照北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口标准的规定进行查找 和转换，发送给北斗二代数据帧封装模块。5. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述IEC61162-450协议功能模块 包括三个部分:逻辑设备、应用进程模块和标准通信协议栈； 所述逻辑设备只采用一个逻辑管理设备，将所有的对象全部放入逻辑设备中，包括功 能对象及数据对象； 所述应用进程模块完成IEC61162-450标准的功能，包括IEC61162-450标准数据的处 理、管理逻辑设备信息、响应各服务原语，如果这些服务原语符合IEC61162-450标准则交 给通信协议栈发送出去，否则交给协议转换模块进行处理； 所述通信协议栈采用五层协议的体系协议栈结构，通信协议栈完成通信协议的封装， 包括应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层五个协议层，完成连接的建立、通信数据 帧的编码与解析、完整数据帧的封装、帧校验、以及帧格式及超时检测。6. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述IEC61162-450协议功能模块 采用IEC61162-450标准中规定的自定义扩展，自定义北斗导航信息BD加入多播组NAVD，多 播地址239.192.0.4端口 60004，导航信息帧封装发送的北斗二代定位数据处理信息在NAVD 上进行多播。7. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述IEC61162-450协议功能模块， 其系统日志根据IEC61162-450标准规定采用UDP多播服务进行多播，多播地址为 239.192.0.254,端口为 514。8. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述IEC61162-450协议功能模块， 根据IEC61162-450标准中自定义扩展的规定，定义北斗状态BDZT为多播组编号，多播地址 为239.192.0.9，端口为60009，设备状态帧封装发送的船载北斗二代设备状态信息在BDZT 上进行多播。9. 根据权利要求1所述协议转换系统，其特征在于:所述网络接口模块包括数据发送模 块1、数据接收模块1和定时器1; 所述数据接收模块的数据接收采用中断方式，将接收到的船舶以太网数据输送给通信 协议栈进行后续处理； 所述数据发送模块的数据发送采用查询方式，将通信协议栈的数据发送到船用以太 网； 所述定时器，用于判断帧字节间超时。10. -种适用于船载北斗二代设备与船舶以太网间的协议转换系统的协议转换过程如 下： IEC61162-450标准的通信过程是采用UDP多播式，在通信之前需要建立一个应用连 接，当协议转换系统连接船载北斗二代设备和船舶以太网时，通信流程开始，整个通信流程 如下： 第一步建立应用连接过程， 第1步:协议转换系统接入船舶以太网后，先建立物理层连接； 第2步:物理层建立连接后系统生成数据响应命令发给协议管理进程，协议管理进程响 应命令后发送数据帧建立数据链路层连接； 第3步:数据链路层连接建立后协议管理进程发送命令给网际层连接，根据本协议转换 系统配置的IP地址，建立网际层连接； 第4步：网际层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命令 建立运输层连接，本转换系统采用UDP多播协议进行通信； 第5步:运输层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送命令 建立应用层连接； 第6步:应用层连接建立后发送数据响应命令至协议管理进程，协议管理进程发送指令 至应用进程，表明可以正常进行协议转换系统的数据通信； 第二步建立数据通信过程， 数据通信过程必须在建立了应用连接的前提下进行的； (1) 船载北斗二代设备数据至船舶以太网的数据协议转换， 第1步:船载北斗二代设备发送数据帧经UARTO接收模块接收、北斗二代协议功能模块 进行数据帧解析、协议转换模块进行数据转换后交给应用进程； 第2步：应用进程按照IEC61162-450标准的规定，采用UDP通信协议，通过通信协议栈 由网络接口模块发送数据至船舶以太网； (2) 船舶以太网数据至船载北斗二代设备的数据协议转换， 第1步：网络接口模块接收船舶以太网的数据，通过通信协议栈传输至应用进程，应用 进程按照IEC61162-450标准的规定进行数据解析； 第2步:应用进程将处理完的数据交由协议转换模块进行数据转换，转换完的数据交由 北斗二代协议功能模块进行数据帧封装，并通过UART0发送模块发送至船载北斗二代设备。
【专利摘要】本发明涉及一种船舶通信协议转换系统及转换过程，用于船载北斗二代设备与船舶以太网之间数据相互交换。协议转换系统UART0模块用于接收和发送船载北斗二代设备数据进行通讯；北斗二代协议功能模块用于识别及处理北斗二代定位数据、设备状态数据、系统日志数据，并向船载北斗二代设备发送北斗设备指令；协议转换模块用于将船载北斗二代设备数据与IEC？61162-450标准数据进行封装转换；IEC？61162-450协议功能模块通过逻辑设备及应用进程对通信协议栈的物理层、数据链路层、网际层、运输层、应用层进行管理，建立通讯链路；网络接口模块与船舶以太网建立网络连接进行通讯。因此本发明能使船载北斗二代设备用于符合IEC？61162-450标准的船舶以太网中，为在船舶领域应用奠定基础。
【IPC分类】H04L29/06
【公开号】CN105491037
【申请号】CN201510886499
【发明人】聂建涛, 苏华平, 韩胜宇, 王红蕾
【申请人】大连陆海科技股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月7日
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