基于嵌入式服務器的多模航行信息接收系統設計

崔國友，韓小明

(1.上海航保修理廠，上海 200083;2.上海埃威航空電子有限公司，上海 200233)

現有的船舶自動識別系統、航行告警接收機［1］和氣象傳真接收機［2-3］大多是單一設備，體積大、功能單一，且不具備外部的數據通訊接口，彼此之間的信息不能互聯共享。隨著計算機信息和控制技術的快速發展，現代船舶信息自動化和集成化程度的日益提高，針對目前的現狀，設計了基于嵌入式服務器的多模航行信息接收系統，不但可以很好的替代上述的單一設備，而且還具有良好、便利的擴展性能。操作和打印，另外1臺顯示器除不能進行系統參數設置外，其他功能與主顯示器相同;顯示器與主機之前采用100 M以太網進行通訊，另外預留有其它接口可以很方便地與船上的綜導臺、雷達等設備進行通訊。

圖1 系統組成框圖

1 系統組成

系統主要由主機單元和顯示器單元2部分組成，系統框圖如圖1所示，其中主機單元主要包括嵌入式服務器、射頻接收模塊和熱敏打印模塊，顯示器單元包括2個顯示器，可以根據操作需要放置在不同的地方，其中1臺顯示器可以設置為主顯示器，主顯示器可以進行系統參數設置、信息察看、

2 系統工作原理

主機的射頻接收模塊含有3部分的接收電路，通過軟件無線電解碼技術可以工作在多種模式下，分別接收船舶識別 (AIS)、航行告警 (NAVTEX)和氣象傳真 (FAX)的射頻信號，AIS工作在VHF頻段 (161.975 MHz、162.025 MHz)，且有發射功能，使用1根甚高頻天線，NAVTEX(518 kHz、4 209.5 kHz)和FAX(110 kHz～27 MHz)使用1根中高頻天線。

主機嵌入式服務器模塊接收來自航行告警、船舶識別和氣象傳真的信息，實現協議解析、接口控制，以及與顯示器和熱敏打印機進行數據交互功能。顯示器可以根據需要顯示電子海圖導航、船舶信息、航行告警和氣象傳真圖像，也可進行歷史數據查看和打印等操作。

3 嵌入式服務器設計

主機數據處理模塊的性能對于整個系統的運行至關重要，不但要穩定可靠，而且要能快速響應客戶端的請求指令，為此設計了AIS數據、NAVTEX報文和FAX圖像的數據庫，更重要的是內建了嵌入式服務器［4］，實現了圖文的多客戶端分發，并實現了對多客戶端圖文調閱請求的快速響應。

主機的嵌入式服務器的功能框圖如圖2所示。

圖2 嵌入式服務器的功能框圖

為了增強系統通訊的可靠性和快速響應的能力，在協議設計時特別設計了下面的多種通訊協議方式。

UDP組播通訊主要用于推送各個服務的健康狀態 (心跳包)、船舶識別報文、航行告警最新信息、氣象傳真最新傳真圖以及導航報文。

UDP單播通訊主要用于顯示端或系統控制服務 (線程)可以與主機的船舶識別信息處理線程、航行告警信息處理線程、氣象傳真信息處理線程、打印服務以及監控模塊進行點對點通訊，發送必要的指令以獲得需要的信息。

UDP分塊傳輸可以傳輸比較大的數據，傳輸的報文分為報文頭和報文凈載荷 (數據)，接收端應該根據收到的報文頭重新組裝，以得到原始的數據。在必要時可以發送重傳指令要求發送端重新發送某個數據包。

TCP通訊主要用于獲取主機 (顯示端)的IP地址和通訊端口，此通訊方式下，需要對每一個命令做出回應，以得到一個明確的命令收妥確認。

嵌入式服務器的程序中包括了自檢程序、看守程序、協議處理程序、監視程序和各個功能的子程序。

編程語言為C語言，可以最大程度地發揮其作為系統編程語言的特點，優點是代碼易維護，結構性強，程序執行速度快，缺點是代碼的編寫量稍顯過大，對編程人員的要求較高，但對本項目來講，瑕不掩瑜。

圖3為嵌入式服務器的流程示意圖。

圖3 嵌入式服務器流程示意圖

4 航行信息的顯示處理

顯示器可以顯示S57格式的電子海圖，可以在海圖上實時顯示AIS船舶信息，可以顯示和打印航行告警信息、氣象傳真圖像，操作方式為觸摸屏方式，操作便捷、靈活。

電子海圖界面如圖4所示，可以直接察看AIS船舶信息。

圖4 電子海圖界面圖

圖5是航行告警信息，可以進行信息查看和打印操作。

圖5 航行告警信息圖

圖6是接收到的氣象傳真圖，可以根據需要進行旋轉、反色、放大、縮小和打印等操作。

5 結束語

圖6 氣象傳真圖像

通過采用嵌入式服務器技術，在相應的硬件平臺和軟件系統的支持下，使傳統的數據收發系統轉變為具備了以TCP/IP為底層通訊協議，網絡技術為核心的基于網絡數據傳輸和管理系統。在此技術下，各個顯示器則成為了客戶端，服務器配置程序為客戶端提供了一個基于C/S模式的通訊接口，可接收客戶端請求、解析客戶端請求、向客戶端發送響應信息。嵌入式服務器采用動態管理技術，可靈活地實現與多個客戶端進行交互，例如數據查詢、實時狀態查詢等。本系統解決了目前船載信息設備功能單一的問題，具有較大的經濟效益和市場推廣價值。

［1］GB/T 18766-2009，奈伏泰斯系統技術要求 ［S］.

［2］GB/T 18913-2002，船舶與海上技術船用氣象圖傳真接收機 ［S］.

［3］胡廣書.數字信號處理一理論、算法與實現［M］.北京:清華大學出版杜，2003.

［4］高云鵬.嵌入式Web服務器的研究與實現 ［D］.北京:北京郵電大學，2004.