船舶導航系統網絡通信關鍵技術研究

錢阿朝　王曉 李卓琳

摘要：近年來，隨著科學技術的發展以及社會經濟的進步，我國的船舶制造業發展也取得了卓越的成就。現階段，船舶航行時的航行范圍更大、船舶結構更復雜，這就要求船舶導航系統的網絡通信技術必須具備過硬的質量和先進的技術，從而保障船舶航行過程中的導航能力的提供。本文對當下船舶導航系統的網絡通信關鍵技術做了研究，并深入分析了這些關鍵技術的具體實現方案，以期進一步提升現代船舶導航系統的網絡通信能力。

關鍵詞：船舶導航系統；網絡通信；關鍵技術

一、傳統的船舶導航系統網絡通信技術分析

傳統的船舶導航系統多采用單一串口進行導航設備的連接，并通過二進制補碼的形式進行船舶導航通訊。這種導航系統操作簡單，通訊范圍遠，但是導航設備的信息傳遞是挨個傳遞的，因此，信息傳遞速度較慢，同時，這種導航系統存在著線路復雜的缺點。

二、新型導航系統網絡通信系統和技術簡介

2.1通信網絡方案

傳統的船舶導航系統的通信接口采用的是RS-422A特性標準的，這種通訊接口的優點在于結構及線路之間的連接方式簡單快捷，且可傳播范圍較遠，對于位置獨立、信息點對點傳播的設備有利。而采用控制器局域網絡總線，能夠適用于信息點對點、點對面的多種傳播方式，保障了多點信息在進行信息數據傳遞時不會出現相互沖突，避免了信息丟失等問題的發生。控制器局域網絡總線網絡是一種底層控制網絡，具有極強的操作性；同時，控制器局域網絡總線能夠與以太網技術實現有效結合，實現通信傳輸的多樣性；另外，控制器局域網絡總線網絡還能夠解決船舶設備對通訊網絡的影響。在實際的通信網絡方案選擇過程中，可以通過船舶的具體使用情況和協議要求進行適當地通信網絡構建。

2.2通信網絡的體系結構分析

傳統的通信系統限制了信息傳輸方式，導致通訊效率過低。而控制器局域網絡總線和以太網相互結合能夠有效擴大通訊范圍、保障通訊信息的穩定性，因此，現階段的船舶通信技術均采用了這種通訊方案。現代船舶導航系統的通訊結構主要包括以下幾個方面：

數字導航設備和控制器局域網絡總線網絡構成了網絡通信總線，在總線上的多串口卡基礎上，通過局域網絡總線通訊卡來為CAN總線提供通訊能力，避免了其他通訊設備被破壞之后整個線路無法進行通訊的問題。

2.3導航系統成分組成

現階段的傳播導航系統實現了從串口到控制器局域網絡總線網絡的整體改進，傳統的船舶導航設備以及綜合導航顯控臺的串口已經不能滿足當下的船舶導航要求，必須將其升級為控制器局域網絡接口，從而使得船舶通信系統實現統一的控制器局域網絡結構。倘若船舶導航系統的綜合導航顯控臺實現了控制器局域網絡化而接口仍保留串口形式時，必須在二者之間加入另一元件，從而實現串口向控制器局域網絡的轉化。但是這種借助中間元件進行的船舶導航系統改造并不徹底，在實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航顯控臺與導航設備之間的復雜連接線路；第二，各導航設備以及導航系統之間的通訊信息仍然不能實現共享傳播；第三，由于中間元件的加入，使得綜合導航顯控臺內的信號及線路更加復雜，通信系統更容易出現故障。

為有效解決以上問題，現階段的船舶導航系統的網絡結構及組成成分主要包括以下幾個方面：在控制器局域網絡控制總線上，分別連接有各種導航設備的CAN接口通訊卡，控制器局域網絡總線通過CAN通訊卡實現了與以太網卡的相互結合，從而實現了二者之間的網絡連接。

三、現代船舶導航系統網絡通信關鍵技術的研究現狀

3.1CAN總線通信接口電路的設計

控制器局域網絡總線控制器實現了網絡層次的數據鏈路層和物理層的穩定性，從而為網絡通信質量提供了保障。控制器局域網絡總線控制器是通過可編程芯片與邏輯線路的組合來實現以上工作內容的。現階段，控制器局域網絡控制器主要包括兩個控制器、一個總線驅動器以及高速光電隔離器等四個結構。控制器局域網絡的控制器主要由微處理器進行初始化，從而實現信息傳輸數據的接收以及發送。而在控制器正常工作時，容易受到控制器局域網絡節點的干擾導致信息的傳遞以及接收出現遺漏等問題，因此，在實際的通信網絡設計過程中，控制器并不是直接與驅動器進行連接的，而是通過高速光耦作為連接器實現二者的連接。通過高速光耦的應用，實現了控制器局域網絡總線上各個節點所連接導航設備的相互獨立性。

3.2以太網通信接口電路設計

為了確保船舶導航系統的導航設備能夠將數據通過以太網卡呈遞至綜合導航控制臺，在實際的設計過程中需要為與綜合導航顯控臺相連接的以太網卡設計專門的通信接口電路。具體設計時需要盡可能降低信息傳遞成本，并使得內部連接線路簡化，現階段我國船舶導航系統采用的是RTL8019AS以太網通信接口芯片。在芯片內部置入收發器，能夠在保障電路簡化的同時實現雙電容電路傳導下的雙工通訊。

3.3通信網絡的可靠性設計

為提高導航系統的穩定性和通信過程的安全性，通常在導航系統中進行冗余的設計，但是冗余的加入又會增加導航系統的線路復雜性和體積。因此，為確保系統結構簡單的同時又能夠保障信息傳輸過程中的可靠性，需要提高冗余技術的設計水平。

四、結語

傳統的船舶導航系統存在著系統線路負責，信息傳輸穩定性與安全性差等問題，因此，可以通過采用控制器局域網絡總線取締串口進行導航設備連接、以太網絡代替傳統單串口進行導航通訊等技術，從而達到提升傳播導航能力以及導航穩定性、安全性的目的。通過以上技術的使用，能夠有效提高我國船舶導航系統網絡通信技術水平，促進我國航海事業的進一步發展。

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