（通信与信息系统专业论文）vts信息共享与显示系统关键技术的研究.pdf

中文摘要 摘要 随着信息技术的飞速发展和船舶交通量的快速增加，我国的v t s ( v e s s e l t r a f f i cs e r v i c e s ) 也迎来了高速发展时期。但由于我国沿海沿江各v t s 系统都处于 独立工作状态，究其原因，是因为各个v t s 中心所采用的是不同厂商的v t s 系统， 所以信息标准不一、信息共享与交换渠道不畅，形成了许多的“信息孤岛 ，造 成了各v t s 中心之间的信息资源开发利用水平不高，信息资源没有充分发挥效益。 同时航运业的蓬勃发展，使得各航运企业、引航站、海事救助系统等对v t s 信息 需求也日益增加。 针对这一现状，本文主要结合在国家西部项目“v t s 、a i s 与公网监控系统信 息共享技术研究”中所遇到的实际问题和需求，对v t s 信息全国联网可行性进行 了分析，对信息交换的数据格式进行了研究，并利用v c + + 6 o 对v t s 信息共享进 行了软件设计，主要的研究成果有以下几个方面： ( 1 ) 对全国v t s 系统联网结构进行了分析，通过对广域网通信链路方式的分 析对比，选择采用d d n 作为v t s 联网的通信链路。 ( 2 ) 分析国内外关于v t s 信息交换的格式研究状况，提出了在工程实践用的 信息共享数据格式和通信协议格式。 ( 3 ) 完成了对两套v t s 系统的船舶动态跟踪信息的采集( 包括串i ：3 和f t p 两 种方式) ，信息标准转化，信息处理与传输和信息显示的系统软件的设计。 ( 4 ) 在完善信息共享显示平台中，采用电子海图作为共享服务器的显示平台， 完成了对s 5 7 数据源的录入和显示，并且转换自定义格式，采用更有效的数据结 构大大提高了电子海图的显示速度。 其中信息采集、信息处理与传输软件已成功应用于国家西部项目中，并取得 了良好的效果。 关键词：v t s ；信息共享；网络通信；电子海图 英文摘要 s t u d yo nk e yt e c h n o l o g yo f t h ei n f o r m a t i o ns h a r i n ga n dd i s p l a y s y s t e mi nv t s a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n ds h i pt r a f f i c ，c h i n a s v t s ( v e s s e lt r a f f i cs e r v i c e s ) a l s or e a r c hap e r i o do fh i g h - s p e e dg r o w i n g h o w e v e r ，a s c h i n a sv t ss y s t e m si nc o a s t a lr e g i o n sw o r k i n gi n d e p e n d e n t l y ，t h ev t sc e n t e r sa d o p t d i f f e r e n ts y s t e mo fd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r s ，s ot h a td i f f e r e n ts t a n d a r d so fi n f o r m a t i o n , i n f o r m a t i o ns h a r i n ga n de x c h a n g ec h a n n e l sp o o rf o r mal o to f i n f o r m a t i o ni s l a n d s ”a s ar e s u l t ，t h el e v e lo fd e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fi n f o r m a t i o nr e s o u r c e si nv t s c e n t r e si sn o th i g h ，i n f o r m a t i o nr e s o u r c e sh a sn o tb e e nf u l l ye f f e c t i v e a tt h es a n l et i m e ， t h ev i g o r o u sd e v e l o p m e n to ft h es h i p p i n gi n d u s t r ym a k e st h es h i p p i n gc o m p a n y ，p i l o t s t a t i o n , t h em a r i n en e e dv t ss y s t e mi n f o r m a t i o no nt h ei n c r e a s i n gd e m a n d i nv i e wo ft h i ss t a t u sq u ow i t ht h ea c t u a lp r o b l e m sa n dn e e d si nt h ep r o j e c to ft h e w e s tr e g i o n s ，t h et h e s i sa n a l y s e st h ef e a s i b i l i t yo fan a t i o n a ln e t w o r ko ft h e i n f o r m a t i o na n dt h ed a t af o r m a t u s i n gv c + + 6 0a st h et o o l ，id e s i g n e das o f t w a r e p l a t f o r mf o rs h a r i n gt h ei n f o r m a t i o n t h em a i nr e s e a r c h f r u i t si n t h i st h e s i sa r e c o n s t i t u t e db ys e v e r a lf r a c t i o n s ： ( 1 ) a n a l y z et h es t r u c t u r eo fi n t e r c o n n e c t i o nt h r o u g ht h ew i d ea r e an e t w o r k l i n ko f v t s s y s t e m ，o p tf o rt h ed d n n e t w o r kv t sa sac o m m u n i c a t i o nl i n k ( 2 ) a n a l y z et h es i t u a t i o no fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a li n f o r m a t i o ne x c h a n g e0 1 1 t h ev t sa b o u tt h ef o r m a to ft h es i t u a t i o n ；p u tf o r w a r dt h es h a r i n gi n f o r m a t i o no nd a t a f o r m a t sa n dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lf o r m a ti ne n g i n e e r i n gp r a c t i c e ( 3 ) c o m p l e t e dt h ec o l l e c t i o n o ft w o s h i p sv t ss y s t e md y n a m i ct r a c k i n g i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n ( i n c l u d i n gs e r i a la n df t pb o t h ) ，i n f o r m a t i o n s t a n d a r d s c o n v e r s i o n ，i n f o r m a t i o np r o c e s s i n ga n dt r a n s m i s s i o no fi n f o r m a t i o na n dd i s p l a y s y s t e m sf o rs o f t w a r ed e s i g n ( 4 ) i m p r o v ei n f o r m a t i o ns h a r i n gs e r v i c e sp l a t f o r m ，u s i n ge l e c t r o n i cc h a r td i s p l a ya sa s h a r i n gs e r v e rp l a t f o r m ，c o m p l e t e d t h ei n p u ta n dd i s p l a yo fs - 5 7d a t a , a n dc u s t o m 英文摘要 f o r m a tc o n v e r s i o n ，t a d o p tm o r ee f f i c i e n td a t as t m c t u r ew h i c hg r e a t l yi n c r e a s e st h e s p e e do f e l e c t r o n i cc h a r td i s p l a y t h ei n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n ，i n f o r m a t i o np r o c e s s i n ga n dt r a n s m i s s i o ns o f t w a r eh a s b e e ns u c c e s s f u l l yu s e di nt h ew e s t e r nc o u n t r i e sp r o j e c t ，a n dh a v ea c h i e v e dg o o d r e s u l t s k e yw o r d s ：v t s ；i n f o r m a t i o ns h a r i n g ；n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ；e c d i s 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文! y ! 墨篮星基室皇显丞丕缠苤毽堇苤的硒宜：。除论 文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经 公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：李珊2 0 0 8 年2 月2 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法 ，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密日( 请在以上方框内打“) 做作者签名：彦弓磊聊签名：棚鹕 日期：加p 2 年3 月哆日 v t s 信息共享与显示系统关键技术的研究 第1 章绪论 1 1 引言 随着我国航运事业的迅猛发展，港口及水道的交通监控及管理显得日益重要。船舶 交通管理( 服务) 系统( v e s s e lt r a f f i cs e r v i c e ，简称v t s ) ，是主管当局实施的，用于 提高船舶交通安全和效率及保护环境的服务。在v t s 覆盖水域，这种服务应能与交通 相互作用并对交通形势的变化做出反应【l 】。具体而言，这个系统是指用先进的信息系统 和现代的管理方法，对水域中的船舶进行交通信息控制，从而对船舶交通实施动态管理。 我国海事部门在“十一五”规划建设目标中明确提出：到2 0 1 0 ，全面实现海事部门的“监 管立体化，反应快速化，管理信息化 。届时水上交通安全预控、监控能力明显加强， 能为航海人员提供全方位、方便、快捷的助航服务，水上安全监督管理和船舶污染事故 控制能力达到中等发达国家水平【2 1 。 自2 0 世纪8 0 年代以来，计算机技术开始应用于发达国家的交管系统。这个系统包 括：雷达子系统、v h f 子系统、综合雷达数据处理子系统、信息传输子系统、管理信息 子系统、c c t v 监控子系统、v h f 测向子系统、水文气象子系统等。伴随着信息技术的 高速发展，以电子计算机为中心的多种综合处理系统开始占主导地位，全国各海港和主 流水域的v t s 中心已经逐步向网络化迈进。本文针对v t s 网络化中的关键技术，如信 息采集，共享编码，显示系统的设计等问题进行了分析和研究，提出了一些切实可行的 方案，并在工程项目实践和课题研究期间在软件系统中得以实现。 1 2 国内外v t s 的研究状况及发展趋势 在船舶交通管理系统的技术发展历程中，有关国际组织的协调和相关法规的建设起 着重要作用：1 9 5 5 年，国际航标协会n l a ( i n t e r n a t i o n a la s s o c i a t i o no fl i g h t h o u s e a u t h o r i t i e s ) 第一次讨论了利用岸基雷达和v h f 无线电话通信来改善对船舶的交通管理： 1 9 8 5 年i m o 通过了由认l a 、i a p a ( 国际港口协会) 、i m p a ( 国际海上引水员协会) 和i f s m a ( 国际船长联盟委员会) 联合提交的( v t s 指南( i m o a 5 7 8 ( 1 4 ) 决议) ， 它对v t s 建立的目的、组成、功能、规划、管理、实施程序以及人员资格要求等提出 第1 章绪论 了基本指导性意见；随后于1 9 9 7 年，大会又通过了该决议的修订本，进一步明确了v t s 规划、建设、运行、和效益评估的基本原则和方法。新的v t s 指南对v t s 的正常 运行和建设发展发挥了积极重要的作用。 自1 9 4 8 年，英国道格拉斯港采用船用雷达建立了世界上第一个用于港口监视的雷 达站，使船舶交通管理有了第一次重大突破。到目前为止，全世界已建成并运行的船舶 交通管理系统约5 0 0 多个。 我国海岸线长达1 8 0 0 0 多公里，海域辽阔、港口林立、内陆河川遍布，航运业发展 十分迅速。我国的v t s 发展自2 0 世纪7 0 年代开始，大致可以分为3 个阶段： 第一个阶段是七十年代，主要是中后期的试验研究和组织准备阶段。随着中国航运 业的复苏，港口船舶交通密度增加并随之出现的压船、压港等现象，推动了对船舶交通 管理系统试验研究工作的进展。 第二个阶段是八十年代，这是我国船舶交通管理系统开始建设的初级阶段，先后在 宁波、秦皇岛、青岛、大连( 黄白嘴) 、连云港5 个港口建立了船舶交通管理系统。 第三个阶段是九十年代，这是中国v t s 全面建设发展阶段。在此期间，建立了沿 海营口、天津等1 2 个港口和水道的v t s ，长江下流南京、镇江等5 个v t s ，对大连、 秦皇岛、青岛、宁波等v t s 进行了改造。至此，中国沿海( 含香港) 和内河共有2 2 个 v t s ，覆盖了沿海大部分港口重要水域和长江下游的重要航段。 随着交通信息化的快速发展，为v t s 系统的发展积累了大量的信息资源，但是由 于各个v t s 系统通信标准不一、信息共享与交换渠道不畅，形成了许许多多的“信息 孤岛” 3 1 。而计算机网络技术的发展为这一问题的解决提供了技术支持。在一些发达国 家，v t s 已实现了与其它信息系统的信息交换，如美国的v t s 与水路信息系统的互联， 欧洲的v t m i s 项目中v t s 与交通运输系统的互联，m o v i t 项目中关于欧盟内v t s 系 统之间信息共享等。我国也开始着手这一领域的研究，因此，v t s 系统信息共享技术势 必成为今后v t s 系统发展的主流趋势【4 】【5 1 。 v t s 信息共享与显示系统关键技术的研究 1 3 研究内容和研究方法 本课题是为适应国家v t s 系统信息共享技术发展的要求，结合国家西部项目“v t s 、 a i s 与公网监控系统信息共享技术研究”和大连海事大学交通电子研究所与大显科技合 作承担大连市科技局研究项目“v t s 系统研究而提出的。本文研究的主要内容和采用 的方法如下： ( 1 ) 关于全国v t s 系统信息共享网络的整体框架分析。通过对广域网技术的分析以 及多种广域网通信方式的对比，选择中国公用数据i 网( d d n ) 来对各个水域v t s 中心进行 联网，形成全国v t s 交管网络系统。 ( 2 ) 对v t s 信息共享系统中的关键技术进行深入研究，并在工程实践中进行了软件 实现。首先是v t s 信息的采集，是指把由雷达采集到的船舶信息，经雷达数字化单元( d u ) 处理之后经过v t s 系统网络传入v t s 服务器的目标跟踪信息提取出来。其次是v t s 信息 交换格式标准化，参考国内外有关v t s 信息交换标准的基础上，并根据实际工程项目 的需要，以及参考多家v t s 系统设备厂商目前所采用的标准和规范，提出相应v t s 动 态数据的信息格式和通信协议。 ( 3 ) 课题中各关键技术的软件实现都是基于v c h 6 o 平台。其中对各v t s 系统中 目标跟踪数据的采集分别采用串口和f t p 实现。串口数据采集利用的是m f c ( m i c r o s o f t f o u n d a t i o nc l a s s ) 中的m i c r o s o f tc o m m u n i c a t i o n sc o n t r o l 串口通信组件进行编程；f t p 数据采集利用的是m f cw i n i n e t 类进行编程。从数据采集端到服务器端，采用的是基于 w i n s o c k 的网络通信技术完成。 ( 4 ) 对从多个v t s 系统采集到的数据，采用c s 模式，传输到信息综合显示服务器。 信息显示平台完成的主要功能是在电子海图上显示从各个v t s 系统采集的目标动态信 息，从数据库系统采集的目标静态信息等，将船舶的主要航行动态实时呈现。这里分配 一个辅助线程，用于从网口完成对动态信息( 已经按标准编码后的数据) 接收。而主线 程则完成海图的显示和人机界面。 电子海图的显示是运用符合i h o 国际标准的s 5 7 海图数据源搭建显示的软件平台， 然后以墨卡托坐标系和s 5 2 显示标准进行绘图。 第1 章绪论 1 4 研究成果和论文结构 1 4 1 研究成果 本文结合工程项目实践中所遇到的问题和要求，主要对v t s 信息共享网络系统中 的几个关键技术进行了研究。主要的研究成果有以下几个方面： ( 1 ) 对全国v t s 系统联网提出了整体框架，对系统联网的可行性进行了分析，提出 了v t s 信息联网模型，并通过多种广域网通信链路的分析对比，选择采用d d n 作为联 网链路。 ( 2 ) 参照国内外对v t s 信息交换格式的研究，提出了在工程实践用的信息共享数据 格式和通信协议格式。 ( 3 ) 完成了对两套v t s 系统的船舶动态跟踪信息的采集( 包括串口和f t p 两种方 式) ，信息标准转化，信息处理与传输和信息显示的系统软件的设计。 ( 4 ) 完成了对s 5 7 数据源的录入和显示，并且转换自定义格式，采用更有效的数据 结构大大提高了海图的显示速度。 ( 5 ) 完成多个系统的入机交互界面，在一个平台上可以显示来自不同v t s 系统的目 标跟踪数据，最终用于共享数据服务器，实现v t s 信息共享。 1 4 2 论文结构 本文以研究成果为主线展开，全文分为5 章，具体结构如下： 第一章绪论，阐述本课题的选题的原因，分析了国内外关于v t s 系统研究的技术 状况和发展趋势，并说明了课题研究的内容，系统结构以及研究成果。 第二章全国v t s 信息共享网络的结构分析。从网络系统上，对全国v t s 中心进行 联网进行分析，采取最优的数据通信链路方式。 第三章v t s 信息共享和显示标准化的研究。参考国外对v t s 信息交换的研究标准， 并对我国在v t s 信息交换数据格式上的研究情况进行讨论。显示平台标准化是为电子 海图的绘制提供标准依据。 v t s 信息共享与显示系统关键技术的研究 第四章v t s 信息采集与传输的研究。利用串口和f t p 对不同v t s 系统的雷达目标 跟踪数据进行采集、编码，为信息共享提供标准的信息源。并通过i n t e m e t 传送到信息 服务器端，完成标准格式动态信息的转换。 第五章v t s 信息共享显示平台的完善。这是对第四章中信息服务器的完善，利用 电子海图的显示平台，对从各个v t s 系统采集到的目标动态信息进行实时动态显示。 第六章结束语，为总结陈词。综合前面五章的内容，分析不足之处和提出今后改 进的设想。 1 5 本章小节 本章中，首先简要分析了船舶交通管理系统( v t s ) ，然后讨论了国内外v t s 系统 的发展状况和趋势。接着对本文研究内容，特别v t s 信息共享网络中的关键技术进行 了详细讨论。最后对研究成果和论文的结构进行了分析。 第2 章全国v r s 信息联网可行性分析 第2 章全国v t s 信息联网可行性分析 近年来，我国的v t s 建设发展迅猛。但这些以港e l 型为主的v t s 独立存在，缺乏 区域互连性。2 l 世纪是海洋的世纪，在信息技术不断革新的时代，v t s 信息网络应建 设成为一个能及时收集、处理和发布有关船舶交通情况和海上气象水文资料的信息服务 系统，为船舶提供必须的信息并进行相关水域的交通监控，同时利用计算机网络技术， 将沿海、沿江等对外开放水域的v t s 中心通过广域网互联，实现网络监控的大交管系 统，最终实现信息资源的共享。 2 1v t s 信息联网的必要性 v t s 系统联网有利于保障海上交通安全、提高交通效率和保护海洋环境，通过v t s 系统的联网，可以实现v t s 中心、海上救助局，海事管理部门、航运企业等之间的信 息共享。下面分别从v t s 的功能和v t s 信息需求两方面讨论v t s 网络建设的必要性和 紧迫性。 2 1 1v l s 的功能 v t s 的主要功能是对水域中的船舶提供信息服务、助航服务和交通组织服务，以及 协助服务和应急服务等6 1 。 ( 1 ) 信息服务 信息服务是一种确保船舶在航行决策过程中及时地获取必要信息的服务。这种信息 包括船舶交通状况( 位置，意图和目的地) ；v t s 区域( 所公布的界线、交通管理程序、 无线电频道、报告点) 信息的修改或变化；影响船舶航行的因素，如气象、能见度情况、 航行通告、助航设备状况等。 ( 2 ) 助航服务 助航服务是一项协助船舶做出航行决策，并监视其服务效果的服务，特别是在困难 的航行或气象条件下，或者是在船舶有故障或缺陷的情况下所实施的服务。 ( 3 ) 交通组织服务 交通组织服务是一项在v t s 区域内防止危险情况产生和保证交通安全的高效航行 v t s 信息共享与显示系统关键技术的研究 的服务。交通组织涉及航行的预先计划，特别适用于交通繁忙时或者有特种运输船只航 行可能影响到其它船舶交通流量的情况。 ( 4 ) 协作服务( 与联合服务、港口作业、应急服务和相邻v t s 的协作) 这是一种不需要增加船舶报告负担，而可以增加交通安全和效益，以及对环境的保 护和提高v t s 的有效性的支持活动。一般说来，它可以通过数据交换、共享数据库和 双方的活动协议来实现。 从信息服务和助航服务功能可以看出，海事管理部门如果要对航行中的船舶进行连 续监控，并提供优质服务的时候，v t s 中心之间的联网则是必须具备。比如从大连港开 往烟台港的船只，由于大连海事局使用的是法国s o f r e l o g 的v t s 系统，而烟台海事 局使用的是德国a t l a s 的v t s 系统，当船只驶出大连辖区进入烟台辖区，或是进入二 者交叉辖区时，这时对船只的动态跟踪数据则不能连续跟踪了，因此，v t s 中心之间的 联网对海上安全监督带来更高的保障。从交通组织服务和协作服务上可以看出，对于海 事管理部门与航运部门，救助部门之间的信息共享，则需要依赖于v t s 与这些网络之 间的信息联网。 2 1 2 共享信息的需求 通过v t s 联网，可以实现v t s 与海事管理部门、海上搜救部门、港口和航运部门、 智能交通系统( i i s ) 之间的信息共享，有利于保障海上交通安全、提高交通效率和保护 海洋环境。v t s 联网的实际需求主要体现在两个方面1 7 j ： ( 1 ) v t s 自身运作的需要。v t s 可以与相邻的v t s 之间互联，实现船舶的动态信息， 静态信息的交换，可以减轻向v t s 中心报告的负担；通过船舶交通信息的交换，可以减 少船舶的等待时间j 提高海上交通运输的效率；可以与相邻的v t s 中心共享资源，减少 v t s 方面的投资等。v t s 与海事m i s 系统、港口作业与信息系统的交换，可以解决v t s 的部分数据源，如航行计划、引航计划、船舶资料、安全检查资料等自动录入问题，从 而减少v t s 中心人员的重复录入，实现v t s 中心信息采集与处理的自动化。 ( 2 ) 其它相关岸基信息系统的需要。海事管理部门通过提取船舶交通动态信息，可 以促进海事管理工作的提高；港口作业部门可以了解比较全面的海上交通状况，适当安 排港口资源；航运单位、船东、货主和其它相关的运输部门可以实时了解船舶、货物的 第2 章全国v r s 信息联网可行性分析 运输状况，如确切的地理位置和航行计划，这样可以开展更为有效的运输调度：海上搜 救部门可以实时掌握事发海域的交通状况，并能缩短对事发船舶的快速反应时间，采取 更加高效的搜救任务；引航、边防等部门通过接入v t s 监控终端，可以大大提高他们的 工作效率。 2 20 si 网络参考模型 1 9 8 4 年，国际标准化组织开发的开放系统互联( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ，o s i ) 参考模型是当今所有互联网的基本结构。o s i 参考模型全面描述了计算机网络的各种功 能以及它们之间的相互关系。它把网络分成七层。每一层所提供的服务都依赖于下层提 供的服务。这些层被明确定义的边界或接口隔开。当给定层执行了本层的功能以后，信 息穿过边界传给下一层，然后期待这一层提供服务。在两个网络之间，o s i 参考模型的 每一层只与另一个系统的对等层之间相互通信。下面是每层的主要功能【引。 ( 1 ) 第七层：a p p i i c a t i o n 应用层，为应用程序提供连接点，它指定了应用程序如 何发出请求，另一台机器上的应用程序如何响应的具体细节。网络服务的请求也是在这 一层产生，典型的应用层协议如：f t p 、t e l n e t 、p i n g 、h a i l 等。 ( 2 ) 第六层：p r e s e n t a t i o n 表示层，指定了应用程序所需要的数据的排列或语法， 因为不同系统上的应用程序可以用不同的方法表示或定义他们的数据，表示层可以把一 种格式转化成另一种格式，同时包含安全和效率方面的功能( a n 密和压缩) 。 ( 3 ) 第五层：s e s s i o n 会话层，主要是建立、管理和终止两个通信主机之间的会 话，它也允许一个应用程序的许多副本在同一时间和其它应用程序进行通信。 ( 4 ) 第四层：t r a l l 唧出一传输层，它为每个会话提供服务，把数据分割成更为容 易管理的部分。它可以提供可靠的传送服务保证数据可以到达目的地，或者可以提供“不 可靠”的尽力的传送服务，这种传送服务只传送数据而不检查错误。 ( 5 ) 第三层：n 酿v o r k 一网络层，指定了如何分配网络地址，以及数据包如何朝着 目的地的方向从一个网络转发到另一个网络。路由器工作于这一层，因为他们根据所使 用的选择协议类型把信息传向正确有位置。 ( 6 ) 第二层：d a t al i i l l ( 数据链路层，指定了数据分组在特定的网络类型中被组 、厂r s 信息共享与显示系统关键技术的研究 成帧的方式和网络介质上插入数据帧的规则。它能提供数据在物理链路层上的可靠传输 功能，并具有逻辑寻址、网络拓扑、错误检网、流量控制等功能。 ( 7 ) 第一层：p l l s i c a l 物理层，它与网络硬件( 电线、连接头、介质) 相对应， 主要决定在系统之间如何把二进制数据转换成电信号、光信号或其它物理信号类型，以 便传输。 从上面的分层可以看出，o s l 分层方法具有许多优点：如它的各层之间是独立，某 一层不必知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口提供的服 务；灵活性比较好，当任何一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则在这层之 上或以下层都不受影响；结构上可以分开，各层都可以采用最合适的技术来实现；易于 实现和维护，这种结构使得一个庞大而复杂的系统的调试变得简单；能促进标准化工作， 每一层的功能及其所提供的服务都有了精确的说明。 对照o s i 网络模型，v t s 的广域网连接就是物理层和数据链路层，后面几章将相继 讨论v t s 信息共享的网络采集与实现方案，也就是对应o s i 的第三层到第七层的网络 协议、应用层程序实现等。 2 3v t $ 广域网连接 2 3 1v l $ 联网结构模型 全国v t s 中心的广域网连接，先进行区域联网，再进行全国的系统联网。这样的 意义在于，信息共享分为二级共享系统，对于区域内的共享信息，可以达到更快，更准， 更及时。全国沿海、沿江的开放水域将分为环渤海区域网( 包括大连、营口、秦皇岛、 天津、黄骅、烟台、长山、成山角、青岛、连去港等) 、长江口区域网( 包括上海、洋 山、南通、江阴、张家港、镇江、南京等) 、珠江口区域( 包括广州、深圳、香港、澳 门等) 、北部湾区域网( 包括防城港、北海、湛江、琼州海峡等) ，还有宁波，厦门等 地v t s 将直接接入广域网，系统连接如图2 1 所示。 第2 章全国v r s 信息联网可行性分析 图2 1v t s 全国联网结构图 f i g 2 1v t ss t r u c t u r eo fan a t i o n a ln e t w o r k 在v t s 全国联网中，遇到的首要问题就是通信链路的问题。在构建广域网的过程 中，由于各方面条件的限制，必须得借助于公众传输网络，因此，用户只需要了解公网 的接口，并把各个v t s 的中心的局域网连接入公网中即可。下面将主要分析各种公众 传输网络的特性，并讨论这些网络与v t s 局域网之间的接口连接特性。 v r s 信息共享与显示系统关键技术的研究 2 3 2w a n 与0 s i r m 作为覆盖地理范围相对较广的数据通信网络，广域网技术与o s u v 。m 的物理层、数 据链路层、和网络层之间的关系如下图所示： o s i 】 洲 w a n 规范 图2 2 广域网技术与o s 删之间的关系 f i g 2 2r e l a t i o n s h i po fw a nt e c h n o l o g ya n do s i | r m 对于上图中的物理层接口而言，e i a t i a 2 3 2 应用最为广泛，接口速率为6 4 k b i t s ； e i t i a 4 4 9 属于e i t i a 2 3 2 的扩展标准，支持的电缆长度增加，速率增大为2 m b i t s ； x 2 1 是一种电路交换和用户设备间通信的协议，接口速率为4 m b i t s ：v 3 2 5 定义网络 访问设备的分组网，速率为4 m b i t s ；h s s i 是一种高速的串口标准，支持在广域链路一 l 的高速串行通信，速率高达5 4 m b i t s e9 1 。 2 3 3 广域网接入方式分析 广域网的实现方式有许多种，当前主要是以下7 种方式： 第2 章全国v t s 信息联网可行性分析 ( 1 ) 公用电话交换网( p s t n ) p s t n 是以程控交换机为主体构成的电路交换网络，它的主要承载业务是模拟电话 与传真业务，因此限制了网络速度，最高速度只能到5 6 k b i t s ，能满足话音通信和低速 数据传输。但p s t n 安全性很差，在发送和接收之间可以在很多节点上截取信号，并且 它的稳定性依赖于通信时建立的通信线路，所以得不到必然保证。 ( 2 ) 综合业务数字网( i s d n ) i s d n 是一种国际标准，它使用电话载波线路连接，在程控交换机内采用数据交换 技术，能够支持包括数据、文字、语音、图像( 小于2 0 4 8 m b i t s ) 在内的各种综合业务。 i s d n 提供两种基本接口：基本速率接口( b 对) 和基群速率接口( p ) ，b r i 由两个 数据承载信道( 2 b ) 和一个信令信道( d ) 构成，称为2 b + d ，其中b 信道速率为6 4 k b i t s ， d 信道速率为1 6 k b i t s ；p r i 速率支持e 1 ( 3 0 b + d ，2 0 4 8 m b i t s ) 和t 1 ( 2 3 b + d ， 1 5 4 4 m b i t s ) ，其中d 信道速率为6 4 k b i t s 。 ( 3 ) 分组业务交换( x 2 5 ) x 2 5 是第1 ，2 ，3 这3 个层次上的数据传送协议，出现较早但非常可靠，多年来一 直作为局域网和分组交换之间的接口。x 2 5 是基于存储转发的原理，x 2 5 协议采用的 是虚电路服务，因此，它要求对数据链路层提供无差错的传输。但目前它的线路传输质 量较差，特别是线路忙，传输延迟大，传输速率低。由于x 2 5 是早期网络中发展起来 的，其特性现在已远远不能满足高速广域网的传输了，所以它一般只用于对速度传输要 求不高的广域网中使用。 ( 4 ) 帧中继( f r ) 帧中继( f r a m er e l a y ) 在o s i 模型的第2 层以简化方式传送数据，是由x 2 5 协议 发展而来，传输速率为1 9 2 k b i t s 2 m b i t s 。帧中继的传输质量好，网络传输不容易出错， 自身稳定性比较高，还采用了p v c 管理和阻塞管理，这样，用户终端和交换机可以清 楚地了解网络的运行情况，因此，帧中继适合于突发性较强、速率较高、时延较短的广 域网数据传输。 ( 5 ) 数字数据网( d d n ) v t s 信息共享与显示系统关键技术的研究 d d n 是利用光纤、数字微波或卫星通信等数字通道，提供永久或半永久电路，以 传输数据为主的网络。一旦从电信部门租用了d d n 链路，则就成为了用户专线。d d n 主干为光纤传输，采用数据信道直接传输数据，所以质量高，常用传输速率范围在 9 6 k b i t s 2 m b i t s ，平均时延小于4 5 0 u s 。因此，这种专线接入的方式不必选择路由，直 接进入主干网络，所以时延小，速度快，特别适用于业务量大、实时性强的广域网连接。 ( 6 ) 点对点网络 点对点网络采用的是远程端点之间的点对点固定宽带的数字传输通路，它的通信费 用由专用线路的带宽和两端之间的距离决定的，带宽为n * 6 4 k b i t s 。对于要求持续、稳 定信息流，这种网络线路比较适合，但对于突发性的信息流，专用线路的带宽利用率下 降到2 0 左右，或者处理过载状态。如果要实现多个端点之间的互连，费用则非常高。 ( 7 ) 数字用户线( x d s l ) 数字用户线包括不对称数字用户线( a d s l ) 、单线数字用户线( s d s l ) 、高比特 率数字用户线( h d s l ) 、超高速比特率数据用户线( v d s l ) 和速率自适应数字用户线 路( r a d s l ) 。其中h d s l 和s d s l 提供对称带宽，而a d s l 、v d s l 和r a d s l 属于 非对称带宽，v d s l 是x d s l 中速率最快的一种，它的上行速率为1 5 2 3 m b i t s ，下行 速率1 3 - 5 2 m b i t s 。a d s l 采用的是离散多音频( d m t ) 线路码的数字用户线( d s l ) 系统，它的下行单工信道速率为n * i 5 3 6 b i f f s ( n = 1 ，2 ，3 ，4 ) ，n * 2 0 4 8 m b i t s ( n = l ， 2 ，3 ) ，可选的双工信道速率为1 6 k b i t s 、6 4 k b i t s 、1 6 0 k b i t s 、3 8 4 k b i t s 、5 4 4 k b i t s 、5 7 6 k b i f f s 。 由此可以看出x d s l 可以利用现有的公共交换网络接入，成本和维护比较低，但它对线 路的质量要求比较高，而且带宽的可扩展潜力不大，所以也不太适合v t s 广域网的接 入。 除了以上主要的七种广域网接入方式之外，还有如卫星接入网，通过交通部北京地 面站与全国各海事局所在城市的卫星站连接；w i m a x 的无线宽带接入，这些高新技术的 应用势必能推动v t s 系统联网的快速发展。 第2 章全国v t s 信息联网可行性分析 2 3 4v t s 联网链路选择 通过上一节的分析可知，广域网有多种接入方式，但对于v t s 的全国联网而言， 各地v t s 所面临的情况可能不同，因此，对接入方式的选取应该因地制宜，但以下的 标准应该是共同的。 ( 1 ) 线路连接的质量； ( 2 ) 通信带宽的要求，以及对将来功能扩展能力； ( 3 ) 网络运行的稳定性，安全性； ( 4 ) v t s 联网后的维护，费用等方面。 而d d n 采用的是半永久性交叉连接，克服了数据通信专用链路固定性永久性连接 的不灵活性和分组交换网处理速度慢、传输时延大等缺点，因此具有以下特点： ( 1 ) 传输速率高，网络时延小 d d n 采用的是p c m 数字信道和半永久性交叉连接，每路数字话路可达6 4 k b i t s ， 网络时延小。 ( 2 ) 传输质量好 采用数据信道传输，沿途每隔一定距离加一个再生中继器，使信道中引入的噪声和 信号不失真不至累积，误码率较低。 ( 3 ) 传输距离远 p c m 采用再生中继方式的传输，可延长通信距离。 ( 4 ) 传输安全可靠 d d n 采用多路由的网状网拓扑结构，因此中继传输段中任何一个节点发生故障， 只要不是最终一段用户线，节点均会自动迂回改道，而不会中断用户的端到端数据通信。 ( 5 ) 透明传输 d d n 将数据通信的规程和协议由智能化程序较高的用户终端来完成，本身不受任 何规程的约束，所以d d n 是全透明的传输网。 ( 6 ) d d n 的网络运行管理简便 d d n 把检错、纠错等功能转移到智能化较高的数据终端来完成，因而网络运行管 v t s 信息共享与显示系统关键技术的研究 理简便，操作方便。在必要和允许情况下，用户可以参与网络管理。 并且，我国d d n 网络结构按组建、运营、管理的地理区域，可以分为一级干线网、 二级干线网和本地网。一级干线网是全国的骨干网，它的节点全设在各省会城市和直辖 市；二级干线网由设置在省内的节点组成；本地网是城市范围内网络，可由多层次网络 组成，其小容量节点可直接设置在用户室内。所以d d n 在全国的覆盖面是相当广泛的。 综合以上几个方面的考虑，选择中国公用数据网的d d n 作为v t s 联网的通信链路 最合适。 2 4 本章小节 本章是对建设全国联网的v t s 网络进行了架构，第一节分别从v t s 自身的功能和 目前对信息共享需求上论证网络建设的必要性；第二节分析了o s i 网络参考模型，为后 面的网络建设提供参考；第三节对我国v t s 网络进行初步设计，并对广域网的通信链 路进行了研究分析，通过对比，决定采用d d n 传输方案作为v t s 广域网的链路连接。 第3 章v r s 信息共享与显示标准化的研究 第3 章v t s 信息共享与显示标准化的研究 3 1 v t $ 信息共享与显示标准化必要性分析 随着计算机网络技术的发展，各个v t s 系统之间的信息交换与共享要求就越来越 紧迫。迄今为止，我国的各个主要港口都建立起了v t s 系统，由于各个v t s 中心建立 时分别采用了a t l a s ，h i t t ，s o f r e l o g ，n o r c o n t r o l ，n a v i m o n i t o r 等国外厂商的船 舶交通管理系统，为了保证v t s 系统能够实现信息交换和共享的功能，必须对雷达跟踪 目标数据、船舶静态信息数据、综合信息显示与处理系统数据进行标准化和规范化。 首先，从v t s 系统本身来看，每个厂商都有自己的船舶数据处理与显示数据格式、 信息处理方式和信息显示方式。因此，为了能实现信息共享，对每一类v t s 的信息，都 要求它们在信息分类、数据格式、技术流程和设备配置上应该有一系列的标准、规范和 相关约定。 其次，从系统的兼容性和可扩展性来看。在我国的v t s 系统中，有一部分已经投入 使