AIS接收数据程序

1、AIS 数据接收程序 唐存宝 交通信息工程及控制 3250 一 设计目的： 实现 AIS 经由网络传输的数据接收，并显示在 MFC 的控件内；同时，为了 模仿 AIS 数据发送的方式，简单设计了 AIS 发送数据的客户端。 二 设计意义： 显示解码前的 AIS 信息，对 AIS 信息解码， AIS 数据库编程打下根基。 可以 对这些数据进行数理统计，发现其规律，从而更好掌握 AIS 水域交通流状况。 三 基础简介 （1） 网络编程基础知识 1 通信协议： TCP/UDP/IP 协议，一般称为 TCP/IP 协议。 UDP 是用户数据报协议，该协议通信时并不建立可靠的连接，所以不能保 证数据能否

2、达到，也不知道在什么时间到达，也不能保证数据完整性（即在传输 过程中有可能丢失数据 ）；在接收方，数据有可能次序改变，也有可能重复收到 一条数据。 TCP 是传输控制协议，这是网络应用程序首要的协议。它是一个大块数据 无差错输送的协议， 即使传输的数据报是以错误的次序到达的， TCP 协议却能使 数据报按发送的次序重新组合。它包括了 HTTP, FTP这两种协议。TCP协议建 立了一个在两台计算机之间全双工、 点对点的连接。 这种连接的每一个端上的程 序都使用它自己的端口。 IP 地址和端口号组合称为一个套接字。总之， TCP 协 议在通信双方间建立了一条可靠，无数据差错，无数据重复的连接。当

3、然，这不 需要我们来完成，由计算机自己来完成。 UDP 和 TCP 协议相比， UDP 通信会比 TCP 通信快些，因为 UDP 通信双方 不需要建立连接；而 TCP 需要建立可靠的连接，因此在一个庞大的聊天室中用 UDP 协议也未尝不可。但是，对于不容许丢失的数据、非常重要的数据，一般 采用 TCP 协议。 2 套接字 IP 地和端口号组合成一个套接字。好比用固定电话通信一样，要想打电话， 你必须有电话机（相当于你有IP）,有个电话机，但你还不知道跟哪一部电话通 讯，好了，电话号码就指明了我们通讯的电话， 也就相当于端口指明了要和我们 通信的应用程序。 否则，一台电脑上的那么多网络应用程序，

4、 谁知道哪一个程序 会负责数据的收发工作？电话机和端口就组成了的套接字。 好了，有了电话机，应使它处于正常工作状态，也就是侦听状态，以便别人 打来电话时， 我们能接收。 在服务器应用程序上应有一套接字处于侦听状态， 以 使客户机一有数据请求便能侦听到。基于 TCP 的流式套接字，不仅要有侦听套 接字，而且有连接（通讯）套接字以保证可靠连接。当然，基于 UDP 的，就不 需要这种连接套接字了。 3 异步非阻塞通讯和同步阻塞通讯 假如有一接收数据的函数， 若没有数据到来， 它一直等待， 其它函数在此时 无法执行。直至时此函数接收到数据，它才返回。这样的通信方式就是阻塞的， 同时也是同步的（毕竟你必

5、须等待它执行完嘛！）。假如一接收数据函数，有没有 数据到来，它立即返回，这就是异步非阻塞方式了。 好比一个体育老师测试100名学生400米的成绩，他可以有两种方式来测试： 一种方式是：先让第一个学生跑，等跑完后记录时间，再让下一个跑，好了，它 跑的过程中，你必须等待，这就是同步；同时，其它同学在这个时间不能跑，这 就是阻塞。另一种办法是：先让第一个同学跑，10秒再跑一个，再过10秒又跑 一个，这样不用等一个同学跑完又有同学跑，这就是异步，这种方式在一个学生 跑时其它学生也不阻挡其它学生跑，这就是非阻塞。 4 MFC类（具体是CAsyncSocket, CSocket）屏蔽了 TCP/IP的细节

6、，屏蔽了异 步同步，阻塞非阻塞的实现细节，对于初学网络编程的可以方便快捷开发网络应 用程序。如果要想了解同步、异步、阻塞与非阻塞等，最好还是用Win Sock API 函数来编程。事实上，CAsy ncSocket, CSocket就是 Win Sock API的良好封装。 CSocket是内载了多线程的机制，不信的话你可以设计一个单击按纽，一旦 单击这个按纽就弹出一个模态的消息框。 你在数据接收时，点击按纽，消息框弹 出，但是接收数据的函数却仍然执行， 这就至少说明了两点：CSocket是阻塞的； CSocket类的数据收发实际开辟了另一线程。实际上，一个CSocket类及其派生 类的对象中

7、有一个套接字窗口句柄。CSocketWnd各种的网络事件都是由此窗口 自发调用的。 （2） AIS有关介绍 AIS是工作在VHF海上移动频段，其工作频率为161.975MHz和 162.025MHz。它是通过自组织时分多址接入（SOTDMA ）的通信协议方式自主 地向外播发船舶的静态与动态信息。AIS能够实现船舶、船岸间的船舶标识、位 置、航向、航速等航行信息的自动交换，是新一代的海上通信导航系统。 安装有AIS的船舶发送的AIS静态、动态和与航次有关的信息内容如表1 所示。AIS输出的主要信息的信息种类如表2所示PP。 表1船舶发送的AIS信息 静态的动态的与航次有关的 海上移动服务识别 具

8、有精度指示和完整状态的船 船舶吃水 （MMSI） 舶位置 呼号和船名 以协调世界时（UTC ）标记的定 危险货物（种类） 位时间 IMO编号 对地航向（COG） 目的港和ETA 船长和船宽 对地航速（SOG） 航线计划（转向点） 船舶类型 航行状态 疋位天线的位置 旋回速率（ROT） 表2 AIS主要信息的结构和种类 信息ID码信息名称信息描述 1 船位报告 定时船位报告 2 船位报告 分配定时船位报告 3 船位报告 讯问船位报告 4 基站报告 基站目前的位置、时间、时隙 5 静态和航行相关数据 定时静态和航行相关数据报告 9 标准搜救飞行器位置报告 参与搜救的飞行器位置报告 10 UTC/日

9、期响应 输出有效的UTC/日期 11 申请安全相关信息 安全相关数据通信 12 安全相关确认 接收到安全相关数据的确认 13 安全相关的广播信息 与安全有关的广播通信 AIS船舶信息服务系统的组成由三个部分组成，首先，设在各地的AIS接收 机接收船舶自主发送的AIS有关表1所列的AIS信息；其次，将接收到的AIS 数据信息进行协议转换处理后数据信息不断地通过互联网络传输到（PUSH）数 据中心的数据服务器中；最后，在数据服务器中将AIS数据信息进行解码后， 在ECDIS上显示出相关的AIS信息，并向客户端发布。基于ECDIS的AIS船舶 信息服务系统的组成框架如图1所示。图2为数据传输的关键技

10、术。 AIS接收机 INTERNET 图1基于ECDIS的AIS船舶信息服务系统的组成框架图 RS232 F1/ 波特率 38400bit/s TCP/IP网络 RS232到TCP/IP协议转换器 网络参数设置 IP 地址:20 服务器 掩码: 网关： 图2远程采集AIS数据信息系统框图 如图2所示，从AIS接收机到数据服务器传输链路主要分为两个部分。 四设计思想 从AIS的介绍中明显可以看出，要设计的程序实际是收集各地AIS的数据 信息服务器，不是客户端。 用CSocket派生类实现 AIS数据接收服务器程序。CAsync

11、Socket, CSocket 为支持异步非阻塞方式，提供了网络事件Network Events。如侦听套接字A侦 听到连接请求，侦听套接字 A会收到一个On Accept事件，到这个事件里，你应 该调用 virtual BOOL Accept（ CAsyncSocket来接收 数据放到lpBuf中，你可以在此时把lpBuf显示在编辑框里。在连接中，如遇到 网络中断或对方客户端（AIS）关闭了连接套接字，那么 B会收到一个On Close 事件，在此事件里你可以调用B.Colse（）;实现B套接字的关闭，释放其它的资 源；最为重要的是，AIS好像移动电台一样，安放的位置一般船舶密度很大，这 也

12、就是说传输的数据量很大，把这些数据动态显示在编辑框的框架内可以看到明 显的数据在闪烁，在这种情况下为了看清数据，设置了停止监听按纽。 上面已经说了，CSocket是内载了多线程机制、提供同步阻塞调用的类。停 止监听不算很容易，不仅涉及到一些通信难理解的概念，还有处理内载线程和主 线程之间的交互问题。有两种解决办法，一个是基于MFC提供的CSocket成员 函数（面向对象），另一种是根据算法来终止监听（面向过程）。为了避开CSocket 类中比较难理解的函数，本程序选择了一个算法实现了监听的停止。 对于AIS模拟客户端程序，不是主要任务。故从简设计。其主要作用就是为 了模拟AIS的数据发送。其主

13、要原理就是定义了一个定时器，在很短的时间内 投递并响应 WM_TIMER消息，在这个消息响应的函数中，调用了Send函数， 因为时间超时设置的较短，故 Send执行次数相当多；再者，Send发送的数据， 类似于船用AIS发的数据，为了区别，已在各条消息上标上序号。这也就生动 模拟了船上发送的AIS信息。但是，限于时间，此客户端功能极少，仅提供AIS 类似的数据格式，AIS数据量大之作用，其它作用不具备了。对于 AIS如先启用 AIS.exe，再启用AISCliemt.exe，点相关内容参见注意事项。 五实现步骤 1、利用MFC appwizard向导建立一个基于对话框程序；注意在第三步是时 选

14、中windows Socket。以加载套接字库资源。如下图3 图3建立工程时选择 Windows Sockets 2、生成后添加控件，控件有 控件类型 控件ID 控件文本 控件属性 处理 Static text IDC_STATIC_PORT 端口号为8000 默认 关联CStatic变量 Static text IDC_STATIC_IP 对方IP : 默认 Edit Box IDC_EDIT_RECEIVE 勾选 Multiline 关联CEdit变量 Button IDC_BTN_HOSTIPNAME 本地主机和IP 消息响应 Button IDC_BTN_LISTEN 开始监听 勾选

15、Disabled 消息响应 Button IDC_BTN_STOPLISTEN 停止监听 勾选 Disabled 消息响应 Button IDC_BTN_CLEARDATA 清除数据 勾选 Disabled 消息响应 3、定义一个CSocket派生类CLisSocket添加CAISDIg*的一个数据成员和 On Accept(), On Receive。，On Close()事件响应函数， 并添加得到 CAISDIg* 一个 函数void SetParent(CAISDIg*)使套接字得到CAISDlg*成员。具体代码如下： void CLisSocket: On Accept(i nt n

16、ErrorCode) / TODO: Add your specialized code here an d/or call the base class CSocket:O nAccept (n ErrorCode); m_pDlg- On Accept(); /使On Accept事件交由主对话框来处理； void CLisSocket:SetPare nt(CAISDIg* Dlg)/ 得到主对话框指针 m_pDlg; m_pDlg=Dlg; void CLisSocket: On Close(i nt n ErrorCode) / TODO: Add your specialized

17、code here an d/or call the base class CSocket:O nClose( nErrorCode); Close();/对方关闭套接字或网络中断时响应；此时套接字已调用了Close()函 数，即通讯套接字将不存在，不具有断后自动重新接收数据的功能 void CLisSocket:OnReceive(int nErrorCode) / 有数据到来时响应，转m_pDlg-OnReceive(); / TODO: Add your specialized code here an d/or call the base class CSocket:O nReceiv

18、e( nErrorCode); if (bStop=false)/bStop是在AISDlg.cpp中定义的全局变量， 目的 /是根据BOOL bStop的值来决定是不是接收数据，想停止监听时只需设置bStop为true即 可。 m_pDlg-O nReceive(); 4、插入一个新端口对话框。CPortDlg，设置端口；并在CAISDIg:OnlnitDialog() 中初始化。向 CAISDIg 中增加 CString strText，int m_nPort。strText 用来提 供编辑框上显示的接收到的字符，也是本程序解码的唯一接口。m_nPort是保存 端口设置对话框中所设置的值。

19、 BOOL CAISDIg:O nln itDialog() CDialog:OnInitDialog(); / Add About. menu item to system menu. / IDM_ABOUTBOX must be in the system command range. ASSERT(IDM_ABOUTBOX ASSERT(IDM_ABOUTBOX AppendMenu(MF_SEPARATOR); pSysMenu-AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu); / Set the icon for this dial

20、og. The framework does this automatically / when the applications main window is not a dialog SetIcon(m_hIcon, TRUE); / Set big icon SetIcon(m_hIcon, FALSE); / Set small icon / TODO: Add extra initialization here /初始化成员并设置端口号 strText=; m_sClientIP=; CPortDlg dlg; m_Port=8000; if (dlg.DoModal()=IDOK)

21、 m_Port=dlg.m_nPort; CString str; str.Format( 端口号为 %d,m_Port); m_cPort.SetWindowText(str); return TRUE; / return TRUE unless you set the focus to a control 5、在 CAISDlg 中添加成员侦听套接字和连接套接字，添加 OnAccept(),OnReceive() ， OnClose()以在侦听套接字得到网络事件时转移给对话框来处理。添加void lnit()来初始化成 员，添加 void DisplayData() 把数据显示在编辑框内。

22、代码如下： void CAlSDlg:OnAccept() CString str; SOCKADDR_IN addr; int len=sizeof(sockaddr); IP。 m_listen.Accept(m_connect,(sockaddr*)(/ 连接请求到来时获得对方 m_sClientIP=inet_ntoa(addr.sin_addr); char IP50; strcpy(IP,m_sClientIP); str.Format( 成功建立连接，对方 IP：%s,IP); GetDlgItem(IDC_STA TIC_IP)-SetWindowText(str); / Me

23、ssageBox( 接收数据成功 ); void CAISDlg:OnReceive()/ 信息到来时调用，实现数据的接收的关键部分 char *pBuf=new char1025; int len=1024; int nReceived; CString strReceived; nReceived=m_connect.Receive(pBuf,len); if (nReceived!= SOCKET_ERROR) / MessageBox( 停息成功接收 ); pBufnReceived=NULL; strReceived=pBuf; delete pBuf; strText=rn+str

24、Received+strText; DisplayData(); /显示数据 void CAISDlg:Init()/ 初始化套接字 m_connect.SetParent(this); m_listen.SetParent(this); m_listen.Create(m_Port); void CAISDlg:DisplayData() if(strText.GetLength()EnableWindow(true); GetDlgItem(IDC_BTN_LISTEN)-EnableWindow(true); GetDlgItem(IDC_BTN_STOPLISTEN)-EnableWi

25、ndow(false); CString str; str.Format(”已断开同客户 IP: %s 的连接 ”,m_sClientIP); GetDlgItem(IDC_STATIC_IP)-SetWindowText(str); bStop=true; m_listen.Close(); m_connect.Close(); 六 程序功能演示 仅提供在一台计算机上演示方法 1、用模拟客户端 AISClient.exe 测试 运行AIS.exe，在输入端口对话框中设置端口，比如 8000,点击确定。点击 开始监听。运行 AISClient ，点“击连接服务器”。会出现图 4 状态。客户端和

26、服 务器端均出现“成功建立连接字样” ；服务器端上部还有与此连接的 IP 等字样。 此时点击客户端的自动发送,将会看到有 “!AIVDM,1,1,A,1P000Oh1IT1svTP2r:43grwboEq4,0*01:18 ” 字样的数据在服务器端快速大批流出； 点击服务器端停止监听, 对话框上部 会有“成功断开连接”的字样。服务器端不能再点击“开始监听” 。 2、用真正 AIS 传输过来的数据进行测试。 运行AIS.exe，在输入端口对话框中设置端口，比如 8000,点击确定。会看 到图 5 对话框。点击开始监听。通过 AIS 设置软件设置 AIS 客户端的连接端口 为8000,把服务器改成运行AIS.exe的IP。点击开始监听，此时会看到如图6 所示的