CN110225564A - 一种船舶航行网络系统及其应用方法 - Google Patents

一种船舶航行网络系统及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种船舶航行网络系统，包括工控处理单元、GPS/姿态采集单元、WIFI路由器、无线网卡、海事卫星终端、专网无线传输单元、船用WIFI路由器热点；所述的工控处理单元分别与GPS/姿态采集单元、WIFI路由器、无线网卡、海事卫星终端、专网无线传输单元、船用WIFI路由器热点进行电连接。本发明采用网络链路存活探测，根据免费网络优于收费网络，高速率优于低速率的原则，在船舶航行过程中进行网络的切换，保证了船舶在航行过程中使用速度最快、传输稳定、质量最好的网络信号实现船舶与岸基的数据通信。

Description

一种船舶航行网络系统及其应用方法
技术领域
本发明涉及船舶无线通信领域，更具体地，涉及一种船舶航行网络系统及其应用方法。
背景技术
目前一般WIFI信号根据其信号发射器功率的不同，其覆盖范围从十几米到上百米不等，4G信号按照建筑及用户密度的不同，一般小区的覆盖距离为3～4千米，船舶专网通信设备如VHF电台一般为50-100千米，海事卫星可实现全球覆盖，不存在通信距离限制，但大多数情况下，其网速较慢，且流量费用比较昂贵。
国际航运船舶从港口、码头离港直到目的地港口码头，其航行过程中由于各类型无线网络信号的覆盖范围的不同，在不同航段船舶所能接收到的无线信号也不同。同样，海上作业船只如挖沙船或者石油运输船在工作地点与岸基的往返过程中不同航段所能接收到的无线信号亦不同。
由于无线信号的时变性和不稳定性，目前船舶均为人工控制尝试与岸基进行连接并“盲测”信号质量，信号质量优劣仅仅以能否连接得上作为依据。且海事卫星大多数情况网速较慢，且流量费用昂贵，选择海事卫星进行通信的经济性较差。在人工控制船舶与岸基交互数据时段，若由于网络原因造成数据传输中断，必须重新发送，造成流量浪费。
发明内容
针对的船舶航行过程中不同航段所能接收到的无线信号不同，目前船舶仅能进行人工尝试接收无线信号，且无检测手段探测链路是否存活的问题，本发明提出一种船舶航行网络系统，本发明采用的技术方案是：
一种船舶航行网络系统，包括工控处理单元、GPS/姿态采集单元、WIFI路由器、无线网卡、海事卫星终端、专网无线传输单元、船用WIFI路由器热点；
所述的工控处理单元分别与GPS/姿态采集单元、WIFI路由器、无线网卡、海事卫星终端、专网无线传输单元、船用WIFI路由器热点进行电连接；
所述的WIFI路由器将移动基站信号转换为有线网络信号传送至工控处理单元，以及将工控处理单元发送GPS/姿态采集单元采集的数据转换为无线网络信号传送至岸基移动基站；
所述的海事卫星终端用于接收卫星信号转换为有线传送至工控处理单元，以及将工控处理单元发送至海事卫星；
所述的专网无线传输单元用于实现岸与船、船与船之间网络多跳中继功能；
所述的GPS/姿态采集单元用于采集船舶航行的定位及姿态信息供工控处理单元判断学习使用；
所述的无线网卡将岸基WIFI网络信号传送至工控处理单元或者将工控处理单元发送数据传至岸基WIFI收发设备；
所述的船用WIFI热点与工控处理单元进行电连接，为船舶其他设备提供局域网。
工控处理单元控制船用WIFI热点供船舶其他设备使用网络，工控处理单元实时判断移动通信网络、岸基WIFI网络、海事卫星网络、无线专网的通断情况，若有二、三或四路信号同时连通，需检测网络质量优劣，择优使用，原则是免费网络优于收费网络，高速率优于低速率，亦可根据船舶传输业务需求判断实时传输或延时传输。
在一种优选方案中，所述的工控处理单元通过三路RJ45接口分别与WIFI路由器、海事卫星终端、专网无线传输单元电连接；所述的工控处理单元通过RS232接口连接GPS/姿态采集单元。
在一种优选方案中，本发明提供的船舶航行网络系统还包括存储模块，所述的存储模块与工控处理单元进行连接，当船舶在航行过程中没有网络连接或者网络链路质量不佳时，工控处理单元将数据暂时存储与存储模块中，适时进行数据传输，完成断点续传功能。
在一种优选方案中，所述的无线网卡为PCI或USB无线网卡，通过PCI扩展槽或USB接口与工控处理单元进行电连接。
本发明还提供一种船舶航行网络系统应用方法，应用于上述提供的船舶航行网络系统，具体步骤如下：
S10.进行网络链路存活探测，工控处理单元根据船载设备是否接入使用互联网，采用不同的网络链路存活探测方法判断船用WIFI路由器、WIFI路由器、海事卫星终端、专网无线传输单元的通断情况，若网络链路存活，则进入S20；
S20.基于流量探测方法进行网络状态的实时探测，若某链路网络中断或者空闲，网络流量为零；工控处理单元根据船用WIFI路由器、WIFI路由器、海事卫星终端、专网无线传输单元的流量情况，并对移动通信网络、岸基WIFI网络、海事卫星网络、无线专网的网络状态进行判断；
S30.检测网络的链路时延，网络链路时延测量技术采用端到端对象性能测量，工控处理单元采用被动测量技术，被动收集局域网内的目标主机的网络性能指标，判断检测网络的质量优劣，不需要路由器等中间节点的配合和支持，尽可能的减小了对网络造成负担。
在一种优选方案中，所述的网络链路存活探测方法包括基于ICMP的探测方法、基于SNMP的探测方法和基于TCP的探测方法；
所述的基于ICMP的探测方法使用ping、traceroute命令，通过ICMP数据包探测端到端的IP链路是否工作正常；该方法能够及时判断出故障点，耗费流量较小；
所述的基于SNMP的探测方法利用SNMP协议读取网络设备的端口Link状态，包括UP或者DOWN，以此探测网络链路是否存活；
所述的基于TCP的探测方法利用TCP连接建立的原理探测链路，在需要测试的网络链路两端建立一个TCP连接，该连接不传输数据，以连接建立的成功与否判断链路是否存活；这种方法测试简单，能及时反映链路存活状态，测试过程中需要建立一个完整的TCP连接，其产生的流量大于使用ICMP测试所产生的流量。为节约带宽，减少流量的产生，在此装置中将建立连接所需的TCP三次握手改为完成前两次握手即判断为连通状态，即当源节点收到目标节点的ACK响应后，结束连接而不再发送用于数据传输的第三次握手。
本系统执行工作过程中，采用基于ICMP的探测方法、基于SNMP的探测方法、基于TCP的探测方法三种网络链路存活探测方法轮询使用，例如先采用基于ICMP探测方法进行链路通断状态探测，执行动作10秒钟，若链路无回应，即转为基于SNMP的探测方法，同理若链路仍旧无回应，即转为基于TCP的探测方法，如此循环往复。在循环探测过程中一旦发现某一链路为通状态，即转为基于流量探测方法进行网络状态的实时探测，若某链路网络中断或者空闲，网络流量为零，即转为以上三种探测方法的循环往复探测过程。
当系统有多路信号同时连通，使用网络链路时延测量技术采用端到端对象性能测试，采用被动测量技术，被动测量边缘主机的网络性能指标进行测量来分析和掌握网络行为和网络特征。测量网络质量的优劣，择优使用，原则是免费网络优于收费网络，高速率优于低速率，亦可根据船舶传输业务需求判断实时传输或延时传输。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明采用网络链路存活探测，根据免费网络优于收费网络，高速率优于低速率的原则，在船舶航行过程中进行网络的切换，保证了船舶在航行过程中使用速度最快、传输稳定、质量最好的网络信号实现船舶与岸基的数据通信。
附图说明
图1为本发明提供的一种船舶航行网络系统的流程示意图；
图2为本发明提供的一种船舶航行网络系统中端到端性能测量的内容示意图；
图3为本发明提供的一种船舶航行网络系统的工作示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种船舶航行网络系统，包括工控处理单元、GPS/姿态采集单元、WIFI路由器、无线网卡、海事卫星终端、专网无线传输单元、船用WIFI路由器热点；
所述的工控处理单元分别与GPS/姿态采集单元、WIFI路由器、无线网卡、海事卫星终端、专网无线传输单元、船用WIFI路由器热点进行电连接；
所述的WIFI路由器将移动基站信号转换为有线网络信号传送至工控处理单元，以及将工控处理单元发送GPS/姿态采集单元采集的数据转换为无线网络信号传送至岸基移动基站；
所述的海事卫星终端用于接收卫星信号转换为有线传送至工控处理单元，以及将工控处理单元发送至海事卫星；
所述的专网无线传输单元用于实现岸与船、船与船之间网络多跳中继功能；
所述的GPS/姿态采集单元用于采集船舶航行的定位及姿态信息供工控处理单元判断学习使用；
所述的无线网卡将岸基WIFI网络信号传送至工控处理单元或者将工控处理单元发送数据传至岸基WIFI收发设备；
所述的船用WIFI热点与工控处理单元进行电连接，供船舶其他设备局域网。
工控处理单元控制船用WIFI热点供船舶其他设备使用网络，工控处理单元实时判断移动通信网络、岸基WIFI网络、海事卫星网络、专网无线的通断情况，若有二、三或四路信号同时连通，需检测网络质量优劣，择优使用，原则是免费网络优于收费网络，高速率优于低速率，亦可根据船舶传输业务需求判断实时传输或延时传输。
在一种优选方案中，所述的工控处理单元通过三路RJ45接口分别与WIFI路由器、海事卫星终端、专网无线传输单元连接；所述的工控处理单元通过RS232接口连接GPS/姿态采集单元。
在一种优选方案中，本发明提供的船舶航行网络系统还包括存储模块，所述的存储模块与工控处理单元进行连接，当船舶在航行过程中没有网络连接或者网络链路质量不佳时，工控处理单元将数据暂时存储与存储模块中，适时进行数据传输，完成断点续传功能。
在一种优选方案中，所述的无线网卡为PCI或USB无线网卡，通过PCI扩展槽或USB接口与工控处理单元进行电连接。
实施例2
本实施例提供一种船舶航行网络方法，应用于上述提供的船舶航行网络系统，具体步骤如下：
S10.进行网络链路存活探测，工控处理单元根据船载设备是否接入使用互联网，采用不同的网络链路存活探测方法判断船用WIFI路由器、WIFI路由器、海事卫星终端、专网无线传输单元的通断情况，若网络链路存活则进入S20；
S20.基于流量探测方法进行网络状态的实时探测，若某链路网络中断或者空闲，网络流量为零；工控处理单元根据船用WIFI路由器、WIFI路由器、海事卫星终端、专网无线传输单元的流量情况，并对移动通信网络、岸基WIFI网络、海事卫星网络、无线专网的网络状态进行判断；
S30.检测网络的链路时延，网络链路时延测量技术采用端到端对象性能测量，工控处理单元采用被动测量技术，被动收集局域网内的目标主机的网络性能指标，判断检测网络的质量优劣，不需要路由器等中间节点的配合和支持，尽可能的减小了对网络造成负担。
在一种优选方案中，所述的网络链路存活探测方法包括基于ICMP的探测方法、基于SNMP的探测方法和基于TCP的探测方法；
所述的基于ICMP的探测方法使用ping、traceroute命令，通过ICMP数据包探测端到端的IP链路是否工作正常；该方法能够及时判断出故障点，耗费流量较小；
所述的基于SNMP的探测方法利用SNMP协议读取网络设备的端口Link状态，包括UP或者DOWN，以此探测网络链路是否存活；
所述的基于TCP的探测方法利用TCP连接建立的原理探测链路，在需要测试的网络链路两端建立一个TCP连接，该连接不传输数据，以连接建立的成功与否判断链路是否存活；这种方法测试简单，能及时反映链路存活状态，测试过程中需要建立一个完整的TCP连接，其产生的流量大于使用ICMP测试所产生的流量。为节约带宽，减少流量，在此装置中将建立连接所需的TCP三次握手改为完成前两次握手即判断为连通状态，即当源节点收到目标节点的ACK响应后，结束连接而不再发送用于数据传输的第三次握手。
本系统执行工作过程中，采用基于ICMP的探测方法、基于SNMP的探测方法、基于TCP的探测方法三种网络链路存活探测方法轮询使用，例如先采用基于ICMP探测方法进行链路通断状态探测，执行动作10秒钟，若链路无回应，即转为基于SNMP的探测方法，同理若链路仍旧无回应，即转为基于TCP的探测方法，如此循环往复。在循环探测过程中一旦发现某一链路为通状态，即转为基于流量探测方法进行网络状态的实时探测，若某链路网络中断或者空闲，网络流量为零，即转为以上三种探测方法的循环往复探测过程。
当系统有多路信号同时连通，使用网络链路时延测量技术采用端到端对象性能测试，采用被动测量技术，被动测量边缘主机的网络性能指标进行测量来分析和掌握网络行为和网络特征。测量网络质量的优劣，择优使用，原则是免费网络优于收费网络，高速率优于低速率，亦可根据船舶传输业务需求判断实时传输或延时传输。端到端性能测量的内容如附图3所示。
实施例3
本发明提供的一种船舶航行网络系统中，工控处理单元具备网络路由学习功能，根据船舶固定航行航线采集船舶航行的定位及姿态信息结合每一航段四种网络链路质量情况判断决定使用网络类型，后期航行可根据航区不同实现自动网络切换，不再实时探测网络链路质量情况，减少网络传输数据负担。该系统完全自动化运行，进行自主判断执行，无需人工参与；亦可实现人工定位自主选择决定工作模式，较之目前全人工进行各单独设备网络信号的通断、链路质量判断更具数据准确、科学合理及先进性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种船舶航行网络系统，其特征在于，包括工控处理单元、GPS/姿态采集单元、WIFI路由器、无线网卡、海事卫星终端、专网无线传输单元、船用WIFI路由器热点；
所述的工控处理单元分别与GPS/姿态采集单元、WIFI路由器、无线网卡、海事卫星终端、专网无线传输单元、船用WIFI路由器热点进行电连接。
2.根据权利要求1所述的船舶航行网络系统，其特征在于，所述的工控处理单元通过三路RJ45接口分别与WIFI路由器、海事卫星终端、专网无线传输单元进行电连接；所述的工控处理单元通过RS232接口连接GPS/姿态采集单元。
3.根据权利要求1所述的船舶航行网络系统，其特征在于，还包括存储模块，所述的存储模块与工控处理单元进行电连接。
4.根据权利要求1所述的船舶航行网络系统，其特征在于，所述的无线网卡为PCI或USB无线网卡。
5.一种船舶航行网络系统应用方法，其特征在于，应用于权利要求1提供的船舶航行网络系统，包括以下步骤：
S10.进行网络链路存活探测，工控处理单元根据船载设备是否接入使用互联网，采用不同的网络链路存活探测方法判断船用WIFI路由器、WIFI路由器、海事卫星终端、专网无线传输单元的通断情况，若某一网络链路为通状态，则进入S20；
S20.基于流量探测方法进行网络状态的实时探测，若某链路网络中断或者空闲，网络流量为零；工控处理单元根据船用WIFI路由器、WIFI路由器、海事卫星终端、专网无线传输单元的流量情况，并对移动通信网络、岸基WIFI网络、海事卫星网络、无线专网的网络状态进行判断；
S30.检测网络的链路时延，网络链路时延测量技术采用端到端对象性能测量，工控处理单元采用被动测量技术，被动收集局域网内的目标主机的网络性能指标，判断检测网络的质量优劣。
6.根据权利要求5所述的船舶航行网络系统，其特征在于，所述的网络链路存活探测方法包括基于ICMP的探测方法、基于SNMP的探测方法和基于TCP的探测方法；
所述的基于ICMP的探测方法使用ping、traceroute命令，通过ICMP数据包探测端到端的IP链路是否工作正常，以此探测网络链路是否存活；
所述的基于SNMP的探测方法利用SNMP协议读取网络设备的端口Link状态，包括UP或者DOWN，以此探测网络链路是否存活；
所述的基于TCP的探测方法利用TCP连接建立的原理探测链路，在需要测试的网络链路两端建立一个TCP连接，该连接不传输数据，以连接建立的成功与否判断链路是否存活。
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