CN113660310A - 用于船舶数据集成平台的网络架构和船舶数据集成平台 - Google Patents

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李昱鹏
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Abstract

本发明公开了一种用于船舶数据集成平台的网络架构和船舶数据集成平台，所述网络架构采用双核心星型的以太网冗余架构，包括：至少两个相互冗余的核心交换机；至少两个机舱交换机，每一个机舱交换机分别与至少两个核心交换机通信连接，机舱交换机设置于船舶船体内部；第一网关，第一网关分别与至少两个机舱交换机通信连接，船舶数据集成平台位于船体内部的数据采集系统与第一网关通信连接；至少两个上建交换机，每一个上建交换机分别与至少两个核心交换机通信连接，上建交换机设置于船舶船体上表面建筑内；第二网关，第二网关分别与至少两个上建交换机通信连接，船舶数据集成平台位于船体上表面建筑内的数据采集系统与所述第二网关通信连接。

Description

用于船舶数据集成平台的网络架构和船舶数据集成平台
技术领域
本发明涉及船舶数字化领域，尤其涉及一种用于船舶数据集成平台的网络架构和船舶数据集成平台。
背景技术
船舶是航行或停泊于水域进行运输或作业的交通工具，船舶根据需求采用不同的技术、设备和结构。随着船舶采用的技术、设备和结构日益复杂，检测、维护、管理和调度的难度不断提高。物联网时代，利用传感器收集设备的参数，通过网络实现设备的互联互通和数据共享，可以使设备的管理智能化、信息化、精准化。常规船舶的各种设备和系统通常相对独立，并且大量数据没有完全得到收集、分析和共享，不能满足物联网时代的管理需要。现代船舶需要实现数字化，具备用于数据收集、共享的数据系统。同时船舶的技术、设备和结构日益复杂，并且船舶需要长时间离港航行，对通信系统和控制系统的安全性和稳定性要求极高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中常规船舶各设备和系统之间相对独立、数据不能共享导致船舶管理无法智能化、信息化、精准化的缺陷，提供一种用于船舶数据集成平台的网络架构和船舶数据集成平台。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种用于船舶数据集成平台的网络架构，所述网络架构采用双核心星型的以太网冗余架构，所述网络架构包括：
至少两个相互冗余的核心交换机；
至少两个机舱交换机，每一个所述机舱交换机分别与所述至少两个核心交换机通信连接，所述机舱交换机设置于所述船舶的船体内部；
第一网关，所述第一网关分别与所述至少两个机舱交换机通信连接，所述船舶数据集成平台的位于所述船体内部的数据采集系统与所述第一网关通信连接；
至少两个上建交换机，每一个所述上建交换机分别与所述至少两个核心交换机通信连接，所述上建交换机设置于所述船舶的船体上表面建筑内；
第二网关，所述第二网关分别与所述至少两个上建交换机通信连接，所述船舶数据集成平台的位于所述船体上表面建筑内的数据采集系统与所述第二网关通信连接。
较佳地，所述船舶数据集成平台包括至少两个平台服务器，每个所述平台服务器通过对绞电缆分别与相对应的所述核心交换机通信连接；所述平台服务器通过以太网口接入核心交换机，经过所述网络架构与所述船舶数据集成平台进行通信，用于接收、储存数据。
较佳地，所述船舶数据集成平台包括船舶通信系统，所述船舶通信系统分别与所述至少两个核心交换机通信连接，所述船舶通信系统用于将所述船舶数据集成平台的数据通过卫星通信的方式发出。
较佳地，所述船舶通信系统与所述核心交换机之间设有防火墙。
较佳地，所述核心交换机通过光纤电缆与所述机舱交换机通信连接；
所述核心交换机通过光纤电缆与所述上建交换机通信连接；
所述机舱交换机通过光纤电缆与所述第一网关通信连接；
所述上建交换机通过光纤电缆与所述第二网关通信连接。
较佳地，所述船舶数据集成平台还包括轴功率监测单元、燃油流量监测单元、机舱监测报警系统和主机遥控系统，所述轴功率监测单元、所述燃油流量监测单元、所述机舱监测报警系统和所述主机遥控系统分别与所述第一网关通信连接。
较佳地，所述机舱监测报警系统通过对绞电缆与船舶主机、船舶发电机、船舶锅炉、船舶设备维修保养系统、阀门遥控系统和液位遥测系统连接，并通过传感器监测所述船舶主机、所述船舶发电机、所述船舶锅炉、所述船舶设备维修保养系统、所述阀门遥控系统和所述液位遥测系统的异常状态；
当检测到异常状态时，所述机舱监测报警系统生成报警信号并输出至所述网络架构。
较佳地，当所述主机遥控系统接收到所述报警信号，所述主机遥控系统生成遥控信号并发送给所述机舱监测报警系统，所述遥控信号用于处理所述异常状态。
较佳地，所述船舶数据集成平台还包括航行设备监测系统，所述航行设备监测系统与所述第二网关通信连接。
较佳地，所述船舶数据集成平台还包括智能航行工作系统，所述智能航行工作系统分别与所述至少两个上建交换机通信连接。
本发明还提供一种船舶数据集成平台，所述船舶数据集成平台利用上述各项任意组合的的网络架构。
本发明的积极进步效果在于：智能船舶的辅助决策如能效管理、智能航行、智能机舱、趋势预测报警等都需要对船舶采集的大量数据进行分析、建模、计算。本发明提供一种用于船舶数据集成平台的网络架构和船舶数据集成平台，可以将船舶各设备、系统及其他数据集成融合起来，也可以实现传输到岸端的数据处理中心和指挥中心，使整个船队的数据集成在一起，可以进一步利用人工智能技术进行挖掘、分析、比对，满足智能系统的要求，为船舶经济、安全、高效的运营提供辅助决策。
附图说明
图1为实施例1的用于船舶数据集成平台的网络架构的结构示意图。
图2为实施例2的船舶数据集成平台的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种用于船舶数据集成平台的网络架构，该网络架构采用双核心星型的以太网冗余架构，该网络架构包括：
相互冗余的第一核心交换机1和第二核心交换机2；具体地，核心交换机是三层交换机或者三层以上的交换机，采用机箱式的外观，具有很多冗余的部件。核心交换机的稳定性非常重要，因此应尽可能的提供较多的冗余。相对于第二层功能，第三层冗余功能在硬件出现故障时适应变化所花的时间。
第一机舱交换机3和第二机舱交换机4，第一机舱交换机3分别与第一核心交换机1和第二核心交换机2通信连接，第二机舱交换机4分别与第一核心交换机1和第二核心交换机2通信连接，第一机舱交换机3和第二机舱交换机4设置于船舶的船体内部；具体地，机舱交换机是多个网关的汇聚点，能够处理来自网关的设备的所有通信量，并提供到核心交换机的上行链路，因此机舱交换机需要具备高转发性能，采用二层交换机。
第一网关7，第一网关7分别与第一机舱交换机3和第二机舱交换机4通信连接，船舶数据集成平台的位于船体内部的第一数据采集系统109与第一网关7通信连接；
第一上建交换机5和第二上建交换机6，第一上建交换机5分别与第一核心交换机1和第二核心交换机2通信连接，第二上建交换机6分别与第一核心交换机1和第二核心交换机2通信连接，第一上建交换机5和第二上建交换机6设置于船舶的船体上表面建筑内；具体地，上建交换机是多个网关的汇聚点，能够处理来自网关的设备的所有通信量，并提供到核心交换机的上行链路，因此上建交换机需要具备高转发性能，采用二层交换机。
第二网关8，第二网关8分别与第一上建交换机5和第二上建交换机6通信连接，船舶数据集成平台的位于船体上表面建筑内的第二数据采集系统209与第二网关8通信连接。
具体地，第一核心交换机1通过光纤电缆分别与第一机舱交换机3和第二机舱交换机4通信连接，第二核心交换机2通过光纤电缆分别与第一机舱交换机3和第二机舱交换机4通信连接；
第一核心交换机1通过光纤电缆与第一上建交换机5和第二上建交换机6通信连接，第二核心交换机2通过光纤电缆与第一上建交换机5和第二上建交换机6通信连接；
第一机舱交换机3和第二机舱交换机4通过光纤电缆分别与第一网关7通信连接；
第一上建交换机5和第二上建交换机6通过光纤电缆分别与第二网关8通信连接。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种船舶数据集成平台，该船舶数据集成平台利用实施例1中的网络架构，该船舶数据集成平台包括第一平台服务器10和第二平台服务器11，第一平台服务器10通过对绞电缆与第一核心交换机1通信连接，第二平台服务器11通过对绞电缆与第二核心交换机2通信连接；第一平台服务器10通过以太网口接入第一核心交换机1，第二平台服务器11通过以太网口接入第二核心交换机2，经过该网络架构与该船舶数据集成平台进行通信，用于接收、储存数据。
该船舶数据集成平台包括船舶通信系统12，船舶通信系统12分别与第一核心交换机1和第二核心交换机2通信连接，船舶通信系统12用于将该船舶数据集成平台的数据通过卫星通信的方式发出。具体地，船舶通信系统12包括VSAT卫星通信系统和海事卫星宽带系统(FleetBroadband，简称FBB)；船舶通信系统12与第一核心交换机1之间设有第一防火墙13，船舶通信系统12与第二核心交换机2之间设有第二防火墙14，第一防火墙13和第二防火墙14之间相互备份。
该船舶数据集成平台还包括轴功率监测单元15、燃油流量监测单元16、机舱监测报警系统17和主机遥控系统18，轴功率监测单元15、燃油流量监测单元16、机舱监测报警系统17和主机遥控系统18分别与第一网关7通信连接。具体地，轴功率监测单元15的装置是基于相位差式轴功率测量仪,该单元采用光电开关传感器监测轴将电机功率传给叶轮的功率。
具体地，机舱监测报警系统17通过对绞电缆与船舶主机19、船舶发电机20、船舶锅炉21、船舶设备维修保养系统(Planned Maintenance System，简称PMS)22、阀门遥控系统23和液位遥测系统24连接，机舱监测报警系统17通过传感器监测船舶主机19、船舶发电机20、船舶锅炉21的异常状态，机舱监测报警系统17检测船舶设备维修保养系统22、所述阀门遥控系统23和所述液位遥测系统24；具体地，船舶主机为船舶动力装置，通常使用内燃机中的往复式柴油机作为船舶主机；船舶设备维修保养系统22用于对船舶设备采用周期性维修保养，PMS管理系统是一套基于共享数据库，分别运行于船舶和岸基计算机系统，同时具备计划保养体系管理、船舶备件管理、基础数据库管理、机务报表管理和船-岸数据交换等五大功能的计算机应用系统。阀门遥控系统23用于遥控阀的开和关，使船员能方便地进行压载水和燃油的调驳，获得想要的船舶吃水状态，来满足船舶的各种工况要求。液位遥测系统24用于对船舶的油舱、水舱的液位状态的测量。
当检测到异常状态时，机舱监测报警系统17生成报警信号并输出至该网络架构。第二平台服务器11经过该网络架构与机舱监测报警系统17进行通信，用于接收、储存警信号。
当主机遥控系统18接收到该报警信号，主机遥控系统18生成遥控信号并发送给机舱监测报警系统17，机舱监测报警系统17将该遥控信号发送到船舶主机19、船舶发电机20、船舶锅炉21、船舶设备维修保养系统22、阀门遥控系统23和液位遥测系统24，该遥控信号用于处理异常状态。
该船舶数据集成平台还包括航行设备监测系统25，航行设备监测系统25与第二网关8通信连接。航行设备监测系统25用于监测罗经、雷达、定位仪等设备。
该船舶数据集成平台还包括智能航行工作系统26，智能航行工作系统26通过光纤电缆分别与第一上建交换机5和第二上建交换机6通信连接。智能航行工作系统26是服务于船舶智能航行的人工智能系统，能够获取船舶在航环境和自身状态信息，并根据该数据抽象出航行态势，实现自动规划航线，自动规避碰撞的功能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于船舶数据集成平台的网络架构，其特征在于，所述网络架构采用双核心星型的以太网冗余架构，所述网络架构包括：
至少两个相互冗余的核心交换机；
至少两个机舱交换机，每一个所述机舱交换机分别与所述至少两个核心交换机通信连接，所述机舱交换机设置于船舶的船体内部；
第一网关，所述第一网关分别与所述至少两个机舱交换机通信连接，所述船舶数据集成平台的位于所述船体内部的数据采集系统与所述第一网关通信连接；
至少两个上建交换机，每一个所述上建交换机分别与所述至少两个核心交换机通信连接，所述上建交换机设置于船舶的船体上表面建筑内；
第二网关，所述第二网关分别与所述至少两个上建交换机通信连接，所述船舶数据集成平台的位于所述船体上表面建筑内的数据采集系统与所述第二网关通信连接。
2.如权利要求1所述的网络架构，其特征在于，所述船舶数据集成平台包括至少两个平台服务器，每个所述平台服务器通过对绞电缆分别与相对应的所述核心交换机通信连接；所述平台服务器通过以太网口接入核心交换机，经过所述网络架构与所述船舶数据集成平台进行通信，用于接收、储存数据。
3.如权利要求1所述的网络架构，其特征在于，所述船舶数据集成平台包括船舶通信系统，所述船舶通信系统分别与所述至少两个核心交换机通信连接，所述船舶通信系统用于将所述船舶数据集成平台的数据通过卫星通信的方式发出。
4.如权利要求3所述的网络架构，其特征在于，所述船舶通信系统与所述核心交换机之间设有防火墙。
5.如权利要求1所述的网络架构，其特征在于，所述核心交换机通过光纤电缆与所述机舱交换机通信连接；
所述核心交换机通过光纤电缆与所述上建交换机通信连接；
所述机舱交换机通过光纤电缆与所述第一网关通信连接；
所述上建交换机通过光纤电缆与所述第二网关通信连接。
6.如权利要求1所述的网络架构，其特征在于，所述船舶数据集成平台还包括轴功率监测单元、燃油流量监测单元、机舱监测报警系统和主机遥控系统，所述轴功率监测单元、所述燃油流量监测单元、所述机舱监测报警系统和所述主机遥控系统分别与所述第一网关通信连接。
7.如权利要求6所述的网络架构，其特征在于，所述机舱监测报警系统通过对绞电缆与船舶主机、船舶发电机、船舶锅炉、船舶设备维修保养系统、阀门遥控系统和液位遥测系统连接，并通过传感器监测所述船舶主机、所述船舶发电机、所述船舶锅炉、所述船舶设备维修保养系统、所述阀门遥控系统和所述液位遥测系统的异常状态；
当检测到异常状态时，所述机舱监测报警系统生成报警信号并输出至所述网络架构。
8.如权利要求7所述的网络架构，其特征在于，当所述主机遥控系统接收到所述报警信号，所述主机遥控系统生成遥控信号并发送给所述机舱监测报警系统，所述遥控信号用于处理所述异常状态。
9.如权利要求1所述的网络架构，其特征在于，所述船舶数据集成平台还包括航行设备监测系统，所述航行设备监测系统与所述第二网关通信连接。
10.如权利要求1所述的网络架构，其特征在于，所述船舶数据集成平台还包括智能航行工作系统，所述智能航行工作系统分别与所述至少两个上建交换机通信连接。
11.一种船舶数据集成平台，其特征在于，所述船舶数据集成平台利用如权利要求1至10中任一项所述的网络架构。
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