浅谈船舶网络通信中几种关键技术
时间：2020-12-15 08:01:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】船舶网络通信与普通网络通信相比具有海洋业务的特殊性，船舶机舱环境的复杂、恶劣，要求船舶设备之间的通信抗干扰、实时性强。相比与传统的船舶信息网络中，采用点对点的串行口通信，现代船舶在保留原有通信方式的前提下，采用了实时性好、可靠性强、成本较低、开发难度较小的现场总线系统和兼容性、互操作性好、资源共享能力强的以太网网络系统。船舶可以根据不同的通信环境与信息量需求，采用不同的通信方式进行通信。
【关键词】RS485通信；CAN总线通信
1.引言
自20世纪70年代起，船舶自动化技术出现了蓬勃的发展趋势，单个设备更加自动化与智能化，各自动化设备之间实现了资源共享，各自动化子系统也进行了有机集成。这就迫切的需要真正實现对一全船各种设备的单点或多点集中监控。随着工控网络通信技术的成熟，特别是串行接口技术的日渐成熟及各种现场总线技术的快速发展，其在工控领域得到广泛的应用，并被IEC（国际电工技术委员会）作为标准采纳，也是大多数船舶自动化设备公司采用的首选现场总线标准。而工业以太网技术在工控信息管理领域的优势也非常适用于船舶。将上述三种网络通信技术结合，可以有效地实现船舶自动化设备之间的相互通信以及各自动化子系统的集成。下面对串行通信接口技术、现场总线技术以及以太网技术在船舶中的应用做简单的介绍。
2.三种关键技术在船舶通信系统中的应用
2.1RS485通信接口技术
随着计算机技术迅猛发展，串口通信接口技术已经相当成熟。相比并行通信，串行通信因其所用的传输线少，传送成本低等特点，特别适用于远距离通信。同时，由于其接口简单可靠，即使是近距离传输的外围设备也普遍使用串行接口与其它计算机设备进行通信。按照接口的物理电器特性划分，最被人们熟悉的串行接口有：RS232电平接口、RS422电平接口、RS485差分平衡电平接口和光隔离电流环接口。串行通信接口技术广泛应用于各个领域中，船舶行业也不例外。在船舶中，串行通信接口技术主要应用于数据采集、远程的信IV、交换。下而通过具体的例子说明串行通信接口技术如何应用于船舶通信系统中。
其中，RS485总线通信模式由于其工作方式简单、价格低廉、传输距离较远等特点，广泛应用于工控领域中。但一旦通信所依从的环境条件较为恶劣，或者RS485网络设计不当，就会极大地影响RS485通信的可靠性，从而影响整个系统的运行。
2.2CAN总线技术
现代社会对汽车性能的需求越来越高，智能化控制在不断地推进。智能化控制需要交换大量的数据，如果只从硬件的方面进行改进，成本会提升，而且过程比较繁琐。CAN总线的实现方式就很好的解决了这一问题。1986年，在SAE（汽车工程人员协会）大会上Bosch首次提出了CAN的概念。紧接着在下一年，第一块CAN控制芯片在INTEL被推出；随后Philips半导体推出了8X200 。 1993年，CAN的国际标准IS011898公布后，CAN总线在工控方面的到广泛的应用。
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它具有分散性、开放性、互用性等特点，因此广泛应用于各种工业控制的场合。现场总线的种类很多，比较流行的有：基金会现场总线FF、CAN总线、Lon Works总线、ProfiBus总线、Hart总线、Device Net总线、Control Net总线、Wor1dF1P以及总线以及P-NET等。不同的现场总线各具有特色，适用于不同的应川场合。自20世纪90年代以来，现场总线技术开始应用于船舶机舱的监视报警和主机遥控灯系统。日前，现场总线技术逐步成为船舶自动化发展的标志。
船舶通信利用CAN总线的良好性能，组成船舶通信控制网络。CAN总线减少了船舶网络的线束数目，是控制结构更为简单，提高了系统的可靠胜。CAN2.0技术规范与OSI（Open System Interconnection）模型中协议层的规范一致，CAN2.0协议规定了OSI模型中的数据链路层和物理层。数据链路层又包含逻辑链路控制层和媒体访问控制层两个子层。逻辑链路控制层有三个功能：帧接收滤波、超载通告和恢复管理，媒体访问控制层是数据链路层的关键，包括发送数据封装、发送媒体访问、接受媒体访问管理、接受数据卸载几个部分。物理层定义了位编码/解码、位定时、同步等功能。一般使用的物理媒介是双绞线，采用差分电压信号传输，一条信号线是CAN_H，另外一条是CAN_L。
在众多现场总线中，目前在船上应用的则以CAN总线和ProfiBus总线为主，不同的设备厂商所采用的总线类型各不同。例如，西门子PLC构建的系统一般采用ProfiBus，而KONGSBERG Maritime等公司的产品则采用CAN总线，如KONGSBERG Maritime生产的AutoChief C20型主机遥控系统，该系统各模块之间通过双兀余CAN总线进行通信来实现安全保护、控制和报警等功能。该公司生产的船舶发送机轴承磨损监控系统（BWM）也是通过CAN网络与AutoChief C20连接而成。此外还有一些厂商采用自己研制的现场总线，如德国的SAM公司等。中国目前也开发了许多基于总线技术的STI-VC2 船舶机舱监控系统；三进科技发展有限公司已成功开发的基于CAN总线技术的CJBW系列全数字式船舶监控报警系统，已在多艘军民船舶上使用。
2.3以太网技术
伴随着计算机网络通信技术的不断发展，以太网成为目前局域网中采用的最多最广的通信协议标准。这种通信标准已经广泛的应用于工业控制网络，对于船舶控制网络尤其重要。1981年，IEEEprojeetsoZ小组委员会成立，使10Mbit以太网成为一种国际标准。1995年，IEEE批准了IOOMbit/s的以太网，这种以太网被称为快速以太网。
