NMEA 2000 چیست و چگونه کیفیت ارتباطات پروتکل NMEA 2000 را ارزیابی کنیم؟

برای جزئیات محصول کلیک کنید

تعریف
NMEA 2000 یک پروتکل استاندارد برای ارتباطات بین کشتی ها و الکترونیک دریایی است. توسط انجمن ملی الکترونیک دریایی (NMEA-National Marine Electronics Association) توسعه یافته است.بر اساس پروتکل قبلی NMEA 0183 برای ارائه یک استاندارد ارتباطی کارآمد و انعطاف پذیربرای انطباق با نیازهای فزاینده پیچیده عملکردی و تبادل داده از تجهیزات الکترونیکی مدرن دریایی.
معماری پروتکل
NMEA 2000 بر اساس فناوری اتوبوس شبکه منطقه کنترل کننده (CAN) ساخته شده است. اتوبوس CAN در اصل برای ارتباطات بین واحدهای کنترل الکترونیکی (ECU) در صنعت خودرو توسعه یافته است.در کاربردهای دریایی، این یک اتصال شبکه قابل اعتماد و با سرعت بالا را فراهم می کند. توپولوژی شبکه می تواند یک اتوبوس خطی، یک ساختار درخت یا ترکیبی از هر دو باشد.این انعطاف پذیری به تجهیزات اجازه می دهد تا به راحتی به شبکه دسترسی داشته باشند و به طرح های مختلف کشتی و تعداد تجهیزات سازگار شوند..

به عنوان مثال، در یک قایق کوچک، ناوبری GPS، اندازه گیری عمق و دستگاه های نظارت بر موتور می توانند به سادگی به صورت خطی به اتوبوس CAN متصل شوند. در کشتی های بزرگ تجاری،یک شبکه پیچیده تر در قالب درخت می تواند برای اتصال سنسورهای متعدد ساخته شود، تجهیزات ناوبری، تجهیزات ارتباطی و غیره

ویژگی های انتقال داده
سرعت بالا:NMEA 2000 دارای سرعت انتقال داده تا 250 kbps است که پیشرفت بزرگی نسبت به پروتکل NMEA 0183 (حداکثر نرخ باد 4800bps) است.این اجازه می دهد تا به سرعت انتقال مقدار زیادی از داده های ناوبری، مانند موقعیت کشتی، سرعت، مسیر، عمق، اطلاعات آب و هوایی و اطلاعات وضعیت تجهیزات مختلف. به عنوان مثال، زمانی که یک کشتی با سرعت بالا حرکت می کند،داده های موقعیت و سرعت به سرعت به روز شده می توانند بین تجهیزات ناوبری و تجهیزات خلبان خودکار به موقع از طریق پروتکل NMEA 2000 منتقل شوند.، اطمینان از دقت ناوبری.

ارتباطات چند دستگاه:از چندین دستگاه برای برقراری ارتباط همزمان پشتیبانی می کند. در یک شبکه NMEA 2000، دستگاه های چندین تولید کننده مختلف می توانند متصل شوند،تا زمانی که این دستگاه ها با استاندارد NMEA 2000 مطابقت داشته باشنداین به این دلیل است که این پروتکل قوانین یکسانی را برای فرمت های داده و ارتباطات تعیین می کند. به عنوان مثال، صاحبان کشتی می توانند از مارک های مختلف تجهیزات GPS، رادار، سونار و خلبان خودکار انتخاب کنند.که همگی می توانند از طریق شبکه NMEA 2000 داده ها را مبادله کنند و با هم کار کنند.
مشخصات فرمت داده

پروتکل NMEA 2000 دارای مقررات سختگیرانه ای در مورد فرمت داده ها است.هرکدام با یک شناسه منحصر به فرد به نام شماره گروه پارامتر PGN. PGN نوع و محتوای یک پیام را شناسایی می کند و از 0 تا 65535 می باشد. به عنوان مثال، PGN 129025 اطلاعات موقعیت کشتی را از جمله خط طول، عرض البلد، ارتفاع و غیره نشان می دهد.PGN 129026 اطلاعات سرعت کشتی را نشان می دهداین دستگاه می تواند داده های دریافت شده را بر اساس PGN تشخیص دهد و پردازش کند و به اشتراک گذاری دقیق داده ها و تعامل را امکان پذیر کند.
حوزه کاربرد

ناوبری دریایی و خلبان خودکار:در ناوبری دریایی، پروتکل NMEA 2000 به ناوبری های GPS امکان می دهد تا موقعیت دقیق، سرعت، مسیر و سایر اطلاعات را به سایر دستگاه های موجود در کشتی مانند صفحه نمایش نمودار الکترونیکی منتقل کنند.خلبان خودکار و غیرهخلبان خودکار می تواند به طور خودکار مسیر و سرعت کشتی را با توجه به این اطلاعات، همراه با مسیر پیش تعیین شده و نقشه الکترونیکی، تنظیم کند تا ناوبری خودکار را به دست آورد.برای مثالهنگامی که کشتی در دریا حرکت می کند، ناوبری موقعیت واقعی کشتی را از طریق پروتکل NMEA 2000 به خلبان خودکار ارسال می کند.و خلبان خودکار به طور خودکار کنترل زاویه فرمان کشتی را بر اساس این اطلاعات کنترل می کند و آن را با مسیر پیش تعیین شده مقایسه می کند.، به طوری که کشتی در امتداد مسیر درست حرکت می کند.

چگونه کیفیت ارتباطات پروتکل NMEA 2000 را ارزیابی کنیم؟

دقت انتقال داده
بررسی اطلاعات موقعیت:برای کاربردهای دریایی، اطلاعات موقعیت (طول و عرض) یکی از مهم ترین داده ها است.این می تواند با مقایسه اطلاعات موقعیت مکانی ارائه شده توسط چندین دستگاه ناوبری سازگار با NMEA 2000 تعیین شود.اگر داده های موقعیت مکانی که آنها نمایش می دهند در محدوده خطای معقول (معمولاً در عرض چند متر تا ده ها متر) باشد،بسته به دقت تجهیزات و عوامل محیطی)، دقت انتقال داده بالا است. به عنوان مثال، در یک محیط باز و به خوبی سیگنال شده مانند یک بندر، خطا موقعیت کشتی که توسط دو دستگاه نمایش داده می شود کمتر از 10 متر است.که نشان می دهد ارتباطات پروتکل در انتقال داده های مکان با کیفیت خوبی است..

بررسي اطلاعات سرعت و مسیر:با نگاه کردن به انسجام سرعت و داده های مسیر برای تعیین. هنگامی که کشتی به طور پیوسته حرکت می کند، سرعت و داده های مسیر به دست آمده از تجهیزات مختلف (مانند رادار کشتی،و غیره. بايد مطابقت داشته باشهاگر داده های سرعت بیش از محدوده مشخصی متفاوت باشند (مانند بیش از ۱۰ درصد از محدوده نوسانات سرعت عادی کشتی) یا داده های مسیر به طور قابل توجهی متفاوت باشند (بیش از ۵ تا ۱۰ درجه)، ممکن است مشکل با کیفیت ارتباطات را نشان دهد.

یکپارچگی انتقال داده
بررسی یکپارچگی پیام: هر پیام پروتکل NMEA 2000 دارای فرمت و محتوای ثابت است، از جمله عنوان پیام، شماره گروه پارامتر (PGN) ، زمینه های داده و دم پیام.شما می توانید از یک ابزار نظارت شبکه حرفه ای یا عملکرد تشخیصی دستگاه برای بررسی اینکه آیا پیام دریافت شده کامل است استفاده کنیدبه عنوان مثال، اگر یک پیام حاوی اطلاعات عمق کشتی (PGN 129029) بخش هایی از میدان داده ها را از دست داده باشد (مانند بخش عددی قابل توجهی از ارزش عمق) ،انتقال داده ها ناقص است و کیفیت ارتباطات ضعیف است.

ارزیابی میزان از دست دادن داده ها: آمار از دست دادن داده ها در طول یک دوره طولانی انتقال داده ها.برخی از تجهیزات پیشرفته نظارت بر شبکه یا نرم افزار می تواند تعداد داده های از دست رفته و مقدار داده های از دست رفته را ثبت کندبه طور کلی میزان از دست دادن داده ها باید کمتر از یک آستانه خاص باشد، به عنوان مثال، در ناوبری معمولی، اگر میزان از دست دادن داده ها بیش از 1٪ باشد، استفاده عادی از تجهیزات ممکن است تحت تاثیر قرار گیرد.و کیفیت ارتباطات باید بیشتر بررسی شود.

نرخ انتقال داده و زمان واقعی
آزمون سرعت:استفاده از تجهیزات تست شبکه حرفه ای برای اندازه گیری سرعت انتقال داده از شبکه NMEA 2000. حداکثر سرعت نظری آن 250kbps است و در کاربردهای عملی،اگرچه ممکن است به دلیل عواملی مانند عملکرد دستگاه و بار شبکه به این حداکثر نرسدبرای مثال، در یک شبکه تجهیزات الکترونیکی دریایی متوسط (از جمله GPS، رادار، نظارت بر موتور و سایر تجهیزات) ،سرعت انتقال داده باید بتواند در حدود 100-200kbps ثبات یابد تا اطمینان حاصل شود که داده های مختلف (موقعیت در زمان واقعی)، سرعت، وضعیت تجهیزات و غیره) می تواند به موقع منتقل شود.

تشخیص در زمان واقعی:مشاهده کنید که آیا داده ها به موقع به روز می شوند. به عنوان مثال، برای داده های موقعیت یک کشتی، هنگامی که کشتی با سرعت بالا (مانند 15-20 گره) حرکت می کند،اطلاعات موقعیت باید هر چند ثانیه (معمولا 1-5 ثانیه) به روز شود تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات ناوبری و تجهیزات خلبان خودکار می توانند با آخرین اطلاعات کار کنند.اگر تاخیر به روز رسانی داده ها قابل توجه باشد، بیش از دو برابر دوره ی عادی به روز رسانی، ممکن است به دلیل سرعت ارتباطی ناکافی یا ازدحام شبکه باشد.که بر کیفیت ارتباطات تاثیر می گذارد.

ثبات شبکه و قابلیت ضد تداخل
ثبات اتصال شبکه:بررسی کنید که آیا اتصالات شبکه بین دستگاه ها اغلب قطع می شوند. شما می توانید وضعیت اتصال را از طریق شاخص اتصال دستگاه یا نرم افزار مدیریت شبکه بررسی کنید.در طول ناوبری عادی، اگر اتصالات بین دستگاه ها به طور مکرر قطع شوند (به عنوان مثال، بیش از 3 تا 5 بار در ساعت) ، این ممکن است به دلیل نقص های سخت افزاری شبکه (مانند آسیب کابل،رابط های گشاده) یا تداخل الکتریکی، که نشان دهنده ثبات ضعیف شبکه است.