ما هو بروتوكول NMEA 2000 وكيفية الحكم على جودة الاتصال في بروتوكول NMEA 2000؟

انقر على تفاصيل المنتج

تعريف
NMEA 2000 هو بروتوكول قياسي للاتصالات بين السفن والإلكترونيات البحرية. تم تطويره من قبل الجمعية الوطنية للإلكترونيات البحرية (NMEA - الجمعية الوطنية للإلكترونيات البحرية) ،يستند إلى بروتوكول NMEA 0183 السابق لتوفير معيار اتصال أكثر كفاءة ومرونةللتكيف مع متطلبات التبادل الوظيفي والبيانات المعقدة المتزايدة للمعدات الإلكترونية البحرية الحديثة.
بنية البروتوكول
يعتمد NMEA 2000 على تكنولوجيا حافلة شبكة منطقة المراقب (CAN). تم تطوير حافلة CAN في الأصل للاتصال بين وحدات التحكم الإلكترونية (ECUs) في صناعة السيارات.في التطبيقات البحرية، فإنه يوفر اتصال شبكي موثوق به وعالي السرعة. يمكن أن تكون طبقة الشبكة حافلة خطية أو هيكل شجرة أو مزيج من الاثنين.هذه المرونة تسمح للمعدات بالوصول بسهولة إلى الشبكة والتكيف مع تخطيطات السفن والأرقام المختلفة للمعدات.

على سبيل المثال، على يخت صغير، يمكن ببساطة توصيل أجهزة تحديد المواقع، ومقاييس العمق، وأجهزة مراقبة المحرك إلى حافلة CAN بطريقة خطية؛ في السفن التجارية الكبيرة،يمكن بناء شبكة أكثر تعقيدًا على شكل شجرة لربط العديد من أجهزة الاستشعارمعدات الملاحة ومعدات الاتصالات الخ

خصائص نقل البيانات
السرعة العالية:يحتوي بروتوكول NMEA 2000 على معدل نقل البيانات يصل إلى 250 kbps ، وهو تحسن كبير على بروتوكول NMEA 0183 (حد أقصى لمعدل البود من 4800bps).هذا يسمح له بإرسال كمية كبيرة من البيانات الملاحية بسرعةعلى سبيل المثال عندما تسير السفينة بسرعة عالية،يمكن نقل بيانات الموقف والسرعة التي يتم تحديثها بسرعة بين معدات الملاحة ومعدات الطيار الآلي في الوقت المناسب من خلال بروتوكول NMEA 2000لضمان دقة الملاحة.

الاتصالات بين أجهزة متعددة:يدعم العديد من الأجهزة للتواصل في نفس الوقت. في شبكة NMEA 2000 ، يمكن توصيل أجهزة من العديد من الشركات المصنعة المختلفة ،طالما أن هذه الأجهزة تتوافق مع معيار NMEA 2000هذا لأن البروتوكول يضع قواعد موحدة لتنسيقات البيانات والاتصالات. على سبيل المثال، يمكن لصاحبي السفن الاختيار من بين علامات تجارية مختلفة من معدات GPS والرادار والسونار والطيار الآلي،جميعها قادرة على تبادل البيانات والعمل معا من خلال شبكة NMEA 2000.
مواصفات تنسيق البيانات

بروتوكول NMEA 2000 لديه قواعد صارمة حول تنسيق البيانات. يتم نقل البيانات عبر الشبكة في شكل رسائل،كل منها مع معرف فريد يسمى رقم مجموعة PGN-Parameter. يحدد PGN نوع ومحتوى الرسالة ويتراوح من 0 إلى 65535. على سبيل المثال ، يشير PGN 129025 إلى معلومات موقع السفينة ، بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع ، إلخ.PGN 129026 يشير إلى معلومات السرعة للسفينة، بما في ذلك السرعة إلى الأرض والسرعة إلى الماء. يمكن للجهاز التعرف على البيانات المستلمة ومعالجتها بناءً على PGN ، مما يتيح تبادل البيانات والتفاعل الدقيق.
مجال التطبيق

الملاحة البحرية والطيار الآلي:في الملاحة البحرية ، يسمح بروتوكول NMEA 2000 للملاحين بـ GPS بنقل الموقف الدقيق والسرعة والاتجاه وغيرها من المعلومات إلى أجهزة أخرى على متن الطائرة ، مثل شاشات العرض الإلكترونية للخرائط ،الطيار الآلي وهلم جرايمكن للطيار الآلي ضبط مسار السفينة وسرعتها تلقائيًا وفقًا لهذه المعلومات ، جنبًا إلى جنب مع المسار المحدد مسبقًا والخريطة الإلكترونية ، لتحقيق الملاحة التلقائية.مثلاً، عندما تبحر السفينة في البحر، يرسل الملاح موقع السفينة في الوقت الحقيقي إلى الطيار الآلي من خلال بروتوكول NMEA 2000،والطيار الآلي يتحكم تلقائيًا في زاوية القيادة للسفينة وفقًا لهذه المعلومات ويقارنها مع المسار المحدد مسبقًاحتى تسافر السفينة على طول المسار الصحيح.

كيف يمكن أن نحكم على جودة الاتصالات في بروتوكول NMEA 2000؟

دقة نقل البيانات
التحقق من معلومات الموقع:بالنسبة للتطبيقات البحرية ، فإن معلومات الموقع (الطول والعرض) هي واحدة من أكثر البيانات أهمية.يمكن تحديد ذلك عن طريق مقارنة معلومات الموقع المقدمة من أجهزة الملاحة المتوافقة مع NMEA 2000إذا كانت بيانات الموقع التي يعرضونها ضمن نطاق خطأ معقول (عادةً في غضون بضعة أمتار إلى عشرات الأمتار) ،اعتمادا على دقة المعدات والعوامل البيئية)، دقة نقل البيانات مرتفعة. على سبيل المثال ، في بيئة مفتوحة ومشفرة جيدًا مثل ميناء ، فإن خطأ موقع السفينة المعروض من قبل جهازين أقل من 10 أمتار ،تشير إلى أن اتصالات البروتوكول ذات جودة جيدة في نقل بيانات الموقع.

التحقق من السرعة والمسار:من خلال النظر إلى اتساق سرعة وموجهة البيانات لتحديد. عندما تبحر السفينة بشكل ثابت، والسرعة وموجهة البيانات التي تم الحصول عليها من معدات مختلفة (مثل رادار السفينة،الخيجب أن تتطابق.إذا اختلفت بيانات السرعة بأكثر من نطاق معين (مثل أكثر من 10٪ من نطاق تقلبات السرعة العادية للسفينة) أو اختلفت بيانات المسار بشكل كبير (أكثر من 5-10 درجات)، قد يشير إلى مشكلة في جودة الاتصال.

سلامة نقل البيانات
فحص سلامة الرسالة: كل رسالة من بروتوكول NMEA 2000 لها تنسيق ومحتوى ثابت، بما في ذلك رأس الرسالة ورقم مجموعة المعايير (PGN) وحقول البيانات وذيل الرسالة.يمكنك استخدام أداة مراقبة الشبكة المهنية أو وظيفة التشخيص للجهاز للتحقق مما إذا كانت الرسالة المستلمة كاملةعلى سبيل المثال، إذا كانت رسالة تحتوي على معلومات عن عمق السفينة (PGN 129029) تفتقر إلى أجزاء من حقل البيانات (مثل الجزء العددي المهم من قيمة العمق) ،نقل البيانات غير كامل ونوعية الاتصال ضعيفة.

تقييم معدل فقدان البيانات: إحصاءات فقدان البيانات خلال فترة طويلة من نقل البيانات.بعض معدات مراقبة الشبكة المتقدمة أو البرمجيات يمكن أن تسجل عدد البيانات المفقودة وكمية البيانات المفقودةبشكل عام، يجب أن يكون معدل فقدان البيانات أقل من عتبة معينة، على سبيل المثال، في الملاحة العادية، إذا تجاوز معدل فقدان البيانات 1٪، قد يتأثر الاستخدام العادي للمعدات.ويتوجب مزيد من التحقق من جودة الاتصال.

معدل نقل البيانات والوقت الحقيقي
اختبار السرعة:استخدام معدات اختبار الشبكة المهنية لقياس معدل نقل البيانات لشبكة NMEA 2000.على الرغم من أنه قد لا يصل إلى هذا الحد الأقصى بسبب عوامل مثل أداء الجهاز وحمل الشبكةعلى سبيل المثال ، في شبكة معدات إلكترونية بحرية متوسطة الحجم (بما في ذلك نظام تحديد المواقع ، الرادار ، مراقبة المحرك والمعدات الأخرى) ،يجب أن تكون سرعة نقل البيانات قادرة على الاستقرار في حوالي 100-200kbps لضمان أن البيانات المختلفة (الموقع في الوقت الحقيقي، السرعة، حالة المعدات، الخ) يمكن أن يتم إرسالها في الوقت المناسب.

الكشف في الوقت الحقيقي:ملاحظة ما إذا كانت البيانات يتم تحديثها في الوقت المناسب. على سبيل المثال، لبيانات موقع السفينة، عندما تسافر السفينة بسرعة عالية (مثل 15-20 عقدة) ،يجب تحديث معلومات الموقع كل بضع ثوان (عادة 1-5 ثوان) لضمان أن معدات الملاحة ومعدات الطيار الآلي يمكن أن تعمل وفقا لأحدث المعلومات.إذا كان تأخير تحديث البيانات كبيرًا ، أكثر من ضعف فترة التحديث العادية ، فقد يكون ذلك بسبب عدم كفاية معدل الاتصال أو ازدحام الشبكة ،والتي ستؤثر على جودة الاتصال.

استقرار الشبكة والقدرة على مكافحة التداخل
استقرار اتصال الشبكة:تحقق مما إذا كانت اتصالات الشبكة بين الأجهزة تتقطع بشكل متكرر. يمكنك التحقق من حالة الاتصال من خلال مؤشر الاتصال في الجهاز أو برنامج إدارة الشبكة.أثناء الملاحة العادية، إذا كانت اتصالات الأجهزة تتقطع بشكل متكرر (على سبيل المثال أكثر من 3 إلى 5 مرات في الساعة) ، قد يكون هذا بسبب أخطاء في أجهزة الشبكة (مثل تلف الكابلات،واجهات فضفاضة) أو تداخلات كهربائية، مما يشير إلى ضعف استقرار الشبكة.