Разработка телекоммуникационного шлюза для речных судов

Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Разработка телекоммуникационного шлюза
для речных судов
М.С. Кшевецкий
Mikhail.Kshevetskiy@lanit-tercom.com
Hardware Engineering Department,
Lanit-Tercom
Digital Electronics Developers Forum 2012 (DEDF-2012)
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Cодержание
1
2
3
4
Введение
Безопасность судовождения
AIS & ECDIS
Диспетчерский центр
Постановка задачи
Устройство СН 5703
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
Управляющее ПО
bpu-os
Основные компоненты bpu-os-kernel
Каналы связи bpu-os-kernel
Ложка дегтя
Заключение
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Безопасность судовождения
AIS & ECDIS
Диспетчерский центр
Постановка задачи
Безопасность судовождения
Средства для обеспечения безопасного судовождения
Automatic Identification System (AIS): идентификация судов,
предотвращение столкновений, передача сообщений, . . .
Long-Range Identification and Tracking (LRIT): аналогично
AIS, только на большие расстояния
Electronic Chart Display and Information System (ECDIS):
средства электронной картографии, предотвращение
столкновений
Различные средства связи: радио, спутниковая связь, GSM
Диспетчерские службы
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Безопасность судовождения
AIS & ECDIS
Диспетчерский центр
Постановка задачи
AIS
Особенности:
самоорганизующаяся сеть
расстояния порядка 20 км
Используется:
для предупреждения
столкновений
для получения данных
береговыми службами
для управления движением
судов
в операциях по поиску и
спасению
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Схема работы AIS
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Безопасность судовождения
AIS & ECDIS
Диспетчерский центр
Постановка задачи
ECDIS
Особенности:
требует для работы
GPS/GLONASS
может использовать
возможности AIS
Используется:
для замены обычных карт
для предупреждения
столкновений
для взаимодействия с AIS
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Экран программы электронной
картографии
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Безопасность судовождения
AIS & ECDIS
Диспетчерский центр
Постановка задачи
Диспетчерский центр
необходим крупным
портам
получает информацию с
AIS
управляет движением
судов
предоставляет связь и
сведения о состоянии
судов для судовладельцев
Координатор движения судов в
порту
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Безопасность судовождения
AIS & ECDIS
Диспетчерский центр
Постановка задачи
Постановка задачи
Недостатки AIS в России
Береговое покрытие AIS практически отсутствует
Диспетчерские центры имеются только в очень крупных
портах
На больших растояниях используется в основном радиосвязь
Задача: создать устройство, которое по имеющимся каналам
связи будет осуществлять взаимодействие с диспетчерским
центром (фактически — транспорт для AIS), а также выполнять
ряд других полезных задач.
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Безопасность судовождения
AIS & ECDIS
Диспетчерский центр
Постановка задачи
Архитектура системы
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
СН 5703
Спецификация:
CPU: Atmel AT91SAM9G45,
400 MHz (ARM)
Memory: 128 Mb
Flash: 256 Mb
Display: 6.5”, 640x480, 16 bit
Other: AC97, touchscreen,
ethernet, GPS/GLONASS,
DGPS, GPS, RS-232/422
ports
OS: Linux, distr. Angstrom
(OpenEmbedded)
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
http://www.navis.ru/
catalog_12_182.html
Внешний вид СН 5703
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
Возможности устройства
судно
прием/передача сообщений (связь с диспетчерским центром)
голосовая связь (радио/gsm)
определение навигационных параметров судна (GPS/GLONASS)
маршрутная навигация
взаимодействие с AIS и ECDIS
контроль за состоянием датчиков
диспетчерский центр
прием/передача сообщений (связь с судами)
голосовая связь (радио)
стыковка с диспетчерской системой порта/судовладельца
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
Средства связи
локальная сеть (интернет)
КВ/УКВ радиостанция (радиотелетайп, голос)
GSM (интернет, голос)
cпутниковая связь:
Inmarsat D+ (с корабля пакетами по 82 бита)
Inmarsat Mini-C (e-mail)
Inmarsat FleetBroadBand (FBB) (интернет)
GlobalStar (интернет, голос)
Нюансы
5 различных способов связи: голос, радио, Inmarsat D+, Inmarsat
Mini-C, интернет
специфичные настройки для каждого канала связи
маршрутизация данных при наличии нескольких каналов связи
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
Средства связи (радиосвязь)
+ практически бесплатна и широкодоступна
+ возможны режимы как передачи данных, так и голоса
− стандарт требует радиотелетайпа: морально устарел и очень
медленный (50 bps)
− нельзя одновременно передавать голос и данные
∗ прием/передача должны идти по расписанию
Детали реализации
управление радиостанцией: hamlib
радиотелетайп: программа на С (проблемы с FPU)
прием/передача по расписанию реализовано на Tcl/Tk
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
Средства связи (GSM)
+ относительно дешевая
+ возможна одновременная передача данных и голоса
(требуется мультиплексирование порта)
− не всюду доступна
Детали реализации
мультиплексирование порта: модуль ядра n_gsm
подключение к интернет: NetworkManager, ModemManager
голосовая связь, sms и статусы: ofono
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
Средства связи (Inmarsat D+)
+
−
−
∗
всюду и постоянно доступна
спутниковая связь очень затратна
сообщения ограниченного размера (82 бита)
разные способы приема/передачи сообщений на судне и в
диспетчерском центре
Детали реализации
судно: программа отправки побитово упакованных
сообщений через Inmarsat D+ терминал
диспетчерский центр: взаимодействие с коммуникационным
шлюзом по интернет (Versa Gateway)
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
Средства связи (Inmarsat Mini-C)
+ всюду и постоянно доступна
− спутниковая связь очень затратна
∗ разные способы приема/передачи сообщений на судне и в
диспетчерском центре
Детали реализации
судно: программа отправки e-mail через Inmarsat Mini-C
терминал
диспетчерский центр: прием/отправка e-mail через интернет
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
Средства связи (интернет)
стоимость может сильно варьироваться в зависимости от
используемого соединения
из-за стоимости требуемое оборудование может
отсутствовать на судне
Детали реализации
управление соединениями: NetworkManager
каждое соединение имеет свой приоритет, выбор активного
соединения осуществляется в зависимости от приоритета
передача сообщений — посылка/прием e-mail через интернет
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Спецификация
Возможности устройства
Средства связи
Ложка дегтя
Ложка дегтя
Проблемы с которыми пришлось столкнуться
GSM-модем: мультиплексирование порта не соответствует
спецификации; надежная инициализация модема — непростая
задача
AC97 кодек: несовместимость некоторых моделей с нашей обвязкой
errata, errata, errata, . . .
ошибки в linux kernel
радио: многое нужно было писать ”с нуля”
NetworkManager, ModemManager и ofono плохо дружат с
мультиплексированием модемных портов.
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
bpu-os
Основные компоненты bpu-os-kernel
Каналы связи bpu-os-kernel
Ложка дегтя
bpu-os
Ядро системы: программа bpu-os
Задача bpu-os: обработка событий
Источники событий: действия пользователя, каналы связи,
подключенные устройства, . . .
Язык программирования: Tcl/Tk
Плюсы Tcl/Tk
Быстрая разработка
Легко адаптировать работу устройства под нужды
потребителей
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
bpu-os
Основные компоненты bpu-os-kernel
Каналы связи bpu-os-kernel
Ложка дегтя
bpu-os (продолжение)
Архитектурно bpu-os поделен на 2-е части:
bpu-os-ui: пользовательский интерфейс
bpu-os-kernel: каналы связи, взаимодействие с
подключенными устройствами (AIS, ECDIS, датчики, . . . ),
обработка команд из UI и диспетчерского центра, . . .
bpu-os может быть сконфигурирован как:
судовой прибор
прибор диспетчерского центра
см. раздел Возможности устройства
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
bpu-os
Основные компоненты bpu-os-kernel
Каналы связи bpu-os-kernel
Ложка дегтя
Основные компоненты bpu-os-kernel
база данных информации о судах и диспетчерском центре
каналы связи (radio, Inmarsat D+, Inmarsat Mini-C, Internet)
диспетчер каналов связи
NMEA/AIS кодер/декодер (ДЦ, AIS, ECDIS, GPS/GLONASS)
модуль взаимодействия с GSM
модуль маршрутной навигации
модуль работы с датчиками
модуль красной кнопки
модуль логирования событий
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
bpu-os
Основные компоненты bpu-os-kernel
Каналы связи bpu-os-kernel
Ложка дегтя
Каналы связи bpu-os-kernel
radio: широковещательные и персональные сообщения
Inmarsat D+ (судно): короткие кодированные сообщения
Inmarsat D+ (ДЦ): короткие кодированные сообщения
Inmarsat Mini-C (судно): e-mail сообщения
Inmarsat Mini-C (ДЦ): e-mail сообщения
Internet: e-mail сообщения
диспетчер каналов связи bpu-os-kernel
прием/передача сообщений указанных типов
уведомление о передаче/доставке сообщений
поддержка приоритетов сообщений
автоматический выбор оптимального канала связи
возможность передачи сообщения по всем каналам сразу
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
bpu-os
Основные компоненты bpu-os-kernel
Каналы связи bpu-os-kernel
Ложка дегтя
Ложка дегтя
Проблемы с которыми пришлось столкнуться
медленная отрисовка на экране
процесс декодирования NMEA/AIS сообщений может cильно
увеличить загрузку CPU
эффект ”прозрачности” в Tcl/Tk приложениях приводит к
заметному повышению загрузки CPU
утечки памяти в расширениях Tcl/Tk
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов
Введение
Устройство СН 5703
Управляющее ПО
Заключение
Заключение
Устройство практически готово к эксплуатации
Устройство прошло испытания на судне двигавшемуся по
северному морскому пути
Использование Tcl/Tk дает возможность поставщику легко
адаптировать работу устройств под нужды потребителей
Спасибо.
М.С. Кшевецкий, Ланит-Терком
Телекоммуникационный шлюз для речных судов