ＵＤＰ协议分布交互式网络技术在航海雷达模拟器开发中的应用
本文作者： 陶肆， Tao Si
陶肆8l·航海与教学·陶肆(江苏海事职业技术学院航海技术系江苏南京211170)摘要：航海雷达模拟器由于在航海教育与培训中具有训练针对性强，成本低，效率高等诸多优点，受到了航海界的普遍关注。文章综述了该技术的作者单位在航海雷达模拟器中对UDP协议分布交互式网络技术应用、特征、设计和运作细节，旨在促进同行在该领域的技术交流。关键词：雷达模拟器分布交互仿真UDP协议信息流设计航海雷达模拟器是一个多本船系统，它由教练员站、本船和计算机处理系统组成(我院该系统共有八个本船)，能够满足和保证系统内有多组人员同时参与相互间的航行、避让与操纵训练和相应适任评估的需要，并能满足船舶驾驶员参加能见度不良时使用雷达模拟航行、避让和操纵的培训与适任评估的要求。
鉴于上述特征，我院航海雷达模拟器的开发是以PC机为基础，应用船舶操纵数学模型、雷达架设游戏／ARPA图像生成、电子海图和全计算机化的分布交互仿真等技术。本文主要介绍。
1分布交互仿真网络技术运用与设计“分布交互仿真是采用协调一致的传奇结构、标准、协议和数据库，通过局域网和广域网将分布在各地的各种仿真器互联，使人参与交互作用的一种综合环境”。其显著的特点在于“分布”和“交互”。“分布”体现在系统中不设中央计算机，其计算能力是分布的，再则单元与单元之间在地理位置上也是分布的。一个本船是一台模拟器，不同的本船布置在不同的房间内，本船与本船采用局域网互联，每个本船中模型解算、以电子海图为背景的船舶动态显示(俯视图)、雷达ARPA显示、各种仪器仪表也都由不同的微机承担，这些微机间采用局域网联结，这种结构本船的数量很灵活技术，每个本船的配置也很灵活。收稿13期：2009一0326作者简介：陶肆(1977一)，男，安徽人。助讲，主要从事航海仿真研究工作。“交互”体现在人在本船中参与作用及本船与本船之间交互作用之中，各个本船可以通过雷达图像“互见”。
系统由一个教练员站、多个本船组成，如图l所示。
圈1网络结构2UDP协议技术的应用UDP(UserDatagramProtoc01)协议就是“用户数据报协议”，它是一种无连接的协议，无连接主要是和TCP协议相比较的。
我们知道当利用TCP协议传送数据的时候，首先必须先建立连接(也就是所谓的握手)才可以传输数据。而当计算机利用UDP协议进行数据传输的时候，发送方只需要知道对方的IP地址和端口号就可以发送数据，而并不需要进行连接。2．1UDP的新开传奇技术特点01l(1)UDP是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它放到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。82天津航海2009年第2期(2)由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。(3)UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。(4)吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。2．2多本船航海模传奇文章拟系统中通信特点(1)通讯方式复杂，通讯包括教练员站与各本船问的通讯、本船与本船之间的通讯、本船内部的通讯(2)单位通讯时间内的数据流量不大，每个数据包最大为8K字节，一般为1K左右(3)船舶运动敛学模型每0．15s解算一次，与模型解算周期相同，也采用每0．15s进行一次数据交换‘2|。为此，将整个雷达模拟系统组织成一个二级网络。教练员站(INS)为主控计算机，负责与每个本船中的计算机交换信息。也即由教练员站与每个本船中的计算机组成第一级网络，每个本船中的微机构成第二级网络，采用点对点通讯。这种网络结构具有网络拓朴结构简单，便于增减仿真结点(本船)，也便于在本船中增减设备，具有很大的灵活性。最终，在通讯软件设计中我们选择TCP／IP协议，使用了VisualC++的Winsock软件提供的UDP协议。3航海雷达模拟器的信息流设计从整个系统的工作流程分析，教练员站成为事实上的主控机，教练员在教练员站设计练习，然后按设计好的练习向各本船发送并控制各本船的运行，期间各本船还要将自身的运行信息告知教练员站并通过教练员站发送至其它本船。本船中本船操纵控制台计算机成为本船的核心机，接收由教练员站发送来的信息，负责本船数学模型解算，除在计算机本身的显示器上显示本船及目标船动态俯视图形外，还要将本船信息发送至雷达显示及仪表机，同时转发从教练员站接收的信息。本系统中有三条重要的信息流，它们分别是：(1)系统启动后，教练站将各个本船发送本船最初始的船位、航向、航速和当时的海况、气象信息。此时，本船(steer)根据教练站的指令调用相应的海区做好运算准备此时教练站发出Star指令(2)当本船收到Star指令后，本船将每隔0．15s根据相应的数学模型将最新的船位通过广播包的形式发送给教练站和雷达(Rader)(3)在Star指令被教练站发出那刻开始，我认为不是太能教练站本身也同步开始每隔0．15s计算目标船的最新船位，将最新的船位通过广播包的形式发送给各个雷达(Rader)。如图2所示。海况气象信息，各本船的初始位置。发送Star由令．Steer(本船)INS(教练员)目标船的船位信息雷达图2信思丽的流向图在信息流的设计中，我们采用了广播包的形式来传输所有的信息，这能够最大限度地提高网络的使用效率，传输时间很短。验证了我们选择和应用UDP协议技术是正确的。
4结语航海雷达模拟器由于有着训练针对性强，成本底，效率高等诸多优点，使其在航海教育与培训中所发挥的作用受到了航海界的普遍关注。
我院于2006年底启动自主研发的计划，现已经研发完成并成功试运行一年，各项指标和性能得到了海事局的认可，同时也为我院“雷达两证”培训向低成本、高效率推进做出了重大贡献。这一技术的成功应用，也证明了分布式网络技术在航海模拟器开发方面有着广阔的应用前景，在软件开发中的一些缺陷，如网络堵塞、纠错及丢包现象还有待进一步完善和探讨。参考文献[1]宋坤．MFG程序开发大全．北京：人民邮电出版社，2007．[2】陶志刚．航海雷达模拟器可行性报告。2006____JlI：E遮一一的航一，1船向一一本航一一到七。
本文《ＵＤＰ协议分布交互式网络技术在航海雷达模拟器开发中的应用》 --- 作者： 陶肆， Tao Si
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