AIS接收数据程序

AIS数据接收程序

唐存宝交通信息工程及控制200377603250

一设计目的：

实现AIS经由网络传输的数据接收，并显示在MFC的控件内；同时，为了模仿AIS数据发送的方式，简单设计了AIS发送数据的客户端。

二设计意义：

显示解码前的AIS信息，对AIS信息解码，AIS数据库编程打下根基。可以对这些数据进行数理统计，发现其规律，从而更好掌握AIS水域交通流状况。

三基础简介

(1) 网络编程基础知识

1 通信协议：TCP/UDP/IP协议，一般称为TCP/IP协议。

UDP是用户数据报协议，该协议通信时并不建立可靠的连接，所以不能保证数据能否达到，也不知道在什么时间到达，也不能保证数据完整性(即在传输过程中有可能丢失数据)；在接收方，数据有可能次序改变，也有可能重复收到一条数据。

TCP 是传输控制协议，这是网络应用程序首要的协议。它是一个大块数据无差错输送的协议，即使传输的数据报是以错误的次序到达的，TCP协议却能使数据报按发送的次序重新组合。它包括了HTTP，FTP这两种协议。TCP协议建立了一个在两台计算机之间全双工、点对点的连接。这种连接的每一个端上的程序都使用它自己的端口。IP地址和端口号组合称为一个套接字。总之，TCP协议在通信双方间建立了一条可靠，无数据差错，无数据重复的连接。当然，这不需要我们来完成，由计算机自己来完成。

UDP和TCP协议相比，UDP通信会比TCP通信快些，因为UDP通信双方不需要建立连接；而TCP需要建立可靠的连接，因此在一个庞大的聊天室中用UDP协议也未尝不可。但是，对于不容许丢失的数据、非常重要的数据，一般采用TCP协议。

2 套接字

IP地和端口号组合成一个套接字。好比用固定电话通信一样，要想打电话，你必须有电话机（相当于你有IP），有个电话机，但你还不知道跟哪一部电话通讯，好了，电话号码就指明了我们通讯的电话，也就相当于端口指明了要和我们通信的应用程序。否则，一台电脑上的那么多网络应用程序，谁知道哪一个程序会负责数据的收发工作？电话机和端口就组成了的套接字。

好了，有了电话机，应使它处于正常工作状态，也就是侦听状态，以便别人打来电话时，我们能接收。在服务器应用程序上应有一套接字处于侦听状态，以使客户机一有数据请求便能侦听到。基于TCP的流式套接字，不仅要有侦听套接字，而且有连接（通讯）套接字以保证可靠连接。当然，基于UDP的，就不需要这种连接套接字了。

3 异步非阻塞通讯和同步阻塞通讯

假如有一接收数据的函数，若没有数据到来，它一直等待，其它函数在此时

无法执行。直至时此函数接收到数据，它才返回。这样的通信方式就是阻塞的，同时也是同步的（毕竟你必须等待它执行完嘛！）。假如一接收数据函数，有没有数据到来，它立即返回，这就是异步非阻塞方式了。

好比一个体育老师测试100名学生400米的成绩，他可以有两种方式来测试：一种方式是：先让第一个学生跑，等跑完后记录时间，再让下一个跑，好了，它跑的过程中，你必须等待，这就是同步；同时，其它同学在这个时间不能跑，这就是阻塞。另一种办法是：先让第一个同学跑，10秒再跑一个，再过10秒又跑一个，这样不用等一个同学跑完又有同学跑，这就是异步，这种方式在一个学生跑时其它学生也不阻挡其它学生跑，这就是非阻塞。

4 MFC类(具体是CAsyncSocket，CSocket)屏蔽了TCP/IP的细节，屏蔽了异步同步，阻塞非阻塞的实现细节，对于初学网络编程的可以方便快捷开发网络应用程序。如果要想了解同步、异步、阻塞与非阻塞等，最好还是用WinSock API 函数来编程。事实上，CAsyncSocket，CSocket就是WinSock API的良好封装。

CSocket是内载了多线程的机制，不信的话你可以设计一个单击按纽，一旦单击这个按纽就弹出一个模态的消息框。你在数据接收时，点击按纽，消息框弹出，但是接收数据的函数却仍然执行，这就至少说明了两点：CSocket是阻塞的；CSocket类的数据收发实际开辟了另一线程。实际上，一个CSocket类及其派生类的对象中有一个套接字窗口句柄。CSocketWnd各种的网络事件都是由此窗口自发调用的。

(2) AIS有关介绍

AIS是工作在VHF海上移动频段，其工作频率为161.975MHz和162.025MHz。它是通过自组织时分多址接入（SOTDMA）的通信协议方式自主地向外播发船舶的静态与动态信息。AIS能够实现船舶、船岸间的船舶标识、位置、航向、航速等航行信息的自动交换，是新一代的海上通信导航系统。

安装有AIS的船舶发送的AIS静态、动态和与航次有关的信息内容如表1所示。AIS输出的主要信息的信息种类如表2所示PP。

表1 船舶发送的AIS信息

静态的动态的与航次有关的

海上移动服务识别（MMSI）具有精度指示和完整状态的船

舶位置

船舶吃水

呼号和船名以协调世界时（UTC）标记的定

位时间

危险货物（种类）

IMO编号对地航向（COG）目的港和ETA

船长和船宽对地航速（SOG）航线计划（转向点）船舶类型航行状态

定位天线的位置旋回速率（ROT）

表2 AIS主要信息的结构和种类

信息ID码信息名称信息描述

1 船位报告定时船位报告

2 船位报告分配定时船位报告

3 船位报告讯问船位报告

4 基站报告基站目前的位置、时间、时隙

9 标准搜救飞行器位置报告参与搜救的飞行器位置报告

10 UTC/日期响应输出有效的UTC/日期

11 申请安全相关信息安全相关数据通信

12 安全相关确认接收到安全相关数据的确认

13 安全相关的广播信息与安全有关的广播通信

AIS船舶信息服务系统的组成由三个部分组成，首先，设在各地的AIS接收机接收船舶自主发送的AIS有关表1所列的AIS信息；其次，将接收到的AIS 数据信息进行协议转换处理后数据信息不断地通过互联网络传输到（PUSH）数据中心的数据服务器中；最后，在数据服务器中将AIS数据信息进行解码后，在ECDIS上显示出相关的AIS信息，并向客户端发布。基于ECDIS的AIS船舶信息服务系统的组成框架如图1所示。图2为数据传输的关键技术。

图1 基于ECDIS的AIS船舶信息服务系统的组成框架图

IP地址:192.168.1.120

掩码:255.255.255.0

网关:192.168.1.1

图2 远程采集AIS数据信息系统框图

如图2所示，从AIS接收机到数据服务器传输链路主要分为两个部分。

四设计思想

从AIS的介绍中明显可以看出，要设计的程序实际是收集各地AIS的数据信息服务器，不是客户端。

用CSocket派生类实现AIS数据接收服务器程序。CAsyncSocket，CSocket

为支持异步非阻塞方式，提供了网络事件Network Events。如侦听套接字A侦听到连接请求，侦听套接字A会收到一个OnAccept事件，到这个事件里，你应该调用virtual BOOL Accept( CAsyncSocket& rConnectedSocket，SOCKADDR* lpSockAddr = NULL，int* lpSockAddrLen = NULL ) 来实现建立连接套接字rConnectedSocket（设为B）。

数据到来时，连接套接字B会收到OnRecieve事件，你可以在此事件中调用B的virtual int Receive( void* lpBuf，int nBufLen，int nFlags = 0 )；来接收数据放到lpBuf中，你可以在此时把lpBuf显示在编辑框里。在连接中，如遇到网络中断或对方客户端（AIS）关闭了连接套接字，那么B会收到一个OnClose 事件，在此事件里你可以调用B.Colse()；实现B套接字的关闭，释放其它的资源；最为重要的是，AIS好像移动电台一样，安放的位置一般船舶密度很大，这也就是说传输的数据量很大，把这些数据动态显示在编辑框的框架内可以看到明显的数据在闪烁，在这种情况下为了看清数据，设置了停止监听按纽。

上面已经说了，CSocket是内载了多线程机制、提供同步阻塞调用的类。停止监听不算很容易，不仅涉及到一些通信难理解的概念，还有处理内载线程和主线程之间的交互问题。有两种解决办法，一个是基于MFC提供的CSocket成员函数（面向对象），另一种是根据算法来终止监听（面向过程）。为了避开CSocket 类中比较难理解的函数，本程序选择了一个算法实现了监听的停止。

对于AIS模拟客户端程序，不是主要任务。故从简设计。其主要作用就是为了模拟AIS的数据发送。其主要原理就是定义了一个定时器，在很短的时间内投递并响应WM_TIMER消息，在这个消息响应的函数中，调用了Send函数，因为时间超时设置的较短，故Send执行次数相当多；再者，Send发送的数据，类似于船用AIS发的数据，为了区别，已在各条消息上标上序号。这也就生动模拟了船上发送的AIS信息。但是，限于时间，此客户端功能极少，仅提供AIS 类似的数据格式，AIS数据量大之作用，其它作用不具备了。对于AIS如先启用AIS.exe，再启用AISCliemt.exe，点相关内容参见注意事项。

五实现步骤

1、利用MFC appwizard 向导建立一个基于对话框程序；注意在第三步是时选中windows Socket。以加载套接字库资源。如下图3

图3 建立工程时选择Windows Sockets

2、生成后添加控件，控件有

OnAccept()，OnReceive()，OnClose()事件响应函数，并添加得到CAISDlg*一个函数void SetParent(CAISDlg*)使套接字得到CAISDlg*成员。具体代码如下：void CLisSocket::OnAccept(int nErrorCode)

{ // TODO: Add your specialized code here and/or call the base class

CSocket::OnAccept(nErrorCode);

m_pDlg->OnAccept(); //使OnAccept事件交由主对话框来处理；

}

void CLisSocket::SetParent(CAISDlg* Dlg)//得到主对话框指针m_pDlg;

{

m_pDlg=Dlg;

}

void CLisSocket::OnClose(int nErrorCode)

{ // TODO: Add your specialized code here and/or call the base class

CSocket::OnClose(nErrorCode);

Close(); //对方关闭套接字或网络中断时响应；此时套接字已调用了Close()函

数，即通讯套接字将不存在，不具有断后自动重新接收数据的功能}

void CLisSocket::OnReceive(int nErrorCode) //有数据到来时响应，转m_pDlg->OnReceive();

{

// TODO: Add your specialized code here and/or call the base class

CSocket::OnReceive(nErrorCode);

if (bStop==false) //bStop是在AISDlg.cpp中定义的全局变量，目的//是根据BOOL bStop的值来决定是不是接收数据，想停止监听时只需设置bStop为true即可。

{

m_pDlg->OnReceive();

}

4、插入一个新端口对话框。CPortDlg，设置端口；并在CAISDlg::OnInitDialog()

中初始化。向CAISDlg中增加CString strText，int m_nPort。strText用来提供编辑框上显示的接收到的字符，也是本程序解码的唯一接口。m_nPort是保存端口设置对话框中所设置的值。

BOOL CAISDlg::OnInitDialog()

{

CDialog::OnInitDialog();

// Add "About..." menu item to system menu.

// IDM_ABOUTBOX must be in the system command range.

ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX);

ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000);

CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE);

if (pSysMenu != NULL)

{

CString strAboutMenu;

strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX);

if (!strAboutMenu.IsEmpty())

{

pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR);

pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu);

}

}

// Set the icon for this dialog. The framework does this automatically

// when the application's main window is not a dialog

SetIcon(m_hIcon, TRUE); // Set big icon

SetIcon(m_hIcon, FALSE); // Set small icon

// TODO: Add extra initialization here

//初始化成员并设置端口号

strText="";

m_sClientIP="";

CPortDlg dlg;

m_Port=8000;

if (dlg.DoModal()==IDOK)

{

m_Port=dlg.m_nPort;

CString str;

str.Format("端口号为%d",m_Port);

m_cPort.SetWindowText(str);

}

return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control }

5、在CAISDlg中添加成员侦听套接字和连接套接字，添加OnAccept(),OnReceive()，OnClose()以在侦听套接字得到网络事件时转移给对话框来处理。添加void Init()来初始化成员，添加void DisplayData()把数据显示在编辑框内。代码如下：

void CAISDlg::OnAccept()

{

CString str;

SOCKADDR_IN addr;

int len=sizeof(sockaddr);

m_listen.Accept(m_connect,(sockaddr*)(&addr),&len);//连接请求到来时获得对方IP。m_sClientIP=inet_ntoa(addr.sin_addr);

char IP[50];

strcpy(IP,m_sClientIP);

str.Format("成功建立连接，对方IP：%s",IP);

GetDlgItem(IDC_STA TIC_IP)->SetWindowText(str);

// MessageBox("接收数据成功");

}

void CAISDlg::OnReceive()//信息到来时调用，实现数据的接收的关键部分

{

char *pBuf=new char[1025];

int len=1024;

int nReceived;

CString strReceived;

nReceived=m_connect.Receive(pBuf,len);

if (nReceived!= SOCKET_ERROR)

{

// MessageBox("停息成功接收");

pBuf[nReceived]=NULL;

strReceived=pBuf;

delete pBuf;

strText="\r\n"+strReceived+strText;

DisplayData(); //显示数据

}

void CAISDlg::Init() //初始化套接字

{

m_connect.SetParent(this);

m_listen.SetParent(this);

m_listen.Create(m_Port);

}

void CAISDlg::DisplayData()

{

if(strText.GetLength()<2000) //显示数据的编辑框有限，strText过大没有意义{

m_cRecv.SetWindowText(strText);

UpdateData(false);

}

else

{

strText.Left(2000);

m_cRecv.SetWindowText(strText);

UpdateData(false);

}

}

6、停止监听和清除数据。刚才已经讲过，接收数据要在bStop为false 情况下，那么单击了“停止监听”按纽后，根据下列代码，bStop为true，将不在接收数据。同时删除了监听和连接套接字资源。

void CAISDlg::OnBtnStoplisten()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

GetDlgItem(IDC_BTN_CLEARDA TA)->EnableWindow(true);

GetDlgItem(IDC_BTN_LISTEN)->EnableWindow(true);

GetDlgItem(IDC_BTN_STOPLISTEN)->EnableWindow(false);

CString str;

str.Format("已断开同客户IP：%s的连接",m_sClientIP) ;

GetDlgItem(IDC_STATIC_IP)->SetWindowText(str);

bStop=true;

m_listen.Close();

m_connect.Close();

}

六程序功能演示

仅提供在一台计算机上演示方法

1、用模拟客户端AISClient.exe测试

运行AIS.exe，在输入端口对话框中设置端口，比如8000，点击确定。点击开始监听。运行AISClient，点“击连接服务器”。会出现图4状态。客户端和服务器端均出现“成功建立连接字样”；服务器端上部还有与此连接的IP等字样。此时点击客户端的自动发送，将会看到有

“!AIVDM,1,1,,A,1P000Oh1IT1svTP2r:43grwboEq4,0*01:18”

字样的数据在服务器端快速大批流出；点击服务器端停止监听，对话框上部会有“成功断开连接”的字样。服务器端不能再点击“开始监听”。

2、用真正AIS传输过来的数据进行测试。

运行AIS.exe，在输入端口对话框中设置端口，比如8000，点击确定。会看到图5对话框。点击开始监听。通过AIS设置软件设置AIS客户端的连接端口为8000，把服务器改成运行AIS.exe的IP。点击开始监听，此时会看到如图6 所示的AIS船舶信息。点击“停止监听”，AIS数据停止接收；出现图7。单击“清除数据”，出现图8。此时还可以点击“开始监听”再次进行监听。

图4 点击连接服务器后状态

图5 开始监听前的AIS对话框

图6 “开始监听”后的对话框

图7 停止监听的对话框

图8 点击清除数据之后的对话框

七 注意事项

1、模拟客户端AISClient 设计非常简单，只是提供了一种类似AIS 数据的发送方式，此种发送方式在在程序内部定义了一个定时器，在很短的时间过后就发送数据。那么AIS.exe 就可以接收数据。 可以单击AIS.exe 中“停止监听”来终止数据，然而之后你不能点击“开始监听”来继续监听，因为模拟客户端没有设计自动重连的功能。当然，不利用模拟客户端，利用AIS 的规定的发送模式所制定的客户端软件，在服务器端停止监听后照样可以重新开始监听。

2、模拟客户端上的IP 会自动设置本机IP ，端口会自动设成8000。当然，可以更改。

3、在不利用AISClient 条件下，在AIS.exe 中，是利用bStop 来实现停止监听后又开始监听的。

单击开始监听后初始化套接字（Init 函数），bStop 为false ，编辑框内会有大批数据到来停止监听，bStop 为true ，从而使Receive 无法执行，此时已经调用Close 来关闭了监听和连接套接字开始监听，又调用Init 函数重新初始化监听和连接套接字，同时把bStop 设为false.Receive 函数得以执行，编辑框内有数据流出停止监听，bStop 为

true，从而使Receive无法执行，此时已经调用Close来关闭了监听和连接套接字……。

4、AISClient需要改进，目前的功能不具有自动重新请求连接的功能。如果有自动请求连接的功能，那和AIS规定的数据发送模式的软件就很相似了。此时，AIS.exe断开监听后照样可以重新监听。

八结论

通过对AIS服务器端的设计，成功接收了真正的和模拟的AIS数据。