AIS接收数据程序.docx
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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3250
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
1
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。
4MFC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WinSockAPI函数来编程。
事实上，CAsyncSocket，CSocket就是WinSockAPI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
具有精度指示和完整状态的船
船舶吃水
（MMSI）
舶位置
呼号和船名
以协调世界时（UTC）标记的定
危险货物（种类）
位时间
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2AIS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
5
静态和航行相关数据
定时静态和航行相关数据报告
2
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。
天线
天线
天线
位置1
位置2
位置n
AIS接收机
AIS接收机
AIS接收机
数据协议转换处理
数据协议转换处理
数据协议转换处理
INTERNET
数据服务器
INTERNETINTERNET
客户端1客户端2客户端n
图1基于ECDIS的AIS船舶信息服务系统的组成框架图
RS232
TCP/IP网络
AIS接收机
RS232到TCP/IP协议转换器
波特率38400bit/s
网络参数设置
服务器
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
3
为支持异步非阻塞方式，提供了网络事件NetworkEvents。
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virtualBOOLAccept（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virtualintReceive（void*lpBuf，intnBufLen，intnFlags=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MFCappwizard向导建立一个基于对话框程序；注意在第三步是时选中windowsSocket。
以加载套接字库资源。
如下图3
图3建立工程时选择WindowsSockets
4
2、生成后添加控件，控件有
控件类型
控件ID
控件文本
控件属性
处理
Statictext
IDC_STATIC_PORT
端口号为8000
默认
关联CStatic变量
Statictext
IDC_STATIC_IP
对方IP：
默认
EditBox
IDC_EDIT_RECEIVE
勾选Multiline
关联CEdit变量
Button
IDC_BTN_HOSTIPNAME
本地主机和IP
消息响应
Button
IDC_BTN_LISTEN
开始监听
勾选Disabled
消息响应
Button
IDC_BTN_STOPLISTEN
停止监听
勾选Disabled
消息响应
Button
IDC_BTN_CLEARDATA
清除数据
勾选Disabled
消息响应
3、定义一个CSocket派生类CLisSocket.添加CAISDlg*的一个数据成员和OnAccept（），OnReceive（），OnClose（）事件响应函数，并添加得到CAISDlg*一个函数voidSetParent（CAISDlg*）使套接字得到CAISDlg*成员。
具体代码如下：
voidCLisSocket:
:
OnAccept（intnErrorCode）
{//TODO:
Addyourspecializedcodehereand/orcallthebaseclassCSocket:
:
OnAccept（nErrorCode）;
m_pDlg->OnAccept（）;//使OnAccept事件交由主对话框来处理；
}
voidCLisSocket:
:
SetParent（CAISDlg*Dlg）//得到主对话框指针m_pDlg;
{
m_pDlg=Dlg;
}
voidCLisSocket:
:
OnClose（intnErrorCode）
{//TODO:
Addyourspecializedcodehereand/orcallthebaseclass
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
}
voidCLisSocket:
:
OnReceive（intnErrorCode）//有数据到来时响应，转m_pDlg->OnReceive（）;
{
//TODO:
Addyourspecializedcodehereand/orcallthebaseclassCSocket:
:
OnReceive（nErrorCode）;
if（bStop==false）//bStop是在AISDlg.cpp中定义的全局变量，目的
//是根据BOOLbStop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CStringstrText，intm_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。
BOOLCAISDlg:
:
OnInitDialog（）
{
5
CDialog:
:
OnInitDialog（）;
//Add"About..."menuitemtosystemmenu.
//IDM_ABOUTBOXmustbeinthesystemcommandrange.ASSERT（（IDM_ABOUTBOX&0xFFF0）==IDM_ABOUTBOX）;ASSERT（IDM_ABOUTBOX<0xF000）;
CMenu*pSysMenu=GetSystemMenu（FALSE）;if（pSysMenu!
=NULL）
{
CStringstrAboutMenu;
strAboutMenu.LoadString（IDS_ABOUTBOX）;
if（!
strAboutMenu.IsEmpty（））
{
pSysMenu->AppendMenu（MF_SEPARATOR）;
pSysMenu->AppendMenu（MF_STRING,IDM_ABOUTBOX,
strAboutMenu）;
}
}
//Settheiconforthisdialog.Theframeworkdoesthisautomatically
//whentheapplication'smainwindowisnotadialog
SetIcon（m_hIcon,TRUE）;//Setbigicon
SetIcon（m_hIcon,FALSE）;//Setsmallicon
//TODO:
Addextrainitializationhere
//初始化成员并设置端口号
strText="";
m_sClientIP="";
CPortDlgdlg;
m_Port=8000;
if（dlg.DoModal（）==IDOK）
{
m_Port=dlg.m_nPort;
CStringstr;
str.Format（"端口号为%d",m_Port）;
m_cPort.SetWindowText（str）;
}
returnTRUE;//returnTRUEunlessyousetthefocustoacontrol
}
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voidInit（）来初始化成
员，添加voidDisplayData（）把数据显示在编辑框内。
代码如下：
voidCAISDlg:
:
OnAccept（）
{
6
CStringstr;
SOCKADDR_INaddr;
intlen=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）;
charIP[50];
strcpy（IP,m_sClientIP）;
str.Format（"成功建立连接，对方IP：
%s",IP）;
GetDlgItem（IDC_STATIC_IP）->SetWindowText（str）;
//MessageBox（"接收数据成功"）;
}
voidCAISDlg:
:
OnReceive（）//信息到来时调用，实现数据的接收的关键部分
{
char*pBuf=newchar[1025];
intlen=1024;
intnReceived;
CStringstrReceived;
nReceived=m_connect.Receive（pBuf,len）;
if（nReceived!
=SOCKET_ERROR）
{
//MessageBox（"停息成功接收"）;pBuf[nReceived]=NULL;strReceived=pBuf;
deletepBuf;
strText="\r\n"+strReceived+strText;
DisplayData（）;//显示数据
}
voidCAISDlg:
:
Init（）//初始化套接字
{
m_connect.SetParent（this）;
m_listen.SetParent（this）;
m_listen.Create（m_Port）;
}
voidCAISDlg:
:
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）;
7
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。
voidCAISDlg:
:
OnBtnStoplisten（）
{
//TODO:
AddyourcontrolnotificationhandlercodehereGetDlgItem（IDC_BTN_CLEARDATA）->EnableWindow（true）;GetDlgItem（IDC_BTN_LISTEN）->EnableWindow（true）;GetDlgItem（IDC_BTN_STOPLISTEN）->EnableWindow（false）;
CStringstr;
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。
8
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
9
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
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