NMEA 2000 – Wikipedia

NMEA 2000, abgekürzt als NMEA2k oder N2K und standardisiert als IEC 61162-3ist ein Plug-and-Play-Kommunikationsstandard zum Anschließen von Schiffssensoren und Anzeigeeinheiten in Schiffen und Booten. Die Kommunikation läuft mit 250 Kilobit pro Sekunde und ermöglicht es jedem Sensor, mit jeder Anzeigeeinheit oder jedem anderen Gerät zu kommunizieren, das mit den NMEA 2000-Protokollen kompatibel ist. Elektrisch ist NMEA 2000 mit dem Controller Area Network (“CAN Bus”) kompatibel, das für Straßenfahrzeuge und Kraftstoffmotoren verwendet wird. Das übergeordnete Protokollformat basiert auf SAE J1939 mit spezifischen Nachrichten für die Meeresumwelt. Raymarine SeaTalk 2, Raymarine SeaTalk^NG, Simrad Simnet und Furuno CAN sind umbenannte Implementierungen von NMEA 2000, verwenden jedoch möglicherweise andere physische Steckverbinder als der standardisierte 5-polige DeviceNet Micro-C M12-Schraubverbinder, die alle elektrisch kompatibel sind und direkt angeschlossen werden können.

Das Protokoll wird verwendet, um ein Netzwerk elektronischer Geräte – hauptsächlich Schiffsinstrumente – auf einem Boot zu erstellen. Verschiedene Instrumente, die den NMEA 2000-Standard erfüllen, werden an ein zentrales Kabel angeschlossen, das als Backbone bezeichnet wird. Das Backbone versorgt jedes Instrument mit Strom und leitet Daten zwischen allen Instrumenten im Netzwerk weiter. Auf diese Weise kann eine Anzeigeeinheit viele verschiedene Arten von Informationen anzeigen. Außerdem können die Instrumente zusammenarbeiten, da sie Daten gemeinsam nutzen. NMEA 2000 soll “Plug and Play” sein, damit Geräte verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren können.

Beispiele für Schiffselektronikgeräte, die in ein Netzwerk aufgenommen werden sollen, sind GPS-Empfänger, Autopiloten, Blasinstrumente, Echolote, Navigationsinstrumente, Motorinstrumente und Seekartenplotter. Die Interkonnektivität zwischen Instrumenten im Netzwerk ermöglicht es beispielsweise dem GPS-Empfänger, den Kurs zu korrigieren, den der Autopilot steuert.

Geschichte[edit]

Der NMEA 2000-Standard wurde von der in den USA ansässigen National Marine Electronics Association (NMEA) definiert und wird von dieser kontrolliert. Obwohl die NMEA einige Informationen bezüglich des Standards preisgibt, beansprucht sie das Urheberrecht an dem Standard und daher ist sein vollständiger Inhalt nicht öffentlich verfügbar. Beispielsweise veröffentlicht die NMEA, welche Nachrichten vorhanden sind und welche Felder sie enthalten, gibt jedoch nicht an, wie die in diesen Feldern enthaltenen Werte zu interpretieren sind. Enthusiasten machen jedoch langsam Fortschritte bei der Entdeckung dieser PGN-Definitionen.^[1]

Funktionalität[edit]

NMEA 2000 verbindet Geräte mithilfe der CAN-Technologie (Controller Area Network), die ursprünglich für die Autoindustrie entwickelt wurde. NMEA 2000 basiert auf dem High-Level-Protokoll SAE J1939, definiert jedoch eigene Nachrichten. NMEA 2000-Geräte und J1939-Geräte können im selben physischen Netzwerk nebeneinander existieren.

NMEA 2000 (IEC 61162-3) kann als Nachfolger des seriellen Datenbusstandards NMEA 0183 (IEC 61162-1) angesehen werden. Es hat eine signifikant höhere Datenrate (250 kbit / s gegenüber 4800 Bit / s für NMEA 0183). Es verwendet ein kompaktes binäres Nachrichtenformat im Gegensatz zum seriellen ASCII-Kommunikationsprotokoll, das von NMEA 0183 verwendet wird. Eine weitere Verbesserung besteht darin, dass NMEA 2000 ein diszipliniertes Datennetzwerk mit mehreren Sprechern und mehreren Hörern unterstützt, während NMEA 0183 ein Netzwerk mit mehreren Sprechern und mehreren Hörern erfordert (Simplex) serielles Kommunikationsprotokoll.

Netzwerkaufbau[edit]

Das NMEA 2000-Netzwerk ist wie das zugrunde liegende SAE J1939-Netzwerk um eine Bustopologie herum organisiert und erfordert an jedem Ende des Busses einen einzelnen 120 Ω-Abschlusswiderstand. (Die Widerstände sind parallel geschaltet, daher sollte ein ordnungsgemäß abgeschlossener Bus einen Gesamtwiderstand von 60 Ω haben.) Die maximale Entfernung eines Geräts vom Bus beträgt sechs Meter. Die maximale Länge des Backbone-Kabels beträgt 100 m.

Typische NMEA 2000-Netzwerkinstallation

Verkabelung und Verbindung[edit]

Der einzige von der NMEA für die Verwendung mit NMEA 2000-Netzwerken genehmigte Verkabelungsstandard ist der DeviceNet-Verkabelungsstandard, der von der Open DeviceNet Vendors Association gesteuert wird. Solche Verkabelungssysteme dürfen als “NMEA 2000 Approved” gekennzeichnet sein. Der DeviceNet-Standard definiert Abschirmungsstufen, Leitergröße, Wetterbeständigkeit und Flexibilität, die von anderen Verkabelungslösungen, die als “NMEA 2000” -kompatibel vermarktet werden, nicht unbedingt erfüllt werden.

Es gibt zwei Kabelgrößen, die im DeviceNet / NMEA 2000-Standard definiert sind. Die größere der beiden Größen wird als “Mini” -Kabel (oder alternativ als “Dick”) bezeichnet und ist für eine Stromversorgung von bis zu 8 Ampere ausgelegt. Die kleinere der beiden Größen wird unter Verwendung des in IEC 61076-2-101 angegebenen 5-poligen M12-Zylindersteckers als “Mikro” -Kabel (oder alternativ als “Dünn”) bezeichnet und ist für eine Stromversorgung von bis zu 3 Ampere ausgelegt aktuell.

Das Minikabel wird hauptsächlich als “Backbone” (oder “Trunk”) für Netzwerke auf größeren Schiffen (normalerweise mit einer Länge von 20 m und mehr) verwendet, wobei das Mikrokabel für Verbindungen zwischen dem Netzwerk-Backbone und den einzelnen Komponenten verwendet wird. Netzwerke auf kleineren Schiffen bestehen häufig ausschließlich aus Mikrokabeln und Steckverbindern.

Ein NMEA 2000-Netzwerk ist nicht elektrisch kompatibel mit einem NMEA 0183-Netzwerk. Daher ist ein Schnittstellengerät erforderlich, um Nachrichten zwischen Geräten in den verschiedenen Netzwerktypen zu senden. Ein Adapter ist auch erforderlich, wenn NMEA 2000-Nachrichten von einem PC empfangen oder von diesem gesendet werden sollen.

NMEA-2000 Verkabelungskomponenten inkl. Power-T

Nachrichtenformat und Parametergruppennummern (PGNs)[edit]

Gemäß dem SAE J1939-Protokoll werden NMEA 2000-Nachrichten als Pakete gesendet, die aus einem Header gefolgt von (normalerweise) 8 Datenbytes bestehen. Der Header für eine Nachricht gibt das sendende Gerät, das Gerät, an das die Nachricht gesendet wurde (dies können alle Geräte sein), die Nachrichtenpriorität und die PGN (Parameter Group Number) an. Das PGN gibt an, welche Nachricht gesendet wird und wie die Datenbytes interpretiert werden sollen, um die Werte der Datenfelder zu bestimmen, die die Nachricht enthält.

Eine Parametergruppendefinition kann einen Datensatz beschreiben, der aus mehr Daten besteht, als in einem einzelnen CAN-Frame enthalten sein können.^[2] NMEA 2000-Übertragungsverfahren umfassen das Übertragen von Einzelrahmen-Parametergruppen und zwei Verfahren zum Übertragen von Mehrrahmen-Parametergruppen. Diese Übertragungsmethoden werden nachfolgend verglichen:

Das in ISO 11783-3 angegebene Multi-Packet-Protokoll ermöglicht die Übertragung von Multi-Frame-Parametergruppen bis zu 1.785 Byte. Das Protokoll kapselt die Parametergruppe in einem Transportprotokoll entweder global oder an eine bestimmte Adresse. Bei einer adressenspezifischen Übertragung (RTS / CTS) kann das empfangende Gerät den Datenfluss gemäß den verfügbaren Ressourcen des empfangenden Geräts steuern. In beiden Fällen (RTS / CTS) verus BAM. Die übertragene Nachricht wird in der ersten Nachricht angekündigt. Bei CTS / RTS kann der Empfänger die Nachricht ablehnen. Im Falle einer BAM kann die Nachricht einfach ignoriert werden.

Das in NMEA 2000 definierte Fast Packet-Protokoll bietet die Möglichkeit, bis zu 223 Datenbytes zu streamen, mit dem Vorteil, dass jeder Frame die Identität und Priorität der Parametergruppe beibehält. Der erste übertragene Frame verwendet 2 Bytes, um sequentielle Fast Packet-Parametergruppen und sequentielle Frames innerhalb einer einzelnen Parametergruppenübertragung zu identifizieren. Das erste Byte enthält einen Sequenzzähler zur Unterscheidung der aufeinanderfolgenden Übertragung derselben Parametergruppen und einen auf Rahmen Null gesetzten Rahmenzähler. Das zweite Byte im ersten Frame gibt die Gesamtgröße der folgenden Parametergruppe an. Aufeinanderfolgende Frames verwenden nur ein einziges Datenbyte für den Sequenzzähler und den Frame-Zähler. Da viele der NMEA 2000-Parametergruppen 8 Byte überschreiten, jedoch nicht die Kapazität von 1.785 Byte für mehrere Pakete erfordern, verwendet die Standardmethode zum Übertragen von Parametergruppen mit mehreren Frames in NMEA 2000 das Fast Packet-Protokoll.

Unabhängig davon, welches Protokoll verwendet wird, werden Multi-Frame-Parametergruppen Frame für Frame gesendet und können mit anderen Parametergruppen mit höherer Priorität entweder unter Verwendung von Protokoll- oder sogar Single-Frame-Parametergruppen durchsetzt werden. Jedes Gerät ist für das Zusammensetzen der Parametergruppe verantwortlich, sobald alle Frames für die Parametergruppe übertragen wurden.

Gerätezertifizierung[edit]

Geräte durchlaufen einen von der NMEA überwachten Zertifizierungsprozess und dürfen nach Abschluss des Zertifizierungsprozesses das Logo “NMEA 2000 Certified” anzeigen. Der Zertifizierungsprozess garantiert keinen Dateninhalt, das liegt in der Verantwortung der Hersteller. Der Zertifizierungsprozess stellt jedoch sicher, dass Produkte verschiedener Hersteller Daten auf kompatible Weise austauschen und in einem Netzwerk koexistieren können.^[3]

NMEA 2000 und proprietäre Netzwerke[edit]

Mehrere Hersteller, darunter Simrad, Raymarine, Stowe und Mastervolt, verfügen über eigene proprietäre Netzwerke, die mit NMEA 2000 kompatibel oder mit diesem vergleichbar sind. Simrads heißt SimNet, Heißt Raymarine SeaTalk NG, Stowe heißt Dataline 2000und Mastervolt heißt CZone. Einige davon, wie SimNet und Seatalk NG, sind ein Standard-NMEA 2000-Netzwerk, verwenden jedoch nicht standardmäßige Anschlüsse und Kabel. Adapter können in Standard-NMEA 2000-Steckverbinder konvertiert werden, oder der Benutzer kann den Steckverbinder einfach entfernen und eine direkte Verbindung herstellen.^[4]

Warenzeichen[edit]

Der Begriff “NMEA 2000” ist eine eingetragene Marke der National Marine Electronics Association. Geräte, die nicht “NMEA 2000-zertifiziert” sind, dürfen die Marke NMEA 2000 in ihrer Werbung nicht legal verwenden.

Hersteller[edit]

Im Folgenden sind einige der Unternehmen aufgeführt, die sich bei der NMEA registriert haben, um NMEA 2000-zertifizierte Produkte herzustellen:^[5]

Siehe auch[edit]

Verwandte Standards

Sicherheitsstandards mit NMEA 2000

^[10]== Notizen ==

Verweise[edit]

Externe Links[edit]