NMEA 0183 Treiber

Überblick

Eigene Java-Implementierung des ASCII-Standardprotokolls NMEA 0183 v4.x aus dem Bereich Marine / Schiffbau / GNSS. Basierend auf der öffentlichen Spezifikation der NMEA-Vereinigung, Wikipedia und allgemeinen Handbüchern. Keine externen Bibliotheken, kein kopierter GitHub-Code.

Punkt	Wert
opc_type	NMEA
Implementierungsklasse	plantpulse.driver.protocol.nmea.NMEADriver
Bibliothek	(keine — Eigenimplementierung. NMEA 0183 v4)
read	gut (basierend auf Empfangs-Cache)
write	❌ (isWriteSupported() = false, nur Empfang)
Standardport	10110 (NMEA over IP de facto)
Sicherheit	keine

Ursprüngliches Medium

Für NMEA 0183 ist RS-232/RS-422 seriell (4800 / 38400 Baud) der Standard, im realen Betrieb ist jedoch NMEA over IP üblich, bei dem Multiplexer/Gateways die Daten über TCP oder UDP weiterleiten. Dieser Treiber verarbeitet die TCP-Variante.

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Klassen / Struktur

NMEADriver  (BaseProtocolDriver)
 ├── Socket / BufferedReader   (US-ASCII)
 ├── receiverThread            — daemon, "NMEA-Receiver-<opc_id>"
 ├── lastByType                — ConcurrentHashMap<sentenceType, parsed map>
 ├── readLine()                — CR/LF 분리 + MAX_LINE_LEN(256) 가드
 ├── processLine(line)         — '$' / checksum 검증 / talker 제거 / 필드 split
 ├── addAliases(type, fields)  — RMC/GGA/GLL/VTG/GSA/GSV/HDT/HDM/MWV/DBT/DPT/MTW/VHW/ZDA/XDR
 └── xorChecksum(payload)      — '$' 와 '*' 사이 XOR

socket.setSoTimeout(0) — für serielle Emulation / langsame Geräte.

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Zusammenfassung des Wire-Formats

$<talker><sentence>,f1,f2,...,fN*<CC><CR><LF>
예) $GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6A

• Talker ID 2 Zeichen (GP/GL/GN/GA/HC/II/AI ...) + Sentence Type 3 Zeichen.
• Das proprietäre Präfix P wird ohne Talker-Abtrennung direkt als Cache-Key verwendet.
• *<CC> Checksum = XOR aller Zeichen zwischen $ und * (2-stelliger Hex-Wert, Großbuchstaben).
• Längenbegrenzung 82 Zeichen (Standard NMEA 0183 v4), diese Implementierung nutzt eine MAX_LINE_LEN=256-Guard.

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Cache- / read-Format

Nachrichten, die processLine() passiert haben, werden unter dem Sentence Type (z. B. RMC) als Key in lastByType abgelegt:

parsed = {
   "__raw__":  "$GPRMC,...",
   "__type__": "RMC",
   "1":        "123519",       // utc
   "2":        "A",            // status
   ...
   // alias
   "utc":   "123519",
   "lat":   "4807.038",
   ...
}

read("RMC.7") → Feld 7 (speed). read("RMC.lat") → Alias.

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OPC-Registrierungsoptionen

Ist options.nmea.port vorhanden, wird opc_agent_port des OPC überschrieben.

Keine Optionen connect-timeout / read-timeout — CONNECT_TIMEOUT_MS = 5000, soTimeout = 0.

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Tag-Adressformat

Notation	Bedeutung
RMC.7	Feld 7 des Sentence RMC
GGA.2	Feld 2 von GGA (Breitengrad)
RMC.utc / RMC.lat / RMC.lon / RMC.speed	Alias
RMC	Roh-String (kein Feldindex / Alias angegeben)

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Unterstützte Sentences + Alias

addAliases() definiert:

type	Alias-Beispiele
RMC	utc, status, lat, ns, lon, ew, speed, course, date, magvar, magvarew, mode
GGA	utc, lat, ns, lon, ew, fix, sats, hdop, alt, altunit, geoidsep, sepunit, dgpsage, dgpsid
GLL	lat, ns, lon, ew, utc, status, mode
VTG	cogtrue, cogmag, speed, speedkn, speedkm, mode
GSA	mode1, mode2, pdop, hdop, vdop
GSV	totalmsgs, msgnum, satsinview
HDT / HDM	heading, t / m
MWV	angle, ref, speed, units, status
DBT / DPT	depthft, depthm, depth, depthfa / depth, offset, max
MTW	temp, units
VHW	headingt, headingm, speed, speedkm
ZDA	utc, day, month, year, tzh, tzm
XDR	type, value, units, id (nur erste Gruppe)

Auch bei nicht definierten Sentences ist der Indexzugriff 1..N möglich.

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Unterstützt / nicht unterstützt

• ✅ Checksum-Prüfung (XOR von $ bis *), bei Abweichung wird die Zeile verworfen
• ✅ Automatisches Entfernen der Talker ID (z. B. GPRMC → RMC)
• ✅ Aliase für 16 häufig verwendete Sentences
• ✅ Proprietäre $P...-Zeilen bleiben unverändert erhalten
• ❌ ! Encapsulation (AIVDM u. a. AIS) — derzeit wird nur $ verarbeitet
• ❌ Akkumulation von Multi-Message-GSV
• ❌ write / Sentence-Versand

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Testabdeckung

test/java/plantpulse/driver/protocol/nmea/

Klasse	Anzahl Tests
NMEADriverTest	15
NMEASpecTest	22

Insgesamt 37 Tests — Checksum, Talker-Abtrennung, Alias-Mapping, Indexzugriff, Längenbegrenzung.

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Referenzen

• Standard NMEA 0183 v4 (öffentliche Angaben der NMEA-Vereinigung)
• Code: src/plantpulse/driver/protocol/nmea/NMEADriver.java