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Das Anschließen eines neuen Navigationsgeräts an ein älteres Boot gleicht manchmal einer kleinen elektrischen Detektivarbeit. Zwischen den Kabeln eines NMEA-0183-Netzwerks, dem Backbone eines NMEA-2000-Netzwerks, herstellerspezifischen Protokollen und der Einführung von Signal K beschränkt sich die Frage nicht nur auf die Wahl eines Steckers. Man muss verstehen, wie die Daten fließen, wie die Geräte angeschlossen sind und wann ein Gateway erforderlich wird.
NMEA 0183 ? eine einfache, aber schnell unübersichtliche Verbindung
Für einen Segler, der noch ältere Instrumente nutzt, ist NMEA 0183 nach wie vor ein wichtiges Protokoll, das man kennen sollte. Es wird seit den 1980er Jahren verwendet und überträgt Informationen in Form von ASCII-Zeichenfolgen. GPS-Position, Kurs oder andere Navigationsdaten werden somit als strukturierter Text übertragen.
Die Standardübertragungsrate beträgt 4.800 Baud und kann auf bis zu 38.400 Baud erhöht werden. Diese Architektur eignet sich für Daten mit geringem Volumen. Sie stößt jedoch an ihre Grenzen, wenn die Anzahl der Geräte zunimmt oder die Datenmengen größer werden.
Die Verkabelung ist ein weiterer Punkt, den es zu beachten gilt. NMEA 0183 basiert im Wesentlichen auf Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Ein Gerät sendet, ein anderes empfängt. Um die Informationen auf mehrere Instrumente zu verteilen oder diese zu bündeln, müssen die Verbindungen entsprechend organisiert und je nach Installation ein Multiplexer hinzugefügt werden.
Das ist zugleich seine Stärke und seine Schwäche. Bei einer kleinen Anlage bleibt der Betrieb recht übersichtlich, und die übertragenen Sätze können direkt auf Fehler überprüft werden. Auf einem Boot, das mit einem GPS, einem AIS, einem UKW-Funkgerät mit DSC, einem Autopiloten und mehreren Displays ausgestattet ist, kann das Kabelbündel hingegen schnell wie ein Spaghetti-Teller aussehen.
NMEA 2000 verändert sowohl die Verkabelung als auch den Datenfluss
NMEA 2000 ist nicht nur eine schnellere Version von NMEA 0183. Seine Architektur unterscheidet sich davon. Das Protokoll basiert auf einem CAN-Bus und arbeitet mit einer Übertragungsrate von 250 kbit/s. Die Informationen werden nicht mehr in Form von ASCII-Zeichenfolgen gesendet, sondern als binäre Nachrichten, die durch PGNs (Parameter Group Numbers) identifiziert werden.
Die Installation basiert auf einem Backbone, der häufig mit dem englischen Begriff ?backbone? bezeichnet wird. Die Geräte sind über eigene Abzweigungen an diesen Bus angeschlossen. 120-?-Abschlusswiderstände schließen das Netzwerk ab.
Diese Organisation vereinfacht das Hinzufügen mehrerer Geräte. Sensoren, Anzeigen und andere Geräte können dieselbe Infrastruktur nutzen, anstatt zahlreiche direkte Verbindungen zwischen den Geräten herzustellen.
Auch die Stromversorgung erfolgt über das Netzwerk, und zwar in einem angegebenen Bereich von 9 bis 16 V Gleichstrom. Daher kommt dem Schaltplan eine besondere Bedeutung zu. Ein Backbone mit seinen Endpunkten und Abzweigungen lässt sich nicht wie eine Aneinanderreihung von NMEA-0183-Verbindungen verkabeln.
Bei einer Neuinstallation oder einer Anlage mit zahlreichen Geräten erleichtert diese Architektur die Vernetzung. Bei einer Modernisierung ist jedoch mehr Sorgfalt erforderlich. Die anfängliche Einrichtung des Backbones verursacht zusätzliche Kosten, und die Diagnose bietet nicht mehr die bei NMEA 0183 verfügbare sofortige Anzeige von ASCII-Zeilen.
Für den Wechsel von NMEA 0183 zu NMEA 2000 müssen die Daten konvertiert werden
Das Nebeneinanderbefinden beider Standards ist für den Besitzer eines Gebrauchtbootes wahrscheinlich die interessanteste Situation. Die gesamte Elektronik auszutauschen, nur weil ein neues Display ein anderes Protokoll verwendet, macht kaum Sinn, solange die alten Sensoren noch einwandfrei funktionieren.
Es reicht jedoch nicht aus, zwei Geräte physisch miteinander zu verbinden. NMEA 0183 und NMEA 2000 verwenden weder dieselbe Architektur noch dasselbe Nachrichtenformat. Ein Gateway fungiert daher als Vermittler zwischen den Netzwerken.
Diese Logik findet sich auch bei proprietären Systemen wieder. NKE nutzt beispielsweise sein Topline-Netzwerk, um Sensoren, Anzeigen und den Autopiloten miteinander zu verbinden. Dabei handelt es sich um eine als Bus organisierte serielle Halbduplex-Verbindung. Eine Master-Anzeige übernimmt die Steuerung der anderen Netzwerkkomponenten.
Topline-Datenrahmen sind binär und enthalten unter anderem Informationen zu Wind, Geschwindigkeit, Tiefe oder Kurs. Um diese Daten an andere Geräte weiterzuleiten, bietet NKE eine N2K-Box an, die die Konvertierung zwischen Topline, NMEA 0183 und NMEA 2000 gewährleistet.
Bei der Frage nach einer Modernisierung geht es also weniger um ?Welches Gerät soll ersetzt werden??, sondern vielmehr um ?Welche Daten müssen erhalten bleiben und wie können sie weitergegeben werden??. Wenn man vor dem Kauf eines Displays, eines GPS-Geräts oder eines Autopiloten die an Bord vorhandenen Protokolle ermittelt, vermeidet man, dass man nach dem Einbau feststellt, dass in der Kette eine zusätzliche Schnittstelle fehlt.
SeaTalk, Topline und CAN-Bus erschweren die Modernisierung der Elektronik
Nicht nur die NMEA-Standards werden hinter den Kulissen weiterentwickelt. Mehrere Hersteller haben ihre eigenen Netzwerke entwickelt.
Raymarine verwendet SeaTalk bei seinen älteren Geräten und SeaTalkng bei den neueren Modellen. SeaTalkng basiert auf NMEA 2000, behält jedoch herstellerspezifische Besonderheiten bei.
Furuno nutzt bei bestimmten Radargeräten und Echoloten ebenfalls ein auf dem CAN-Bus basierendes Netzwerk mit spezifischen Nachrichten. Eine spezielle Schnittstelle ist erforderlich, wenn diese Informationen in ein NMEA-Netzwerk konvertiert werden sollen.
Diese proprietären Systeme stellen nicht unbedingt ein Problem dar, solange die gesamte Anlage Teil derselben technischen Umgebung ist. Schwierigkeiten treten vor allem bei einer Modernisierung auf. Die Elektronik eines Bootes wird oft schrittweise erneuert: in diesem Jahr ein GPS, später ein AIS und dann ein Autopilot, wenn der alte den Geist aufgibt.
Bevor man ein Gerät anschaltet, sollte man daher einen Blick hinter dessen Frontblende werfen. Ein altes Anzeigegerät kann ein einfacher Empfänger sein, aber auch eine wichtige Funktion in der Netzwerkorganisation übernehmen. Bei Topline beispielsweise übernimmt eines der Anzeigegeräte die Rolle des Masters. Das Entfernen eines Geräts ohne Verständnis dieser Architektur kann daher Auswirkungen auf andere Teile der Anlage haben.
Signal K macht die Bootsdaten für Anwendungen und das IT-Netzwerk zugänglich
Signal K betrachtet den Austausch von Meeresdaten aus einem anderen Blickwinkel. Dieser offene Standard nutzt insbesondere JSON, HTTP, WebSocket und MQTT. Damit bringt er die nautische Instrumentierung näher an die IT-Architekturen heran, die von Webanwendungen, Mobilgeräten und vernetzten Diensten verwendet werden.
Das Prinzip besteht insbesondere darin, die von den Bordgeräten stammenden Informationen zu erfassen und sie in dieser Umgebung nutzbar zu machen. Über Schnittstellen können Daten im NMEA 0183- oder NMEA 2000-Format empfangen werden.
Eine Anlage kann somit ihre Sensoren und nautischen Instrumente beibehalten und gleichzeitig eine IT-Ebene hinzufügen. AIS und GPS können beispielsweise Daten an ein Signal-K-Gateway liefern, während die an NMEA 2000 angeschlossenen Instrumente weiterhin mit ihrem Netzwerk verbunden bleiben. Der Signal K-Server tauscht anschließend Informationen mit über WLAN verbundenen Geräten oder mit anderen Netzwerkdiensten aus.
Diese Flexibilität bringt jedoch eine neue Herausforderung mit sich. Im Gegensatz zum einfachen NMEA-0183-Datenaustausch erfordert Signal K eine IT-Infrastruktur, insbesondere WLAN oder Ethernet, je nach Installation. Der Bootsbesitzer muss sich also nicht mehr nur um Datenkabel und die Stromversorgung kümmern. Er muss auch das bordeigene IT-Netzwerk berücksichtigen.
Bevor man das Netz neu aufbaut, sollte man zunächst den Ist-Zustand erfassen
NMEA 0183, NMEA 2000, Signal K und proprietäre Protokolle basieren auf unterschiedlichen Architekturen. Daher gibt es kein einheitliches Schema, das für alle Boote geeignet ist.
NMEA 0183 ist nach wie vor von Interesse, wenn ältere Geräte beibehalten oder einige einfache Austauschmaßnahmen durchgeführt werden müssen. NMEA 2000 erleichtert die Vernetzung einer größeren Anzahl von Sensoren und Instrumenten über ein gemeinsames Backbone. Signal K bietet eine Schnittstelle zu Anwendungen, WLAN und IT-Diensten. Bei proprietären Netzwerken muss vor jeder Änderung die Kompatibilität überprüft werden.
Der erste Schritt bei einer elektronischen Überholung besteht daher darin, einen Überblick über die Bordausstattung zu erstellen: vorhandene Geräte, die jeweils verwendete Protokollart, Stromversorgung, NMEA-0183-Sender und -Empfänger, Komponenten des NMEA-2000-Busses sowie eventuelle Gateways.
Diese Aufstellung klingt zwar weniger spannend, als einen neuen Multifunktionsbildschirm auszupacken. Aber an Bord ist es immer noch eine recht gute Methode, den Kurs zu halten, wenn man weiß, wohin die Daten fließen, bevor man die Kabel durchtrennt.
