陈永昌 盛传贞 张京奎

（中国电子科技集团公司第五十四研究所 河北省石家庄市 050002）

1 引言

全球导航卫星系统（GNSS）是能为地球表面或近地空间的用户提供全天候定位、导航和授时服务的空基无线电导航定位系统。近年来，随着GNSS应用的日益丰富，大众用户对于实时高精度的应用需求日渐增多。因此，GNSS实时服务迎来新的发展契机。

国际GNSS服务（International GNSS Service，IGS）组织于2002年成立实时工作组（Real Time Working Group，RTWG），致力于相关应用的基础设施建设与标准规范制定，并于2007年号召多个国际分析中心参与实时飞行员项目（Real Time Polit Project，RTPP）。现今，GNSS提供实时服务主要依靠实时增强信息，而高效的信息传递是其中的重要环节。为此，国际海运事业无线电技术委员会（Radio Technical Commission for Maritime Services，RTCM）SC104协议应运而生[1-3]，为实时信息的高效传递提供了统一标准。

RTCM SC104标准格式是由RTCM于1983年11月提出的GNSS差分信号格式[4,5]。SC104标准定义了GNSS实时导航定位等相关应用中，二进制数据流所包含的内容、结构和组织方式，包括测站信息、广播星历、观测数据和各类实时产品等[6,7]。该标准为实时GNSS应用提供了通信接口，目前已广泛应用于实时GNSS数据的编码和解码中。目前，最新使用的RTCM SC104协议包括10403.3——差分GNSS服务协议、10401.2——差分Navstar GPS参考站和完好性监测协议、10410.1——RTCM网络传输协议（Ntrip）。

本文主要对网络传输实时信息的Ntrip协议进行介绍，然后针对Ntrip协议在应用过程中实现Caster服务的几款软件进行实例演示，为广大GNSS实时用户提供实用的参考信息。

2 Ntrip协议

自1993年以来，RINEX格式是用于长期存储和传播GNSS数据的标准文件格式，但主要针对后处理模式。随着GNSS的不断发展和用户对GNSS即时信息的迫切需求，德国联邦制图和大地测量局（Bundesamt fÜr Kartographieund Geodäsie，BKG）与多特蒙德工业大学联合开发了Ntrip协议，供用户可与数据源进行通信[8,9]。

Ntrip是一种用于Internet流式传输GNSS数据的应用级协议，是一种基于HTTP/1.1的通用无状态协议。作为一种RTCM标准，Ntrip主要用于通过Internet向静态或移动用户传播差分改正数据（如采用RTCM-104格式）或其他类型的GNSS流数据。该协议允许同时将PC、笔记本电脑、PDA或接收机连接到广播机，并支持通过移动IP网络（如GSM、GPRS、EDGE或UMTS）进行无线Internet访问。

Ntrip协议的实现主要有NtripServers、NtripCasters和Ntrip Clients三部分系统软件组成，其结构如图1所示。

图1：Ntrip协议运作示意图

NTRIP协议运作中的各项组成及功能如下：

（1）NtripSource指系统的数据源，负责提供连续的GNSS流数据，如参考站观测数据、RTCM-104差分改正信息等。

（2）NtripServer负责将NtripSource数据通过HTTP协议以数据流的形式传输到NtripCaster。

（3）NtripCaster是一个HTTP服务器，接受来自NtripServer或NtripClient单个端口的请求消息，并根据这些消息决定是否接收或发送数据流。

（4）NtripClient指用户端，其向NtripCaster发送正确的请求消息，在被接受后开始接收来自NtripCaster的数据。

（5）Real-time Analysis Center即实时分析中心，其利用指定账户获取实时流数据，生成实时产品后，再将其作为数据源经由NtripServer传送至NtripCaster的数据中心，供其他NtripClient使用

3 NtripCaster软件介绍

NtripCaster作为实现Ntrip协议的重要一环，实质为HTTP服务器。NtripCaster软件可从参考站接收数据和处理客户端的请求信息，通过设置相应的测站代码、账号、密码等，对NtripServer和NtripClient的数据流进行并行管理。

近年来，多家机构根据Ntrip协议规则已开发出相应的Caster软 件。如：BKG开 发 的BKG Professional NtripCaster，SNIP公司开发的the simple NTRIP Caster，Alberding GmbH公司开发的Alberding Ntrip Caster，德国土地调查卫星定位服务的GnssSurfer等。本节将对前两种较常用的caster软件进行功能介绍。

3.1 BKG Professional NtripCaster软件

BKG Professional NtripCaster是在EUREF-IP框架内开发的，支持Ntrip互联网协议，能够通过互联网传播GNSS实时数据流。该软件遵循GNU通用公共许可证（GPL），并用C语言编写，运行于Linux系统。历经多个版本的更新，该软件能够同时支持100多个NtripServers和监听2000多个NtripClients，并已在多种发行版上成功测试，如Suse、Debian、Gentoo和Red Hat等。下面就其安装及基本运行功能进行介绍。

3.1.1 安装

BKG的caster软件只能安装在linux系统中。开始安装前，需检查是否具备编译条件，如gcc和GNU的make软件。确定安装条件满足之后，在解压后的安装包文件夹中找到configure可执行文件，开始安装。通常有两种安装模式：

第一种是标准安装模式，执行命令"./configure --enable-fsstd"，设置将caster软件安装在如下目录中：

（1）Caster-可执行文件：/usr/sbin

（2）启动脚本：/usr/bin

（3）配置信息：/etc/ntripcaster

（4）运行时间测试文件：/var/run/ntripcaster

（5）日志文件：/var/log/ntripcaster

（6）模板：/usr/share/ntripcaster/templates

第二种是指定目录安装模式，执行命令"./configure"，设置将caster软件安装在"/usr/local/ntripcaster"默认目录中。如果安装在指定目录中，可执行"./configure --prefix="，设置安装在"path"中，相应的子目录为：

（1）Caster-可执行文件：$path/sbin

（2）启动脚本：$path/bin

（3）配置信息：$path/conf

（4）运行时间测试文件：$path/var

（5）日志文件：$path/logs

（6）模板：$path/templates

完成路径设置后，先后运行'make'（或者gmake）、'make install'（或者gmake install），完成caster软件的安装。此时，可输入"ntripcaster start"、"ntripcaster stop"和"ntripcaster restart"命令，测试是否安装成功。

3.1.2 配置

caster软件成功安装后，需对conf目录中的配置文件进行设置，以使软件正常运行。相关的配置文件及其配置内容见表1。

表1：BKG Professional NtripCaster配置文件功能介绍

3.1.3 状态显示

配置完成后，即可执行"ntripcaster start"命令启动软件，提供caster服务。软件的运行状态可在网页中打开配置的主机地址查看。图2和3展示了该caster软件运行时主要的状态信息。其中图2展示了数据源的状态信息，包括连接的数据源总数、挂载点ID、主机IP、连接时刻和时长、接收数据量、连接用户数等信息；图3展示了client用户信息，包括用户IP、挂载点ID、连接时长、接收数据量等信息。

图2：BKG Professional NtripCaster运行时数据源状态信息

图3：BKG Professional NtripCaster运行时监听用户状态信息

主机管理员可根据caster软件的运行信息，管理caster服务，如重启caster、断开特定挂载点、更新配置文件内容等，保证ntrip服务能够稳定提供给下游用户。

3.2 SNIP软件

SNIP开发的the simple NTRIP Caster也称作SNIP，是一款可在Windows和Ubuntu系统运行的caster软件。该软件具备Ntrip服务中的caster功能，支持单个到数百个设备的大型GNSS网的数据收发。下面就其安装及基本运行功能进行介绍。

3.2.1 安装

SNIP的安装较为简单。在获取软件安装包后，直接运行安装文件（如SNIP_3_01_00setup.exe），根据提示设置相应的安装路径即可。成功安装后，执行SNIP.exe测试能否正常启动。

3.2.2 配置

设置SNIP的基本运行功能主要有表2所示内容。

表2：the simple NTRIP Caster配置内容

3.2.3 状态显示

SNIP可在软件运行过程中直接配置，无需重启即可生效。图4和5展示了SNIP运行时的状态信息。其中图4是运行主界面，展示了挂载点的数量、活动状态、监听状态等信息；图5是作为流数据中继时的状态信息，展示了各个挂载点名称、数据接收率、接收时长等信息。管理员可根据这些状态信息作出相应的操作，以维护caster的正常运行。

图4：SNIP运行状态主界面

图5：SNIP作为流数据中继时的状态信息

4 总结

GNSS如今在室外高精度位置、导航和授时服务中占有举足轻重的地位。随着实时应用的兴起，如汽车安全（车与车之间）、远程精确无人机控制、传统精准农业、战术搜索和救援等，越来越多的行业开始与高精度、实时的GNSS服务接轨。NtripCaster作为Ntrip协议中的核心服务，在将来的海量并发应用中具有十分重要的意义。当前caster软件众多，基本能够满足现有应用需求，但考虑到即将面临的大数据挑战，因此该服务和软件仍具有可观的开发前景。