Подписка на новости

Опрос

Нужно ли ввести комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

2006 №1

GSM – шлюзы для выхода в ГТС и GSM/CDMA - шлюзы с выходом в Ethernet сети

Алексеев Виктор


В местах, где нет подводки ГТС или такая подводка затруднена, телефонные GSM-шлюзы дают возможность по одному GSM-каналу реализовать связь с несколькими абонентами офисной АТС. Эти устройства позволяют также в полной мере использовать преимущества предложений операторов сетей сотовой связи с использованием льготной внутрисетевой тарификации.

Шлюзы GSM — Ethernet позволяют подключить несколько ПК или промышленных компьютеров к одному каналу GSM. Эти шлюзы используются в М2М-приложениях для связи систем сбора данных по проводным сетям Ethernet и дальнейшей передачи информации по беспроводным каналам.

Универсальный сотовый GSM/GPRS-шлюз для выхода в ГТС и Интернет

Сотовый телефонный шлюз – это электронное устройство на базе модуля GSM/GPRS, линейного абонентского модуля и управляющего микропроцессора. Это устройство соединяет по заданной схеме проводную телефонную сеть и беспроводную сотовую.

Иными словами, GSM-шлюз предназначен для преобразования сигналов проводных телефонных аппаратов в сигналы беспроводной GSM-сети и обратно.

Иногда такие устройства в российской прессе называют также GSM-мостами [1].

GSM-шлюз является идеальным решением в местах, где затруднена или невозможна подводка новых проводных телефонных пар.

Российская фирма «ТЭСС-Электроникс» (www.telemetry.ru) выпускает GSM-шлюз марки G-4, который представляет собой стационарный сотовый терминал GSM/GPRS с выходом на проводные телефонные сети. Эти шлюзы выпускаются серийно и имеют все необходимые сертификаты.

GSM-шлюз G-4 разработан для использования в комплекте с любым стационарным проводным телефонным аппаратом, а также с радиотелефонами стандарта DECT.

Кроме того, в этом терминале-шлюзе имеется телефонный интерфейс с набором типа DTMF и линейным напряжением 48 В. Это позволяет подключать через стандартный порт RJ-11 шлюз к офисной или сельской АТС. Для запуска шлюза G-4 в работу необходимо иметь стандартную SIM-карту любого оператора сотовой связи.

Для начала работы с G-4 достаточно вставить SIM-карту, подключить антенну; подключить телефонный аппарат или мини-АТС, используя стандартный телефонный кабель и включить блок питания. Структурная схема работы G-4 показана на рис. 1.

Структурная схема работы G-4

Входящие звонки осуществляются на номер сотового оператора в соответствии с номером SIM-карты, вставленной в шлюз. Принимать звонки через офисную АТС сотрудники могут на своем рабочем месте на обычные стационарные телефоны или радиотелефоны DECT.

Исходящие звонки отправляются на любой номер, любым из сотрудников с обычного телефона, подключенного через офисную АТС к GSM-шлюзу. Естественно, что это является одной из наиболее привлекательных черт GSM-шлюза.

С другой стороны, модель G-4 позволяет получить существенную экономию для предприятия, имеющего удаленные филиалы и большое число сотрудников с мобильными телефонами. Расходы такой организации на ежедневную сотовую связь могут быть заметной статьей корпоративных затрат.

В этом случае очень полезным может оказаться использование GSM-шлюза.

Практически все операторы сотовой связи имеют так называемые корпоративные, семейные тарифы или различного рода абонементы. Идея заключается в том, что при звонках между определенными номерами сотовой связи предоставляются значительные тарифные скидки.

Например, «МегаФон Северо-Запад» предлагает тарифную опцию «Абонемент», заказав которую, нужно внести единовременно плату в размере 200 руб. для номеров с федеральными номером и 700 руб. для номеров с дополнительным городским номером, после чего в течение шести месяцев можно будет пользоваться услугами связи, входящими в основной пакет, без абонентской платы.

В период действия «Абонемента» абонентская плата по действующему тарифному плану не начисляется. По окончании действия «Абонемента» порядок оплаты ежемесячной абонентской платы за основной пакет услуг возобновляется согласно действующему тарифному плану.

Таким образом, объединив всех сотрудников фирмы, использующих мобильные телефоны для связи с головным офисом, и сотовый номер GSM-шлюза в одну тарифную группу «Абонемент», можно существенно снизить статью корпоративных затрат на оплату сотовой связи. Немаловажное значение имеет также тот факт, что сотрудник может дозвониться до своих коллег в головном офисе на обычные служебные телефоны через GSM-шлюз. Но при этом тарификация будет осуществляться как за звонок с мобильного на мобильный по наименьшему, внутрисетевому тарифу. То же самое можно сказать и о звонках с рабочего места на мобильный телефон вашего коллеги.

Выход на проводную телефонную сеть соответствует российским стандартам. Ток шлейфа при снятой трубке равен 40 мА. Сопротивление шлейфа — 600 Ом (комплексное). Напряжение вызова составляет 70 В.

В модели G-4 используется GSM/GPRS-модуль Enfora GSM0108 для диапазона частот 850/900/1800/1900 МГц. Модули изготовлены на базе чипов Texas Instruments [2], выполняют все базовые функции стандарта EGSM и поддерживают GPRS класса 10.

GSM-шлюз G-4 имеет последовательный порт, благодаря чему он может быть подключен к персональному компьютеру по интерфейсу RS-232. При этом можно работать как с AT-командами, так и с Интернет в режиме GPRS. В этом случае G-4 используется как мобильный офис для работы с электронной почтой и компьютерными программами обработки факсов.

В настоящее время модуль GSM0108 лучше прочих поддерживает специальные AT-команды, подробное описание которых приведено в документации [3]. Поэтому GSM-шлюз G-4 исключительно стабильно работает в условиях российских неустойчивых сотовых сетей.

Это достигается за счет дополнительных настроек, обеспечивающих автоматическое восстановление подключения к сети GSM и автоматическое восстановление сессии GPRS. Будучи один раз установлены, дополнительные настройки записываются в память модема и в дальнейшем отрабатываются автоматически.

В качестве примера можно привести специальную команду $NETMON, которая предназначена для мониторинга соединения через GSM/GPRS/IP-сеть и его активного восстановления.

При отсутствии трафика через модем он будет посылать ping-пакет через заданный интервал времени на заданные IP-адреса. Посылки ping-пакетов будут продолжаться до тех пор, пока какой-нибудь из указанных серверов не окажется в сети GPRS и не ответит. Параметры этой команды задают время в минутах, в течение которого сеть должна оставаться недоступной до того, как будет предпринята попытка установить новое соединение, в то время как старое соединение еще активно. Кроме того, можно задать количество соединений, реализованных перед тем, как модем сотрет в памяти временные адреса сети и предпримет попытку установления нового соединения, а также интервал в минутах между ping-пакетами, которые модем шлет по заданным IP-адресам известных серверов. В любом случае, через n минут, при отсутствии трафика через него, модем будет посылать ping-пакеты сначала на первый заданный IP-адрес, потом на все остальные, чтобы проверить, есть связь через GSM/GPRS/IP-сеть или нет. В случае потери связи модем автоматически ее восстановит.

Можно также запрограммировать принудительный автоматический перезапуск модема через определенные интервалы времени.

Данная настройка полезна в тех случаях, когда модемы не могут зарегистрироваться в сети в течение длительного времени (1–5 мин). Последнее может быть связано с тем, что для базовой станции сотового оператора каждый раз требуется новая перерегистрация в сети. Обычно такие проблемы характерны для устройств, работающих под управлением дополнительного программного обеспечения.

Также следует иметь в виду, что поскольку практически все операторы поддерживают GPRS-сессию не дольше 24 ч, то даже в самых лучших условиях оператор разрывает установленное соединение через 24 ч непрерывной работы.

Если использовать прозрачный режим работы GSM-шлюза G-4 под управлением АТ-команд, то можно использовать в полной мере весь программный потенциал модулей Enfora. Например, можно через ПК реализовать переадресацию входящих звонков, принимать SMS, отправлять сообщения SMS и UDP в ответ на звонки с известных номеров или в соответст вии с известным текстом принятого короткого сообщения. Подробно об этих дополнительных возможностях говорится в другой статье автора [2].

Шлюзы GSM/CDMA с выходом в сеть Ethernet

В настоящее время в России, как и во всем мире, возрастает число пользователей, нуждающихся в качественных широкополосных сетях. Существуют несколько вариантов технического решения подключения к Интернет. Одним из вариантов решения этой проблемы является Ethernet.

Современный уровень развития Ethernet вполне приемлем для передачи магистрального IP-трафика (сети Интернет). Поэтому он доминирует в локальных сетях.

Стандарты Ethernet, IEEE группы 802.3 определяют пакетные технологии передачи информации в компьютерных сетях по витой паре или оптоволоконному кабелю. Эти стандарты регламентируют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде для скоростей передачи от 10 до 1000 Мбит/с.

В спецификациях группы стандартов 802.3 определяется шинная топология сети, методы кодирования данных, множественный доступ, идентификация Ethernet-устройств (МАС-адреса). Стандартами определено, что в качестве передающей среды могут быть использованы как витая пара, так и оптоволоконные кабели. В зависимости от скорости передачи и используемого кабеля существует несколько спецификаций стандарта 802.3.

В спецификации 803.2а 10Base2 используется кабель RG-58 с максимальной длиной сегмента 200 м. В спецификации 10BaseT IEEE 802.3i используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории 3 или 5. Максимальная длина сегмента 100 м. Добавлены регламентации по физической топологии «звезда» и концентраторам.

Передача данных по оптическому кабелю описывается стандартами 10Base-T IEEE 802.3i (максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1 км) и 10Base-F/FL IEEE 802.3j (максимальное расстояние передачи данных без повторителя 2 км). Скорость передачи 10 Мбит/с.

В сетях 100 Мбит/с Fast Ethernet (100Base-T/TX IEEE 802.3u) используется топология «звезда», задействованы две пары кабеля категории 5, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с. Длина сегмента до 100 м.

Технология 100Base-FX регламентирует передачу со скоростью 100 Мбит/с с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 м в полудуплексном режиме или 2 км в дуплексном режиме передачи данных.

Технологии с адресной передачей данных определяются стандартом 802.3p (полный дуплекс, групповая адресация и 8-уровневая система приоритетов).

Технологии передачи данных со скоростью 1000 Мбит/с Gigabit Ethernet описываются стандартом 1000Base-T IEEE 802.3ab (витая пара категории 5e или категории 6).

Стандарт 1000Base-SX IEEE 802.3z определяет передачу со скоростью 1 Гбит/с через многомодовое оптоволокно (дальность без повторителя до 550 м). Оптимизированные варианты этой технологии позволяют передавать данные на расстояние до 10 км при использовании одномодового волокна.

Известно, что серьезная проблема в сетях широкополосного доступа связана со способом передачи информации из Ethernet-сетей к Интернет-провайдеру. Одним из решений этой проблемы являются модемы для беспроводной связи в открытых частотных диапазонах GSM и CDMA.

Российская фирма «ТЭСС-ЭЛЕКТРОНИКС» разработала и серийно выпускает шлюзы Ethernet — CDMA (модель MTE920C) и Ethernet — GSM (модель MTE920G).

Модель MTE920C разработана на базе CDMA-модуля компании Any Data DTU-450 стандарта 450 МГц, предназначенного для работы в российских сетях SkyLink. Модель MTE920G разработана на базе GSM/GPRS-модуля Enfora GSM0108, который был рассмотрен в предыдущем разделе.

Обе модели размещены в корпусах одного конст руктива. Внешний вид модели MTE920C показан на рис. 2.

Внешний вид шлюза MTE920C
Рис. 2. Внешний вид шлюза MTE920C

Габариты (Д × Ш × В) составляют 110 × 58 × 30 мм. Напряжение питания — 9 –30 В. Рабочий диапазон температур для CDMA-шлюза — от 0 до +70 °C, для GSM-шлюза — от – 20 до +85 °C.

На передней панели шлюза размещены антенный разъем SMA, разъем источника питания и консольный порт Debug.

Структурная схема шлюза MTE920G приведена на рис. 3. (Структурная схема CDMA-шлюза в общем аналогична. Разница заключается в модуле для беспроводной связи.)

.
Структурная схема шлюза MTE920G
Рис. 3. Структурная схема шлюза MTE920G

Шлюз Ethernet — GSM MTE920G включает в себя блок питания, радиомодуль Enfora GSM0108, Ethernet-модуль, интерфейс SIM-карты и управляющий модуль с ядром ARM920T. Блок питания преобразовывает входное напряжение питания (+9/30 В) в стабилизированное напряжение 5 В. Модуль Ethernet имеет поддержку двух скоростей передачи данных 10 и 100 Мбит/с и использует режим автоопределения. При этом для выбора оптимального режима соединения в автоматическом режиме определяется скорость и дуплексность. В случае, когда автоматическое определение недает результатов, скорость подстраивается под партнера, и включается режим полудуплексной передачи данных. Модуль GSM0108 Enfora выполняет функции по приему, обработке и пересылке информации в стандарте EGSM 850/900/1800/1900 МГц.

Вся система работает под управлением процессорного модуля с ядром Atmel ARM920T [5]. Процессор ARM920T ARM Thumb имеет скорость обработки 200 MIPS на частоте 180 МГц. В процессоре есть 16 кбайт ОЗУ, 128 кбайт ПЗУ, кэш данных 16 кбайт и буферная память 16 кбайт для кодов. Также в процессоре имеются встроенная интерфейсная шина EBI, два кварцевых генератора частот, четыре программируемых входа для внешних тактовых сигналов, часы реального времени, двухпроводной UART, поддержка порта Debug. Процессор поддерживает стандарты Ethernet MAC 10/100 Base-T. Из других важных характеристик процессора ARM920T можно отметить четыре 32-разрядных контроллера с 122 программируемыми вводами-выводами, 8-уровневый приоритет прерывания (7 внешних источников и один быстрый внешний источник прерывания). Процессор имеет порт USB 2.0 (12 Мбит/с), обеспечивает поддержку Smart Card ISO7816 T0/T1, RS485, IrDA, USART1, Master/Slave SPI, TWI. Подробное описание процессора ARM920T приведено в документации [5].

Благодаря мощному процессорному ядру и современным беспроводным модулям, шлюзы MTE920G/C компании «ТЭСС–Электроникс» обеспечивают канал передачи данных через сети мобильной связи по протоколу IP. Эти шлюзы позволяют организовать информационный обмен между удаленным хостом (RH), имеющим доступ в глобальную сеть Internet, и хостом, подключенным к шлюзу через интерфейсы Ethernet (LH).

Шлюз имеет интерфейс Ethernet 10/100BaseTX RJ45, который может быть использован для подключения контроллера. Отметим, что IP-адрес данного интерфейса должен быть назначен в качестве Default Gateway в настройках протокола IP на интерфейсе Ethernet-контроллера.

При включении питания шлюз автоматически устанавливает соединение с сетью передачи данных GSM (CDMA для модели MTE920C) и поддерживает установленное соединение в работоспособном состоянии, гарантирующем двусторонний сетевой обмен по протоколу IP между RH и подключенным LH.

Инициатором сеанса информационного обмена может выступать как устройство в Ethernet-сети, так и удаленный хост. Сеансы информационного обмена между RH и LH могут происходить в произвольные моменты времени.

При этом может быть использован любой алгоритм. Следует подчеркнуть, что устройство постоянно контролирует связь с Internet и автоматически ее восстанавливает в случае потери, поддерживая тем самым непрерывный режим передачи данных по протоколам TCP и UDP.

В качестве транспортных протоколов могут применяться как UDP, так и TCP. В этом случае происходит перенаправление всех пакетов, которые адресованы на IP-адрес шлюза, полученного у Интернет-провайдера, на IP-адрес LH, назначенный ему в локальной сети.

Встроенный DHCP-сервер (Dynamic Host Confi guration Protocol) позволяет поддерживать протокол динамической конфигурации устройств, который используется для настройки часто изменяемых сетевых параметров клиентских устройств. Эта функция очень полезна в тех случаях, когда в заданном диапазоне адресов нужно реализовать динамическое распределение IP-адресов устройствам, подключенным в одной локальной сети со шлюзом MTE920C.

Встроенная ОС Linux позволяет легко настраивать шлюз MTE920C (G) под конкретные задачи пользователя. Например, пользователь может организовать встроенный веб-сервер, FTP-сервер, дистанционный доступ к телеметрическим устройствам, снятие показаний с приборов учета и т. д. Структурная схема проекта с использованием шлюза MTE920G приведена на рис. 4.

Структурная схема проекта с использованием шлюза MTE920G
Рис. 4. Структурная схема проекта с использованием шлюза MTE920G

Следует подчеркнуть, что RH обращается к LH по IP-адресу, назначаемому шлюзу после соединения с сетью передачи данных МСС, а не по собственному IP-адресу LH, назначаемому на интерфейс Ethernet.

Шлюз выступает в качестве статического NAT-маршрутизатора. Во всех IP-пакетах, направленных в глобальную сеть Интернет от LH, IP-адрес отправителя (source IP) заменяется на IP-адрес, полученный шлюзом по протоколу PPP у оператора сотовой связи. Во всех IP-пакетах, полученных шлюзом на интерфейс PPP, IP-адрес получателя (destination IP) заменяется на IP-адрес LH. Необходимо отметить, что скорость передачи данных в Интернете будет определяться скоростью работы радиоканала. В настоящее время в модели MTE920G используется GSM/GPRS-модуль GSM0108, обеспечивающий реальную скорость передачи данных около 60 кбит/с. В существующей модели MTE920GC используется DMA модуль DTU450, позволяющий получать скорости до 121 кбит/с в сети CDMA.

В 2006 году компания «ТЭСС-Электроникс» планирует выпустить шлюзы с новыми модулями GPRS/EDGE Enfora EDG0108 и CDMA DTU450x, которые значительно увеличат скорости передачи данных. Так, например, новый модуль Enfora EDG0100 с поддержкой EDGE дает реальные скорости передачи в режиме EDGE больше 200 кбит/с в GPRS/EDGE-сетях сотового оператора «МегаФон» [6].

Новые модули DTU450x могут обеспечить скорости до 2,4 Мбит/с в зоне действия Sky Turbo в сетях SkyLink [7].

Шлюз MTE920G предназначен для круглосуточного использования. Он может быть установлен в непосредственной близости от контроллеров и размещен в металлических монтажных шкафах. Благодаря возможности подключения внешней антенны GSM или CDMA, можно использовать шлюз в местах с недостаточным уровнем радиосигнала.

Литература

  1. Букин М. По невидимым мостам // Сети. 2005. № 18. http://www.osp.ru/nets/2005/18/020_1.htm.
  2. Алексеев В. GSM/GPRS-терминалы и модули производства Enfora с расширенным набором АТ-команд для М2М-приложений // Компоненты и технологии. 2005. № 3.
  3. Enfora Enabler-IIG. GSM/GPRS Radio Modem. AT Command Set Reference.
  4. http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.3-2002.pdf.
  5. ARM920T-based MicrocontrollerAT91RM9200. Rev. 1768IS-ATARM–30-Sep-05.
  6. Алексеев В. Внешний терминал Enfora SA-EL с расширенным набором АТ-команд для высокоскоростной передачи данных в режимах GPRS и EDGE // Беспроводные технологии. 2006. № 2.
  7. http://www.skylink.ru/news/article.aspx?id=1266&r=78.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Беспроводные технологии PDF


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке