GPS/GPRS-терминал AnCom RM/D

М2М системы удаленного управления и мониторинга.
Законченные решения на базе резервируемых GSM / GPRS терминалов

№ 2’2007
PDF версия
Статья посвящена особенностям передачи данных в сети GSM/GPRS и законченным решениям по организации устойчивого канала обмена в модемах AnCom RM производства компании «Аналитик-ТС» (www.analytic.ru).

На российском рынке беспроводных систем M2M широкое распространение получили GSM/GPRS-модули, терминалы и законченные системы передачи данных различных производителей. Их использование предпочтительно в проектах с ограниченным финансированием, когда создание каналов проводной связи нецелесообразно: системы телеметрии и телемеханики, безопасности и АСКУЭ, торговые и платежные терминалы, банкоматы и парковочные счетчики, подвижные объекты и т. п.

 

Сервисы, предоставляемые сетью GSM для M2M

В GSM-сети для передачи данных используются сервисы: SMS (Short Message Service), CSD (Circuit Switched Data) и GPRS/EDGE (General packet radio Service / Enhanced Data for Global Evolution).

SMS – в связи с ограничениями на объем передаваемых данных (160 символов), относительно высокой стоимостью и отсутствием ”гарантированной доставки” в основном применяется в охранно-пожарных системах.

CSD – сервис с коммутацией каналов, скорость до 9,6 кбит/с (14,4 кбит/с при использовании HSCSD в одном слоте). Данные передаются в выделенном при установлении соединения канале. Поддерживается протокол сжатия и коррекции ошибок V.42bis. Преимущества: если соединение установлено, то данные дойдут за фиксированное время. Недостатки: повременная оплата и сложность использования в системах, требующих быстрой реакции на событие (необходимо время, чтобы дозвониться).

GPRS/EDGE – сервис с пакетной передачей данных, скорость до 171/473 кбит/с, постоянное соединение с сетью (не надо дозваниваться до абонента). Передача пакетов идет по неиспользуемым в данный момент голосовым каналам, которые всегда есть в промежутках между разговорами абонентов. Использование для передачи сразу нескольких каналов обеспечивает повышение скорости. Плюсы: постоянная готовность к передаче данных и тарификация объема передаваемых данных, а не времени соединения. Минус: выделение слотов по остаточному принципу.

 

Особенности передачи данных в сети GPRS

При организации каналов передачи данных по GPRS необходимо четко разделять понятия:

  • скорость передачи (максимум 171 кбит/с, а на реальной ”московской” сети в среднем 10 кбит/с);
  • время доставки данных (до 15 и более секунд);
  • девиация времени доставки (до ±15 с).

Как следствие, временные таймауты при опросной схеме должны составлять более 30 секунд, и необходимо учитывать возможные временные разрывы передачи самого сообщения (если не используются специальные средства по их сборке-разборке), например, когда несколько байтов приходят через 2 с после отправки, а оставшаяся часть задерживается на 13 с.

Рассмотрим причины задержек доставки данных:

  • собственно задержка доставки кадров канального уровня, определяемая:
    • задержкой на интерфейсе передачи (например, вызванной механизмом RTS/CTS);
    • временем сборки-разборки кадров и их обработки, включающей помехоустойчивое кодирование, перемежение, диспетчеризацию потоков с разным качеством обслуживания, шифрование и др.;
    • задержкой передачи кадра, включающей выделение свободных слотов и распространение сигнала в физическом канале;
  • потери кадров канального уровня при их передаче по радиолиниям:
    • возникновение канальных ошибок, свойственное мобильным сетям;
    • разрыв линии связи, возникающий, например, во время процедуры хэндовера (handover) — перехода мобильного терминала из одной соты в другую;
  • транспортный протокол со своим механизмом защиты от ошибок иногда некорректно взаимодействует с аналогичными механизмами канального уровня, осуществляя повторную передачу задержанных или утерянных пакетов наряду с их повторной передачей канальным протоколом.

 

IP-адресация в сети GPRS

Соединение GPRS подразумевает использование сетевого протокола TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Оператор GSM предоставляет для мобильного терминала точку входа в сеть — APN (Access Point Name). Сетью может быть Интернет, локальная сеть оператора, корпоративная сеть пользователя. Сервер выдаёт мобильному терминалу IP-адрес, тип которого определяется тарифным планом:

  • локальный — принадлежит оператору и невидим со стороны Интернета,
  • публичный — доступен со стороны Интернета,
  • динамический — меняется при переустановке соединения,
  • статический — жестко привязан к SIM-карте.

Локальные статические адреса позволяют организовать передачу данных между мобильными терминалами без выхода в Интернет. Обеспечивается максимально быстрое установление соединения. Обмен данными локализован в сети оператора. Недостаток — соответствующие тарифные планы относительно дороги.

Локальные динамические адреса используются для доступа к ресурсам Интернета без возможности опроса мобильного терминала со стороны Интернета – самые дешевые тарифы, но их использование в системах не всегда удобно.

Публичные динамические адреса видны в Интернете, позволяют организовать различные схемы передачи данных и во многом оптимальны по соотношению цены и возможностей. Обмен текущими адресами осуществляется через буферный FTP-сервер или SMS.

Публичные статические адреса в основном используются в системах с VPN-туннелями.

 

Обеспечение безопасности передачи данных

Многих волнуют вопросы, связанные с безопасностью передачи данных по сети GPRS. Понимая всю сложность темы, рассмотрим хотя бы часть обеспечивающих её системных средств:

  • непосредственно в мобильном терминале безопасность обеспечивается на уровнях:
    • SIM-карты: идентификатор абонента (IMSI), ключ аутентификации (Ki), алгоритмы шифрации (A8) и аутентификации (A3), PIN-код доступа;
    • терминального оборудования: идентификатор IMEI, алгоритм шифрации A5;
  • при передаче данных от терминала к обслуживающему узлу данные шифрируются в соответствии с алгоритм GEA1,2,3;
  • защита локальной сети оператора обеспечивается блокировкой доступа из внешних сетей по RFC 1918.

Отдельно можно выделить сервис, значимость и количество инсталляций которого постоянно возрастают, а стоимость падает – VPN-туннель (Virtual Private Network). Цель VPN – обеспечить прозрачный защищенный доступ к ресурсам локальной сети пользователя с мобильного терминала через незащищенную сеть Интернет (или выделенные каналы). Оператор связи создаёт уникальную точку доступа — APN-сервер, поддерживающий IP-адреса, выделенные оператором, либо принадлежащие пользователю. Организуется туннель от сервера до локальной сети пользователя (протоколы: L2TP, GRE, IPSec…). В дополнительные сервисы включено полноценное шифрование туннелированных данных.

 

«Управляющий» модем

Большое количество выпускаемых GSM/GPRS-модулей и терминалов имеет встроенную поддержку стека протоколов POP3/SMTP, FTP, TCP/IP/UDP/DNS. Простота организации на их базе доступа компьютеров в Интернет и аналогии с применением проводных модемов могут создать ощущение отсутствия сложностей при использовании в промышленных системах телеметрии и телеуправления.

Подключение к модулю управляющего контроллера, обеспечивающего формирование AT-команд, внешнего источника питания и антенны в конечном счете не вызовет затруднений у опытных разработчиков. Основные вопросы начинают возникать при решении задачи обеспечения устойчивой работы:

  • системы, работающие на столе, вдруг начинают сбоить и ”виснуть” при переходе на реальные объекты, при изменении оператора или увеличении загрузки сети;
  • выясняется, что необходимы существенные усилия для обработки нештатных ситуаций, тестированию, поддержке работы с динамическими IP-адресами, обеспечению доступа к состоянию модема и сети в процессе передачи данных и т. п.;

Безусловно, найдутся организации, которые смогут решить возникающие проблемы – но оправдано ли это экономически для большинства?

Всё это приводит к появлению на рынке предложений законченных решений. Их стоимость, безусловно, немного выше, но это цена за своеобразный «Plug and Play» («включил и работай»). Подобные системы могут содержать управляющий контроллер, но современные GSM/GPRS-модули позволяют от него избавиться, сделав «управляющим» сам модем. Встроенные программы превращают модем в законченную систему передачи данных, а во многих случаях — и в систему сбора, обработки и передачи данных. Примеры подхода к программированию модемов представлены в таблице.

Таблица. Примеры подхода к программированию модемов
Примеры подхода к программированию модемов

 

Законченные решения на базе резервируемых модемов AnCom RM

ООО «Аналитик-ТС» построило свои решения на базе модемного модуля фирмы Wavecom и собственного встроенного программного обеспечения.

AnCom RM — законченное решение для промышленных систем, чувствительных к перерывам связи. Семейство резервируемых модемов с автоматическим переходом на запасной канал передачи данных и возвратом на основной при его восстановлении. Прозрачный канал автоматически активируется после включения питания.

AnCom RM/E (рис. 1) — в модеме реализовано резервирование каналов связи, разделенных на физическом уровне (проводные и беспроводные каналы). Модульная архитектура (до 5 модулей, устанавливаемых в мини-крейт) обеспечивает выпуск широкой номенклатуры модемов: с различными интерфейсами (RS-232C, RS-485 или USB), типами первичного питания, проводными (встроенный модем AnCom STF) и беспроводными (GSM/GPRS-модуль) каналами связи (два канала в любой комбинации).

Внешний вид модема AnCom RM/E

Рис. 1. Внешний вид модема AnCom RM/E

AnCom RM/D (рис. 2) – модем оптимизирован для беспроводных GSM/GPRS-систем передачи: два держателя SIM-карт со встроенной программной поддержкой автоматического переключения между ними (резервирование оператора связи), интерфейс RS-232С, встроенная или внешняя антенна, различные виды первичного питания.

Внешний вид модема AnCom RM/D

Рис. 2. Внешний вид модема AnCom RM/D

 

Встроенное программное обеспечение «SOCKET_MODE»

Назначение и возможности

После включения питания загруженное в модем приложение обеспечивает автоматическое подключение к сети GSM/GPRS и установление между двумя модемами прозрачного канала обмена данными (TCP/IP-сокета). В процессе работы контролируются нештатные ситуации (сбои SIM-карты, уровень GSM-сигнала, регистрация в сети GSM/GPRS, сбои в сети оператора связи, передача данных через TCP/IP-сокет, активность на порту данных и т. п.) и обеспечивается максимально быстрое восстановление соединения, в том числе за счет перезагрузки или перехода на резервный канал.

Особенности реализации

Для настройки режимов работы модема введено расширение AT-команд с префиксом AT@ATS. Настройка модема производится на скорости COM-порта 155200 бод. При переходе модема в режим передачи данных скорость COM-порта изменятся на скорость, указанную при настройке модема (AT@ATSSPEED=”xxxx”, где xxxx- скорость в диапазоне 300-57600 бод).

Поддерживается режим работы с одной или двумя SIM-картами, команда AT@ATSSIMCARD со значением 1 или 2. Возможна работа с публичными динамическими IP-адресами (обмен адресами через FTP-сервер или SMS). Для корректной работы приложения необходимо подключение сотовым оператором услуги определения номера звонящего и поддержки публичного динамического (либо локального или публичного статического) IP-адреса.

Для исключения ситуации ”зависания” модема все этапы установления соединения и передачи данных охвачены контролем времени завершения (более 30 контролируемых тайм-аутов). В том числе, реализованы тайм-аут на отсутствия приема-передачи данных по интерфейсу (AT@ATSPRRESET) и тайм-аут на попытку возврата с резервного канала на основной.

Модем имеет расширенный до 16 Кбайт внутренний буфер данных, что позволяет применять его в системах с «3-проводным» интерфейсом (только RxD и TxD). При передаче без программного квитирования пакетов данных размером более 16 Кбайт необходимо включить управление потоком CTS/RTS.

На всех этапах осуществляется светодиодная индикация уровня входного сигнала, состояния процесса установления соединения и работы.

Дополнительные средства обеспечения безопасности данных

В модемах AnCom RM реализовано несколько дополнительных уровней аутентификации на этапах инициализации, установления соединения и передачи данных:

  • для предотвращения возможности использования SIM-карт не по назначению при настройке модема вводятся значения их PIN-кодов, которые в дальнейшем хранятся в памяти модема, проверяются при запуске и недоступны по чтению (AT@ATSPINCODE= “pin code” и AT@ATSPINCODEREZ=”pin code” – ввод PIN-кодов для основной и резервной SIM-карты);
  • для предотвращения несанкционированного соединения модемов с неизвестными мобильными устройствами осуществляется аутентификация доступа на APN-сервер и доступа на системный FTP-сервер (AT@ATSGPRS=”APNSERVER”,”LOGIN”,”PASWORD”; AT@ATSFTP=”FTPSERVER”,”USER”,”PASWORD”);
  • контролируются номера телефонов входящих синхронизирующих вызовов и номера отправителей SMS-сообщений;
  • при обмене динамическими адресами контролируются идентификаторы модемов;
  • при установлении TCP-соединения происходит контрольный обмен идентификаторами, при их несовпадении соединение разрывается, передача данных невозможна (AT@ATSREMUIN=”REMUIN”).

Алгоритм открытия TCP/IP-сокета между двумя модемами

После включения питания модемы инициализируют актуальные SIM-карты, проверяют правильность введенных PIN-кодов и контролируют уровень GSM-сигнала. Обмен звонками с идентификацией номера звонящего позволяет синхронизировать работу и определить каналы, на которых работают модемы (основной или резервный).

Посредством активации соответствующего PDP-контекста (Packet Data Protocol) открывается GPRS-сессия и, как результат, модемы получают IP-адреса (PDP-контекст задается для основного и резервного оператора командами AT@ATSGPRS=”apn”,”login”,”password” и AT@ATSGPRSREZ=”apnrezerv”,”loginrezerv”,”passwordrezerv”).

Если IP-адреса динамические, то модемы обмениваются ими через FTP-сервер или SMS. Затем инициализируется TCP/IP-соединение (с учетом введенного режима работы «Клиент» или «Сервер»). Модемы переводятся в режим передачи данных. Между модемами организуется прозрачный канал обмена с контролем состояния GSM/GPRS-сети и TCP/IP-соединения.

Обеспечение совместимости

При разработке встроенного программного обеспечения необходимо обеспечить корректную реакцию модемов на особенности, свойственные сетевым операторам (например, формат выдачи номера звонящего), различные тарифные планы и т. п.

Выход один – комплексное тестирование. Все изменения ПО «Socket_mode» проверяются на стационарных и движущихся объектах; в сетях операторов: MTC, Beeline, «Мегафон» и др.; на тарифных планах с IP-адресами: локальными статическими, публичными динамическими, VPN-канале с динамическими адресами из заданного диапазона.

Перспективы развития

ООО «Аналитик-ТС» продолжает разработки в области расширения функциональности встроенного ПО (на подходе масштабируемый программный комплекс, обеспечивающий прозрачный канал обмена данными через VPN-туннель между GSM/GPRS-модемом и компьютером, находящимся в локальной сети). Осуществляются заказные разработки встроенного ПО.

 

Технологическое программное обеспечение

GTem – свободно распространяемое терминальное приложение, обеспечивающее существенное упрощение процедур настройки и тестирования модемов. Основные режимы работы:

  • настройка режима COM-порта, к которому подключен модем, с индикацией сигналов CTS, DSR, RING и DCD;
  • программирование модулей Wavecom (с поддержкой протокола Xmodem);
  • настройка модема:
    • передача в модем AT-команд: сформированных вручную, выбранных из редактируемого списка или представленных в виде AT-скриптов (последовательности AT-команд);
    • создание, редактирование и исполнение AT-скриптов, которые могут быть созданы вручную или при помощи специальных формы (скрипт из 18 команд выполняется примерно за 10 секунд);
    • в комплект поставки ПО входит набор библиотек AT-команд и AT-скриптов;
  • тестирование канала передачи с возможностью передачи:
    • строки или массива символов ASCII (однократно или через определенные интервалы времени);
    • заданного файла.

В процессе работы GTem ведутся журналы, которые могут быть сохранены и использованы как отчетные документы:

  • журнал исполнения последнего скрипта (поданные команды и ответы на них);
  • журнал передачи последнего файла (порядок передачи пакетов данных и результаты передачи);
  • копия данных, которые были переданы в COM-порт и приняты из него (журнал создается при запуске программы, в имени файла содержится дата и время его создания).

FTPmonitor – свободно распространяемое приложение, предназначенное для помощи пользователям модемов AnCom RM:

  • функционально представляет собой FTP-клиента с возможностью работы с директориями и файлами на FTP-сервере, в том числе, получение списка файлов и директорий через заданные промежутки времени;
  • обеспечивается наблюдение за обменом файлами, содержащими информацию о динамических IP-адресах модемов при инициализации их соединения.
Литература
  1. Пушкарев О. EDGE – технология высокоскоростной передачи данных в GSM-сетях // Беспроводные технологии. 2005. № 1.
  2. Пушкарев О. GSM/GPRS-модемы Wavecom для быстрой разработки и внедрения GSM-решений // Беспроводные технологии. 2006. № 2.
  3. AT Commands Interface for TCP/IP. For eDsoft-302 v0.1. F. D. eDevice. WAVECOM SA. Jan, 2003.
  4. Проблемы передачи данных в сетях мобильной связи.
  5. VPN и IPSec на пальцах.
  6. Enabler-IIG AT Command Set Version 1.08. http://www.enfora.com. /ссылка утрачена/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

سكس عربي مصري مجاني sexauskunft.net سكسحر unblurred hentai nicehentai.com omega hentai chinki sex renklipornoo.net village naked dance hot x porn video hindipornsite.com heather jayne nude huge dick comics streamhentai.net hentai msngs
قصص وصور سكس wiwiuku.com مشاهدة أفلام سكس ラブホテル完全盗撮 浮気ドキュメント 禁断の関係 javshare.info とらぶるだいありー brawling go 132 hentaika.org all the way through futa www.indiansexmms pornhindivideo.com ftv hot live 福岡 風俗 図鑑 javwhores.mobi 日本で一番黒いgカップグラドルの絶倫性欲でハメ撮りsexしまくった日常を記録
x videos american fucktube24.com sex odia video 完全拘束イラマチオ 3 あべみかこ javpussy.net 300maan-316 xnxx miya khalifa indianpornsearch.com www.tamil sex videos どエロイ女のムチムチ肉感!ふにゃふにゃ星人 羽生ありさ freejavstreaming.net 生意気j○妹プリ尻挑発 telugu outdoor sex hindipornmovies.org mehreen kaur pirzada