CC BY
43Компоненты и технологии, № 4'2004
Использование сотовых модемов
фирм Fargo Telecom и DAI Telecom
Компоненты
Системы автоматизации, мониторинга и управления находят все большее применение в промышленности. Все они нуждаются в надежном канале связи. Контролируемые объекты могут находиться на большом удалении от телефонизированных узлов, а потому прокладка телефонного кабеля к такому объекту может быть экономически нецелесообразной. Естественным выходом из положения может стать беспроводной канал связи.
Сергей Хуторной
Использование выделенного радиочастотного канала сопряжено с рядом проблем. Во-первых, это получение разрешения на специально выделенный участок радиоспектра — процесс длительный и затратный. Использование же разрешенных частот порождает проблемы помехозащищенности и дальности связи. Как правило, при работе в разрешенном диапазоне частот Комитетом по радиочастотам накладываются ограничения на мощность передающего устройства, соответственно, и на дальность связи. Так, для диапазона 433 МГц ограничение составляет 10 мВт. Во-вторых, разработчику приходится решать проблемы системного уровня: временное или кодовое разделение сигналов от разных датчиков, расчет бюджета радиолинии, анализ емкости и пропускной способности реализуемого канала связи и многое другое.
Использование каналов GSM позволяет переложить решение описанных и ряда иных проблем на плечи сотового оператора сети. При этом достаточно закупить нужное количество SIM-карт и сотовых модемов. Практика показывает, что использование сотовой связи способно существенно упростить, ускорить и возможно даже удешевить создание законченных диспетчерских систем. При этом интегратору или пользователю информационной системы остается только подсоединить к сотовому модему свои датчики и приборы, и таким образом получить выход во внешний мир.
Можно привести немало примеров реального использования сотовых модемов на промышленных объектах. Так, например, в энергетике возрастает значение автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов. Данные от многих локально размещенных измерительных приборов учета тепла, электричества, воды и т. п. стекаются на центральное устройство сбора данных (УСД), расположенное в пределах объекта. Если объектом является жилой дом, то данные со счетчиков на УСД могут передаваться разными способами, начиная от выделенной линии и заканчивая сетью 220 В. Далее эти данные периодически, как правило, не чаще не-
142
скольких раз в сутки, должны быть переданы от УСД в центр сбора данных — и это выгоднее сделать с помощью сотового модема.
Велик потенциал применения сотовой связи и у железнодорожников. Здесь существует необходимость оперативно контролировать местоположение подвижного состава и перевозимых грузов, состояние систем охранной и пожарной сигнализации локомотивов и вагонов, обеспечивать мобильную связь пассажирам.
Огромное значение в связи с необратимым воздействием человека на окружающую среду приобретают системы экологического мониторинга. По многим прогнозам проблема защиты окружающей среды в ближайшей перспективе станет наиболее значимой для большинства промышленно развитых стран. В подобной ситуации налаженная широкомасштабная и эффективная сеть контроля состояния окружающей среды, особенно в крупных городах и вокруг экологически опасных объектов, может стать важным элементом обеспечения экологической безопасности. Оптимальным решением для организации связи между элементами сети является использование уже готовой инфраструктуры сети GSM.
Большое значение во всех развитых странах придается управлению автоперевозками, в первую очередь дорогих и опасных грузов. Для того чтобы контролировать положение автомобиля, на него устанавливается GPS-приемник, который вычисляет его координаты и по сети GSM передает их в центр обработки данных, где на электронной карте отслеживается положение этого объекта. Кроме того, могут передаваться данные о состоянии различных систем объекта: уровень топлива в баке, состояние груза. При необходимости водитель может связаться с диспетчером по звуковому каналу сотового модема. По аналогичному принципу строятся охранные системы с GSM-каналом. При угоне автомобиля система передает координаты авто.
Это далеко не полный перечень приложений, где не обойтись без сотовой связи и ее использование может быть экономически выгодно.
-------www.finestreet.ru-------------------------
e
Компоиеиты и технологии, № 4'2004
Компоненты
Режимы передачи данных в сотовых сетях связи
Разнообразие режимов в сотовых сетях позволяет оптимизировать систему мониторинга по стоимости эксплуатации канала связи. На сегодняшний день сотовые операторы могут предложить три варианта связи: при помощи коротких SMS-сообщений, в режиме GSM и в режиме GPRS.
Если до недавнего времени услуга SMS (Short Message Service — служба коротких сообщений) была популярна в основном у подростков, то сейчас, благодаря низкой стоимости, простоте использования и удобному сервису, она находит широкое применение в промышленных системах. Кроме того, если по какой-то причине у принимающей стороны не было возможности принять сообщение, то это можно сделать позднее — все сообщения хранятся на сервере сотового оператора. Недостатками этого сервиса являются: нега-рантированность быстрой доставки сообщения адресату и ограничение по длине сообщения (не более 160 буквенно-цифровых знаков). SMS удобны при небольшом объеме передаваемых данных, например, опрос счетчика электроэнергии один раз в сутки либо передача сигнала тревоги с охраняемого объекта.
Когда объем передаваемых данных превышает лимит SMS-сообщения, можно воспользоваться режимом GSM — режим для передачи речевых сообщений, скоростные характеристики канала в этом режиме соответствуют звуковому каналу связи. Поэтому при передаче данных по сотовому каналу связи в режиме GSM скорость ограничена пропускной способностью голосового канала — 9600 бит/с. Несомненное достоинство этого режима по сравнению с SMS — надежность. Режим GSM, как звуковой режим, имеет максимальный приоритет у сотового оператора. Однако в этом режиме потребитель платит не за переданный трафик, а за время соединения. Так, к примеру, время дозвона может составлять от 5 до 15 с, в то время как непосредственно передача данных может длиться не более 3 секунд. В итоге — неоптимальное использование ресурсов.
Выходом из этого положения может служить GPRS-канал (режим). Этот режим наилучшим образом подходит для передачи больших объемов данных, работы в сети Интернет, передачи факсимильных сообщений, электронной почты, непрерывного контроля состояния объектов. GPRS (General Package Radio Service) — технология пакетной передачи данных в сетях GSM. Особенность этого режима в том, что абоненту предоставляется канал связи, который зависит не от времени подключения к сети, а от трафика, то есть после установки соединения абонент может все время находиться в on-line, при этом платить он будет за фактически переданные биты данных, а не за время соединения. Такая экономия связана с тем, что в режиме GPRS после соединения с сотовым оператором абоненту предоставляется «виртуальный канал связи», который становится реальным радиоканалом только в момент передачи данных. В остальное время этот канал может использоваться
---------------------www.finestreet.ru-
оператором для передачи данных других абонентов, что позволяет снизить стоимость мегабайта информации и принципиально рассчитывать стоимость услуги связи, исходя не из времени, которое абонент проводит в сети, а из объема передаваемой информации. При этом режиме связи появляется возможность мониторинга в реальном времени, так как объект постоянно находится на связи.
Конструктивное исполнение сотовых модемов
Для решения проблем связи промышленных систем через сеть сотового оператора ряд зарубежных фирм выпускает GSM-модемы. Это устройства отличаются от мобильных телефонов лишь конструктивным исполнением и рассчитаны на более жесткие условия эксплуатации. В данный момент сотовые модемы по конструктивному исполнению можно разделить на три условных группы.
К первой группе относятся готовые терминальные устройства в металлическом корпусе и с внешним блоком питания. В качестве внешнего интерфейса такой модем имеет антенну и порт RS-232. Это законченное полнофункциональное устройство.
Второй тип модемов ориентирован на встраивание в корпуса различного оборудования. Конструктивно такой модем выполнен в металлическом корпусе. Внешний высокочастотный интерфейс с антенной выведен на разъем MMCX, а низкочастотный и питание — на 50-контактный разъем.
Третий тип сотовых модемов — бескор-пусные модули, представляющие собой компактное ядро сотового модема для монтажа на плату целевого устройства потребителя. Такие модули могут служить начинкой для первых двух вариантов.
Модемы фирм Fargo Telecom и DAI Telecom
По конструктивному исполнению сотовые модемы Maestro 100 фирмы Fargo Telecom относятся к терминальному типу (рис. 1). Это законченные устройства в миниатюрном металлическом корпусе. В качестве начинки модема используется модуль сотового модема Quik фирмы Wavecom. Фирменное ноу-хау — специальный крепежный элемент для размещения модема на вертикальной поверхности. Для удобства настройки модема разработана специализированная программа для операционной системы Windows, позволяющая в диалоговом режиме настраивать любые параметры модема.
В отличие от внешних модемов фирмы Fargo фирма DAI Telecom (торговая марка Telit) предлагает модули сотовых модемов семейства GM862 для встраивания в корпуса различного оборудования. Модем выполнен в жестком металлическом корпусе. По конструктивному исполнению он относится ко второму типу.
Оба типа модемов имеют общие функциональные характеристики, они поддерживают: телефонную связь; передачу данных и факсимильных сообщений как в режиме GSM, так и в режиме GPRS; передачу SMS-сообщений. Это двухдиапазонные устройства с выходной мощностью 2 Вт на частоте 900 МГц и 1 Вт — на частоте 1800/1900 МГц. И модемы Fargo, и модемы Telit имеют встроенный считыватель SIM-карты.
Все помнят, какой фурор на рынке бытовых сотовых телефонов произвели модели со встроенной фотокамерой. Отличительная особенность модели GM862-PCS фирмы DAI Telecom состоит в том, что на 50-контактный интерфейсный разъем помимо стандартных функций выведены контакты подключения цифровой фотокамеры. В сочетании со скоростью передачи данных в режиме GPRS это свойство позволяет передавать видеокартинку со скоростью 3-5 кадров в секунду.
Без сомнения, сфера использования сотовых модемов будет постоянно расширяться, пополняя год от года список приложений. Развивается аппаратная часть модемов, увеличивается число сервисов, которые предлагают сотовые операторы. Опубликованный в Интернете аналитический прогноз 9-летней давности компании International Engineering Consortium предсказывал, что к 2004 году количество пользователей сотовых сетей превысит 80 миллионов абонентов, и к 2005 году достигнет цифры 100 миллионов. На прошедшей в 2004 году выставке CEBIT в одном из докладов говорилось, что число абонентов сотовой связи стандарта GSM — более 500 миллионов. Комментарии излишни, перспективы понятны...
143
Рис. 2. Модем семейства GM862 фирмы DAI Telecom
