CC BY
89Компоненты и технологии, № 3'2003
Новый GSM/GPRS-модуль WAVECOM
со встроенным стеком TCP/IP
С помощью новой модели GSM/GPR-модуля WAVECOM со встроенным стеком TCP/IP можно обойтись без специализированных выделенных сетей и другого дорогостоящего оборудования! Достаточно лишь подключиться к соответствующему модулю или модему и мгновенно получить IP-доступ. Новая модель GSM/GPRS-модуля — Q2406B, не имеющая аналогов, позволяет контролировать удаленные объекты по сетям Интернет, передавать MMS и файлы в режиме GPRS.
Виктор Алексеев
alekseev@megachip.ru
Схема и основные протоколы сети GSM, поддерживающей GPRS
Упрощенная схема сети GSM, поддерживающей GPRS, показана на рис. 1. На этом рисунке английские названия блоков приведены в виде аббревиатуры, которая обычно используется в технической литературе. Например, BTS — Base transceiver station и т. д. Подробная расшифровка аббревиатур приве-
Application
НТТР/РОРЗ
TCP/UDP
IP
РРР
AT/V.24
GGSN
РРР
AT/V.24 игКО
GPRS Low Internet Layers
Application
НТТР/РОРЗ
TCP/UDP
IP
Low Internet Layers
Рис. 2
118
дена в книге по технологии GPRS [1]. Процесс выхода мобильного терминала (MS) во внешние сети соответствует правой части схемы рис. 1 (MS^BTS^ BSC^TRAU^MSC^HLR^GMSC^ISDN).
Подсистема GPRS представляет собой структуру, «параллельную» классической GSM (левая часть схемы). В сетях с поддержкой GPRS контроллер базовых станций (BSC) содержит дополнительный блок контроллера пакетов данных (PCU). В состав приемопередающих базовых станций (BTS) входит дополнительное устройство кодировки каналов (CCU). Регистр абонентов (HRL) дополнен блоком (PDP), содержащим информацию о клиентах, пользующихся GPRS. Для управления и обслуживания режима GPRS в подсистеме дополнительно введен блок SGSN. Этот блок выполняет операции по контролю доставки пакетов данных, проверке разрешений на запрашиваемые услуги, взаимодействию с абонентским регистром. Функции шлюза, межсетевого взаимодействия сети GSM с сетями пакетной передачи данных, а также функции маршрутизации и адресации возложены в подсистеме GPRS на блок GGSN. Для работы в GPRS мобильный терминал должен содержать дополнительное программное обеспечение.
При работе в режиме GPRS абонент выступает как внешний (по отношению к GSM) пользователь сети передачи данных. В этой сети абоненту присваивается статический или динамический адрес (PDP), по которому идет обмен внешними информационными пакетами. Работа в сети достаточно подробно описана в литературе [1-3].
Упрощенная схема передачи данных через Интернет в режиме GPRS показана на рис. 2.
Как правило, выделяют три основных уровня протоколов Интернет, соответствующих 7-уровневой модели протоколов OSI (Open Systems Interconnection) — сетевой, транспортный и прикладной (IP, TCP/UDP и, например, HTTP). Протокол PPP — это протокол инкапсуляции других протоколов для передачи по соединению между двумя точками (point-to-point protocol).
Передача пользовательской информации от MS к внешним сетям и обратно реализуется в соответствии с IP-протоколом. IP (Internet Protocol) — это стандартный интернет-протокол сетевого уровня для пе-
------www.finestreet.ru-----------------------
Компоненты и технологии, № 3'2003
редачи данных с коммутаций пакетов. Протокол IP предназначен для пересылки пакетов данных по сетям связи без установления логического соединения. При этом каждый пакет маршрутизируется индивидуально с помощью IP-адресов получателя [4]. Каждому узлу, называемому хостом (Host), присваивается уникальный адрес в виде 32-разрядного двоичного числа (четыре байта), которое записывается в десятичном виде, например 130.132.59.234. В настоящее время используются в основном две версии IP-протокола — v4 и v6. В шестой версии введена дополнительная система идентификации, а также 128-битная адресация (вместо 32-битной в v4).
Характерной чертой IP-протокола является надежность процесса маршрутизации. Так, например, маршрутизатор ищет обходные пути доставки по необходимому адресу в случае, когда основной маршрут недоступен [4]. Однако у протокола IP есть и свои недостатки (например, отсутствие встроенных механизмов управления трафиком). В случае, если данные поступают на перегруженный маршрутизатор, часть пакетной информации может просто потеряться (маршрутизатор отбрасывает или вообще не успевает принимать пакеты).
Связь между SGSN и GGSN осуществляется по протоколу GTP. Протокол GTP (GPRS Tunnelling Protocol) используется для организации канала передачи пакетов данных и оповещения конкретных абонентов. GTP осуществляет инкапсуляцию пакетов данных на передающей стороне и декапсуляцию на приемной стороне.
TCP (Transmission Control Protocol) — стандартный интернет-протокол транспортного уровня, который может быть использован для передачи инкапсулированных GTP-пакетов данных между узлами GPRS. Этот протокол обеспечивает надежную передачу данных с подтверждением получения пакетов и повторной передачей пропавших или поврежденных пакетов [5]. Недостатки, связанные с потерей данных при передаче, устраняются при использовании TCP/IP-стека. Если при передаче в стеке TCP/IP обнаружена ошибка, то сегмент данных будет передаваться снова, до тех пор, пока не будет получено подтверждение успешной доставки.
Протокол UDP обеспечивает передачу данных без подтверждения о доставке. Этот протокол более высокоскоростной, но менее надежный. С помощью этого протокола можно также осуществлять широковещательную доставку пакетов в пределах одной IP-сети.
Протоколы TCP и UDP используют понятие порта. Это позволяет разделять доступ по сети к различным приложениям, работающим в одной программной среде.
Каждому приложению может быть выделено несколько уникальных портов в системе.
Комбинацию <адрес>+<№ порта> называют TCP socket.
Адрес с указанием порта записывается, например, так — 1.2.3.4:5
Протокол UDP также имеет адресацию портов [6].
Для преобразования символьных имен хостов в Интернете в цифровые значения IP-ад---------------------www.finestreet.ru -
ресов (и обратно) используется протокол прикладного уровня — DNS (Domain Name System). В состав оборудования сети GPRS входит сервер системы доменных имен ^Ш^ер-вер), обеспечивающий такое преобразование.
Передача файлов между локальным и удаленным хостами реализуется с помощью протокола FTP (File Transfer Protocol) [7].
Протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol) является основным тексто-ориенти-рованным протоколом, предназначенным для получения информации с веб-сайтов [8].
POP3 (Post Office Protocol) — тексто-ори-ентированный протокол, используемый для получения электронной почты с удаленного сервера [9].
SMTP (Simple mail transfer protocol) — это протокол для отправки почты по сети Интернет.
Подробную информацию о протоколах Интернет, используемых при передаче данных в режиме GPRS, можно найти во множестве публикаций [1, 11].
GSM/GPRS-модуль Q2406B со встроенным TCP/IP-стеком
Для реализации передачи данных в режиме GPRS необходим программно-аппаратный комплекс, поддерживающий TCP/IP-протоколы. Обычно такой комплекс включает в себя GSM/GPRS-терминал, компьютер и программное обеспечение TCP/IP. В ряде задач, связанных с передачей больших объемов данных и GSM-телеметрией, вместо компьютера в удаленных терминалах используется дополнительный TCP/IP-чип с «зашитым» программным обеспечением.
Новая разработка WAVECOM — GSM/GPRS-модуль Q2406B со встроенным TCP/IP-стеком не требует никаких дополнительных внешних устройств для передачи файлов и работы с электронной почтой. Это позволяет создавать малогабаритное, надежное и дешевое оборудование для систем промышленной телеметрии, сложных охранных устройств, систем передачи ММС.
Серия Q24ххх представляет собой базовые модели модемов WAVECOM третьего поколения.
Q24ххх — это двухканальные GSM/GPRS-модули (E-GSM/GPRS 900/1800 МГц), совместимые со стандартом ETSI GSM Phase 2+ (GSM/GPRS, класс 10).
Модули Q24ххх не являются полностью законченными изделиями. Для запуска этих модулей в работу необходимы некоторые дополнительные внешние компоненты и устройства, такие как источник питания, держатель SIM-карты, антенна, соединительный кабель последовательного порта.
Внешний вид GSM/GPRS-модулей серии Q24ххх показан на рис. 3. Размеры Q24ххх составляют всего 58x32x3,9 мм, а вес равен 11 г.
Благодаря этому GSM/GPRS-модули серии Q24xxx можно использовать в малогабаритном переносном оборудовании.
Подробную информацию о Q2406B можно найти в документации [12]. Ниже приведены основные технические характеристики этой модели.
Технические характеристики
• 2 Вт EGSM 900/GSM 850 МГц.
• 1 Вт GSM 1800/1900 МГц.
• Flash — 32 Мбит, SRAM — 4 Мбит.
• GPRS, класс 10.
• Встроенный стек TCP/IP.
• Полная поддержка всех функций GSM Phase 2+.
• Открытая перепрограммируемая платформа Open AT, v.2.0.
• Напряжение питания: 3,6 В (возможность прямого подсоединения к Li-Ion аккумулятору).
• Ток потребления:
- в выключенном режиме — 5 мкА;
- в режиме ожидания — 2,2 мА;
-в рабочем режиме — от 75 до 300 мА;
- максимальный импульсный ток при регистрации в сети — 1,7 А (в течение 580 мкс).
• Часы реального времени, календарь.
• Функции заряда аккумулятора.
• Функции подавления шума и эффекта «эхо».
• Габаритные размеры — 58x32x4 мм.
• Вес — 11 г.
• Температура эксплуатации — от -20 до +55 °С.
• Температура хранения — от -30 до +85 °С. Интерфейсы (60-контактный разъем)
• Интерфейс электропитания (3,6 В, Vbat, Vdd).
• Интерфейс заряда аккумуляторов (CNG_IN, BAT_TEM).
• Интерфейс питания внешних устройств (2,9 В, 10 мА).
• Интерфейс SIM-карты, 3 В (SIMVCC, SIMRST, SIMCLK, SIMDATA, SIMPRES).
• Последовательный интерфейс, протокол V24 (Tx data, Rx data, Request To Send, Clear To Send, Data Terminal Ready, Data Set Read Data Carrier Detect, Ring Indicator).
• Дополнительный последовательный интерфейс, Bluetooth connectivity (Tx data, Rx data, Clear To Send, Ready To Send) не поддерживаемый АТ-командами.
• SPI-шина (Serial Clock, SPI Data, SPI Enable).
• Дополнительная SPI-шина, не поддерживаемая АТ-командами (Serial Clock, SPI Data, Aux. Enable).
• Двухпроводной интерфейс (Serial Clock, Data).
• Аудиоинтерфейс (MIC1+bias, MIC2, SPK-dif, SPK-sing).
• Интерфейс клавиатуры (5 строк/5 колонок).
• LCD-интерфейс, не поддерживаемый АТ-ко-мандами (для подключения необходим внешний драйвер LCD).
• Вводы-выводы общего назначения (CMOS/2X, CMOS/2X, CMOS/2X, 3X, 1X, CMOS).
• Резервные вводы-выводы общего назначения, не поддерживаемые АТ-командами (CMOS/2X, CMOS/2X, CMOS/2X, 3X).
• АЦП (10 бит, 0-2,8 В).
• Внешнее управление (ON, OFF, BOOT, RESET).
е
Компоненты и технологии, № З'2РРЗ
Характеристики IP-связи a
Базовое программное обеспечение
• eDevice SmartstackTM, IP.
Соединение ISP
• Совместимость с PPP RFC, подключение к любому ISP.
• Один динамический адрес IP на устройство. TCP/IP
• IP v4, гарантированная совместимость с RFC.
• Доступ к TCP socket для специализированного использования.
TCP socket
• Открытие/закрытие сессии на определенном порте.
• Использование на входящих или исходящих соединениях (listen/open).
• Специальное программное обеспечение для крупных производителей.
DNS-клиент
• Определение доменного имени. E-mail-клиент
• Отправка почты, включая предварительно подготовленные сообщения (SMTP).
• Прием почты (POP3).
Клиент FTP
• Прием и передача файлов.
Управляющий уровень
• Управление интернет-соединением.
• Автоматическая инициализация.
• Автоматический прием или передача почты для независимой конфигурации, ежемесячное обновление, файлы статистики. Последовательный интерфейс
• Передача данных.
• АТ-команды.
Расширенное программное обеспечение
• Полный набор стандартных АТ-команд.
• Специальные АТ-команды для интернет-связи.
• Совместимость с внешним приложением «Open AT».
Дополнительно заказываемые приложения — «Open AT»
• Разработка и отладка программного обеспечения под конкретные задачи пользователей.
• Компиляция пользовательских приложений и загрузка в Flash-память модуля.
Использование встроенного микропроцессора Q2403 для обслуживания внешней периферии. Объем пользовательских приложений: Flash — 512 кбит, RAM — 128 кбит, E2P — 64 кбит.
Безопасный PIN-код (приложение автоматически вводит PIN-код при старте, предотвращая взлом).
Возможность замены внутренних приложений по сетям Интернет.
Контроль удаленных устройств по сетям Интернет.
Выполнение встроенных приложений при неработающем модуле GSM.
Работа с электронной почтой и передача файлов
АТ#01ЛЬШ3254408 Имя ОСС:
АТ#15РиЫтедасЫр@теда£оп.т
Пароль:
AT#ISPPWmegaelectronika
БМТР-сервер:
AT#SMTPSERVmega.megafon.ru Имя пользователя SMTP: AT#SMTPUNmega. electronika%megafon.ru Пароль SMTP:
AT#SMTPPWgsm_gprs
Домен SMTP:
AT#DOMAINsmtp.megafon.ru Адрес отправителя: AT#SENDERvictor@megafon.ru Почтовый ящик:
AT#BOXNAMEvictor_Alekseev
POP3-сервер:
AT#POP3SERVpop3.megafon.ru Имя пользователя POP3: AT#POP3UNvictor.alekseev%megafon.ru Пароль POP3:
AT#POP3Pwgsm_gprs_modem Адрес получателя: AT#RECXalekseev@megachip.ru Тема:
AT#SUBJXwanted_gsm_modem Тело письма:
AT#BODYXEnter
«Please send me more information about Q2406B» Ctrl+Enter
Письмо отправлено.
GSM/GPRS-модуль Q2406B позволяет легко и быстро подключаться к Интернету без проводов. Встроенный стек TCP/IP дает возможность работать с электронной почтой, эффективно передавать данные в режиме GPRS, осуществлять мониторинг, поиск и обновление информации в сетях Интернет.
Управление модулем при работе со стеком TCP/IP реализуется с помощью специальных АТ-команд [ї3]. Программное обеспечение модуля Q2406B: ICMP, DNS, SMTP, POP3, FTP, TCP socket.
Благодаря встроенным блочным функциям, практическое использование модуля отличается исключительной простотой и надежностью.
Например, работа с электронной почтой строится по следующему алгоритму [ї4].
Звонок по номеру оператора сотовой связи (ОСС):
«Мега-Электроника» при поддержке WAVECOM будет проводить ї3 июня в Санкт-Петербурге технический семинар-тренинг по GSM/GPRS-модемам. Заявки на участие, а также вопросы, которые вы хотите обсудить на семинаре, просим направлять по факсу (8ї2) 325-44-09 или по электронной почте shmakova@megachip.ru.
С аналогичной легкостью осуществляется отправка и прием файлов [ї3, ї4].
Дополнительную информацию о модемах Wavecom можно найти на сайте http:// www.megachip.ru/support/wavecom/. ИИ
Литература
ї. М. А. Кузнецов, П. С. Абатуров, И. Ю. Никодимов, Н. В. Певцов, А. Е. Рыжков, М. А. Си-верс. GPRS — технология пакетной передачи данных в сетях GSM. СПб: Судостроение. 2002.
2. Д. Прозоровский. GPRS: Пакеты по воздуху. http://daily.sec.ru/dailypblshow.dm?pid =6755.
3. В. Алексеев, Д. Моисеенко. GSM/GPRS-модемы WAVECOM и пакетная передача данных в системах GSM/GPRS-телеметрии // Компоненты и Технологии. 2003. № ї.
4. RFC У9ї. http://www.faqs.org/rfcs.
5. RFC У93. http://www.faqs.org/rfcs.
6. RFC їУ00. http://www.faqs.org/rfcs.
У. RFC У68. http://www.faqs.org/rfcs.
8. RFC 959. http://www.faqs.org/rfcs.
9. RFC ї945. http://www.faqs.org/rfcs. ї0. RFC ї460. http://www.faqs.org/rfcs.
її. RFC її80. Tutorial TCP/IP. http://www.faqs. org/rfcs.
ї2. Q2406 and Q2426 Product specification.
WM_PRJ_Q2400_PTS_002. 2002. ї3. AT Commands Interface for TCP/IP. For eDsoft-302 v0.L F. D. eDevice. WAVECOM SA. Jan, 2003. ї4. Setup TCP/IP stack, sending/retrieving email and ftp transfer. User manual. 06/ї2/2002. WAVECOM SA.
12O
www.finestreet.ru
