CC BY
130
ТЕРМИНАЛ СБОРА И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА БАЗЕ МОБИЛЬНОЙ
КОСМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ IRIDIUM
Ерёмин Денис Иванович
заведующий лабораторией системных исследований космической деятельности, ДТОО «Институт космической техники и технологий»,
Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: denis.e@bk.ru Торчик Владимир Васил ьеви ч старший научный сотрудник, ДТОО «Институт космической техники и
технологий», Республика Казахстан, г. Алматы
E-mail: vtorchik@mail.ru
DATA COLLECTION AND TRANSMISSION TERMINAL BASED ON IRIDIUM MOBILE SATELLITE COMMUNICATION
Eryomin Denis
head of laboratory of system researches of space activity, AALR «Institute of space
technique and technology», Republic of Kazakhstan, Almaty
Torchik Vladimir Senior researcher,
senior researcher AALR «Institute of space technique and technology», Republic of
Kazakhstan, Almaty
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются предварительные технические решения по разработке терминала сбора и передачи данных с применением низкоорбитальной космической связи Iridium. Рассмотрены наиболее применяемые протоколы передачи данных Iridium. Сделаны выводы о направлении использования рассмотренного оборудования и протокола передачи данных.
ABSTRACT
This article discusses preliminary technical solutions for the development of the terminal data collection and transmission with the use of low-orbit space communications Iridium. Considered the most used communication protocols Iridium. Conclusions about the direction of the considered use of the equipment and data transmission protocol.
Ключевые слова: спутниковая связь; Иридиум; передача данных; мониторинг; протокол.
Keywords: satellite communication; Iridium; Data transmitting; monitoring; protocol.
В Институте космической техники и технологий продолжается разработка Унифицированной системы передачи данных на базе мобильной космической связи и спутниковой навигации. Унифицированная система передачи данных (далее УСПД) представляет собой комплекс оборудования сбора и передачи данных, а также программное обеспечение центра контроля и мониторинга, выполняющее функции сбора, предварительной обработки и анализа полученных данных. Сфера применения системы простирается от периодического сбора данных из удаленных мест размещения станций до мониторинга различных видов транспорта и подвижных объектов в режиме реального времени.
Отличительной особенностью и конкурентным преимуществом УСПД в сравнении с другими подобными системами является поддержка возможности передачи данных с использованием систем подвижной спутниковой связи. В настоящее время в УСПД реализована поддержка работы с такими системами подвижной спутниковой связи, как Orbcomm, Globalstar, Inmarsat. Использование приведенных систем связи характеризуется определенными особенностями функционирования, что обуславливает направление их применения. Так, например использование спутникового модема GSP 1620 системы Globalstar позволяет устанавливать спутниковое коммутируемое Интернет-соединение и передавать данные по протоколам стека TCP/IP, в то время как использование системы Orbcomm ограничено возможностями передачи коротких текстовых сообщений. Эффективность использования УСПД на базе той или иной системы спутниковой связи складывается из множества условий, таких как скорость доставки данных, стоимость передачи информации, энергопотребление и габариты оборудования для спутниковой
передачи данных. Наряду со спутниковыми системами связи УСПД полноценно поддерживает работу в сетях мобильной связи стандарта GSM поколений 2,5G и 3G.
В настоящее время ведется разработка УСПД на базе мобильной космической связи Iridium. Рассмотрим основные характеристики и возможности спутниковой системы Iridium.
В первую очередь, следует заметить, что Iridium — единственная низкоорбитальная спутниковая система, охватывающая сигналами спутников 100 % поверхности Земного шара, включая приполярные области и полюсы. Это достигается с использованием большого количества космических аппаратов (66 основных и 6 резервных) в составе космического сегмента системы. Структура системы позволяет осуществлять связь абонентов, находящихся в зоне обслуживания разных спутников, без приземления сигнала на земную станцию за счет организации межспутниковой связи в космическом пространстве. Эта особенность позволяет минимизировать задержки сигнала.
Изначально система проектировалась для оказания услуг голосовой связи частным пользователям. Но исторически сложилось так, что система «пережила» банкротство компании, смену владельца и ряд других изменений. В итоге спутниковая система была переориентирована на широкий круг потребителей, преимущественно на корпоративных клиентов, для чего спектр услуг, предоставляемых системой, был значительно расширен. На сегодня с использованием системы спутниковой связи Iridium успешно решается ряд задач в различных сферах деятельности. Приведем основные сервисы Iridium [2, 4].
OpenPort — высокоскоростная передача данных и голоса. Услуга разработана специально для кораблей и судов. Обеспечивает надежную телефонную связь при подключении одновременно до трех телефонных аппаратов. Скорость передачи данных достигает 128 кбит/с.
Burst — данная услуга позволяет отправлять сообщения и данные множеству абонентских устройств одновременно. Причем отправитель имеет
возможность выбрать из списка контактов тех получателей, которым адресуется сообщения, а также указать географическое расположение группы получателей или координаты места.
SMS (Short Message Service) — услуга передачи коротких текстовых сообщений. Сообщение будет доставлено получателю, даже если в момент отправки абонентский терминал получателя был отключен. При включении устройства сообщения придут автоматически.
RUDICS (Router-Based Unrestricted Digital Interworking Connectivity Solution) — услуга позволяет осуществлять передачу данных с коммутацией каналов от множества разнесенных устройств. Устанавливается Dial-Up соединение от оконечного устройства Iridium со шлюзом системы. Сервер RUDICS устанавливает канал связи с сервером системы пользователя и организует сквозное IP-соединение между абонентским устройством и системой.
Netted Iridium — совмещает возможности местоопределения и передачу голоса в режиме Push-to-Talk. Обеспечивает установление голосового соединения менее чем за 2 секунды в полудуплексном режиме на предопределенных абонентов, включенных в сеть. Основное применение данный вид услуги находит у военных. Однако компания возлагает надежды на развитие данного сервиса в гражданском применении.
SBD (Short Burst Data) — сервис передачи небольших пакетов данных. Отличается оперативностью доставки — в среднем 5 секунд. Применяется в различных MMZM-приложениях для мониторинга кораблей, автотранспорта, поездов и т. д. Компания производит линейку оборудования в виде OEM-решений для интеграции в системы конечного потребителя. Данная услуга предоставляет возможность отправки пакетов данных минимальным размером 10 байт и максимальным размером 1960 байт. Предусмотрены различные тарифные планы, включая предоплату трафика. OEM-модули для работы с протоколом SBD обладают превосходными техническими характеристиками, малым энергопотреблением, высокой устойчивостью к внешним воздействиям,
универсальностью реализации и подключения. Для целей использования системы Iridium в УСПД наиболее подходит протокол SBD.
Был приобретен спутниковый модуль Iridium SBD 9602 (рисунок 1), обладающий характеристиками, представленными в таблице 1.
Таблица 1.
Характеристики спутникового модуля Iridium SBD 9602
Характеристика Значение
Зона покрытия: Глобальная
Радиочастотный интерфейс: Диапазон частот: 1616 — 1626.5 МГц; Метод мультиплексирования: TDMA/FDMA.
Поддерживаемые функции: Передача данных пакетами небольшого размера
Поддерживаемые Iridium сервисы: Short Burst Data (SBD)
Размер сообщения на передачу: до 340 байт
Интерфейс 20-ти контактный разъем
Возможность подключения внешней антенны: MMCX female (Iridium); MMCX female (GPS)
Управление AT команды
Диапазон температур эксплуатации - 40 °С — +85 °С
Габаритные размеры (В х Ш х Д) мм 13 х 45 х 41
Вес нетто, гр. 30
Рисунок 1. Спутниковый модуль Iridium SBD 9602
Для отработки основных приемов и изучения особенностей работы данного спутникового модуля производитель также предлагает отладочную
плату Iridium SBD 9602 Power Tray, на которой имеются все необходимые стандартные интерфейсные разъемы для того, чтобы задействовать спутниковый модуль: разъем питания, RS-232, антенный разъем.
Рисунок 2. Отладочная плата Iridium SBD 9602 Power Tray
Была разработана структура терминала для целей мониторинга автотранспорта, включающая основные компоненты.
Рисунок 3. Структура терминала УСПД на базе Iridium
В данной схеме спутниковый модуль Iridium SBD 9602 обеспечивает резервный канал связи в местах отсутствия сигналов сети GSM. Исходя из режимов работы протокола SBD, становится ясно, что его применение не позволяет организовать передачу данных в режиме реального времени. Тем не
менее, данный протокол подходит для периодической передачи данных о местоположении транспортного средства и состоянии основных датчиков или другой информации. Кроме того, данная схема отлично сочетается с реализацией запросного режима мониторинга. Так, например, при отсутствии сигнала сети GSM терминал может передавать данные посредством спутниковой сети Iridium по запросу оператора, что позволяет снизить эксплуатационные расходы на передачу данных.
Протокол SBD позволяет осуществлять доставку сообщений на IP-сокет или e-mal адрес получателя [5]. В УСПД реализована доставка сообщений на email адрес, откуда сервер приложений центра контроля и мониторинга получает переданные терминалом сообщения. Сообщения со спутникового модуля передаются на спутники Iridium, откуда приземляются на станции сопряжения и Интернет шлюзы оператора связи. Подключение к сети спутниковых модулей и взимание платы за передачу данных осуществляется на основании договорных отношений с компаниями-партнерами, являющимися региональными представителями Iridium в разных частях мира. В частности, спутниковый модем Института космической техники и технологий активирован в сети и введен в работу в содействии с израильским партнером — компанией Gilat Satcom.
Предлагаемая конфигурация терминала может быть легко адаптирована для решения задач телеметрии и мониторинга удаленных объектов. Для этого лучшим решением является разработка унифицированных функциональных блоков (вычислитель, приемо-передающее устройство, устройство ввода данных — датчик), комбинация которых позволит решать определенные задачи. Так в Институте разработаны предварительные технические решения для организации мониторинга уровня воды в водоемах с применением терминалов Iridium (рисунок 4). Данное решение может найти применение для мониторинга высокогорных мореных озер, которых в Казахстане насчитывается более 100 [1].
i
Щ
I
Рисунок 4. Станция мониторинга уровня воды в водоеме
Дальнейшее развитие услуг компании Iridium планируется с обновлением спутниковой группировки на спутники следующего второго поколения — Iridium NEXT [3]. Над данной трансформацией спутниковой системы трудятся порядка 30 иностранных компаний-лидеров мировой индустрии.
Технические особенности функционирования спутникового модуля Iridium SBD 9602 в составе терминала сбора и передачи данных будут рассмотрены в последующих статьях. Использование Iridium в УСПД позволит отработать основные приемы работы с данной спутниковой системой и разрабатывать устройства для телеметрии в самых различных отраслях деятельности.
Список литературы:
1. Ледниковые озера Джунгарского Алатау признаны потенциально опасными // Zakon.kz. — 2013. [Электронный ресурс] — Режим доступа. —
URL : http ://www. zakon. kz/4566680-lednikovye-ozera-dzhungarskogo -
alatau.html (дата обращения: 03.06.2014).
2. Услуги передачи данных компании Iridium. Белая книга [Электронный ресурс] // Iridium Satellite LLC. — 2006. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://iridium.steccom.ru/wp-content/uploads/2012/09/Iridium-Data-Services-White-Paper-11.1.2_RU. pdf (дата обращения: 03.06.2014).
3. Iridium NEXT Satellite Constellation - Coming to a Launch Pad Near You [Электронный ресурс] // Iridium Communications Inc. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.iridium360.com/2014/05/20/iridium-next-satellite-constellation-coming-to-a-launch-pad-near-you (дата обращения: 03.06.2014).
4. Iridium Products [Электронный ресурс] // Iridium Communications Inc. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://iridium.com/Products.aspx (дата обращения: 03.06.2014).
5. Iridium SBD [Электронный ресурс] // Iridium Communications Inc. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www. iridium.com/products/IridiumSBD.aspx?productCategoryId=9 (дата обращения: 03.06.2014).
