Arial Georgia Tahoma Times New Roman Verdana

Сотовая связь и SMS для диспетчеризации

Услуга SMS (short message service, услуга коротких сообщений) приобрела широкую популярность в сотовых сетях самых разнообразных стандартов. Основными достоинствами системы коротких сообщений являются простота использования (в отличие от, к примеру, WAP), низкая стоимость услуги (увы, не у всех операторов), удобный сервис доставки, которому, на мой взгляд, в будущем предстоит совсем вытеснить пейджинговые услуги. К недостаткам следует отнести в первую очередь негарантированность быстрой доставки, а то и доставки вообще. Еще можно посетовать на достаточно высокую стоимость отправки сообщений у многих российских операторов сотовой связи.

Неудивительно, что SMS стали применять не только для обмена сообщениями. Первым делом производители мобильных телефонов задействовали SMS для передачи различных управляющих последовательностей для телефона, например мелодий звонка, логотипов при включении телефона, «визитных карточек» и т. п.

Большинство мобильных телефонов способны работать в роли модемов, с персональным компьютером соединяются через последовательный RS-232 порт (возможны другие варианты). Разумеется, было бы просто грешно не использовать дополнительные сервисы, предоставляемые сотовым терминалом (чуть ниже я более подробно расскажу о стандартах, установленных в этой области). Достаточно быстро многие телефоны стали комплектоваться софтом для PC, предназначенным для удобного редактирования записной книжки, синхронизации, например, с контактами Outlook и других полезных применений. Естественно, одной из включаемых возможностей стала отправка коротких сообщений через телефон.

Вовремя принятые стандарты не допустили появления конкурирующих разработок других компаний, а открытость стандартов привела к тому, что любой желающий мог написать свою программу, умеющую отсылать короткие сообщения через подключенный к компьютеру телефон. Применений таким программам находится довольно много. SMS можно использовать для оповещения администратора какого-либо сервера о перебоях в работе определенных сервисов, о сбоях питания и других событиях.

Следующей ступенью стало использование SMS в обратном направлении - для управления различными приборами. Можно привести множество самых разнообразных примеров подобного применения SMS вплоть до достаточно забавных: совсем недавно на выставке «Мобильные технологии» компания Siemens продемонстрировала управляемый с помощью коротких сообщений агрегат, предназначенный для… наливания пива. Чтобы получить свою порцию, следовало отправить сообщение типа «PIVO 500», означавшее, что надо налить в подставленный стакан 500 мл. напитка. Устройство включало в себя сотовый терминал, простейший управляющий контроллер и собственно «наливающую» аппаратуру.

Более «серьезным» использованием SMS является удаленное администрирование компьютерных серверов. Это может оказаться чрезвычайно полезным в случае отсутствия доступа к серверу через более традиционные каналы (причины бывают разные: от банального падения канала-провайдера Интернет до сбоя в работе сетевой карты или другого устройства, через которое осуществляется доступ в обычном режиме работы). Программу, реализующая подобную функциональность, легко написать под любую из современных операционных систем. Существует и немалое количество программ с открытыми исходными текстами, которые способны принимать через SMS управляющие последовательности и сигнализировать об их успешном выполнении или сбое в работе.

Еще более сложной задачей является использование SMS и сотовой связи в целом для реализации обмена данными с промышленными объектами и устройствами. Рассмотрим подробнее этот вопрос, но для начала краткий список терминов и обоснование выбора.

Краткий словарик

МЕ (mobile equipment): электронная «начинка» сотового модуля.

Сотовый терминал (коммуникационный модуль): оборудование, аналогичное применяемому в мобильных телефонах, облегченное за счет отбрасывания неиспользуемых в данном случае частей, таких как микрофон, динамик, клавиатура. Чаще всего сотовый терминал имеет только интерфейс RS-232.

Защищенный терминал (модуль): терминал в специальном исполнении, защищенном от различных воздействий, таких как высокие (или, напротив, низкие) температуры, влажность, давление. Часто защищенные терминалы оснащены механизмом для обнаружения факта вскрытия корпуса (intrusion detection).

Диспетчерская система: аппаратно-программный комплекс, предназначенный для сбора и обработки информации от различных приборов, установок, счетчиков и др., а также генерации, вывода, распечатки и предоставления различных форм отчетности на основе собранных данных.

АСКУ: автоматизированная система коммерческого учета, диспетчерская система с контролирующими функциями, включающая возможности по расчету финансовых параметров (тарификация).

Почему сотовая связь?

Очень часто к промышленным объектам затруднена или невозможна прокладка какой-либо кабельной инфраструктуры. В качестве примера можно привести насосную станцию: единственными кабелями, ведущими к ней, являются высоковольтные линии электропередачи. Прокладка кабеля к отдаленным станциям, естественно, обойдется в большую сумму, а задействован такой канал будет лишь на доли процентов.

Другой пример: старые производственные цеха, где изначально не предусмотрена возможность прокладки кабельной инфраструктуры. Или просто невыгодно зарывать в землю тонны металла для того лишь, чтобы иметь быстрый доступ к показаниям какого-либо счетчика.

Почему SMS?

Если есть необходимость в регулярной передаче небольших объемов данных, например показаний какого-либо счетчика, в случае использования обычного канала данных сети сотовой связи пришлось бы устанавливать соединение, затем на скорости 9600 бит/с передавать крошечный объем данных и рассоединяться. Поскольку посекундная тарификация с первой минуты в России пока еще нечто из разряда фантастики, за каждый акт передачи данных придется выложить некоторую сумму. Если размер пакета данных не превышает допустимого предела для короткого сообщения, куда выгоднее пользоваться именно SMS. Тем более что у некоторых операторов короткие сообщения и вовсе не тарифицируются. Вывод? Пользоваться SMS дешевле.

Далее, если, к примеру, принимающая сторона не смогла по каким-либо причинам сразу же принять входящее сообщение (банальная ситуация: линия занята), всегда есть возможность проанализировать пришедшее сообщение позднее.

Как с этим связан компьютер?

Конечной целью всех этих ухищрений является создание единой диспетчерской системы. Естественно, для обработки данных, получаемых от приборов и устройств, логичнее всего будет использовать компьютер с соответствующим программным обеспечением.

Реализация

Сама концепция диспетчерской системы предполагает наличие какого-либо центрального пункта сбора данных и некоторого количества объектов, контролируемых системой. Связующим звеном между объектами и диспетчерским пунктом является линия сотовой связи. Рассмотрим подробнее оборудование, используемое на данный момент в таких системах.

Промышленный объект

Мобильное оборудование, mobile equipment (ME)

Для установки на промышленный объект обычные сотовые телефоны не подходят по вполне понятным причинам — требованиям к надежности. Существуют обычные сотовые телефоны, выпускаемые в защищенном исполнении (к примеру, Ericsson R310, Nokia 6250, Siemens M35i), но их применение для промышленных целей крайне неэффективно. Во-первых, велика функциональная избыточность: некоторые из элементов (клавиатура, экран) совершенно не нужны. Зато абсолютно необходима возможность подключения внешней антенны. Далее, используемое в промышленности микроэлектронное оборудование оснащается интерфейсами RS-232 и RS-485 (см. описание (http://www.ixbt.com/comm/rs_proto.html)), а указанные телефоны не работают с этими интерфейсами напрямую (требуется специальный соединительный кабель).

Существуют решения для профессиональных задач передачи данных через сеть сотовой связи. К ним можно отнести относительно немолодые уже устройства от Siemens: Siemens M1 — первый подобный терминал и его наследник, Siemens M20, модель 98-99 годов (существует также модель А20, отличающаяся повышенной до 8Вт излучаемой мощностью, позволяющей работать даже в сильноэкранированных помещениях).

Первые версии микропрограмм, прошитых в Siemens M20, были весьма и весьма нестабильными: Revision 1.07 от 99 года не могла корректно работать со многими новыми SIM-картами (выпущенными в конце 2000 года и позже). К чести Siemens следует заметить, что фирма регулярно обновляет ПО, и в текущей версии (5.2, в разработке 5.4, выходящая в ближайшее время) очевидных ошибок не обнаружено. Новые версии прошивок предоставляются фирмой бесплатно вместе с программой для осуществления перезаписи. Поскольку M20 имеет единственный интерфейсный выход RS-232, никаких спецсредств для перепрошивки не требуется. Отсутствие других интерфейсов является серьезным недостатком, поскольку в промышленности чаще используется RS-485 (позволяющий организовывать сети, а не только соединение точка-точка). Тем не менее все эти недостатки с лихвой перекрываются превосходной поддержкой функций стандартов V.25ter, GSM-стандартов 07.07 и 07.05 в соответствии со спецификациями ETSI, European Telecommunications Standards Institute (www.etsi.org).

В настоящее время Siemens готовит к массовому выпуску коммуникационные модули TC-35 с несколько расширенной по сравнению с М20 функциональностью; на данный момент ТС-35 существует только в виде Test Sample. С завидным постоянством Siemens оснащает модуль только интерфейсом RS-232, игнорируя RS-485, что в большинстве случаев приводит к необходимости использования отдельных контроллеров-преобразователей. Свято место пусто не бывает — компания Siemens уже нашла партнера (ТЭСС-Электроникс, что удивительно, в России!), взявшегося за создание специальной установочной платы со встроенным интеллектуальным контроллером. Идея создания крошечного коммуникационного модуля со встроенным многофункциональным SCADA-совместимым контроллером и интерфейсом RS-485 не нова, но вот до реализации дошло только сейчас. Перспективы применения подобных устройств очень широки, а установка и их настройка чрезвычайно просты (включил в сеть, подсоединил кабель к RS-485 или RS-232 — вуаля!).

.

На CeBIT 2001 компанией Siemens также были представлены модули МС-35, аналог ТС-35, но с поддержкой GPRS.

Компания Ericsson также предлагает целый ряд коммуникационных модулей. Среди них GSM-модули: Ericsson GM22, модель без поддержки передачи данных (только голос, SMS и факс) и его старший брат GM25 с поддержкой передачи данных (на скорости 9600 бит/с). Для сетей стандартов AMPS-800 и TDMA 850 компания Ericsson предлагает модуль DM10 (с поддержкой голоса, факса, данных, SMS), а также версию DM20, работающую в сетях AMPS-800 и TDMA 850/1900. О поставках модулей от Ericsson в Россию у меня сведений нет.

Существуют также модули линейки WISMO от компании Wavecom, но официально их поставки в Россию не производятся. Модельный ряд WISMO построен на базе собственных чипов компании, поставляющих как готовые сотовые модули, так и собственно микросхемы. Характеристики выпускаемой продукции внушают уважение, декларируется поддержка всех функций Phase2+ и даже GPRS! Недостатки те же, что и в случае с Siemens: отсутствие прямой поддержки RS-485, встроенного SCADA-контроллера, высокая стоимость. И самый главный — отсутствие в России как собственно модулей, так и представительства компании.

Другое оборудование

Для организации взаимодействия промышленного оборудования (к примеру, импульсных расходомеров, «вертушек», посылающих импульс при протекании определенного объема) с МЕ в настоящее время используются внешние счетчики-контроллеры. Эти устройства достаточно интеллектуальны, умеют работать с коммуникационным модулем, преобразовывать протокол работы промышленных приборов в данные, передаваемые по каналам связи, в том числе через SMS. Более подробное рассмотрение этих устройств выходит за рамки статьи. Стоит лишь заметить, что объединение подобных контроллеров и МЕ позволит существенно уменьшить стоимость, значит, за такими решениями будущее.

Диспетчерский пункт

Мобильное оборудование

Собственно оборудование для организации диспетчерского пункта не представляет особого интереса, да и стоимость его обычно составляет не самую существенную долю законченного решения для диспетчерского пункта. Чаще всего в качестве МЕ диспетчерской используются те же устройства, что и для промышленных приборов, но в облегченном варианте — без ударопрочного водонепроницаемого пылезащищенного корпуса. Причина — проще брать оптом готовые к употреблению терминалы, проверенные в работе и выполненные профессионально. Обычные сотовые телефоны с кабелями для связи с компьютером не обеспечивают достаточного уровня надежности.

В качестве терминала также могут использоваться очень занимательные устройства: внутренние GSM-модемы, например Nokia CardPhone (PC-card format). Решение на базе ноутбука с установленным необходимым ПО и такой картой очень удобно для «мобильных диспетчерских». Надо сказать, что прием, обеспечиваемый CardPhone, весьма и весьма неплох, даже с антенной в сложенном состоянии.

Гораздо больший интерес представляет программное обеспечение. Рассмотрение принципов построения АСКУ не является целью статьи, поэтому речь в дальнейшем пойдет только об организации взаимодействия МЕ и программного обеспечения диспетчерской системы.

Стандарты

Практически для всех выпускаемых и продающихся в настоящее время коммуникационных модулей декларируется поддержка V.25ter (AT-команды Hayes-совместимых модемов), а также расширенного набора команд с префиксами AT+C в соответствии со стандартами GSM 07.07 и GSM 07.05 (for SMS). Это значит, что работа с терминалом ничем не отличается от работы с обычным телефонным модемом. Команды AT+Cxxx расширяют функциональность терминала по сравнению с обычным модемом, предоставляя сервисы для редактировании записей в телефонной книге (phonebook), отправки/приема SMS и др. Многие производители расширяют набор команд собственными силами, например, терминалы Siemens поддерживают команды группы AT^Sxxx, среди которых встречаются весьма интересные (AT^MONI, AT+MONP, знаменитый net monitor).

Управлять терминалами, поддерживающими расширенный набор АТ+С команд, очень легко. Для этого можно даже пользоваться HyperTerminal'ом из комплекта Windows. Да и разработка ПО для полностью автоматизированной диспетчерской системы заметно упрощается.

Системы

Создаваемые диспетчерские системы можно логически разделить на архивирующие и реального времени. Последние обычно работают с постоянными соединениями или в крайнем случае через канал данных GSM, но, естественно, не через SMS. Первые же, напротив, не критичны к скорости передачи данных, а вот стоимость их обслуживания должна быть минимальной. В каждом классе существует большое количество решений со своими преимуществами и недостатками. Особенно тяжко дело обстоит с простотой использования и установки - часто без помощи и непосредственного участия разработчиков или спецконсультантов не обойтись. Да и развертывание диспетчерского пункта занимает довольно длительное время. Остается надеяться, что в дальнейшем развитие будет происходить именно в сторону упрощения установки, настройки и использования ПО.

Еще одной важной тенденцией является универсализация диспетчерского ПО, другими словами, возможность использования одной и той же программы для разнородных приборов.

Вывод

Практика показала, что использование сотовой связи способно существенно упростить, ускорить и часто даже удешевить создание законченных диспетчерских систем. Все, что нужно сделать, это установить модуль со встроенным контроллером в уже существующую на промышленном предприятии сеть RS-485 и подвести питание. Эта операция осуществляется буквально в считанные минуты, и, поскольку модуль имеет небольшие размеры, найти для него место будет совсем несложно. Традиционные решения на базе проводных модемов несколько сложнее в установке, да и протянуть телефонный кабель иногда не представляется возможным.

Никакого специального обслуживания подобное оборудование не требует.

Из недостатков можно отметить лишь достаточно высокую на сегодняшний день стоимость подобных решений. Но, к примеру, себестоимость связи в CDMA-сетях вплотную приближается к соответствующему значению для проводных сетей.

Можно смело сказать — за беспроводными технологиями будущее.