Gps модем. GPRS модемы. Системы GPS-навигации и мониторинга автотранспорта на базе навигаторов Garmin и модемов Enfora
Эра технологий - Информационный сайт
  • Главная
  • Интернет
  • Gps модем. GPRS модемы. Системы GPS-навигации и мониторинга автотранспорта на базе навигаторов Garmin и модемов Enfora

Gps модем. GPRS модемы. Системы GPS-навигации и мониторинга автотранспорта на базе навигаторов Garmin и модемов Enfora

В последние пару лет уже стали регулярными появления сообщений о выпуске все новых и новых моделей устройств, относящихся к особому классу аппаратных средств - GPRS-модемы. Что же это такое?
Предельно коротко GPRS-модемы можно охарактеризовать как еще один тип устройств беспроводной передачи данных. Принципиальным же их отличием от других приборов этой группы является то, что они работают с использованием одного из вариантов технологии пакетной передачи информации, реализуемой в сетях сотовой связи стандарта GSM и получившей наименование General Packet Radio Service, или сокращенно - GPRS. Освоение этой технологии две крупнейшие российские компании сотовой связи - "Вымпелком" и "Мобильные ТелеСистемы" - начали еще в 2000 г., а сейчас общее число сотовых сетей в мире, внедривших GPRS, уже исчисляется сотнями. Вовсю решаются и вопросы организации международного роуминга для абонентов, работающих в этом режиме. Все основные свойства и особенности работы и параметров этого типа беспроводных модемов, обусловленные использованием такого технического решения, становятся более ясны после ознакомления с сущностью самой технологии GPRS. На эту тему наш журнал уже писал около полутора лет тому назад, поэтому сейчас мы только кратко напомним основную суть.

Зачем был создан GPRS?
Нынешний этап развития нашего индустриального общества привел к тому, что для успешной работы многих современных "информационных производств" не требуется, чтобы человек был территориально "привязан" к какому-либо отдельному станку, помещению или даже всему производственному комплексу, а лишь необходимо, чтобы он просто постоянно находился "на связи". Многочисленные современные средства телекоммуникаций, и в первую очередь мобильных, отчасти позволяют решить эту задачу. Но если человек, например, по характеру своей работы должен участвовать в коллективной обработке больших массивов данных, тут уже телефон не очень спасает положение. Ведь часами заниматься диктовкой или сверкой по телефону множества цифр в каких-нибудь сводках или отчетах - занятие не из приятных. Да и эффективной такую работу назвать трудно. Другое дело, если эти данные, буквально одним нажатием на клавишу, можно быстро передать любому необходимому абоненту и столь же просто получить другие. В этом случае для успешной совместной работы становится уже совершенно не важно где вы находитесь: в офисе, дома, в купе поезда, в другом городе или за границей...
В общем, по оценкам аналитиков, потребности людей в мобильной передаче данных в обозримом будущем будут возрастать ежегодно не менее чем в полтора раза.
Конечно, нельзя забывать, что возможность передачи данных в сотовой связи была реализована почти с самого начала работы таких сетей, но вот только на практике эта возможность долгое время оказывалась почти теоретической - пользоваться ею люди не очень хотели - буквально единицы процентов от общего числа абонентов по всему миру! И основных причин здесь было две: медленно и дорого. Действительно, например, даже современная сотовая связь второго поколения стандарта GSM обеспечивает передачу данных со скоростью всего 9,6 кбит/с. Представить себе насколько эта скорость "современна" можно просто вспомнив, что пользователи модемов на обычных телефонных линиях полностью отказались от таких скоростей уже боле пяти лет тому назад. Да и сам метод связи по голосовому каналу с поминутной оплатой делал нахождение в онлайне, хоть и возможным, но весьма дорогостоящим.
Вот для устранения этих недостатков и была придумана технология GPRS. Ее целью было существенное повышение скорости передачи данных по каналам сотовой связи, а также обеспечение режима "постоянной подключенности" абонентов, наподобие того, как это реализовано в локальных вычислительных сетях. Но в отличие от локальных сетей, рабочей зоной здесь оказывается уже вся зона охвата используемой сотовой сети, а с учетом роуминга - практически все области Земли, где действуют сотовые сети GSM. Такой охват сегодня не доступен, фактически, никаким другим беспроводным технологиям, за исключением спутниковых. В этом состоит одно из принципиальных достоинств технологии GPRS.

Техническая сущность GPRS
Прежде всего, необходимо отметить, что технология GPRS ориентирована на применение только в сетях цифровой сотовой связи стандарта GSM, реализованных на основе метода временного разделения доступа - Time Division Multiple Access (TDMA). Именно использованию особенностей TDMA и обязана своим появлением GPRS.
Упрощенно, суть метода TDMA заключается в следующем. Все время работы одного радиоканала связи делится на стандартные по длительности временные интервалы, распределяемые по очереди между несколькими абонентами. В результате этого, на одной радиочастоте оказывается возможным передавать сразу несколько разговоров, или организовать несколько независимых каналов обмена данными. В стандарте GSM максимальное число таких каналов равно восьми.
Подобное временное разделение канала связи между несколькими пользователями позволяет увеличить число одновременно обслуживаемых абонентов, однако все каналы оказываются занятыми только в редкие моменты пиковых нагрузок в сотовой сети. Остальное же время часть таких каналов - свободны. Вот на этой особенности и была основана идея технологии GPRS: в случаях, когда абоненту требуется высокоскоростная передача информации - временно "отдавать" ему свободные временные интервалы в данном радиоканале. Таким образом, скорость передачи информации может сразу возрасти в несколько раз.
Но это еще не все. Сам канал GSM может обеспечить несколько большую скорость передачи информации, если использовать другие методы кодирования. Без заметного снижения качества скорость передачи данных может быть увеличена до 14,4 кбит/с, а потенциально - даже до 22,8 кбит/с. Вот отсюда и возникают высокие скорости передачи данных в GPRS: до 115 кбит/с, а в пределе - более 170 кбит/с. Причем именно столь большие скорости связи позволяют достаточно безболезненно выделять на некоторое время увеличенные ресурсы одному из пользователей, не рискуя заметно снизить шансы других абонентов дозвониться до сети. Действительно, в режиме GPRS, например, получение даже довольно большого электронного письма размером с целую машинописную страницу может быть осуществлено всего за десятые доли секунды. А если учесть, что заложенное в технологии GPRS время задержки выделения радиоресурсов для передачи пакета данных не должно превышать 1 секунды, то обмен небольшими объемами информации между пользователями будет происходить почти мгновенно. Столь существенные изменения в условиях обмена данными с помощью мобильных терминалов открывают и многочисленные новые возможности.

Функциональные возможности
Одним из самых больших преимуществ режима GPRS является то, что абонентское устройство в паузах между приемом и передачей данных "не занимает линию". Аппаратура оператора сотовой сети просто "помнит" о том, что пользователь находится в готовности к передаче или получению данных, а ресурсы радиоканала выделяются ему только на время обмена информацией. Другими словами, любые GPRS-устройства могут находиться на связи непрерывно (если, конечно, включены и расположены в пределах зоны покрытия сети) - в состоянии "постоянного виртуального соединения". При этом оператору нет нужды требовать от абонента оплаты всего времени его соединения с мобильной сетью (фактически составляющего 24 часа в сутки), а только интервалов активной работы его терминала или объема переданной и полученной информации.
Большие возможности технология GPRS открывает и перед развитием систем передачи телеметрии, дистанционного мониторинга, охранных систем, промышленной электроники и т. п. Удобна технология GPRS и для операторов сотовых сетей, так как она, являясь модернизацией существующих сетей GSM по пути их развития к системам связи третьего поколения, не требует коренной замены оборудования. Правда, абоненты, с этой точки зрения, наоборот оказываются в проигрыше - для пользования услугами GPRS обязательно нужны специальные терминалы, поддерживающие эту технологию.

Пользовательское оборудование
Принятыми сценариями внедрения GPRS предусмотрено поэтапное наращивание скоростей передачи данных. Сделано это, в частности, из-за ограничений накладываемых нынешними абонентскими терминалами. Дело в том, что максимальная скорость приема и передачи информации, которую может обеспечить мобильный терминал, зависит от количества каналов (числа тайм-слотов), поддерживаемых им на прием и передачу. Пока все выпускаемые абонентские терминалы GPRS способны поддерживать от 2 до 4 каналов для приема информации и 1 или 2 канала - на передачу. Это позволяет получить максимальную скорость приема до 57,6 кбит/с и передачи - до 28,8 кбит/с (реальные скорости, зависящие от загрузки сотовой сети и определяемые фактическим наличием свободных от голосового трафика тайм-слотов, в процессе работы могут заметно изменяться и на практике быть существенно ниже). В будущем следует ожидать появления GPRS терминалов, поддерживающих большее (до 7) количество каналов на прием и передачу и способных обеспечивать более высокие скорости связи. С позиций алгоритма функционирования, стандартом предусмотрено существование GPRS-терминалов трех различных классов:
- модели класса А должны обеспечивать возможность одновременной работы в телефонном режиме и в режиме GPRS;
- терминалы класса В также поддерживают и голосовые соединения, и пакетную передачу данных, но эти режимы реализуются не одновременно - в процессе передачи данных через GPRS абонент не может совершать и принимать голосовые звонки, однако терминал должен оперативно реагировать на входящие вызовы и позволять без потери данных приостанавливать сеанс для ответа на телефонный звонок;
- класс С ориентирован на работу по очереди в режимах - GPRS и телефонном.
Фактически все выпускаемые сейчас в мире мобильные телефоны с поддержкой GPRS (а это уже более полусотни моделей) относятся к классу B и имеют средства для их соединения с компьютером через специальный кабель или инфракрасный порт. А одним из преимущественных воплощений устройств класса С (хотя не исключены и классы A и B) могут быть GPRS-модемы, выполняемые либо в виде PC-карты, подключаемой к портативному компьютеру, либо в форме малогабаритных GPRS-модулей, ориентированных на использование в самом различном оборудовании - от портативных компьютеров до средств промышленной электроники.

GPRS-модемы и модули
Число реально доступных сейчас моделей подобных устройств составляет уже несколько десятков и в самом скором будущем оно, несомненно, увеличится, ведь их созданием сегодня заняты очень многие известные фирмы: Ericsson, Motorola, Nokia, Novatel, Olitec, Option International, Pretec Electronics, Real Time Devices, Siemens, Sony, Wavecom, Xircom и др., чутко уловившие перспективность этого направления.
В чем же заключаются основные достоинства применения именно специализированных устройств, по сравнению с использованием обычных мобильных телефонов с поддержкой GPRS?
Их можно назвать сразу несколько, а обусловлены они, в первую очередь, особенностями конструктивного исполнения, а также функциональных возможностей и параметров таких модулей, которые и определяют области их преимущественного использования. Для простоты пояснений все эти особенности можно подразделить на несколько групп:
- "Широкие функциональные возможности ". Это не просто лозунг - многие устройства этого типа рассчитаны на работу в нескольких (а то и даже во всех!) диапазонах частот, используемых современными сетями GSM (EGSM-850 МГц, GSM-900 МГц, DCS-1800 МГц, PCS-1900 МГц), что позволяет применять такие модемы, практически, по всему миру. Также универсальность использования подобных устройств обеспечивается и тем, что в них нередко реализуются сразу несколько технологий передачи данных, возможных в сетях GSM: традиционный GSM-модем (скорость 9,6 кбит/с), пакетная передача в режиме GPRS и передача в режиме коммутации линий по технологии HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), близкой по методам и параметрам к GPRS. Кроме этого, современные GPRS-модемы, как правило, поддерживают все функции, предусмотренные фазой развития стандарта GSM 2+, включая SIM Application Toolkit и др. В результате этого, пользователю оказываются доступны и функции обычного мобильного телефона: голосовая связь, прием и отправка факсов, SMS и т. п.
- "Все, что нужно для работы и ничего лишнего" . Так можно охарактеризовать позицию, с которой осуществляется оптимизация самой структуры этих устройств. Действительно, в отличие от телефонов, GPRS-модемы часто имеют сразу несколько пользовательских входов-выходов, поддерживающих полностью стандартные интерфейсы RS-232, USB и др., а также разъемы для подключения внешней антенны и других устройств. Кроме этого, многие модемы имеют широкие возможности по дистанционной настройке параметров и оперативному программному управлению их работой. С другой стороны, модемы максимально облегчены за счет исключения из их состава таких, неиспользуемых в данном случае частей, как микрофон, динамик, дисплей, клавиатура и др.
- "Работоспособность в самых различных условиях" - обеспечивают конструкции модемов и "неприхотливость" части из них к питающим напряжениям. Чисто конструктивно, существующие GPRS-модемы можно подразделить на три группы. В первую из них, которую условно можно назвать "офисной", входят устройства, выполненные в виде PC-карт Type II (PCMCIA), ориентированные на подключение и использование совместно с переносными компьютерами. Ко второй группе могут быть отнесены модели, предназначенные для встраивания в другие устройства, и поэтому отличающиеся максимальной "облегченностью" конструкции. Третью же группу составляют модели промышленного назначения, имеющие, напротив, "защищенное" конструктивное исполнение, обеспечивающее их надежную работу в широком диапазоне температур, влажности, давлений, вибраций, электромагнитных полей и других видов воздействий. Такие модели часто имеют и широкодиапазонный (например, от 5 до 32 В) внутренний стабилизатор питающих напряжений, обеспечивающий возможность их прямого подключения к самым различным источникам (Li-ion аккумуляторы, бортовая сеть автомобиля, различные промышленные приборы и т. п.). Некоторые модели последних двух групп дополняются и другими устройствами (приемник системы GPS, аналогово-цифровой преобразователь и пр.), что еще больше расширяет их функциональные возможности и области применения.
Особую перспективность применение GPRS-модемов и модулей имеет для реализации "межмашинных" коммуникаций, в область которых попадает очень большой круг самых различных приложений: средства безопасности автомобилей и жилищ, промышленной и домашней автоматики, телеметрическое оборудование и системы контроля параметров и перемещений различных объектов, мобильный офис и многое, многое другое. Другими словами, GPRS-модемы могут оказаться полезными во всех тех случаях, когда прокладка кабеля связи или развертывание специализированной беспроводной системы по тем или иным причинам (организационным, техническим, экономическим) оказываются невозможными или нецелесообразными. Немаловажным является и то, что получать какое-либо специальное разрешение на эксплуатацию GPRS-модемов не требуется. Для их использования достаточно просто купить SIM карту и в дальнейшем оплачивать стандартные услуги GSM-оператора.
Вообще следует отметить, что GPRS, несмотря на существование и других технологий высокоскоростной передачи данных по каналам сотовой связи (например, Cellular Digital Packet Data для сетей стандарта D-AMPS, High Speed Packet Data - для систем с кодовым разделением сигналов по стандарту cdmaOne и др.), вследствие нынешнего фактического мирового господства GSM, просто "обречена" стать на ближайшее десятилетие (до широкого распространения сетей 3G, Wi-Fi и др.) одной из ключевых технологий беспроводной передачи данных.
Игорь Сколотнев

Передача информации по сетям GPRS позволяет легко создавать системы удаленной диспетчеризации и контроля приборов, а также стационарных и передвигающихся объектов. Применяя для передачи данных GPRS модемы можно заменить широко используемое в GSM соединение CSD (модемное соединение двух узлов) на соединение GPRS. Это при действующих тарифах всех операторов связи экономически существенно выгоднее.

Компания ИнСАТ предлагает широкий выбор GPRS модемов . Наибольшей популярность для промышленного применения пользуются GPRS модемы производства компаний MOXA, ICP DAS, Segnetics, iRZ, ОВЕН, ТЕЛЕОФИС.

Российские производители GPRS модемов

Из отечественных производителей мы предлагаем продукцию таких компаний как ОВЕН, iRZ, Segnetics и ТЕЛЕОФИС.

Компания ОВЕН производит широкий спектр оборудования для промышленной автоматизации, диспетчеризации и систем учета. GPRS модем ПМ01 производства ОВЕН хорошо зарекомендовал себя в большом числе реальных проектов.

Компания ТЕЛЕОФИС специализируется на производстве средств коммуникации. Она предлагает широкую номенклатуру изделий, в том числе GPRS и GSM модемов.

Компания iRZ – международный производитель беспроводных продуктов и комплексных решений. Уникальность политики iRZ заключается в гибкости архитектуры продуктов и решений, высокоэффективном использовании новейших технологий и чуткости к динамике развития рынка. Модельный ряд iRZ отличается высоким качеством комплектующих, поддержкой новейших технологий и умеренной стоимостью. Продукция компании не уступает по характеристикам изделиям ведущих мировых производителей.

Современные системы учета энергоносителей все более широко используют GSM-сети для передачи данных, что находит поддержку у GSM‑операторов, во многом исчерпавших возможность увеличения абонентской базы голосовых услуг. GSM-сети характеризуются развитой во всех регионах инфраструктурой, высокой надежностью, возможностью быстрого развертывания и невысокими стоимостными характеристиками.

ООО «Аналитик-ТС», г. Москва

Все современные GPRS-моде­мы строятся на базе GSM-модулей нескольких зарубежных производителей. Простота организации на их базе доступа с компьютера в Интернет создает обманчивое впечатление об отсутствии сложностей при использовании их в промышленных системах (наличие на компьютере Windows драйвера и периодические зависания, требующие вмешательства оператора, в глаза не бросаются). Для управления GSM-модулем могут использоваться:

Функциональный контроллер счетчика, тепловычислителя или концентратора;

Специализированный (телекоммуникационный) контроллер;

ПО, встроенное в GSM-модуль и берущее на себя все задачи управления устойчивостью связи.

При всех видах реализации управления необходимо пройти тернистый путь по превращению GSM-модуля в полноценный GPRS-модем, обеспечивающий устойчивую работу в непрерывном и необслуживаемом режиме:

Системы, работающие на столе, вдруг начинают сбоить и «виснуть» при переходе на реальные объекты, при изменении оператора, - установке в другом регионе или увеличении загрузки сети;

Выясняется, что необходимы существенные усилия для обработки внештатных ситуаций, обеспечения устойчивости и безопасности, тестирования решений, учета региональных особенностей операторов, поддержки работы с динамическими IP-адресами, обеспечения 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? Рассмотренные выше сложности реализации приводят к появлению на рынке законченных решений с высокой функциональностью. Их стоимость, безусловно, немного выше, но это цена за своеобразный PnP (включил и работаешь).

Попытаемся сформулировать основные требования к GPRS-модемам и по мере возможности обосновать их.

Основные требования к GPRS-модемам

Общие требования

Поддержка основных сервисов GSM-сети: GPRS/EDGE, CSD и SMS.

Интерфейсы подключения к приборам учета: RS-232С (в том числе «трехпроводный» – RxD, TxD и GND), RS-485, Industrial Ethernet.

Конструктивное исполнение: крепление на DIN-рейку, встроенный источник первичного питания с расширенными диапазонами ~140...286 В / 45…55 Гц или =18…36 В, рабочий диапазон температур -40...+70°С.

GSM-антенна: необходимо обеспечить возможность подключения внешней антенны, которая может быть вынесена из зоны установки оборудования (например, из подвального помещения) в зону уверенного радиоприема.

Автоматическое установление соединения

После включения питания модемы должны автоматически акти­вировать установление GPRS/EDGE или CSD-канала и в некоторых случаях обеспечивать автоматическое формирование SMS-сообщений при возникновении «событий» на дополнительных логических входах (например, при срабатывании датчиков пожарно-охранной сигнализации).

Обеспечение надежности

Необходимо использовать следующие методы резервирования каналов передачи:

На уровне маршрутизации – между операторами GSM-связи (две SIM-карты);

На уровне GSM-сервисов – переход с GPRS/EDGE на CSD или SMS-сообщения.

В условиях периодического разрушения каналов без сигнализации сервера и клиента (например, при перезагрузке APN-серверов у GSM-оператора) большую роль играют контроль системных зависаний с помощью независимого сторожевого таймера, встроенный прозрачный Ping-контроль соединения и контроль времени отсутствия данных. При этом необходимо обеспечить возможность оптимизации пользователем соотношения «глубина контроля канала / трафик (стоимость)».


Рис . Схема организации GPRS-канала АСКУПЭ

Обеспечение безопасности

Аутентификация на этапах инициализации, установления соединения и передачи данных, в том числе:

Для предотвращения возможности использования SIM-карт не по назначению (при настройке модема должны вводиться значения их PIN-кодов, которые в дальнейшем хранятся в памяти модема, проверяются при запуске и недоступны для чтения);

Аутентификация доступа на APN-сервер;

Контрольный обмен идентификаторами при установлении TCP-соединения (между двумя модемами или модемом и сервером);

Контроль номера звонящего при установлении CSD-канала.

Использование VPN-туннеля между GSM-оператором и сервером диспетчерского центра.

В некоторых случаях необходимо дополнительное шифрование данных, использование которого ограничивается законодательно.

Комплексное решение для канала связи

Использование модемов на распределенной сети приборов учета должно поддерживаться программным обеспечением (телекоммуникационным сервером), которое устанавливается на сервере в диспетчерском пункте и обеспечивает:

Простое подключение функционального ПО, например, через TCP/IP;

Безопасность и устойчивость канала передачи (ping, идентификаторы и т.п.);

Встроенную маршрутизацию, например для дополнительных портов или технологического ПО.

Оптимизация потоков данных

Встроенная в модем буферизация данных (8…32 кбайт) позволяет увеличить скорость передачи за счет оптимизации взаимодействия между интерфейсом RS-232C/RS‑485 и TCP/IP-сокетом, а также использовать модемы в системах с «трехпроводным» интерфейсом.


Рис . Схема организации GPRS-канала системы «MOSCAD»

Обеспечение поддержки различных режимов работы

В зависимости от особенностей решаемой задачи модемы должны поддерживать режимы работы, объединенные в два класса.

Мониторинг и управление удаленными объектами с центрального узла с возможностью оптимизации по различным критериям, например максимальная функциональность, минимальный трафик, отсутствие возможности использовать на стороне сервера Интернет или необходимость наряду с GPRS/EDGE-каналами использовать SMS-сервис.

Вторым классом решаемых задач является организация связи между двумя точками – радиоудлинитель интерфейса (RS-232C или RS-485). В этом случае модемы должны при включении питания автоматически обеспечить прозрачный канал передачи данных между интерфейсами.

Обеспечение совместимости

Для организации надежного GPRS/EDGE-соединения с приборами учета, критичными к разрыву принимаемых ими пакетов, например использующими полевые шины Modbus или Profibus, необходимо устранение временных разрывов пакетов данных на стороне приема. Надежда на возможность парирования «разорванных» пакетов за счет повторных опросов или работы с короткими пакетами приводит к появлению систем, работающих только на столе у разработчиков.

Эксплуатационные требования

Автоматизированное удаленное конфигурирование модемов по каналам CSD или GPRS/EDGE без выезда на объекты, например: при монтаже используется заводская конфигурация, при тестировании она изменяется на конфигурацию системного интегратора, при эксплуатации – на конфигурацию заказчика;

Модернизация встроенного в модем ПО непосредственно на объекте, в идеале по GSM-сети;

Локальный и удаленный анализ параметров GSM-сети, позволяющий настроить положение антенны, провести анализ окружающих GSM-сот, осуществить выбор оператора связи, предоставляющего наилучшие условия работы в точке установки модема, анализировать причины ухудшения связи при эксплуатации;

Автоматический контроль баланса счета SIM-карты и оповещение в случае снижения его до заданного уровня;

Создание и обеспечение удаленного доступа к log-файлам процессов взаимодействия с GSM-сетью.

Дополнительные возможности

Особый интерес представляет объединение функций модема и прибора учета (или его части) в одном устройстве для уменьшения общей стоимости. Предпосылкой для этого является наличие в модемах мощных вычислительных ресурсов. Примеры таких устройств:

Модемы с встроенным функциональным ПО, которое обеспечивает взаимодействие с приборами учета (например, автономное считывание и накопление результатов измерения);

Модемы с несколькими интерфейсами, обеспечивающие мультиплексирование данных от нескольких интерфейсов в общем радио­канале для независимого функционирования нескольких систем.

Сервисное ПО

Работа с GPRS-модемами должна поддерживаться комплектом технологического ПО, обеспечивающего настройку, тестирование, удаленное конфигурирование, мониторинг и управление дополнительными интерфейсами, удаленный анализ параметров GSM-сети, модернизацию встроенного в модем ПО, функции TCP/IP и OPC‑серверов.

Выводы

GPRS-модемы, используемые в системах учета энергоресурсов, имеют существенные отличия от модемов, применяемых для выхода в Интернет. Требования к ним постоянно возрастают. На сегодняшний день автору неизвестно о реализации всех рассмотренных выше требований в одном модеме, что, наверно, и не требуется, если учесть критерий стоимости. Статья не была бы полной без приведенных ниже примеров использования GPRS-модемов AnCom RM/D в системах учета энергоресурсов.

Примеры внедрения

АСКУПЭ (Автоматизированная система коммерческого учета потребления энергоресурсов). Проект, реализуемый ОАО «МОЭК» (Московская объединенная энергетическая компания), 2009 г.

Целью проекта является обеспечение технического и коммерческого учета тепловой энергии на объектах г. Москвы, обслуживаемых МОЭК, а это 70% всех жилых зданий и производственных сооружений столицы.

Рассмотрим систему удаленного доступа к приборам теплоучета, реализованную в АСКУПЭ. Компания «КОМКОР» (торговая марка «АКАДО-Телеком») строит корпоративную мультисервисную сеть для ОАО «МОЭК», в рамках которой обеспечивается доступ к приборам теплоучета по цифровым каналам АКАДО, где они есть, и по GPRS-каналам GSM-оператора МТС. Задача по обеспечению информационной безопасности передачи данных решается с помощью специальной услуги МТС для корпоративных клиентов (выделенный APN, локальный статический IP-адрес). Системные интеграторы (НПО «Тепловизор» и ООО «Евроком») применяют в АСКУПЭ модемы AnCom RM/D (более 800 точек учета).

При инсталляции модемов основные проблемы были связаны с выбором места установки GSM-антенны в подвальных помещениях. Была выработана следующая методика:

Все рассмотренные ниже операции проводятся с SIM-картой выбранного в системе GSM-оператора;

Поиск зон наличия сигнала (хотя бы минимального уровня) – с помощью сотового телефона, часто это рядом с окнами, отдушинами или специфическими местами у стен;

Контроль зон с помощью модема AnCom RM/D и ПО NetMonitor GSM_RM. Измеряется уровень сигнала, количество и тип видимых GSM-сот. Необходимо обеспечить:

Уровень более минус 95 (RxLev: -65…-95);

MNC видимых сот должна совпадать с MNC оператора SIM-карты (при недоступнос­ти сот оператора SIM-карты для доступа к экстренным службам выдается информация о доступных сотах других операторов);

Видимость более 3 сот, одна из которых желательно GSM-1800 – в ней больше свободных слотов (BCCHfreq: GSM-900 с 1 по 124 и GSM-1800 с 512 по 885);

Наличие высокого уровня сигнала, но 1…2 соты GSM-900 может в отдельных случаях не обеспечить устойчивого GPRS-соединения из-за их высокой загруженности (не предоставляется IP-адрес);

Контроль работы GPRS (предоставление IP-адреса со стороны сети) с помощью модема (включен режим выдачи технологической информации) и ПО GTem (наличие GSM-связи не всегда гарантирует работу GPRS);

Контроль работы в системе (штатные настройки).

Определен общий подход к организации GPRS-связи:

Неверно пытаться использовать антенны с очень длинным проводом (затухание на 5 м провода RG58 на частоте 1800 составляет 4,5 дБ);

В большинстве случаев правильнее перенести модем в зону уверенного приема, используя для связи между модемом и прибором теплоучета интерфейс RS-485;

Как следствие, использование модемов, встроенных в прибор теп­лоучета, часто затруднено;

Тайм-ауты обеспечения устойчивости связи необходимо выбирать с учетом периода опроса приборов теплоучета (в том числе в тестовом режиме) и периода обрыва неиспользуемых socket у GSM‑оператора;

Целесообразно использовать антенну с малым затуханием в кабеле и высоким коэффициентом усиления (например, Ant K996A 900/1800 МГц: усиления, дБи – 5/4; затухание в кабеле 5 м, дБ – 1,8/2,5).

Система телеметрии узлов учета газа «MOSCAD» реализована ООО «Индасофт», 2007–2009 г.

Система коммерческого учета, обеспечивающая контроль над режимами газопотребления, мониторинг состояния оборудования узла учета и охранной сигнализации. Проведены монтаж и пусконаладка первой и второй очереди: 1464 объекта в 15 регионах РФ. Получен существенный опыт применения GPRS-связи в различных регионах.

Особенности реализации заключаются в идеологии «активного контрольного пункта»: удаленный контроллер самостоятельно отслеживает изменения технологических параметров и принимает решение по отправке данных на верхний уровень в соответствии с заранее заданными настройками, а не ожидает своей очереди в циклическом опросе узлов учета.

Использование специализированного протокола MDLC компании Motorola гарантирует доставку данных в диспетчерский пункт региональной газовой компании, удаленное конфигурирование и программирование всех контроллеров в системе. Через интернет-шлюз региональной газовой компании и сервер связи данные поступают в контроллер верхнего уровня ACE 3600. Контроллер «разбирает» MDLC-пакет, извлекает данные узла учета газа, обрабатывает их, помещает во внутреннюю базу данных и инициирует передачу на сервер данных, который обеспечивает предоставление данных диспетчерским системам региональной газовой компании.

Защита информации от несанкционированного доступа обеспечивается на уровне протокола MDLC благодаря изоляции модемов системы телеметрии от остальных GPRS-абонентов сотового оператора путем выделения их в отдельную группу со своей точкой доступа (APN-сервер) и созданием VPN‑туннеля. Параметры надежности обеспечиваются за счет резервирования оператора GSM‑связи (две SIM-карты).

Заключение

Беспроводной GPRS-модем AnCom RM/D является важным элементом любой современной распределенной системы учета энергоносителей. Обеспечивая в системе надежную связь, GPRS-модемы поз­воляют объединить сотни и тысячи удаленных приборов учета в единую информационную сеть. Использование GPRS-модемов AnCom RM/D в автоматизированных системах учета позволяет в реальном масштабе времени получать точную, достоверную информацию о потреблении энергоносителей, устранить влияние человеческого фактора, предотвратить аварийные ситуации, следить за техническим состоянием приборов и помещений и, как следствие, в целом повысить экономический эффект от применения приборов учета.

И.В. Дианов, технический директор,

ООО «Аналитик-ТС», г. Москва,

Американская фирма Enfora хорошо известна во всем мире, в том числе и в России, как один из ведущих производителей модулей и модемов для GPS-систем слежения за подвижными объектами (Fleet Management). Эти устройства широко применяются автомобильными, железнодорожными и морскими транспортными компаниями, страховыми фирмами, а также магазинами по продаже автомобилей, мотоциклов, катеров и яхт. В линейке продукции Enfora есть и персональные GPS-трекеры, предназначенные для контроля местонахождения людей и позволяющие отправлять тревожный сигнал с точными координатами на несколько номеров в виде SMS-сообщения.

Принцип работы систем GPS-слежения

В настоящее время системы GPS/GSM-мониторинга (GPS/GSM Fleet Management, сокращенно GPS FM) предлагают огромный спектр услуг как для профессиональных транспортных, торговых и страховых компаний, так и для частного сектора. Использование современных методов контроля и управления позволит оптимизировать систему перевозок, значительно сократить расходы на ГСМ и ремонт транспорта, а также предотвратить угоны и захваты автомобилей и грузов.

По данным одной из ведущих американских статистических фирм “Aberdeen Group”, в США эксплуатируется более миллиона устройств GPS FM. В среднем по стране применение систем GPS/GSM-мониторинга показало следующие результаты:

  • увеличение эффективности перевозок на 12,2%;
  • увеличение коэффициента использования транспортных средств - 13,0%;
  • сокращение времени доставки грузов на 14,8%;
  • снижение ошибок операторов на 27,9%;
  • снижение последствий от попыток похищения и захвата транспорта и грузов на 32,1%;
  • годовая экономия расходов на ремонт единицы транспорта - $1100/автомобиль;
  • годовая экономия фонда заработной платы за счет снижения времени перевозок - $1625/чел.;
  • годовая экономия фонда заработной платы (за счет внедрения автоматизированной системы управления и сокращения числа диспетчеров) - $1300/чел.;
  • годовая экономия расходов на ГСМ за счет оптимизации маршрута - $1700/автомобиль.

Принцип работы систем GPS FM представлен на рис. 1.

Системы GPS-мониторинга подвижных объектов, по существу, представляют собой сложные транспортные АСУ, использующие следящие спутники, наземные базовые станции, мобильные устройства слежения (GPS-tracker), комплекс программного обеспечения, центральный диспетчерский пункт. Вокруг Земли постоянно вращаются GPS-спутники, размещенные на 6 орбитальных плоскостях с орбитами 20 200 км и наклонением 55°. На борту каждого спутника имеются передатчики, непрерывно излучающие сигналы на двух частотах: 1575,42 и 1227,60 МГц. Установленный на контролируемом объекте GPS/GSM-мобильный терминал собирает максимально возможное количество данных со спутников и пересылает их через GPRS на центральный сервер.

Подобные центральные серверы могут поддерживаться как на локальных корпоративных уровнях, так и в региональном или глобальном масштабах. В свою очередь сервер проводит обработку данных со спутников и создает файл текущих расчетов подробной геодезической информации. В общем случае на центральный сервер поступает информация со всех контролируемых объектов, число которых ограничивается только мощностью самого сервера и используемого прикладного ПО. Оператор на центральном сервере может наблюдать точную навигационную информацию обо всех объектах, полученную в реальном масштабе времени от старта до финиша маршрута. Кроме того, в базе данных сохраняются архивные данные о каждом объекте, грузе, транспортном средстве и водителе. Оборудование Enfora и современные программные средства систем GPS/GSM-мониторинга позволяют получать на центральном диспетчерском пункте следующую информацию:

  • точные геофизические координаты объекта, обновляемые каждые несколько секунд;
  • положение контролируемого объекта на картах местности в реальном масштабе времени;
  • скорость движения;
  • общие технические сведения об автомобиле, водителе, грузе;
  • историю включения и выключения зажигания;
  • текущую информацию о давлении в шинах;
  • историю расхода топлива за все время движения (дозаправка и слив);
  • заданный диспетчером маршрут и реальную траекторию движения;
  • пройденное на конкретный момент времени расстояние;
  • ожидаемое время прибытия в заданный пункт;
  • время непрерывной работы двигателя;
  • температура внутри автомобиля и за бортом;
  • автомобили, не отвечающие на запрос диспетчера;
  • медицинские параметры водителя (пульс, давление, температура).

При необходимости отмеченные функции программного обеспечения могут быть доработаны с учетом индивидуальных особенностей заказчика. Так, например, страховые компании могут вносить в базу данных информацию о страхователе, его грузе и транспортном средстве. Фирмы, торгующие транспортными средствами, имеют возможность контролировать своевременность платежей клиентов. Фирмы, сдающие автомобили в аренду, могут наблюдать своих клиентов в любой точке мира.

Кроме того, оператор может планировать индивидуальные маршруты и отправлять их водителю по GSM/GPRS-сети. Также предоставляется возможность изменения и оптимизации маршрута с учетом дорожной обстановки, ремонта дорог, метеорологических условий. Оператор может сообщать водителю о необходимости внеплановой остановки для отдыха или ремонта, а также координаты наиболее благоприятного места для этих целей. В случае непредвиденных обстоятельств можно оперативно заменить транспортное средство и условия доставки груза. Как один из вариантов системы безопасности, имеется возможность в течение нескольких секунд фиксировать на центральном диспетчерском пункте любое отклонение от заданного маршрута и посылать на телефон, КПК или навигатор водителя соответствующее извещение.

В США при поддержке правительства существует и развивается программа создания глобальной сети, согласованной со службой спасения 911. Если в случае опасности нажать на аварийную кнопку мобильного терминала (телефона, КПК, навигатора), то координаты отслеживаемого объекта в течение нескольких секунд окажутся в ближайшем пункте службы спасения и в центральной диспетчерской. Эти меры приводят к заметной экономии денежных средств и увеличению прибыли компании. Кроме того, они позволяют обезопасить и сделать более эффективным ежедневный труд водителя, а также повысить контроль его работы.

GPS/GSM-модемы серии Enfora Spider

Специально для систем GPS-мониторинга фирма Enfora выпускает серию модемов под общим названием Spider. Основные технические характеристики модемов этой серии приведены в таблице 1. В состав серии входят пять моделей: Spider MT-Gu GSM2338, Spider MT-Gi GSM2354, Spider MT-Gi GSM2356, Spider mini MT GSM2228, Spider AT GSM5108.

Таблица 1. Технические характеристики модемов серии Spider
Spider MT-Gu GSM2338 Spider MT-Gi GSM2354 Spider MT-Gi GSM2356 Enfora mini-MT GSM2228 Spider AT GSM5108
GSM/GPRS 850/E-900/1800/1900 МГц 850/1900 МГц 900/1800 МГц 850/E-900/1800/1900 МГц 850/E-900/1800/1900 МГц
GPRS Класс 10
Базовый GSM-модуль Enfora Enabler IIIG
GSM0308
Enfora Enabler Lite
GSM0324
Enfora Enabler Lite
GSM0326
Enfora MLG0208-w-MT Enfora Enabler III Low
Power Platform (LPP)
Базовый GPS-модуль Enfora Enabler L GPS0401
Антенны Разъемы Fakra
для внешних
GSM- и GPS-антенн
Встроенные GSM- и GPS-антенны
Питание 7–40 В 9–40 В Автономное питание.
Встроенный Lithium-ion
аккумулятор.
Время непрерывной
работы 72 часа
Автономное питание.
Встроенный Lithium-ion
аккумулятор.
Время непрерывной
работы до трех лет
Интерфейс
для подключения
внешних устройств
Трехпроводной RS232 Трехпроводной RS232 USB Только удаленная отлад-
ка через GSM/GPRS
Пользовательские
вводы/выводы
Два программируемых ввода/вывода, один вывод общего назначения Нет
Аудио Цифровой
аудиоинтерфейс.
Разъем для подключения
аудиогарнитуры (2,5 мм)
Нет Цифровой
аудиоинтерфейс.
Встроенные динамик
и микрофон.
Разъем для подключения
аудиогарнитуры (2,5 мм)
Нет
Резервное питание Встроенный аккумулятор Нет Встроенный аккумулятор
Передача данных
(CS Data)
Текст, PDU, MO/MT.
Асинхронный,
прозрачный
и непрозрачный режимы
(V110; 300–14 400 bps).
USSD
Текст, PDU, MO/MT. Текст, PDU, MO/MT.
Асинхронный,
прозрачный
и непрозрачный режимы
(V110; 300–14 400 bps).
USSD
Внешнее управление с центрального сервера через GSM/GPRS с помощью АТ-команд
Протоколы TCP/IP-стек, UDP-стек, PAD, PPP, CMUX
GSM/GPRS-SMS От точки к точке (МО и МТ)
Приложения пользователя Event Engine
SIM-карта 1,8/3 В
Дистанционная
блокировка двигателя
автомобиля
Управляемый вывод для подключения к ключу зажигания Нет
Количество каналов
GPS-приемника
12
Слежение –157,5 дБм
Повторный захват –157 дБм
Холодный старт –144 дБм
Точность обнаружения
(–130 дБм), м
Горизонт, автономный режим, круговое отклонение 50%: 1
Точность обнаружения
(–150 дБм), м
Автономный режим, круговое отклонение 50%: 7
Точность обнаружения
(–130 дБм), м
Горизонт, автономный режим, круговое отклонение 95%: 3
Точность обнаружения
(–150 дБм), м
Горизонт, автономный режим, круговое отклонение 95%: 15
«Горячий» старт, с 5
«Холодный» старт, с 35
Повторный захват, с 3
Протокол GPS-приемника NMEA Message
Сертификаты GCF, PTCRB, FCC, RTTE, CE (European Community Certification), IC (Industry Canada)
Габаритные размеры, мм 65×61×26 100×59×25 147×63×20
Вес, г 63 62 136 168
Рабочий диапазон
температур, С
–30 … +85

Spider MT-Gu GSM2338 - это GPS/GSM/GPRS-трекер стационарного типа, предназначенный, в основном, для автомобильного транспорта . Он жестко крепится в салоне транспортного средства. Данная модель выполнена в ударопрочном пластмассовом корпусе в соответствии с международными автомобильными стандартами. Размеры изделия - 65?61?26 мм. Модем предназначен для эксплуатации в диапазоне температур –30…+85 °С. В модеме используются внешние GSM- и GPS-антенны. Для подключения антенн применяются автомобильные радиочастотные разъемы FACKRA RF. Блок GSM/GPRS выполнен на базе модуля Enfora GSM0308. В блоке GPS использован 12-канальный приемник на базе модуля Enfora Enabler L GPS0401.

В модеме поддерживаются протоколы обмена: NMEA, TAIP, Enfora binary. С центральным сервером модем обменивается NMEA-сообщениями в формате: GGA, GLL, GSV, GSA, RMC, VTG. Имеется функция хранения GPS-сообщений в энергонезависимой памяти модуля . Для GPS-навигаторов Enfora разработана методика, позволяющая выводить GPS-информацию на различные интерактивные карты. Это позволяет не только получать координаты на центральном сервере, но и наблюдать положение объекта на карте в реальном масштабе времени. В модели GSM2338 поддерживаются PPP, UDP API, TCP API, UDP PAD, TCP PAD, AT-команды через канал GPRS и через SMS. Это позволяет полноценно использовать уникальные преимущества продукции Enfora, прежде всего - PAD и Event Tools.

Из числа других дополнительных функциональных возможностей можно отметить следующие:

Для питания модема GSM2338 используется расширенный диапазон напряжений - 7–40 В. Имеется встроенный Li-ion аккумулятор. Внешний вид GSM2338 показан на рис. 2.

На лицевой панели размещены держатель SIM-карты с автоматическим выталкивателем и три светодиодных индикатора режимов работы. На задней панели размещены антенные разъемы FACRA, разъем Molex 43024-0800 для пользовательских вводов/выводов и разъем для подключения голосовой гарнитуры (2,5 мм Headset). На разъем Molex выведены контакты для подключения питания: от ключа зажигания и от аккумулятора. Кроме того, на этом разъеме есть два программируемых ввода/вывода: один общего назначения и 2-проводной последовательный интерфейс (Tx, Rx). Пользовательские вводы/выводы позволяют подключать к модему различные внешние устройства и конфигурировать их с использованием Event Engine. Программируемый ввод/вывод GPIO1 (контакт 7 разъема Molex 43024-0800) может быть установлен в высокое или низкое состояние соответственно командами: AT$IOPULUP = 1 или AT$IOPULUP = 0.

Аналогично, с помощью АТ-команд программируется ввод/вывод GPIO2 (контакт 8 разъема). К специальному выводу GPIO3 (контакт 6) можно подключать внешние цепи. Максимальный ток нагрузки на этом выводе не должен превышать 250 мА. При перезагрузке модема меняется состояние этого вывода, на GPIO4 (контакт 4) подается минус. Модем программируется с помощью Event engine таким образом, что при отсутствии внешнего питания работа прибора осуществляется от внутреннего аккумулятора При необходимости сообщение об этом событии может быть послано в виде SMS или UDP-сообщения. На GPIO5 подается постоянное питание непосредственно от аккумулятора. При отключении питания на этом выводе происходит перезапуск модема. При этом стираются все GPS-данные. Вводы/выводы GPIO6 и GPIO7 (контакты 2, 3) предназначены для 3-проводного последовательного интерфейса (Tx, Rx, GND). Также они могут быть сконфигурированы для контроля состояния GPS и GSM/GPRS связи. На GPIO8 (контакт 1) подается питание с ключа зажигания. Этот вывод также может быть использован как переключающийся при программировании с помощью Event tools . Модем может быть запрограммирован таким образом, чтобы NMEA-сообщения посылались в следующих случаях:

  • истекло заданное время;
  • превышен заданный километраж движения;
  • отмечено превышение заданной скорости;
  • зафиксировано нахождение в зоне с заданными координатами;
  • произошло изменение состояния пользовательских вводов/выводов;
  • произошло включение/выключение зажигания;
  • произошло появление/пропадание спутников.

Для отладки оборудования можно воспользоваться тестовым сервером Enfora , постоянно открытым для свободного доступа. С его помощью можно контролировать SMS, NMEA-сообщения с модема GSM2338, а также менять его конфигурацию. Модель выпускается в двух модификациях: GSM2338-00 со встроенным аккумулятором резервного питания и GSM2338-01 без аккумулятора.

Spider MT-Gi GSM2354, Spider MT-Gi GSM2356 отличаются от рассмотренной выше модели GSM2338 тем, что имеют встроенные GSM- и GPS-антенны. Кроме того, в этих двух моделях отсутствует голосовой канал. Модель GSM2354 предназначена для работы в американском диапазоне частот 850/1900 МГц, модель GSM2356 - для европейского диапазона частот 900/1800 МГц. Эти модели также выпускаются в вариантах с аккумулятором и без.

Enfora Mini-MT GSM2228 представляет собой переносной, миниатюрный GPS/GSM/GPRS-трекер, предназначенный прежде всего для контроля нахождения человека. Эта модель может быть очень полезна в качестве мобильной «тревожной» кнопки для пожилых людей и детей. Кроме того, эта модель может быть использована также и в качестве съемного транспортного трекера . Внешний вид GSM2228 показан на рис. 3. Модем изготовлен в герметичном пластмассовом корпусе, его размеры: 100×59×25 мм.

Модем имеет универсальное назначение и позволяет вручную и в автоматическом режиме определять текущие координаты и передавать эту информацию по GSM-каналу на заданные телефонные номера или центральный сервер . В модели предусмотрен режим аварийной передачи сигнала на заданный номер при нажатии одной клавиши. Доступ к GPS-данным возможен в форматах NMEA и SUPL. Модем имеет автономное питание от встроенного аккумулятора. В базовой комплектации поставляется аккумулятор 1340 мА/ч Li-ion. Зарядка аккумулятора производится через USB-разъем от автомобильного или сетевого адаптера. Модем управляется с помощью четырех функциональных клавиш.

Кнопка аварийного вызова (Push To Call) позволяет позвонить на заранее запрограммированный номер. Модем Mini-MT может посылать экстренное SMS по 5 разным адресам.

Кнопка границы обнаружения (Set Geo-Fence) предназначена для поиска в заданном радиусе. Границы поиска могут быть изменены пользователем и сохранены в памяти модуля. В случае, когда не виден ни один спутник, GSM2228 вырабатывает звуковой сигнал ошибки, предупреждающий пользователя о необходимости выйти из-под блокирующего укрытия (металлическая крыша, мокрая листва деревьев, толстые бетонные стены и т. д.).

Кнопка программирования функций (User-Defined button) предназначена для выбора необходимой функции GSM2228. Например, можно выбрать следующие функции: позвонить по номеру, отличному от запрограммированного, на кнопку аварийного вызова; вести поиск в радиусе, отличном от заводской установки; послать SMS с текущими координатами на GSM-номер или на центральный сервер и т. д.

Режимы работы контролируются с помощью четырех светодиодных индикаторов. Через USB-порт можно выводить GPS NMEA-данные на ПК для работы с картами и осуществлять программирование GSM2228 . Разъем Headphone Jack используется для подключения голосовой гарнитуры в тех случаях, когда не нужна громкая связь. Система голосовой связи позволяет разговаривать с заранее запрограммированным абонентом как по обычному сотовому телефону.

В обычном рабочем режиме GSM2228 будет через заданные промежутки времени посылать на центральный сервер координаты пользователя в стандарте NMEA. Для активации этого режима достаточно прописать несколько команд, определяющих адреса модема и сервера, а также задать режимы передачи. Так же как и в случае с GSM2338, модем GSM2228 можно запрограммировать таким образом, чтобы он посылал SMS или UDP-сообщения при наступлении какого-либо события (заданное время, расстояние, скорость, зона с заданными координатами и т. д.).

Enfora Spider AT GSM5108 - это автономный GPS/GSM/GPRS-трекер, разработанный специально для контроля местонахождения и перемещения различных объектов, поставленных на временное или длительное хранение (грузовые контейнеры, законсервированное оборудование, резервные емкости с топливом или питьевой водой и т. д.). Основным отличием Spider AT от существующих аналогов является рекордно низкое энергопотребление при автономной работе. Эта модель может работать без подзарядки аккумулятора до трех лет !

Модем Spider AT изготовлен на базе микромощного GSM/GPRS-модуля Enabler III Low Power Platform (LPP), который представляет собой совмещенный GSM/GPRS- и GPS-модуль со встроенным микроконтроллером. Следует особо подчеркнуть, что модуль LPP0108 предназначен для работы в ждущем режиме. Он посылает информацию о текущих координатах только в случае аварийного срабатывания или по прямому запросу с центрального сервера. Именно в этом заключается коренное отличие LPP0108 от других совмещенных GSM/GPS-модулей (GPS0401–GSM0308, MLG0208) предназначенных для непрерывного мониторинга движения транспорта и постоянно передающих геофизическую информацию десятки раз в минуту. Поэтому модуль Enabler Low-Power Platform (LPP), LPP0108, не может быть использован в качестве транспортного трекера .

Для того чтобы свести к минимуму энергопотребление, все управление модемом Spider AT возложено на центральный сервер, расположенный на диспетчерском пункте. При этом настройка параметров и контроль работы Spider AT осуществляется удаленно через Enfora Services Gateway. Для этой цели используется программное обеспечение Provisioner software, предназначенное специально для Spider AT. Модем Spider AT GSM5108 изготовлен в вандалозащитном корпусе, имеет встроенные GSM- и GPS-антены (рис. 4).

Модем Spider AT - это полностью законченное устройство, в состав которого входят:

  • базовый модуль LPP0108;
  • встроенный микроконтроллер MSP430 Texas Instruments, используемый для управления и обработки данных.
  • аккумуляторная батарея BAT-0007-0001, 4200 мАч;
  • держатель SIM-карты;
  • пылевлагозащитный корпус из ударопрочного полистирола;
  • встроенные GSM- и GPS-антенны.

Габаритные размеры - 147×63×20 мм. Вес - 168 г. Модем GSM5108 работает в полностью автоматическом режиме и не требует дополнительного обслуживания. В зависимости от модификации Spider AT оснащается либо встроенным датчиком движения (LPP0108), либо встроенным акселерометром (LPP0118-40). LPP0108 используется для фиксации малейшего движения. При этом его сигналы анализируются микроконтроллером и сравниваются с сигналами GPS. Такой подход позволяет избежать ложного срабатывания тревожного сигнала, соответствующего началу перемещения. Микроконтроллер обрабатывает данные, формирует GPS NMEA-сообщения и посылает их через GSM/GPRS-блок на центральный сервер. С другой стороны, с центрального сервера можно с помощью UDP API-канала передавать на модуль управляющие команды и менять режимы его работы.

Базовый модуль модема Spider AT имеет два пользовательских ввода и два пользовательских вывода. Пользовательские вводы/выводы могут быть запрограммированы с помощью Event Processing на срабатывание герконовых датчиков при вскрытии, датчиков движения, аудиодатчиков, датчиков контроля температуры и т. д. При поступлении сигнала тревоги от внешних датчиков или отклонения измеряемых параметров от заданных модуль вырабатывает сигнал выходного события, например, посылает на центральный сервер SMS или UDP-сообщение через сеть GSM/GPRS. Контроль над работой и конфигурирование параметров Spider AT осуществляется удаленно через сервер управления с помощью сервиса Enfora Services Gateway (ESG). При этом используются стандартные интернет протоколы, что позволяет с одного сервера вести контроль более чем 100 тыс. модемов Spider AT. Сервис ESG осуществляет полную поддержку и обработку GPS-сообщений. Это приложение легко интегрируется в уже существующую IP-сеть. В принципе, ESG предоставляет возможность работы с любыми удаленными устройствами, поддерживающими IP-протоколы. Использование ESG позволяет значительно сократить деньги и время при разработке и эксплуатации систем контроля передвижения удаленных объектов.

Для непосредственного управления модемом используется прикладное программное обеспечение Provisioner Software (PS), разработанное специально для Spider AT . Следует отметить, что Spider AT GSM5108 можно использовать только совместно с PS. Комплект прикладных программ PS позволяет управлять устройством GSM5108 дистанционно, по каналу GSM/GPRS, с использованием сервера поддержки и Enfora Services Gateway.

Пакет программного обеспечения Provisioner поддерживает основные промышленные приложения - такие, например, как MS SQL Server, MySQL, Oracle. Поэтому в случае необходимости введения дополнительных режимов работы можно заказать индивидуальную пользовательскую версию, учитывающую специфику контроля состояния конкретных устройств. Концепция программирования и управления модемом Spider AT основана на объединении отдельных задач в различные логические группы. Такой подход позволяет сортировать определенные события по тематике и быстро находить на них адекватные реакции.

В качестве примера можно привести систему слежения перемещения контейнеров на крупном терминале. Каждый пребывающий на склад контейнер получает свой собственный Spider AT. Информация о грузе, условиях и сроках его хранения заносится в базу данных. В соответствии с этими данными определяются сценарии контроля и ответных действий. Например, необходимо хранить этот контейнер при определенной температуре и отправить его со склада в определенное время. Сравнивая показания модемов Spider AT с других контейнеров, диспетчер выбирает оптимальную группу контейнеров и оптимальное место размещения данного контейнера в определенной группе. В качестве нештатного события можно запланировать, например, следующее:

  • вывоз контейнера со склада раньше назначенного срока;
  • несанкционированное перемещение контейнера в другую зону;
  • падение контейнера с верхнего ряда;
  • несанкционированное вскрытие контейнера;
  • превышение температуры хранения и т. д.

Ответные действия предпринимаются в соответствии с конкретными сценариями. При наступлении аварийной ситуации Spider AT передает тревожное сообщение, которое через Gateway service поступает на сервер поддержки.

Поступившая информация обрабатывается с помощью Provisioner, сравнивается с информацией из пользовательского приложения и базой данных. В результате пользователю предлагается немедленно выполнить определенные ответные действия. Кроме того, аварийные сигналы могут также параллельно поступать в различные охранные, милицейские и аварийные службы.

Программа Provisioner допускает четыре варианта конфигурации параметров модема, предназначенных для различных режимов эксплуатации GSM5108. Например, в статическом режиме модем посылает сообщения о своем состоянии по заранее заданному графику. В динамическом режиме модем через заранее заданные интервалы времени сообщает о начале и конце перемещения. Этот режим наиболее часто используется в случаях, когда необходимо быстро зафиксировать факт начала перемещения контролируемого объекта (банкоматы, торговые автоматами, офисная техника). В режимах нарушения границ используются различные комбинации перемещения между заданными зонами и учитываются такие события, как, например, выход за пределы зоны, попадание в другую зону, скорость перемещения между зонами.

Программное обеспечение Provisioner поставляется за дополнительную плату в виде лицензионных дисков, рассчитанных на работу с различным количеством контролируемых объектов. Например, Provisioner License EWS0201 рассчитано на одно устройство. Дополнительно можно заказать сервисное обслуживание Enfora Provisioner Support (каталожный номер EWP0201).

Системы GPS-навигации и мониторинга автотранспорта на базе навигаторов Garmin и модемов Enfora

Мировой лидер в производстве GPS-навигаторов фирма Garmin и фирма Enfora заключили в 2008 г. соглашение о поддержке модемами Spider Gu GSM2338 интерфейса Garmin Fleet Management Interface (GFMI) v2 . Объединение в одном устройстве автомобильного GPS-навигатора Garmin и GPS/GSM-трекера Enfora GSM2338 позволило создать замкнутую систему слежения «GPS-спутник – транспортное средство – центральный диспетчерский пункт – службы спасения». Система GFMI позволяет компаниям, занимающимся слежением за транспортным парком, предоставлять интерактивное обслуживание как владельцам автомобильных парков и грузовых компаний, так и частным лицам. С помощью GFMI диспетчеры могут отслеживать транспортное средство в реальном масштабе времени и корректировать режим его работы. С другой стороны, водитель может связываться с диспетчером и запрашивать у него необходимую информацию.

Схема, иллюстрирующая принцип работы GFMI, показана на рис. 5.

Для совместной работы необходимо специальное программное обеспечение с поддержкой GFMI - как для навигатора Garmin, так и для модема Enfora. Версии программного обеспечения Enfora PKG47 и Garmin 6.10 поддерживают GFMI. Для активации функции FMI в GSM2338 необходимо получить у фирмы Enfora дополнительный код доступа для каждого модема. Следует обратить внимание на тот факт, что не все GPS-навигаторы могут работать совместно с модемом Enfora GSM2338. Перечень навигаторов с поддержкой FMI Enfora-Garmin приведен в таблице 2.

Таблица 2. Навигаторы Garmin с поддержкой FMI Enfora
Модель навигатора Garmin Наименование кабеля
“Garmin FMI” для подключения
модема Enfora GSM2338
Примечания
Street Pilot C550 010-10865-00 Версия ПО только FMI V1
Street Pilot C340 010-10813-00
Nuvi 205 010-11232-00 В период работы протокола “Stop”
прерывается передача данных
«Ожидаемого времени прибытия» (ETA)
Nuvi 255 010-11232-00
Nuvi 750 010-10865-00
Nuvi 760 010-10865-00
Nuvi 765 010-10865-00
Nuvi 770 010-10865-00
Nuvi 5000 010-10865-00

При работе в паре порт RS232 модема Enfora GSM2338 подключается к порту USB навигатора Garmin с помощью специального кабеля Garmin FMI cable 010, имеющего преобразователь интерфейсов и источник питания 5 В . Управление функциями GFMI реализуется с помощью специальных АТ-команд, разработанных фирмой Enfora. Эти команды посылаются с центрального сервера по протоколу TCP API через GSM/GPRS-канал на модем GSM2338. Получив эту команду, модем вырабатывает FMI message и передает их через порт RS232 навигатору Garmin. Навигатор обрабатывает их и выводит результат на экран дисплея. Одновременно ответ передается через USB-порт навигатора на модем GSM2338, который пересылает его по каналу GSM/GPRS на центральный сервер. В простейшем варианте работу пары Garmin–Enfora FMI можно опробовать с использованием сервера поддержки Enfora. Для того чтобы зайти на этот сайт, достаточно предварительно прописать в модеме GSM2338 параметры APN, UDPIP, Friends, Port. С этого сайта можно посылать команды управления на модем GSM2338 (рис. 6).

Так, например, команда AT$GFMI = 1 транслируется через модем GSM2338 на навигатор Garmin Nuvi 205 и активизирует функцию GFMI. При этом в главном меню навигатора появляется новое окно с надписью «Диспетчер». Главное меню GFMI навигатора Garmin Nuvi 205 содержит четыре основных раздела (рис. 7):

  • остановки;
  • сообщения;
  • найти место;
  • о водителе.

Навигатор Nuvi 205 имеет экран Touch screen (выбор соответствующего пункта меню осуществляется простым прикосновением к соответствующей картинке). Водитель и диспетчер могут обмениваться произвольными сообщениями. Для этого нужно выбрать пункт меню «Сообщения, исходящие» и набрать на появившейся клавиатуре нужный текст (рис. 8).

Получив с сервера команду AT$GFMI=6,0002, «59.50827»,«30.22929»,«TESS NORTH WEST», водитель увидит на экране навигатора координаты (широту и долготу), а также название («ТЭСС Северо-Запад») очередной внеплановой остановки. Плановые точки задаются диспетчером заранее и хранятся в навигаторе в разделе «Мои остановки». Водитель может двигаться по навигатору по маршруту от остановки до остановки. Каждое прохождение или непрохождение заданной точки контролируется диспетчером.

Идеология поддержки GFMI базируется на встроенном программном обеспечении модулей Enfora Event Engine. Все сообщения, вырабатываемые модемом GSM2338 и пересылаемые им на центральный сервер, представляют собой выходные события этого ПО. Например, в случае, когда водитель получил на навигаторе сообщение о необходимости остановки, прочитал его или удалил, на сервер будут посланы команды: AT$EVENT=89,1,89,100,104; AT$EVENT=89,3,40,89,1075864263 // SEND UDP Message to the Server. В настоящее время в списке управления GFMI имеется тридцать одна AT$GFMI-команда и тридцать восемь AT$EVENT-команд. Подробно они описаны в документе .

В настоящее время версия 6.0 (FMI V1, FMI V2) программного обеспечения Garmin поддерживает перечисленные ниже сервисы :

    • текстовые сообщения произвольной формы (128 знаков);
    • остановки;
    • время прибытия в заданный пункт;
    • автоматическое оповещение о прибытии в заданный пункт (или опоздании);
    • обновление (изменение) данных о маршруте с диспетчерского пункта;
    • подтверждение доставки сообщения (FMI V2);
    • стандартные ответы водителя, до 200 сообщений (FMI V2);
    • персональные данные о водителе (FMI V2);
    • техническое состояние автомобиля;
    • ежеминутные сообщения о состоянии транспорта (FMI V2);
    • пингование модема GSM2338 (FMI V2);
    • дополнительные данные, заполняемые клиентом.

Протоколы Garmin Fleet Management Interface являются открытыми. Имеется их детальное описание и инструкции по разработке соответствующего прикладного программного обеспечения Garmin Fleet Management Interface Control, Specification . Кроме того, Garmin предлагает готовое решение в виде прикладного ПО для центрального сервера GFMI. Пример интерфейса такой программы показан на рис. 9.

Интерфейс этой программы адаптирован для обычного диспетчера, не имеющего специальных навыков работы с системами GPS-навигации. В главном меню размещены функциональные клавиши, соответствующие перечисленным выше протоколам GFMI. Одним нажатием клавиши диспетчер может выбрать соответствующий сервис и задать необходимые параметры (рис. 10). Постоянно на экране высвечиваются основные параметры контролируемого объекта: текущее время, количество зарегистрированных спутников, координаты, скорость движения.

Введение в системах слежения двусторонней связи между диспетчерским пунктом и водителем позволило значительно улучшить систему безопасности транспортных средств. В случае, когда по каким-либо причинам на экране диспетчера пропадают GPS-данные от конкретного автомобиля, то водителю на его навигатор немедленно поступает текстовый запрос. Если ответа нет, то диспетчер может дистанционно заблокировать зажигание, двери и направить тревожное сообщение в службу спасения. Кроме того, в модеме GSM2338 предусмотрена функция «тревожной кнопки». Поэтому водитель в критических ситуациях может сам отправить аварийное сообщение диспетчеру.

Система GPS-слежения Garmin Fleet Management Interface широко используется во всем мире. На сайте приведено около семидесяти крупных партнерских компаний, таких, например, как Trimble Mobile Resource Management, SkyPatrol, Datalink Systems, GPS-Buddy, Beacon Wireless и т. д. Поэтому и транспортные компании, и частные лица могут подобрать систему GPS-слежения, соответствующую их индивидуальным потребностям.

Система GPS-мониторинга подвижных объектов Garpy

В качестве примера использования модемов Enfora в российском GPS-мониторинге можно привести систему слежения Garpy, разработанную компанией «Оликом СПб» . Эта российская фирма продает продукцию фирмы Enfora на условиях VAD (value added dealer). В качестве добавленных сервисных услуг предлагаются технические консультации, поддержка и сопровождение, комплектация аксессуарами, монтаж и наладка оборудования, гарантийное обслуживание. С помощью системы GPS-мониторинга Garpy пользователь может самостоятельно в любой момент времени из любой точки мира контролировать на экране компьютера или PDA текущее местоположение своего транспортного средства (ТС).

Для просмотра информации об объекте нужен любой ПК или PDA с возможностью выхода в Интернет. Никакого специализированного программного обеспечения для работы с системой GPS-мониторинга не требуется, абонентская плата не взимается. Однако следует подчеркнуть, что пользоваться системой Garpy могут только те клиенты, которые приобрели оборудование для GPS/GSM-навигации непосредственно в фирме «Оликом СПб». Доступ к веб-сайту системы мониторинга осуществляется с использованием индивидуального логина и пароля. Поэтому посторонние не могут получить информацию о контролируемом объекте другого клиента. Главный интерфейс системы Garpy показан на рис. 11.

Система слежения Garpy может работать как с обычными растровыми картами, так и с картами OS Maps, Google, Yandex, «Гибридные карты» и др. (рис. 12). Переключение между режимами работы осуществляется с помощью виртуальных клавиш, расположенных в правом углу экрана (рис 11).
В левом углу интерфейса Garpy расположено всплывающее меню. Пользователь имеет возможность наблюдать в реальном времени следующую информацию:

  • уникальный логин ТС;
  • время последнего отклика ТС;
  • адрес места последнего отклика ТС;
  • положение ТС в данный момент времени на карте местности;
  • текущий баланс счета для используемой в GPS-GSM-модеме SIM-карты.

При нажатии на клавишу «Траектории» на карте местности появится графическое изображение траектории движения ТС за последние двое суток. Также на карте будут отмечены пункты и длительность остановок (рис. 12).

При нажатии на клавишу «Настройки» появится меню со следующими пунктами:

  • Устройства.
  • Зоны.
  • События.
  • Отчеты.
  • Профиль.

В разделе «Устройства» содержатся данные о транспортном средстве, подключенном GPS/GSM-оборудовании, контролируемых периферийных устройствах автомобиля (зажигание, двери, датчик контроля топлива, датчик температуры, датчик давления в шинах и др). В разделе «Зоны» можно обозначать различные зоны на карте. При нажатии на зону с выбранным названием, например, «Центр Санкт-Петербурга», ее вид сразу появляется на экране монитора. В разделе «События» по желанию пользователя отмечаются определенные инциденты, произошедшие с конкретным ТС. В разделе «Отчеты» хранится архив стоянок ТС с указанием даты, длительности и адресов. Пользователь самостоятельно может удалять устаревший архив стоянок. В режиме «Вид» выбирается формат выводимых на главную страницу меню данных о конкретном ТС. В разделе «Профиль» хранятся персональные контактные данные клиента.

Чтобы подключиться к системе GPS-мониторинга Garpy, необходимо заполнить бланк технического задания, в котором указываются вид и марка ТС (число ТС на одного пользователя не ограничено), тип и марка GPS/GSM-оборудования, подключаемое периферийное автомобильное оборудование. Для корпоративных заказчиков возможна разработка, изготовление и подключение дополнительных модулей управления по индивидуальному ТЗ. Кроме того, имеется возможность размещения сервера системы мониторинга типа Garpy непосредственно на площадке заказчика. Более подробную информацию о работе системы Garpy можно найти на сайтах . Для знакомства с демонстрационной версией этой системы нужно зайти на сайт и использовать одно и то же кодовое слово “demo” в качестве логина и пароля.

Лучшие статьи по теме