Промислові мережі та інтеграційні технології в автоматизованих системах. 4. ТЕХНОЛОГІЇ МОДЕМНОГО ТА БЕЗПРОВОДНОГО ЗВ’ЯЗКУ
4.2. Модемний обмін
Модем (скорочення від модулятор-демодулятор) — пристрій зв’язку, що виконує функцію модуляції та демодуляції. Модуляція – це зміна характеристик несучого сигналу у відповідності зі зміною вхідного інформаційного сигналу, демодуляція – зворотній процес..
До критеріїв класифікації модемів можна віднести наступні: область застосування; функціональне призначення; тип використовуваного каналу; конструктивне виконання; підтримка протоколів модуляції, виправлення помилок і стиснення даних. Можна виділити ще безліч більш детальних технічних ознак, таких як спосіб модуляції, інтерфейс сполучення з DTE і так далі.
За способом реалізації каналу, модеми можна поділити на такі групи:
-
для комутованих телефонних каналів;
-
для виділених телефонних каналів;
-
для фізичних з’єднувальних ліній:
-
модеми низького рівня (лінійні драйвери) або модеми на коротку відстань (short range modems);
-
модеми основної смуги (baseband modems);
-
-
для цифрових систем передачі (CSU/DSU);
-
для стільникових систем зв’язку;
-
для пакетних радіомереж;
-
для локальних радіомереж.
Переважна більшість модемів, що випускаються призначена для використання на комутованих телефонних каналах. Такі модеми повинні вміти працювати з автоматичними телефонними станціями (АТС), розрізняти їх сигнали і передавати свої сигнали набору номера.
Основна відмінність модемів для фізичних ліній від інших типів модемів полягає в тому, що смуга пропускання фізичних ліній не обмежена значенням 3,1 кГц, характерним для телефонних каналів. Однак смуга пропускання фізичної лінії також є обмеженою і залежить головним чином від типу фізичного середовища (екранована і неекранована вита пара, коаксіальний кабель тощо) і її довжини. З погляду використовуваних для передачі сигналів модеми для фізичних ліній можуть бути розділені на модеми низького рівня (лінійні драйвери), що використовують цифрові сигнали, і модеми “основної смуги” (baseband), у яких застосовуються методи модуляції, аналогічні вживаним в модемах для телефонних каналів. У модемах першої групи зазвичай використовуються цифрові методи бі-імпульсної передачі, що дозволяють формувати імпульсні сигнали без постійної складової і часто займають більш вузьку смугу частот, ніж вихідна цифрова послідовність. У модемах другої групи часто використовуються різні види квадратурної амплітудної модуляції, що дозволяють радикально скоротити необхідну для передачі смугу частот. У результаті на однакових фізичних лініях такими модемами може досягатися швидкість передачі до 100 Кбіт/с, у той час як модеми низького рівня забезпечують тільки 19,2 Кбіт/с.
Модеми для цифрових систем передачі нагадують модеми низького рівня. Однак на відміну від них забезпечують підключення до стандартних цифрових каналах, таким як Е1/Т1 або ISDN, і підтримують функції відповідних канальних інтерфейсів.
Модеми для стільникових систем зв’язку відрізняються компактністю виконання і підтримкою спеціальних протоколів модуляції і виправлення помилок, що дозволяють ефективно передавати дані в умовах стільникових каналів з високим рівнем перешкод і постійно змінюваними параметрами.
Пакетні радіомодеми призначені для передачі даних по радіоканалу між мобільними користувачами. При цьому декілька радіомодемів використовують один і той же радіоканал в режимі множинного доступу. Радіоканал по своїх характеристиках близький до телефонного і організовується з використанням типових радіостанцій, налаштованих на одну і ту ж частоту. Пакетний радіомодем реалізує методи модуляції і множинного доступу.
Локальні радіомережі є перспективною мережною технологією, що доповнює звичайні локальні мережі. Основним їх елементом є спеціалізовані радіомодеми (адаптери локальних радіомереж). На відміну від пакетних радіомодемів такі модеми забезпечують передачу даних на невеликі відстані (до 300 м) з високою швидкістю (10 Мбіт/с), зіставною із швидкістю передачі в дротяних локальних мережах. Крім того, радіомодеми локальних радіомереж працюють в певному діапазоні частот із застосуванням сигналів складної форми, таких як сигнали з псевдовипадковою перебудовою робочої частоти.
В промислових системах управління актуальним є використання останніх трьох груп модемів.
В окремий клас можна виділити промислові модеми, що крім промислових умов експлуатації ще можуть підтримувати наступні функції:
-
багатофункціональний інтерфейс, тобто наявність декількох каналів зв’язку (RS232, RS485, USB);
-
можливість подавати на вхід модему через послідовний COM-порт RS232 аналоговий сигнал безпосередньо з виконавчих пристроїв (датчиків, контролерів) завдяки наявності вбудованого 10-розрядного аналого-цифрового перетворювача;
-
обробка і керування аналогових сигналів завдяки наявності спеціальних вводів-виводів;
-
наявність великого об’єму пам’яті для аварійних повідомлень, завдяки наявності FLASH-пам’яті;
-
наявність відкритої перепрограмуємої платформи, що дозволяє розробникам бездротового обладнання створювати гнучкі рішення і завантажувати користувальницьке ПО прямо в FLASH-пам’ять модему;
-
вбудований TCP/IP-стек, що дозволяє не застосовувати додаткове обладнання для передачі файлів і роботи з електронною поштою;
-
віддалені настройку, конфігурацію та дистанційний моніторинг модему.
Для управління модемом використовують АТ-команди представлені рядками символів, що починаються з літер AT (ATtention - увага) і завершуються символом повернення каретки (
Основні АТ-команди наведені в табл. 4.1, сесію починають з команди АТ і якщо є зв’язок модем відповідає ОК.
Таблиця 4.1. Основні АТ-команди модемів
| Команда | Опис |
|---|---|
| +++ | Модем розриває з’єднання і повертається у командний режим |
| A | Команда відповіді (Answer Command) |
| Bn | Налаштування зв’язку (Communications Options) |
| D | Команда набору (Dial Command) |
| En | Команда вибору ехо-символу (Select Command Character Echo Option) |
| Hn | Управління Switchhook - емуляція натиснення телефонного важелю (Control The Switchhook) |
| I0 | Ідентифікація коду продукту (Identify The Product Code) |
| I2 | Виконання тесту контрольної суми ROM ( Perform ROM Checksum Test) |
| I7 | Номер версії (Version Number) |
| Ln | Вибір рівня гучності динаміку (Select Speaker Volume Level) |
| Mn | Функція вибору опцій динаміку (Select Speaker Function Option) |
| Nn | Вибір опцій для встановлення зв’язку (Select Negotiate Handshake Option) |
| On | Перехід до онлайнових команд (Go Online Command) |
| P | Вибір методів пульсуючого набору (Select Pulse Dialing Method) |
| Qn | Вибір опції результуючого коду (Select Result Code Option) |
| Sn= | Запис в S-регістр (Write To An S-Register) |
| Sn? | Читання S-регістру (Read An S-Register) |
| T | Вибір методу тонового набору (Select Tone Dialing Method) |
| Vn | Вибір опції формату відповіді (Select Response Format Option) |
| Wn | Вибір розширеного результуючого коду (Select Extended Result Code) |
| Xn | Вибір опції модемного виклику (Select Call Progress Option) |
| Yn | Вибір опції бездіяльності та роз’єднання (Select Long Space Disconnect Option) |
| Zn | Виконання м’якого скидання (Perform Soft Reset) |
| &An | Вибір ролі автовідповідача (Select Originate/Answer Role For Autoanswer) |
| &Cn | Вибір опції визначення переданих даних (Select Data Carrier Detect Option) |
| &Dn | Вибір опції готовності терміналу даних (Select Data Terminal Ready Option) |
| &F | Загрузка заводських установок (Load Factory Default Profile) |
| &Gn | Вибір опції захисту тонового набору (Select Guard Tone Option) |
| &Kn | Вибір опції потоку ConTDol (Select Flow ConTDol Option) |
| &Pn | Вибір параметрів пульсового набору (Select Pulse Dialing Parameters) |
| &Qn | Вибір опції режиму зв’язку (Select Communications Mode Option) |
| &Rn | Вибір опції RTS/CTS (Select RTS/CTS Option) |
| &Sn | Вибір опції готовності передачі даних (Select Data Set Ready Option) |
| &T0 | Тест завершення в процесі (Terminate Test In Process) |
| &T1 | Ініціювання локального аналогу мережної петлі (Initiate Local Analog Loopback) |
| &T3 | Виконання локальної цифрової мережної петлі (Perform Local Digital Loopback) |
| &T4 | Включення RDL-запитів (Enable Granting Of RDL Requests) |
| &T5 | Заборона надання RDL-запитів (Deny Granting Of RDL Requests) |
| &T6 | Ініціювання віддаленої цифрової мережної петлі (Initiate Remote Digital Loopback) |
| &T7 | Ініціювання внутрішнього тесту RDL (Initiate RDL With Self Test) |
| &T8 | Внутрішній тест локальної мережної петлі (Local Loopback With Self Test) |
| &T19 | Виконання тесту RTS/CTS кабелю (Perform RTS/CTS Cable Test) |
| &Un | Скасування TDellis кодування (Disable TDellis Coding) |
| &V | Перегляд профілів конфігурації (View Configuration Profiles) |
| &Wn | Збереження активного профілю (Store Active Profile) |
| &Xn | Вибір джерела синхронізації часу TDansmit (Store Active Profile) |
| &Yn | Вибір збереження профілю для апаратного перезапуску (Select Stored Profile For Hard Reset) |
| &Zn= | Збереження телефонного номеру (Store Telephone Number) |
| , | Пауза (Perform Pause) |
| = | Запис в S-регістр (Write To An S-Register) |
| ? | Читання S-регістру (Read An S-Register) |
| P | Вибір пульсового набору (Select Pulse Dialing) |
| Т | Тоновий набір (Tone) |
Приклад 4.1. АТ-команди. Обмін SMS-повідомленнями через HyperTerminal.
Завдання. Налаштувати бездротовий GSM-модем фірми Wavecom та ініціалізувати обмін між персональним компютером та стільниковим телефоном за допомогою HyperTerminal (рис.4.4).
Рис.4.4. До прикладу 4.1.
Рішення. GSM-модем Wavecom оснащений інтерфейсом RS-232, тому з’єднання між ПК та модемом (М) виконується нуль-модемним кабелем. Налаштування та обмін даними за допомогою АТ-команд, що вводяться через HyperTerminal та відповіді модему наведені в табл.4.2.
Таблиця 4.2. Набір АТ-команд до прикладу 4.2
| команда | Опис |
|---|---|
| AT | ПК: увага |
| OK | М(модем): так |
| AT+CBST? | ПК: запит на вибір типу носія: режими швидкості, стиснення даних, прозорості |
| +CBST: 0,0,1 | М: 0 – швидкість автоматична, 0 – стиснення відсутнє, 1 - непрозорий |
| OK | М: так |
| AT+CBST=7,0,1 | ПК: запит на підтримання носія |
| OK | М: так, підтримується |
| AT+CBST=12,0,1 | ПК: встановлення швидкості – 9600 біт/с |
| OK | М: так |
| AT+IFC? | ПК: запит команди управління місцевим потоком |
| +IFC: 0,0 | М: не підтримується, не підтримується |
| OK | М: так |
| AT&W | ПК: запис поточних на лаштувань в EEPROM |
| OK | М: так, записано |
| +CMTI: “SM”,1 | М: отримано нове повідомлення, індекс 1 |
| AT+CMGF=1 | ПК: встановлення текстового режиму |
| OK | М: так, встановлено |
| AT+CMGR=1 | ПК: читати перше повідомлення |
| +CMGR: “REC UNREAD”,”+380669572528”,,”09/05/18,14:09:28+12” | М: непрочитане повідомлення з номеру телефону +380669572528 отримано 09/05/18 о 14:09:28 |
| Hello | М: текст повідомлення |
| OK | М: так |
| AT+CMGL=”REC UNREAD” | ПК: показати непрочитані повідомлення в текстовому режимі |
| OK | М: так, ця відповідь визначає, що непрочитаних повідомлень не має |
| AT+CMGR=2 | ПК: читати друге повідомлення |
| ERROR | М: помилка – другого повідомлення не виявлено |
| AT+CMGR=1 | ПК: знову читати перше повідомлення |
| +CMGR: “REC READ”,”+380669572528”,,”09/05/18,14:09:28+12” | М: прочитане повідомлення з номеру телефону +380669572528 отримано 09/05/18 о 14:09:28 |
| Hello | М: текст повідомлення |
| OK | М: так |
| AT+CMGS=+380669572528 | ПК: Відіслати повідомлення в текстовому режимі на номер +380669572528 |
| > HELLOW(à) | ПК: текст повідомлення |
| +CMGS: 23 | М: повідомлення відіслано, номер повідомлення 23 (визначається виробником) |
| OK | М: так |
<– 4.1. Символьний спосіб обміну
–> 4.3. Бездротовий спосіб обміну