Промислові мережі та інтеграційні технології в автоматизованих системах. 4. ТЕХНОЛОГІЇ МОДЕМНОГО ТА БЕЗПРОВОДНОГО ЗВ’ЯЗКУ

4.4. Особливості бездротових модемів з використанням стільникового зв’язку

4.4.1. Коротка характеристика мобільного зв’язку в Україні

В останній час дуже стрімко розвивається безпровідний спосіб зв’язку з використанням мереж операторів мобільного зв’язку.

На сьогодні стандартів мобільного зв’язку досить багато, тому зупинимося лише на тих, що діють в Україні та підтримують пакетну передачу даних.

Станом на 2010 рік в Україні працюють наступні оператори:

• Мобільні оператори GSM — Голден Телеком GSM, life:)), Beeline, Київстар, МТС.
• Мобільні оператори CDMA — PEOPLEnet, Інтертелеком, CDMA UKRAINE, Velton telecom.
• Мобільні оператори UMTS — Utel.
• Віртуальні мобільні оператори GSM — Jeans, Djuice, Екотел, Мобілич.

4.4.2. Основні стандарти мобільного зв’язку

4.4.2.1. GSM.

GSM (Global System for Mobile Communications – глобальна система мобільного зв’язку) — міжнародний стандарт для мобільного цифрового стільникового зв’язку з розділенням каналу за принципом TDMA та високим рівнем безпеки за рахунок шифрування з відкритим ключем. Стандарт був розроблений під патронатом Європейського інституту стандартизації електрозв’язку (ETSI) наприкінці 80-х років. Більшість мереж GSM працюють у діапазоні 900 МГц або 1800 МГц.

Послуги, що можуть надаватися мережами GSM:

• Передача голосової інформації.

• Послуга передачі даних (синхронний та ансинхронний обмін даними, в тому числі пакетна передача даних — GPRS).

• Передача коротких повідомлень (SMS).

• Передача факсів.

Саме друга та третя послуга використовується в промислових системах зв’язку.

SMS (Short Message Service – служба коротких повідомлень) — послуга обміну (передачі і прийому) короткими текстовими повідомленнями в телекомунікаційних мережах.

GPRS (General Packet Radio Service - пакетний радіозв’язок загального користування) - надбудова над технологією мобільного зв’язку GSM, що здійснює пакетну передачу даних. GPRS дозволяє користувачеві мережі стільникового зв’язку робити обмін даними з іншими пристроями в мережі GSM і із зовнішніми мережами, в тому числі Інтернет. GPRS передбачає тарифікацію як за обсягом переданої/отриманої інформації, так і за часом, проведеним онлайн. При використанні GPRS інформація збирається в пакети і передається через невикористовувані в цей момент голосові канали, така технологія передбачає більш ефективне використання ресурсів мережі GSM. При цьому, що є пріоритетом передачі - голосовий трафік або передача даних - обирається оператором зв’язку. Існують різні класи GPRS, що розрізняються швидкістю передачі даних і можливістю суміщення передачі даних з одночасним голосовим викликом. Технологія GPRS використовує GMSK-модуляцію. Залежно від якості радіосигналу, дані, що пересилаються по радіоефірі, кодуються за однією з 4-х кодових схем (CS1-CS4). Кожна кодова схема характеризується надмірністю кодування і перешкодостійкістю, і обирається автоматично в залежності від якості радіосигналу. Протокол GPRS прозорий для TCP/IP, тому інтеграція GPRS з Інтернетом непомітна кінцевому користувачеві. Пакети можуть мати формат IP або X.25, при цьому не має значення, які протоколи використовуються поверх IP, тому є можливість використання будь-яких стандартних протоколів транспортного і прикладного рівнів, що застосовуються в Інтернеті (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, XMPP та ін.) Також при використанні GPRS мобільний телефон виступає як клієнт зовнішньої мережі, і йому присвоюється IP-адреса (постійна або динамічна).

4.4.2.2. CDMA.

CDMA (Code Division Multiple Access - множинний доступ із кодовим розподілом каналів) — одна з можливих технологій мультиплексування, тобто одночасної передачі даних у спільному діапазоні (так званому каналі) радіочастот. Для забезпечення множинного доступу до каналу дані кодуються спеціальним кодом, асоційованим із кожним каналом, і використовуються властивості конструктивної інтерференції спеціальних кодів, щоб здійснювати мультиплексування.

На основі технології CDMA було розроблено стандарт мобільного зв’язку CDMA2000. Тут історично склалося декілька етапів. При побудові системи мобільного зв’язку на основі технології CDMA2000 1Х перша фаза забезпечує передачу даних зі швидкістю до 153 кбіт/с, що дозволяє надавати послуги голосового зв’язку, передачу коротких повідомлень, роботу з електронною поштою, Інтернетом, базами даних, передачу даних та фотографій. Перехід до наступної фази CDMA2000 1xEV-DO відбувається при використанні тієї ж смуги частот 1,23 МГц, швидкість передачі - до 2,4 Мбіт/с в прямому каналі і до 153 кбіт/с у зворотному, що робить цю систему зв’язку відповідає вимогам 3G і дає можливість надавати самий широкий спектр послуг, аж до передачі відео в режимі реального часу. Наступною фазою розвитку стандарту в напрямку збільшення мережної ємності й передачі даних є 1XEV-DO Rev A: передача даних зі швидкістю до 3,1 Мбіт/с у напрямку до абонента і до 1,8 Мбіт/с - від абонента.

4.4.2.3. UMTS.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System – універсальна система мобільного зв’язку) — технологія стільникового зв’язку, що відноситься до покоління 3G. Як спосіб передачі даних через повітряний простір використовується технологія W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access — широкосмуговий множинний доступ із кодовим розподілом каналів, який використовує дві широкі смуги радіочастот по 5 МГц). Ця технологія використовує протоколи HSDPA та HSUPA - протоколи високошвидкісного приймання та передавання пакетних даних, що включають два типи модуляції QPSK та 16QAM, за рахунок чого підвищується швидкість передачі до 7,2 Мбіт/с

В усіх випадках користування послугами мобільного зв’язку не обходиться без мобільного оператора, а отже передбачає допоміжні фінансові витрати.

Приклад 4.2. Передача SMS-повідомлень.

Завдання. Передати SMS-повідомлення з контролера Unitronics до мобільного телефону при спрацюванні внутрішнього біту.

Рис.4.10. Структурна схема системи до прикладу 4.2

Рішення. Так як PLC Unitronics має два порти RS-232/RS-485 з роз’ємами RG-11, а перший використовується для програмування, то перемикаємо порт2 в режим RS-232, а схема модемного кабеля має вигляд як на рис.4.11.

Рис.4.11. Схема з’єднань до прикладу 4.2 Попередньо перед підключенням необхідно підготувати модем: для цього з’єднують модем з PC звичайним модемним кабелем та запускають на виконання в програмному забезпеченні VisiLogic Connection/Modem Services, налаштовують відповідні параметри послідовного порту як показано на рис.4.12 та натискують Prepare PLC-side modem (список АТ-команд попередньої підготовки модему користувач може задати самостійно). Далі складають програму посилки SMS-повідомлення (див. рис. 4.13).

Рис.4.12. Попередня підготовка модему

Рис.4.13. Фрагмент програми посилки SMS-повідомлення

<– 4.3. Бездротовий спосіб обміну

–> 5.ІНТЕРФЕЙС AS-i

Контрольні запитання до розділу 4

1) Що таке символьний спосіб обміну?

2) Як формується кадр при символьній передачі інформації?

3) Розкажіть про призначення та принцип дії модему.

4) Класифікація модемів.

5) АТ-команди модемів: принципи використання.

6) Використання бездротового способу обміну в промисловості.

7) Основні концепції при бездротовій передачі інформації.

8) Класифікація бездротових мереж за територіальним розподілом.

9) 802.15: топологія, призначення, класифікація, основні концепції.

10) Розкажіть про функціонування мереж на основі стандарту 802.15 в промисловості.

11) 802.11: топологія, призначення, класифікація, основні концепції.

12) Як використовуються мережі на основі стандарту 802.11 в промисловості.

13) 802.16: топологія, призначення, основні концепції.

14) Назвіть особливості бездротових модемів стільникового зв’язку.

15) Назвіть основні послуги GSM-зв’язку, що використовуються в промисловості.

16) Наведіть приклад використання GSM-зв’язку в промисловості.

17) Порівняйте основні бездротові стандарти, що використовуються в промисловості.