Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2003 №3

Новый GSM / GPRS модуль WAVECOM со встроенным стеком TCP/IP

Алексеев Виктор


С помощью новой модели GSM/GPR-модуля WAVECOM со встроенным стеком TCP/IP можно обойтить бес специализированных выделенных сетей и другого дорогостоящего оборудования! Достаточно лишь подключиться к соответствующему модулю или модему и мгновенно получить IP-доступ. Новая модель GSM/GPRS-модуля - Q2406B, не имеющая аналогов позволяет контролировать удаленные объекты по сетям Интернет, передавать MMS и файлы в режиме GPRS.

Схемы и основные протоколы сети GSM, поддерживающей GPRS

Упрощенная схема сети GSM, поддерживающей GPRS, показана на рис. 1. На этом рисунке английские названия блоков приведены в виде аббревиатуры, которая обычно используется в технической литературе. Например, BTS — Base transceiver station и т. д. Подробная расшифровка аббревиатур приведена в книге по технологии GPRS [1]. Процесс выхода мобильного терминала (MS) во внешние сети соответствует правой части схемы рис. 1 (MS ®BTS ®BSC ®TRAU ®MSC ®HLR ®GMSC ®ISDN).

Упрощенная схема сети GSM, поддерживающей GPRS

Подсистема GPRS представляет собой структуру, «параллельную» классической GSM (левая часть схемы). В сетях с поддержкой GPRS контроллер базовых станций (BSC) содержит дополнительный блок контроллера пакетов данных (PCU). В состав приемопередающих базовых станций (BTS) входит дополнительное устройство кодировки каналов (CCU).

Регистр абонентов (HRL) дополнен блоком (PDP), содержащим информацию о клиентах, пользующихся GPRS. Для управления и обслуживания режима GPRS в подсистеме дополнительно введен блок SGSN. Этот блок выполняет операции по контролю доставки пакетов данных, проверке разрешений на запрашиваемые услуги, взаимодействию с абонентским регистром. Функции шлюза, межсетевого взаимодействия сети GSM с сетями пакетной передачи данных, а также функции маршрутизации и адресации возложены в подсистеме GPRS на блок GGSN. Для работы в GPRS мобильный терминал должен содержать дополнительное программное обеспечение.

При работе в режиме GPRS абонент выступает как внешний (по отношению к GSM) пользователь сети передачи данных. В этой сети абоненту присваивается статический или динамический адрес (PDP), по которому идет обмен внешними информационными пакетами. Работа в сети достаточно подробно описана в литературе [1–3].

Упрощенная схема передачи данных через Интернет в режиме GPRS показана на рис. 2.

Как правило, выделяют три основных уровня протоколов Интернет, соответствующих 7-уровневой модели протоколов OSI (Open Systems Interconnection)— сетевой, транспортный и прикладной (IP, TCP/UDP и, например, HTTP). Протокол PPP — это протокол инкапсуляции других протоколов для передачи по соединению между двумя точками (point-to-point protocol).

Передача пользовательской информации от MS к внешним сетям и обратно реализуется в соответствии с IP-протоколом. IP (Internet Protocol) — это стандартный интернет-протокол сетевого уровня для передачи данных с коммутаций пакетов. Протокол IP предназначен для пересылки пакетов данных по сетям связи без установления логического соединения. При этом каждый пакет маршрутизируется индивидуально с помощью IP-адресов получателя [4]. Каждому узлу, называемому хостом (Host), присваивается уникальный адрес в виде 32-разрядного двоичного числа (четыре байта), которое записывается в десятичном виде, например 130.132.59.234. В настоящее время используются в основном две версии IP-протокола — v4 и v6. В шестой версии введена дополнительная система идентификации, а также 128-битная адресация (вместо 32-битной в v4).

Характерной чертой IP-протокола является надежность процесса маршрутизации. Так, например, маршрутизатор ищет обходные пути доставки по необходимому адресу в случае, когда основной маршрут недоступен [4].

Однако у протокола IP есть и свои недостатки (например, отсутствие встроенных механизмов управления трафиком). В случае, если данные поступают на перегруженный маршрутизатор, часть пакетной информации может просто потеряться (маршрутизатор отбрасывает или вообще не успевает принимать пакеты).

Связь между SGSN и GGSN осуществляется по протоколу GTP. Протокол GTP (GPRS Tunnelling Protocol) используется для организации канала передачи пакетов данных и оповещения конкретных абонентов. GTP осуществляет инкапсуляцию пакетов данных на передающей стороне и декапсуляцию на приемной стороне.

TCP (Transmission Control Protocol) — стандартный интернет-протокол транспортного уровня, который может быть использован для передачи инкапсулированных GTP-пакетов данных между узлами GPRS. Этот протокол обеспечивает надежную передачу данных с подтверждением получения пакетов и повторной передачей пропавших или поврежденных пакетов [5]. Недостатки, связанные с потерей данных при передаче, устраняются при использовании TCP/IP-стека. Если при передаче в стеке TCP/IP обнаружена ошибка, то сегмент данных будет передаваться снова, до тех пор, пока не будет получено подтверждение успешной доставки.

Протокол UDP обеспечивает передачу данных без подтверждения о доставке. Этот протокол более высокоскоростной, но менее надежный. С помощью этого протокола можно также осуществлять широковещательную доставку пакетов в пределах одной IP-сети.

Протоколы TCP и UDP используют понятие порта. Это позволяет разделять доступ по сети к различным приложениям, работающим в одной программной среде.

Каждому приложению может быть выделено несколько уникальных портов в системе.

Комбинацию <адрес>+<No порта> называют TCP socket.

Адрес с указанием порта записывается, например, так — 1.2.3.4:5

Протокол UDP также имеет адресацию портов [6].

Для преобразования символьных имен хостов в Интернете в цифровые значения IP-адресов (и обратно) используется протокол прикладного уровня — DNS (Domain Name System). В состав оборудования сети GPRS входит сервер системы доменных имен (DNS-cервер), обеспечивающий такое преобразование.

Передача файлов между локальным и удаленным хостами реализуется с помощью протокола FTP (File Transfer Protocol) [7].

Протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol) является основным тексто-ориентированным протоколом, предназначенным для получения информации с веб-сайтов [8].

POP3 (Post Office Protocol) — тексто-ориентированный протокол, используемый для получения электронной почты с удаленного сервера [9].

SMTP (Simple mail transfer protocol) — это протокол для отправки почты по сети Интернет.

Подробную информацию о протоколах Интернет, используемых при передаче данных в режиме GPRS, можно найти во множестве публикаций [1, 11].

GSM/GPRS-модуль Q2406B со встроенным TCP/IP-стеком

Для реализации передачи данных в режиме GPRS необходим программно-аппаратный комплекс, поддерживающий TCP/IP-протоколы. Обычно такой комплекс включает в себя GSM/GPRS-терминал, компьютер и программное обеспечение TCP/IP. В ряде задач, связанных с передачей больших объемов данных и GSM-телеметрией, вместо компьютера в удаленных терминалах используется дополнительный TCP/IP-чип с «зашитым» программным обеспечением.

Новая разработка WAVECOM — GSM/GPRS-модуль Q2406B со встроенным TCP/IP-стеком не требует никаких дополнительных внешних устройств для передачи файлов и работы с электронной почтой. Это позволяет создавать малогабаритное, надежное и дешевое оборудование для систем промышленной телеметрии, сложных охранных устройств, систем передачи ММС.

Серия Q24ххх представляет собой базовые модели модемов WAVECOM третьего поколения.

Q24ххх — это двухканальные GSM/GPRS-модули (E-GSM/GPRS 900/1800 МГц), совместимые со стандартом ETSI GSM Phase 2+ (GSM/GPRS, класс 10).

Модули Q24ххх не являются полностью законченными изделиями. Для запуска этих модулей в работу необходимы некоторые дополнительные внешние компоненты и устройства, такие как источник питания, держатель SIM-карты, антенна, соединительный кабель последовательного порта.

Внешний вид GSM/GPRS-модулей серии Q24ххх показан на рис. 3. Размеры Q24ххх составляют всего 58.32.3,9 мм, а вес равен 11 г.

Благодаря этому GSM/GPRS-модули серии Q24xxx можно использовать в малогабаритном переносном оборудовании. Подробную информацию о Q2406B можно найти в документации [12]. Ниже приведены основные технические характеристики этой модели.

Технические характеристики

  • 2 Вт EGSM 900/GSM 850 МГц.
  • 1 Вт GSM 1800/1900 МГц.
  • Flash — 32 Мбит, SRAM — 4 Мбит.
  • GPRS, класс 10.
  • Встроенный стек TCP/IP.
  • Полная поддержка всех функций GSM Phase 2+.
  • Открытая перепрограммируемая платформа Open AT, v.2.0.
  • Напряжение питания: 3,6 В (возможность прямого подсоединения к Li-Ion аккумулятору).
  • Ток потребления:
    – в выключенном режиме — 5 мкА;
    – в режиме ожидания — 2,2 мА;
    – в рабочем режиме — от 75 до 300 мА;
    – максимальный импульсный ток при регистрации в сети — 1,7 А (в течение 580 мкс).
  • Часы реального времени, календарь.
  • Функции заряда аккумулятора.
  • Функции подавления шума и эффекта «эхо».
  • Габаритные размеры — 58.32.4 мм.
  • Вес — 11 г.
  • Температура эксплуатации — от –20 до +55 °С.
  • Температура хранения — от –30 до +85 °С.

Интерфейсы (60-контактный разъем)

  • Интерфейс электропитания (3,6 В, Vbat, Vdd).
  • Интерфейс заряда аккумуляторов (CNG_IN, BAT_TEM).
  • Интерфейс питания внешних устройств (2,9 В, 10 мА).
  • Интерфейс SIM-карты, 3 В (SIMVCC, SIMRST, SIMCLK, SIMDATA, SIMPRES).
  • Последовательный интерфейс, протокол V24 (Tx data, Rx data, Request To Send, Clear To Send, Data Terminal Ready, Data Set Read Data Carrier Detect, Ring Indicator).
  • Дополнительный последовательный интерфейс, Bluetooth connectivity (Tx data, Rx data, Clear To Send, Ready To Send) не поддерживаемый АТ-командами.
  • SPI-шина (Serial Clock, SPI Data, SPI Enable).
  • Дополнительная SPI-шина, не поддерживаемая АТ-командами (Serial Clock, SPI Data, Aux. Enable).
  • Двухпроводной интерфейс (Serial Clock, Data).
  • Аудиоинтерфейс (MIC1+bias, MIC2, SPK-dif, SPK-sing).
  • Интерфейс клавиатуры (5 строк/5 колонок).
  • LCD-интерфейс, не поддерживаемый АТ-командами (для подключения необходим внешний драйвер LCD).
  • Вводы-выводы общего назначения (CMOS/2X, CMOS/2X, CMOS/2X, 3X, 1X, CMOS).
  • Резервные вводы-выводы общего назначения, не поддерживаемые АТ-командами (CMOS/2X, CMOS/2X, CMOS/2X, 3X).
  • АЦП (10 бит, 0–2,8 В).
  • Внешнее управление (ON, OFF, BOOT, RESET).

Характеристики IP-связи

Базовое программное обеспечение
  • eDevice SmartstackTM, IP.
Соединение ISP
  • Совместимость с PPP RFC, подключение к любому ISP.
  • Один динамический адрес IP на устройство.
TCP/IP
  • IP v4, гарантированная совместимость с RFC.
  • Доступ к TCP socket для специализированного использования.
TCP socket
  • Открытие/закрытие сессии на определенном порте.
  • Использование на входящих или исходящих соединениях (listen/open).
  • Специальное программное обеспечение для крупных производителей.
DNS-клиент
  • Определение доменного имени.
E-mail-клиент
  • Отправка почты, включая предварительно подготовленные сообщения (SMTP).
  • Прием почты (POP3).
Клиент FTP
  • Прием и передача файлов.
Управляющий уровень
  • Управление интернет-соединением.
  • Автоматическая инициализация.
  • Автоматический прием или передача почты для независимой конфигурации, ежемесячное обновление, файлы статистики.
Последовательный интерфейс
  • Передача данных.
  • АТ-команды.
Расширенное программное обеспечение
  • Полный набор стандартных АТ-команд.
  • Специальные АТ-команды для интернет-связи.
  • Совместимость с внешним приложением «Open AT».
Дополнительно заказываемые приложения — «Open AT»
  • Разработка и отладка программного обеспечения под конкретные задачи пользователей.
  • Компиляция пользовательских приложений и загрузка в Flash-память модуля.
  • Использование встроенного микропроцессора Q2403 для обслуживания внешней периферии.
  • Объем пользовательских приложений: Flash — 512 кбит, RAM — 128 кбит, E2P — 64 кбит.
  • Безопасный PIN-код (приложение автоматически вводит PIN-код при старте, предотвращая взлом).
  • Возможность замены внутренних приложений по сетям Интернет.
  • Контроль удаленных устройств по сетям Интернет.
  • Выполнение встроенных приложений при неработающем модуле GSM.

Работа с электронной почтой и передача файлов

GSM/GPRS-модуль Q2406B позволяет легко и быстро подключаться к Интернету без проводов. Встроенный стек TCP/IP дает возможность работать с электронной почтой, эффективно передавать данные в режиме GPRS, осуществлять мониторинг, поиск и обновление информации в сетях Интернет.

Управление модулем при работе со стеком TCP/IP реализуется с помощью специальных АТ-команд [13]. Программное обеспечение модуля Q2406B: ICMP, DNS, SMTP, POP3, FTP, TCP socket.

Благодаря встроенным блочным функциям, практическое использование модуля отличается исключительной простотой и надежностью.

Например, работа с электронной почтой строится по следующему алгоритму [14].

Звонок по номеру оператора сотовой связи (ОСС):


AT#DIAL1N3254408
Имя ОСС:
AT#ISPUNmegachip@megafon.ru
Пароль:
AT#ISPPWmegaelectronika
SMTP-сервер:
AT#SMTPSERVmega.megafon.ru
Имя пользователя SMTP:
AT#SMTPUNmega. electronika%megafon.ru
Пароль SMTP:
AT#SMTPPWgsm_gprs
Домен SMTP:
AT#DOMAINsmtp.megafon.ru
Адрес отправителя:
AT#SENDERvictor@megafon.ru
Почтовый ящик:
AT#BOXNAMEvictor_Alekseev
POP3-сервер:
AT#POP3SERVpop3.megafon.ru
Имя пользователя POP3:
AT#POP3UNvictor.alekseev%megafon.ru
Пароль POP3:
AT#POP3Pwgsm_gprs_modem
Адрес получателя:
AT#RECXalekseev@megachip.ru
Тема:
AT#SUBJXwanted_gsm_modem
Тело письма:
AT#BODYXEnter
«Please send me more information about Q2406B»
Ctrl+Enter

Письмо отправлено.

С аналогичной легкостью осуществляется отправка и прием файлов [13, 14].

Дополнительную информацию о модемах Wavecom можно найти на сайте http://www.megachip.ru/support/wavecom/.

Литература

  1. М. А. Кузнецов, П. С. Абатуров, И. Ю. Никодимов, Н. В. Певцов, А. Е. Рыжков, М. А. Сиверс. GPRS — технология пакетной передачи данных в сетях GSM. СПб: Судостроение. 2002.
  2. Д. Прозоровский. GPRS: Пакеты по воздуху. http://daily.sec.ru/dailypblshow.cfm?pid=6755.
  3. В. Алексеев, Д. Моисеенко. GSM/GPRS-модемы WAVECOM и пакетная передача данных в системах GSM/GPRS-телеметрии //Компоненты и Технологии. 2003. No 2.
  4. RFC 791. http://www.faqs.org/rfcs.
  5. RFC 793. http://www.faqs.org/rfcs.
  6. RFC 1700. http://www.faqs.org/rfcs.
  7. RFC 768. http://www.faqs.org/rfcs.
  8. RFC 959. http://www.faqs.org/rfcs.
  9. RFC 1945. http://www.faqs.org/rfcs.
  10. RFC 1460. http://www.faqs.org/rfcs.
  11. RFC 1180. Tutorial TCP/IP. http://www.faqs.org/rfcs.
  12. Q2406 and Q2426 Product specification. WM_PRJ_Q2400_PTS_002. 2002.
  13. AT Commands Interface for TCP/IP. For eDsoft-302 v0.1. F. D. eDevice. WAVECOM SA. Jan, 2003.
  14. Setup TCP/IP stack, sending/retrieving email and ftp transfer. User manual. 06/12/2002. WAVECOM SA.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке