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).

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

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.
Д. Прозоровский. GPRS: Пакеты по воздуху. http://daily.sec.ru/dailypblshow.cfm?pid=6755.
В. Алексеев, Д. Моисеенко. GSM/GPRS-модемы WAVECOM и пакетная передача данных в системах GSM/GPRS-телеметрии //Компоненты и Технологии. 2003. No 2.
RFC 791. http://www.faqs.org/rfcs.
RFC 793. http://www.faqs.org/rfcs.
RFC 1700. http://www.faqs.org/rfcs.
RFC 768. http://www.faqs.org/rfcs.
RFC 959. http://www.faqs.org/rfcs.
RFC 1945. http://www.faqs.org/rfcs.
RFC 1460. http://www.faqs.org/rfcs.
RFC 1180. Tutorial TCP/IP. http://www.faqs.org/rfcs.
Q2406 and Q2426 Product specification. WM_PRJ_Q2400_PTS_002. 2002.
AT Commands Interface for TCP/IP. For eDsoft-302 v0.1. F. D. eDevice. WAVECOM SA. Jan, 2003.
Setup TCP/IP stack, sending/retrieving email and ftp transfer. User manual. 06/12/2002. WAVECOM SA.

Скачать статью в формате PDF

Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке

Рубрикатор

События

Наши новости

Новости

Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама