Печать
Категория: Статьи

Проводимая в России реформа ЖКХ требует проведения учета тепла между поставщиками и потребителями, оценки фактического потребления и качества теплоносителя. Для учета потребления тепла были созданы специальные измерительные приборы - теплосчетчики. Они устанавливаются в элеваторных узлах зданий, доступ в которые ограничен, но периодический доступ к ним необходим для считывания показаний, причем, чем чаще, тем оперативнее учет. Поэтому актуальным вопросом является создание телеметрической сети для обслуживания теплосчетчиков.

Теплосчетчики снабжены интерфейсами RS-232/485, но создание проводной инфраструктуры специально для теплосчетчиков экономически нецелесообразно, поэтому в последнее время наиболее перспективным направлением создания масштабных телеметрических сетей является использование общедоступных сетей передачи данных (Интернет) с доступом оконечных устройств через сети сотовой связи с пакетной коммутацией данных. Это позволяет обойтись без строительства сети как такового, ведь каналы передачи данных уже созданы и обслуживаются операторами связи, остается только установить приемо-передающее оборудование. Выбор приемо-передающего оборудования как раз и является тем ответственным шагом, который определяет производительность и надежность сети.

Рассмотрим достоинства и недостатки возможных аппаратных решений.

Стоит также упомянуть модемы со встроенной операционной системой (QNX, J2ME и т.д.). В этом случае над программной платформой ОС создают систему с любой заданной функциональностью, но опять-таки за достаточно высокую цену. Хотя несомненные плюсы в простоте написания приложений под ОС и большое количество аппаратных модулей в таких устройствах (таймеры, счетчики, порты ввода-вывода, многоканальные ЦАП и АЦП и т.д.) делают такое решение привлекательным для специфических задач телеметрии. Однако в случае с проектированием систем для ЖКХ критичным фактором является стоимость таких устройств.

Таким образом, второй способ видится наиболее перспективным при организации телеметрической сети в ЖКХ. Однако на проблемах установки связи с модемами следует остановиться подробнее, ввиду необходимости решения этих вопросов при практической реализации такой сети.

Итак, суть проблемы заключается в том, что устройствам GPRS назначаются динамические адреса с помощью службы DHCP. Это избавляет оператора от необходимости вручную настраивать сеть и исключает возможные конфликты IP - адресов, но приводит к тому, что адрес мобильного устройства в сети заранее неизвестен. Решить проблему можно несколькими способами:

Второй способ опять-таки более предпочтительный, т.к. не использует телефонную сеть, которая ограничивает быстродействие первой схемы. Ограничение следует из скорости установки GSM связи, - на практике она колеблется от 5 до 12 сек. Таким образом, за минуту мы «обзваниваем» не более 12 модемов, при условии времени сеанса 30 сек. Сервер одновременно обслуживает 6 соединений. Использование SMS не гарантирует время отклика на запрос, т.к. не гарантировано время доставки SMS и собственно доступность GPRS канала для обратной связи. Во втором случае число соединений лимитируется шириной канала связи сервера с Интернет и может достигать 250 и более одновременных подключений. Однако возникает еще одна проблема – трансляция адресов на выходе из сети оператора.

Корни этой проблемы уходят в историю собственно Интернета. Так, проблема адресации связана с масштабными темпами роста сети Интернет, о которых разработчики протокола IPv4 и подумать не могли. Адреса в Интернет имеют размерность в 32 бит, она фиксирована и потому предельное количество хостов в сети, предусмотренное протоколом не может быть увеличено. Ввиду дефицита «реальных адресов» (уникальных во всей сети Интернет), были разработаны системы трансляции «серых адресов» (адреса вида 10.х.х.х, 172.16.х.х-172.32.х.х, 192.168.х.х) в реальные, т.н. NAT. Таким образом, большинство сотовых операторов выдает своим GPRS - абонентам серые IP - адреса. В этом случае при прохождении UDP пакетов к серверу мы видим не обратный адрес модема, а один из адресов пограничного маршрутизатора в сети сотового оператора.

Стоит также отметить, что проблема серых адресов актуальна на сегодняшний день во всем мире и не только при разработке решений для автоматизации, поэтому ведется разработка нового транспортного протокола IPv6 взамен IPv4, - это устранит не только проблему серых адресов, но и другие проблемы, связанные с маршрутизацией и классами сервиса.

В нашем же случае проблему серых адресов можно решить только отдав инициативу установки связи модему, как и в случае с DHCP, однако ввиду указанных выше недостатков способа, для масштабной сети автоматизации предпочтительней использовать реальные адреса.

Операторы сотовой связи предлагают решения для организации сетей передачи данных ввиду интереса к телеметрии с точки зрения расширения корпоративного сектора, например, «Fixed-IP» и «Real-IP». Эти услуги предполагают назначение модему реального IP - адреса в сети Интернет, доступного из любой точки сети. Однако существуют также компромиссные решения, представляющее собой комбинацию решений проблем с трансляцией. При этом не требуется покупка у оператора дополнительных услуг, что является важным для небольших телеметрических сетей. Повышенный уровень ошибок в этом случае компенсируется увеличенным числом повторов передачи за счет отсутствия абонентской платы за IP - адрес.

Также следует обратить внимание на возможность отсутствия доступа к сети GPRS вследствие перегрузки сети голосовым трафиком. Решение проблемы – элементарное планирование повторов неудачных попыток доступа. Однако, для организации сетей телеметрии реального времени GPRS не пригоден из-за непрогнозируемых ошибок доступа, но учитывая степень развития современных сотовых сетей, это не должно оказать существенного влияния на производительность телеметрических сетей, не использующих в процессе передачи данных компоненты, работающие в режиме реального времени, например, пропорциональное управление.

Таким образом, при построении сети автоматизации учета тепла в ЖКХ в силу масштабности системы, требуется высокопроизводительное решение для сети, позволяющее одновременный опрос большого количества приборов учета тепла. Сеть IP как раз и является таким высокопроизводительным решением. GPRS в данном случае как масштабный и доступный канал для IP – достаточно выгодное решение – и рассмотрение вопросов, связанных с GPRS - важный шаг к проектированию, внедрению и эксплуатации подобных сетей.

Список литературы

  1. М.А. Кузнецов, П.С. Абатуров. GPRS – технология пакетной передачи данных в сетях GSM. СПб: Судостроение, 2002.

  2. http://book.itep.ru/ - Электронные книги об архитектуре и протоколах Интернет. Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ).

  3. Е.Д. Консон. Масштабные и низкозатратные системы диспетчеризации. Энергосбережение.

  4. Белоусов Р.А., Лызуненко П.А., Музычук Р.И., Фискин Е.М. Особенности передачи данных с помощью GPRS. Современные проблемы радиоэлектроники. Доклады Межвузовской конференции посвященной 110-летию изобретения радио. ИрГТУ, 2005.

  5. Белоусов Р.А., Фискин Е.М. Информационно-измерительная система «КУМИр ТЕПЛОКОМ» - новое решение для масштабных систем автоматизации учета тепла в ЖКХ. Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. ИрГТУ, 2006.