При выборе антенны для узла учета нужно исходить из того, где этот узел расположен. Например, узлы учета тепловой энергии чаще всего располагаются в
подвальных помещениях зданий, а уровень GSM сигнала ниже поверхности земли всегда будет меньшим, чем на поверхности. Также следует учитывать толщину стен
здания, более толстые и сильно армированные стены, будут дополнительно ослабевать сигнал.
Из опыта эксплуатации, мы делает заключение, что использовать GSM антенны с коэффициентом усиления сигнала ниже 5 дБ (децибел) в узлах учета – непрактично! Это не
значит, что антенны с усилением, например, в 2 дБ не будут работать! Но сеансы передачи данных с такими антеннами могут оказаться нестабильными при пиковых
нагрузках сети GSM, при пасмурной погоде и т.п., что будет приводить к большому количеству ошибок при передаче данных, увеличению количества повторных запросов на получение данных. Эти факторы могут значительно увеличить время соединения или вовсе обрывать сеансы связи.
Фотография GSM антенны на магнитной базе – размещена слева от этого текста. Коэффициент усиления GSM антенны 5дБ, высота GSM антенны 11.5 см.
Если у Вас нет специального оборудования для замера уровня сигнала в узле учета, оценить качество сигнала можно используя мобильный телефон с СИМ картой оператора сотовой связи, такой же, как в модеме. Перемещаясь по территории узла учета и наблюдая за показаниями уровня сигнала на экране мобильного телефона, определите место с максимальным и устойчивым уровнем сигнала, в этом месте и будет целесообразно разместить GSM антенну в Вашем узле учета, не забывайте - отображение уровня сигнала на мобильном телефоне может происходить с небольшой задержкой. Советуем, определив место сигнала таким образом – позвонить с мобильного телефона и проверить качество в телефонном разговоре. Если такое место расположено на значительном удалении от модема и прибора учета, можно воспользоваться антенным удлинителем. Учитывайте, что на 10 метрах антенного удлинителя потери сигнала составят порядка 3.5 дБ.
При плохом уровне сигнала можно попытаться использовать более мощные GSM антенны. На фотографии слева показаны такие антенны с коэффициентами усиления 7 дБ, 9 дБ, 13.5 дБ и высотами, соответственно, 51 см, 61 см и 72 см.
При плохом уровне GSM сигнала пробуйте размещать антенны рядом с дверными или оконными проемами или у стены здания, расположенной ближе к вышке оператора сотовой связи.
В некоторых случаях, при плохом уровне GSM сигнала, помогают антенны направленного действия (фото слева). Коэффициенты усиления у различных антенн этого типа лежат в диапазоне 12дБ – 19дБ.
Как правило, направленные антенны крепятся на наружной стороне стены здания (на уровне 1-2 этажа) при помощи кронштейнов с выносом от 15 до 40 сантиметров. Бывают марки направленных GSM антенн в антивандальном исполнении.
Для улучшения уровня GSM сигнала существуют специальные антенные усилители и GSM репиторы. Они бывают различных принципов действия. Нам в нашей работе, благодаря развитой GSM сети в нашем регионе, не приходилось использовать подобные устройства, поэтому конкретных рекомендаций по этому типу оборудования мы не даем, но упоминаем о нем, как о варианте решения проблемы «слабого уровня сигнала GSM».
При невозможности заказать заводскую GSM антенну, ее легко изготовить самостоятельно. Наиболее простые в изготовлении ромбовидные антенны – рисунок слева. Найти чертеж подобной антенны Вы можете через любой «поисковик» по фразе «Зигзагообразная антенна состоит из восьми замкнутых проводников, образующих две ромбовидные ячейки».
CSD (англ. Circuit Switched Data) — технология передачи данных, разработанная для мобильных телефонов стандарта GSM.
GPRS (англ. General Packet Radio Service — «пакетная радиосвязь общего пользования») — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных.
GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не по времени, проведённому онлайн при CSD.
В CSD режиме соединение с удаленным устройством устанавливается по его телефонному номеру, т.к. эта технология использует передачу данных по голосовым каналам.
В GPRS режиме соединение с удаленным устройством осуществляется по его IP адресу. Для GPRS выделяются каналы связи по остаточному принципу после голосовых каналов, т.е. голосовые каналы у сотовых операторов наиболее приоритетные, чем GPRS каналы.
ВАЖНО:
не все модемы можно настроить таким образом, чтобы после подачи питания модем был готов принимать соединение в GPRS режиме (для соединения с модемом
указывается IP адрес модема и TCP порт, «прослушиваемый» модемом).
Подробнее о том, какие модемы следует использовать в узлах учета - смотрите в ответе на вопрос по типам модемов.
В своей практике мы используем в узлах учета энергоресурсов преимущественно модемы в режиме CSD. Это когда для соединения нужны два модема:
на стороне компьютера сбора данных в офисе;
на стороне теплосчетчика в узле учета.
На сервере сбора данных, программное обеспечение автоматического сбора данных «Кливер Мониторинг Энергии» связывается по расписанию с модемами в узлах учета по телефонным номерам их СИМ карт. В CSD режиме для связи используется модемный пул на сервере. В определенный момент времени через конкретный модем пула может осуществляться сбор данных только с одного узла учета (тип связи точка-точка). Если расписание сбора данных составлено таким образом, что несколько узлов учета имеют задания сбора данных с одинаковым временем, задания будут выполняться поочередно. Как только освободится модем в пуле от выполнения текущей задачи – запустится следующее задание.
При выборе модема для передачи данных в режиме GPRS обращайте внимание на наличие у модели встроенного TCP/IP стека.
Модемы со встроенным TCP стеком можно настроить так, чтобы при включении питания модема он мог принимать входящие соединения по TCP протоколу.
В нашей практике мы очень редко используем эту технологию передачи данных, но когда потребовалась ее реализация, мы свой выбор остановили на модеме Enfora
1208 и позднее Enfora 1218 (фото слева).
Обращаем внимание, что модемы Siemens 35 серии не имеют встроенного TCP/IP стека, а GSM модули 52 серии со встроенным TCP/IP стеком
появились позднее.
В начале двухтысячных годов мы свой выбор остановили на модеме Siemens TC35 (Siemens MC35, в дальнейшем модемы стали выходить под маркой Cinterion MC35) и используем модемы серии 35 (две верхних фотографии слева) до сих пор. После того как модели модемов 35 серии были сняты с производства мы не перешли на использование модемов Cinterion MC52, а сделали выбор в пользу модемов iRZ 52iT (фото слева), несмотря на то, что обе модели используют один и тот же GSM модуль. Дело в том, что в GSM модулях 35 серии была AT команда, позволяющая рестартовать модем через заданное время. В GSM модулях 52 серии данная команда не поддерживается, однако модемы марки iRZ имеют специальный таймер, перезапускающий модем 1 или 2 раза в сутки. Почему функция перезагрузки модема важна в эксплуатации – описано здесь.
Обе модели Enfora 1208 и 1218 сейчас сняты с производства, их заменила модель Enfora 1318 (фото слева).
Для реализации связи по TCP протоколу можно использовать варианты:
Модем (СИМ карта модема) в узле учета имеет фиксированный «белый» IP адрес (доступный в глобальной сети), на стороне сервера сбора данных модем не
нужен, но требуется подключение к интернету.
Закажите у оператора сотовой связи услугу «виртуальная частная сеть» (VPN). Объединив СИМ карты модемов в узлах учета в частную сеть, к этой сети
следует обеспечить доступ с сервера сбора данных!
Обращаем внимание, что для GPRS режима лучше использовать более мощные GSM антенны на модемах.
Не смотря на то, что скорость передачи данных в GPRS режиме может значительно превышать скорости передачи данных в CSD режиме, реальный обмен с прибором
учета будет оставаться на той скорости, что установлена в теплосчетчике (приборе учета).
Продолжительность сеанса связи в GPRS режиме может увеличиться в 2 - 3 раза по сравнению с CSD режимом! Почему такое происходит – читайте здесь.
Многие пользователи GSM модемов сталкивались с проблемой «зависания» модема. Не вдаваясь в детали, заметим, что виновником зависания может быть как сам
модем, так и работа операторов мобильной связи. Вывести модем из зависшего состояния можно за счет выключения и повторного включения (через несколько
секунд) питания модема.
Чтобы не посылать на узел учета персонал для проделывания этой операции, можно делать перезагрузку модема автоматически, одним из следующих способов:
Ознакомьтесь с описанием AT команд своего модема, возможно у него есть команда автоматического рестарта! Например, у модемов Siemens (Cinterion) MC35 –
эта команда AutoExec. Поданная в модем из терминальной программы команда AT^SCFG="AutoExec",1,1,2,5,"AT+CFUN=0,1","001:00:00"<Enter> приведет к
тому, что модем будет делать перезагрузку через каждый час.
Внимание: в модемах Siemens (Cinterion) MC52 – такой команды нет!
Используйте модемы, оснащенные сторожевыми таймерами (Watchdog), перезагружающие модем через определённый промежуток времени. Например, модемы
iRZ
имеют такие таймеры, осуществляющие перезагрузку модема 1 или 2 раза в сутки.
Уточняйте у своих поставщиков модемов, возможно у них есть устройства для конкретных модемов или модели модемов с контроллерами перезагрузки.
Контроллер следит за состоянием GSM модема, выявляет случаи зависания GSM модуля или сбоя работы SIM карты и перезагружает или обесточивает модем
(модуль) на определённый промежуток времени.
Подключайте питание модема через реле времени, которое через определенный интервал времени будет отключать питание модема на несколько секунд или минут.
Не забывайте о том, что СИМ карты крадут из узлов учета – такое случается! Совет: не держите много денег на балансе карты, а если Вы используете
корпоративную сеть – устанавливайте денежные лимиты на каждую СИМ карту!
Для передачи данных в CSD режиме.
При передаче данных в CSD режиме используются голосовые каналы и повременная тарификация, а объем переданной информации не учитывается.
Для считывания данных со счетчиков узлов учета энергоресурсов Вам понадобится:
СИМ карты для каждого модема узлов учета с любым минимальным тарифным планом (все входящие звонки не тарифицируются). СИМ карта должна иметь включенную
услугу «CSD передачи данных», она же «прием факсов»;
СИМ карта (карты) для исходящих звонков с модемом, подключенных к серверу сбора данных, лучше иметь с безлимитным тарифом или тарифной опцией.
ВАЖНО:
Обратите внимание, что у многих операторов сотовой связи, тарифы со словом «Безлимитный» в названии на самом деле имеют ограничение, например, в 3000 или
5000 минут в месяц! При сборе данных с круглосуточно задействованным модемом этот лимит будет превышен через несколько дней, далее включается поминутная
тарификация! Нам нужен действительно безлимитный тариф, для круглосуточных звонков с модема в течение месяца. Если у Вашего сотового оператора такого
тарифа нет, просите оператора объединить все СИМ карты в корпоративную сеть, а для СИМ-карты, с которой будут осуществляться звонки выбрать подходящий
тариф или тарифную опцию для круглосуточных CSD вызовов (отправки факсов). Такая карта в зависимости от региона РФ будет обходиться в 2000 – 3000 рублей в
месяц.
Пример:
для Северо-Западного филиала ОАО «МегаФон» раньше был действительно безлимитный тариф за 2000 рублей в месяц, а потом появилась тарифная опция «безлимитная
сеть» с абонентской платой 175 рублей в месяц.
Для передачи данных в GPRS режиме.
При передаче данных в GPRS режиме (пакетная передача данных) используются логические каналы, распределяемые по остаточному принципу после «голосовых
каналов». Режим GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации.
Очень грубо объем трафика можно рассчитать исходя из того, что для большинства приборов учета блок бинарных данных, состоящий из: 24 часовых записей, 1
суточной записи, 1 записи текущих параметров, 1 записи с итоговыми параметрами, 1 записи с системной информацией, - составляет порядка 20 Кбайт.
Из опыта, можем сказать, что при хорошем уровне GSM сигнала, а также частоты опроса прибора учета – затраты на одну СИМ карту для модема в узле учета
составляют от 3 до 15 рублей в месяц. В случаях с плохим уровнем GSM сигнала в узле учета могут происходить постоянные обрывы соединений, потребуются
повторные попытки запросов к прибору учета и т.п. Все эти факторы могут увеличить затраты на одну СИМ карту для модема в узле учета до 100 – 200 рублей в
месяц!
Если у Вас для доступа к приборам учета на сервере сбора данных также используется GPRS модем – для него лучше иметь СИМ карту с безлимитным тарифом на
пакетную передачу данных. Если имеется возможность обеспечить доступ к узлам учета с сервера сбора данных через «проводной» интернет – лучше использовать
этот вариант.
Принцип настройки модемов одинаков для любых марок модемов, однако некоторые команды могут отличаться в синтаксисе для различных марок модемов. Если при подаче в модем AT команд, приведенных в этом описании, Вы получите от модема сообщение об ошибке (ERROR), - обратитесь к описанию AT команд Вашего модема.
Порядок настройки GSM модемов SiemensМС35 для работы с вычислителями
Настройка удаленного модема, подключаемого к теплосчетчику в узле учета:
Было обнаружено, что при обработке AT команд модемы ведут себя нестандартным образом. В частности, если ввести в блоке несколько команд подряд, одна из
которых не поддерживается модемом (например, AT&F&R1E0V0&D0X0<Enter>), то модем вернет код OK, несмотря на то, что одна или несколько команд не будут выполнены успешно. Кроме того, при
выполнении множественных команд в одном блоке запись в энергонезависимую память модема происходила не для всех команд блока. Поэтому настройку удаленного
модема следует проводить поэтапно, записывая 1-2 команды в блоке. Настройку модема можно проводить, используя стандартную утилиту Windows “HyperTerminal”
или любую другую терминальную программу. Для начала работы с HyperTerminal следует:
Подключить модем к свободному СОМ – порту компьютера стандартным модемным кабелем;
Запустить программу HyperTerminal (Пуск-Программы->Стандартные->Связь->HyperTerminal);
Открыть->Файл – Новое подключение;
Ввести любое имя подключения и нажать ОК;
Выбрать СОМ – порт, к которому подсоединен модем;
Выбрать скорость обмена 9600 бит/сек., число битов – 8, четность – нет, число стоповых битов – 1, управление потоком - нет;
Набрать AT&V<Enter>;
Если на экране появился список настроек модема, значит, все в порядке и можно приступать к настройке. В противном случае, следует выяснить причину, по
которой нет связи с модемом.
Далее приводится процедура настройки удаленного модема, после которой было установлено устойчивое соединение с вычислителем:
AT&F<Enter>;
ATS0=1<Enter>;
AT&D0<Enter>;
AT&S1<Enter>;
AT+IPR=9600<Enter>(скорость соответствующая скорости, установленной в вычислителе. Если значение отличное от 9600 - потребуется переустановить скорость в терминальной программе перед выполнением следующих команд);
AT^SCFG="AutoExec",1,1,2,5,"AT+CFUN=0,1","001:00:00"<Enter> (только для МС-35i);
AT&W<Enter>
AT^SMSO<Enter>.
AutoExec - Данная команда выполняет заданную AT команду AT+CFUN=0,1(reset) каждый час. Команда AT^SMSO – запомнить доп. настройки, после нее модем
перестает мигать. Вернуть в рабочее состояние – через 30 секунд отсоединить и вновь присоединить разъем RS232 или питания со стороны модема.
После этого следует кратковременно обесточить модем, и набрав AT&V<Enter>, убедиться в том, что все введенные настройки сохранились в
энергонезависимой памяти модема. Если одна или несколько настроек не сохранились, их следует ввести повторно и сохранить в память командой
AT&W<Enter>. После успешной настройки модема, его можно отключить от компьютера и подключить к вычислителю.
Настройка местного модема, подключаемого к серверу сбора данных:
В качестве строки инициализации местного модема надо указать AT&F. Далее можно установить связь с вычислителем.
Принцип настройки модемов одинаков для любых марок модемов, однако AT команды, выполняющие шаги настройки могут существенно отличаться для различных марок
модемов, поэтому команды снабжены комментариями. В таблице приводится набор команд, позволяющий настроить модем Enfora на соединения в режиме CSD и режиме
GPRS. В CSD режиме для соединения с модемом используется телефонный номер СИМ карты, а в GPRS режиме - IP адрес СИМ карты и TCP порт. Т.е. модем
настраивается на работу в режиме TCP-сервера, когда модем прослушивает TCP порт, задаваемый пользователем, по фиксированному IP адресу СИМ карты.
AT команды модема Enfora
Описание AT команд, комментарии
AT&F
Перед программированием лучше дать эту команду, сохранить по at&w, передернуть питание и вернуться в этот пункт
AT+CGDCONT=1,”IP”,”FixedIP.nw”
Определяет контекст PDP для GPRS (FixedIP.nw – для МегаФон Северо–Запад, иначе - узнать у оператора связи)
AT$ACTIVE=0
0 – режим TCP сервера; 1 – TCP клиента
AT$PADSRC=0….65535
Задать номер порта для соединений, например 8000. Модем будет прослушивать порт с этим номером.
AT$AREG=2
Авто регистрация в сети GPRS. 0=выкл, 1-вкл, 2-вкл(если @hostif = 1 или 2 – модем зарегистрируется и перейдет в режим данных, если 0 или 3
– модем останется в командном режиме)
At$padcmd=0000
Запретить добавлять символы к данным, возможны настройки
Bit 1, 1 = Enable Forwarding on Character defined by $PADFWD
0 = Disable Forwarding on Character defined by $PADFWD
Bit 2, 1 = Forward Character defined by $PADFWD with the data
0 = Do not forward Character defined by $PADFWD with the data
Bit 8, 1 = Enable $PADBS Character.
0 = Disable $PADBS and send $PADBS character with the data.
AT$PADTO=1
Количество (в десятых долях) секунд таймаута передающего буфера. Если =0 данные не будут передаваться пока не произойдет одно из двух
событий: встретится управляющий символ (передать данные см. padcmd и связанные команды) или заполниться буфер.
Важно: значение 1 подбиралось опытным путем для теплосчетчика ВКТ-5, в Вашем случае – может быть другое значение!
AT$HOSTIF=2
2-Установить TCP сессию
0 = Establish normal external Dial up networking modem to network connection.
1 = Establish UDP PAD session. Upon establishment of a network activation, a CONNECT message will be displayed. “No Carrier” or error will
indicate failed or terminated UDP PAD session.
2 = Establish TCP PAD session Upon establishment of a network activation, a CONNECT message for at$active=1, or a LISTEN message for
at$active=0 will be displayed. “No Carrier” or error will indicate failed or terminated TCP PAD session.
3 = Establish non-GPRS PPP connection.
AT+IFC=0,0
Отключить управление потоком. Если в теплосчетчике или другом приборе учета управление потоком включено и двунаправленное, этот параметр
должен иметь значение 2,2. Т.е. значение параметра должно соответствовать настроечному параметру «управление потоком данных» в приборе
учета.
AT&C0
DCD – всегда вкл. Иначе нет связи по TCP.
AT&D0
Со значением &D2 – TCP связывается, но CSD - нет
AT S0=1
Брать трубку на Первый звонок (CSD режим)
AT+IPR=9600
Скорость как у вычислителя, может потребоваться установить такую же скорость в терминальной программе для восприятия последующих команд
Многие приборы учета используют для обмена с внешними устройствами стандарт MODBUS RTU. На рисунке ниже приведена схема MODBUS сообщения.
Не вдаваясь в технические детали, заметим, что в RTU режиме сообщение (запрос или ответ) начинается и заканчиваться интервалом тишины,
равным временем передачи не менее 3.5 символов при данной скорости в сети. Если во время передачи фрейма возникает интервал тишины
продолжительностью 1.5, принимающее устройство должно игнорировать этот фрейм как неполный. Новое сообщение должно начинаться не раньше 3.5
интервала иначе будет устанавливаться ошибка!
Между отдельными байтами сообщения также должны выдерживаться временные интервалы.
При пакетной передаче данных (GPRS) модем, подключенный к прибору учета, использует, например, TCP/IP протокол. Особенностью TCP/IP
протокола является гарантированная доставка до адресата сообщения в том виде, в котором оно было отправлено. Если
достоверные данные до адресата доставить нельзя – соединение разрывается. При этом временные интервалы между отдельными байтами сообщения
могут не соответствовать правилам MODBUS RTU протокола.
Получается, что прибор учета может игнорировать поступающие запросы. Очевидно, что при плохом уровне сигнала в сети или если сеть
перегружена, нераспознанных прибором учета запросов будет больше. А компьютер, пославший запрос, будет ожидать 1-2 секунды ответа от
прибора, прежде чем отправить повторный запрос. Именно эта ситуация и приводит к увеличению времени сеанса связи или делает обмен с
прибором учета вообще невозможным!
Если используемый Вами теплосчетчик имеет возможность переключать протоколы обмена, используйте для пакетной передачи данных MODBUS TCP или
символьные (ASCII) протоколы обмена.
