Analogová telefonní linka a modem versus GSM/GPRS

V současné době se v mnoha případech ruší analogové telefonní linky a postupně se přechází na sítě GSM. Tento trend je způsoben nepříznivým vývojem telekomunikačních poplatků na pevných linkách. Telefonování přes mobil není nijak výrazně drahé, navíc je možné telefon s sebou přenášet kamkoliv. Rychlost připojení na internet přes GSM je už také solidní – ovšem závisí na konkrétní použité metodě přenosu. Nejstarší typ připojení je klasické datové spojení (s analogovým protokolem nebo na bázi přepojování okruhů – CSD, Circuit Switched Data), kde rychlost obvykle nepřekračuje 9 600 bitů za sekundu. GPRS (General Packet Radio Service), novější způsob realizace spojení, s jinou metodou přenosu i tarifikací, v průměru dosahuje asi trojnásobné rychlosti. Podstatný pokrok v současné době přináší metoda EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution), kterou u nás prozatím provozuje pouze jediný mobilní operátor. Datové přenosy jsou ale v průmyslu tím nejdůležitějším faktorem, podle kterého se zákazník rozhoduje pro různé způsoby realizace připojení vzdálených dohledových stanic.

Nicméně je nutné zmínit, že poměr celkových nákladů uživatele a rychlosti komunikace je pro analogovou telefonní linku poměrně příznivý. Jediný typ datového spojení, který svou rychlostí analogovou linku předčí, je totiž pouze právě EDGE. Tento způsob datového spojení ovšem ještě není příliš rozšířen, jde o novinku. Firma Insys Microelectronics CZ plánuje uvedení přístroje v průmyslovém provedení podporujícího tuto přenosovou metodu na trh v druhé polovině roku 2005.

GPRS je ve srovnání s pevnou linkou pomalejší a nese s sebou mnoho problémů.

Princip datového spojení GPRS je založen na protokolu TCP/IP. Připojenému přístroji je přidělena dynamická IP adresa. Komunikace ze strany připojeného zařízení GPRS směrem „ven„ je bez problémů. Téměř nepřekonatelné potíže ovšem nastávají v okamžiku, kdy se protistrana snaží o komunikaci opačným směrem, tedy chce k zařízení přistupovat zvenčí. Tento směr pohybu dat je provozovateli sítě blokován, jestliže příchozí data nebyla vyžádána.

Představme si konkrétní případ v praxi: firma má dispečink na jiném místě, než je výrobní zařízení, a získává pravidelné informace od vzdálené výrobní linky přes GPRS. Zde je použití tohoto způsobu komunikace naprosto v pořádku. Chce-li ovšem dispečink neplánovaně přistoupit k řízení vzdálené technologie, nastávají problémy s přenosem dat. Za prvé není známa IP adresa vzdáleného zařízení. Tento problém není nepřekonatelný. V okamžiku přihlášení pomocí GPRS je IP adresa jednou přidělena a až do konce spojení se nemění. Lze ji tedy jednou předat a potom už je dále v průběhu spojení známa. Tudíž uživatel již zná IP adresu terminálu a zdá se, že je vše v pořádku a data lze přenášet poměrně solidní rychlostí, která se blíží rychlosti pevné analogové telefonní linky. Jenže to je obrovský omyl, neboť zmíněné blokování příchozích paketů tomuto typu přístupu brání. Původní účel GPRS byl umožnit připojení k internetu a elektronické poště např. z notebooku, telefonu apod. V této aplikaci je vždy terminál v roli žadatele o data a je schopen vyžádaná data posléze přijímat. Všechny nevyžádané pakety jsou odmítány. Chování GPRS lze přirovnat k provozu v jednosměrné ulici.

Je-li cílem využívat GPRS i v automatizační technice, znamená to, že je nutné, aby byl sledovaný terminál jednoduchým způsobem dotazovatelný. Jediná možná realizace transparentního přenosu GPRS je vybavit terminál doplňkovým mikropočítačem, který se bude protistrany neustále v určitých časových intervalech dotazovat, zda ona nechce data odeslat, dále bude přijímat a vyhodnocovat její odpovědi, popř. rovnou odpovídat. Je třeba zde zmínit, že tato komunikace (dotaz – odpověď), důležitá pouze pro „obcházení“ omezení GPRS, představuje jistou nutnou režii v datovém toku a o toto zatížení klesá celková přenosová rychlost. Takový přístroj, který umožní v GPRS realizovat transparentní datový tok, společnost Insys Microelectronics CZ, s. r. o., připravuje a uvede jej na trh zřejmě společně se zmíněnými terminály pro EDGE.

Nabízí se otázka, proč uživatele mobilní operátoři takovým omezením „trápí„. V prvopočátku se přenesená data u GPRS účtovala jako součet objemu přijatých a odeslaných dat vynásobený cenou za jeden kilobyte. Jestliže by tedy na připojené zařízení GPRS náhodně někdo ze sítě přistupoval, každý takový nevyžádaný přístup by majitel zařízení zaplatil. Při pohledu na měsíční vyúčtování by mu tedy asi ztuhl úsměv na tváři a podivoval by se, kolik dat bylo přeneseno. V současnosti někteří operátoři již poskytují službu, kde se platí paušální sazba za celý měsíc, nezávisle na objemu přenesených dat. V tomto případě by se s účtem zákazníka nic nestalo, ovšem zase by hrozilo zbytečné nadměrné využívání sítě GSM; to jistě není cílem žádného operátora.

Obr. 1. Insys Modem 56k

Je tedy zřejmé, že postup zde v krátkosti popsaný je velmi složitý. Je-li vyžadována rychlost kolem 50 kb/s a je k dispozici telefonní linka, v dané situaci je vhodným řešením právě analogový modem. Nejsou potíže s netransparentností datového spojení, i cena analogového modemu je podstatně nižší než cena modemu GPRS. Používání mobilních sítí má význam jen v těch případech, kdy jde o přenosná zařízení a nelze se spolehnout, že pevná linka bude vždy k dispozici, nebo v místech, kde linka není zřízena a její zřízení by se z finančních důvodů nevyplácelo. Pro aplikace, kde není vyžadována velká rychlost připojení a analogový modem nelze použít, jsou na trh dodávány i jednoduché, levnější modemy GSM, které přenášejí data pouze metodou datového spojení CSD rychlostí 9 600 bitů za sekundu.

Použití modemů pro pevné linky i GSM je vhodné zejména v provozech, kde se počítá jen s občasnou údržbou a stálý dohled by byl zbytečným plýtváním lidskými zdroji. Technik může v pohodlí centrály dispečinku kontrolovat množství vzdálených přístrojů a výrobních linek a zasáhnout v „terénu„ jen tam, kde je servisní zásah skutečně zapotřebí. Tím ušetří spoustu drahého času.

Firma Insys Microelectronics CZ, s. r. o., dodává na trh modemy pro použití v průmyslu, a to pro analogové pevné linky i pro GSM, které jsou vybaveny mnoha bezpečnostními funkcemi (sestavení spojení s heslem, bezpečnostní zpětné volání – security callback s heslem, dálkové řízení – remote control s heslem, selektivní příjem hovoru), možností dálkové konfigurace, odesílání SMS, e-mailů a faxů. Zařízení podporují několik formátů dat na komunikačním rozhraní RS-232. Insys Modem 56k (obr. 1) a Insys GSM/GPRS (4.1/4.0) obsahují i poplachové vstupy. Pomocí těchto vstupů lze z modemů odeslat až dvacet poplachových zpráv v podobě e-mailu, zprávy SMS nebo faxu. Naopak výstupní relé umožňují, při sestaveném spojení, ovládat pomocí DTMF (Dual Tone Multiple Frequency) nebo příchozích zpráv SMS různá vzdálená zařízení.

Obr. 2. Insys GSM small

Další výhodou modemů Insys je jejich přímá návaznost na řídicí automaty (PLC). Pro tento způsob práce je lze jednoduše nakonfigurovat přes standardní kabel RS-232 s využitím komfortního parametrizačního softwaru HSComm, pracujícího pod Windows. Na výběr jsou všechny běžné PLC, pro něž byly modemy testovány a optimalizovány. Kromě parametrizačního softwaru lze modem nakonfigurovat i ručně pomocí tzv. AT příkazů, resp. dálkové konfigurace.

Prostřednictvím telefonní sítě a modemů tak může v podstatě každý uživatel jednoduše prodloužit komunikační rozhraní RS-232 umístěné na PLC ve výrobní hale až k sobě na stůl do kanceláře kamkoliv na světě. Funkce vstupů a výstupů, kterými jsou modemy Insys vybaveny, dovolují kontrolovat a řídit části technologie zcela nezávisle na PLC, takže při poruše řídicího automatu není obsluha zcela odříznuta od výrobní linky a může provoz např. pomocí výstupního relé modemu odstavit, může přímo na místě zjistit závadu a následně ji opravit.

K výrobkům Insys jsou k dispozici kompletní kvalitní uživatelské příručky v českém jazyce, které obsahují technický popis zařízení i popis sady podporovaných AT příkazů. Výrobky vyhovují homologačním podmínkám, nesou značku CE a jejich výroba je v souladu s ISO 9002.

Lubomír Kuchynka,
Insys Microelectronics CZ, s. r. o.

Insys Microelectronics CZ, s. r. o.
Klatovská 169
321 03 Plzeň
tel.: 777 651 188, 377 429 952
e-mail: lkuchynka@insys-tec.de
http://www.insys-tec.de