М2М: стремление к безграничной свободе?

ВЫСТАВКИ

Объединяемся?

Развертывание новых сетей при условии лицензирования частот в нашей стране является делом дорогостоящим и затратным по времени. Поэтому уже действующие сотовые сети оказываются здесь как нельзя кстати: нужно лишь заключить договор с оператором и подсоединить соответствующее оборудование. Практически все приемо-передающие радиомодули, представленные на рынке M2M, имеют интерфейс для обмена данными через такие сети. Именно наличие GSM-сетей упрощает и резко удешевляет развертывание промышленных систем автоматизации. Однако в ряде сегментов, к которым относятся телематика на пассажирском транспорте, дистанционное управление объектом, мониторинг, диспетчеризация и системы охраны, требуется выход в GSM-сети через дополнительные сети с покрытием небольшой зоны.

По данным ABI Research, такие сети, получившие название WSN (Short-range wireless Sensor Networking, беспроводные сенсорные сети с малым радиусом действия), все чаще становятся связующим звеном в проектах развертывания сервисов M2M. Аналитики из этой компании считают, что WSN окажут значительное влияние на развитие рынка отдельных типов сотовых модулей М2М. По их прогнозам, к 2011 г. продажи сотовых модулей M2M в секторах, где действуют сети с малым радиусом покрытия, составят более 45 млн. единиц и вдвое превысят реализацию в сегментах рынка М2М, где сети WSN не находят применения (например, телемедицина, информационные дисплеи, транспорт).

С новым интересным решением вышла на рынок M2M американская компания MaxStream, предложив вместо объединения разнородных сетей GSM и WSN расширить зону покрытия сети ZigBee, которая относится к классу WSN. Эта фирма разработала устройство XBee XTender, объединившее технологии XBee и XTend. На базе ZigBee-сетей решается широкий круг задач: автоматизация технологических процессов, построение так называемых интеллектуальных зданий, беспроводной сбор информации в системах энергоучета и т. п. По мнению экспертов, применение беспроводных сетей стандарта ZigBee/ 802.15.4 оправданно, когда необходимо низкое энергопотребление при невысоких скоростях передачи данных. Специалистам MaxStream удалось преодолеть недостаток таких сетей, заключающийся в небольшом покрытии зоны (30-100 м) между устройствами. Предложенное решение позволяет объединять устройства, использующие сеть ZigBee/802.15.4, на расстояниях до 60 км. XBee XTender связывается с узлами сети ZigBee на частоте 2,4 ГГц, а связь на большом расстоянии обеспечивает радиомодем XTend мощностью 1 Вт, работающий в диапазоне 900 МГц. Таким образом между ZigBee-сетями создается радиомост. По мнению производителя, низкое энергопотребление ZigBee-устройств и дальность модема XTend дают широкие возможности для создания различных беспроводных решений. Стоимость XBee XTender в комплекте с двумя антеннами составляет 400 долл. Как ожидается, в продаже новинка появится в декабре. Компания MaxStream выпустила также три новых комплекта разработчика для проектирования ZigBee-сетей на базе модулей XBee и XBeePro.

Другое интересное решение MaxStream (с использованием Ethernet-модулей фирмы Rabbit Semiconductors) позволяет объединять сети ZigBee с локальными или глобальными сетями и на этой основе строить системы сбора данных с беспроводных датчиков, автоматически передающие информацию в любую точку мира, или удаленно управлять различными беспроводными устройствами.

И в холод, и в жару

Многие M2M-системы изначально предназначены для работы вне помещений и рассчитаны на жесткие климатические условия окружающей среды, то есть могут подвергаться осадкам в виде дождя и снега, иногда значительным вибрациям, ударной нагрузке и т. п. Одним из наиболее важных критериев, особенно в нашей стране, является широкий температурный диапазон. Производители ряда таких продуктов декларируют, что они могут применяться в самых разных климатических зонах и в любых точках мира без потери работоспособности и без утраты функциональности. Однако на самом деле характеристики подобных приборов, как правило, все же рассчитаны на более мягкие климатические условия, чем в нашей стране, особенно за Уралом, где температура нередко опускается ниже 50С. По заявлению разработчиков, при столь низких температурах допустим отказ прибора с автоматическим восстановлением его работоспособности при "размораживании".

Так, отличительной особенностью новой линейки модулей Motorola G24, выведенной на рынок летом 2006 г., является рабочий температурный диапазон от -20 до +60C и расширенный (исключающий функциональный отказ) - от -30 до +85C при низком энергопотреблении. Эти радиомодули полностью совместимы с предыдущей моделью G20. Благодаря такой совместимости, по мнению производителя, заказчики изделий нового поколения, накопившие опыт работы с G20, смогут быстро перейти к их использованию в своих разработках систем М2М.

Siemens анонсировала два GSM-модуля серии XT со встроенным GPS-приемником: XT65 поддерживает GPRS (класс 12), а XT75 - еще и технологию EDGE (класс 10). При этом XT75 будет первым в линейке четырехдиапазонным модулем с поддержкой GPS, обеспечивающим высокую чувствительность и точность приема GPS-сигнала, а также высокоскоростной обмен данными в режимах пакетной передачи по протоколам EDGE и GPRS. Точность позиционирования обеспечивается встроенным 16-канальным приемником GPS с поддержкой DGPS и A-GPS. Благодаря компактности и поддержке RIL-драйвера MS Mobile 5.0 модуль Siemens XT75 можно будет применять и в мобильных устройствах.

Радиомодули (ТС65 и др.) Siemens рассчитаны на работу в более жестких температурных условиях: их рабочий диапазон составляет от -30 до 65С.

Наиболее морозоустойчивыми по заявленным характеристикам устройствами (из того многообразия, которое было представлено на форуме) оказались новые сверхчувствительные GPS-приемники TIM-4H и TIM-4S фирмы u-blox. Эти миниатюрные аппараты (массой в 3 г при габаритах 25,4х25,4х3 мм) рассчитаны на работу в температурном диапазоне от -40 до +85C, обеспечивают чувствительность в режиме слежения 158 дБм и располагают режимом пониженного энергопотребления.

Чувствительность приемных радиосредств при развертывании дистанционных систем, предназначенных для передачи данных на значительные расстояния, во многих случаях играет решающую роль. Ведь маломощный сигнал, посылаемый от спутникового передатчика либо от радиомодуля, который находится на отслеживаемом (или управляемом) объекте, подчас должен пробиваться через непредвиденные преграды - городскую застройку и сплошные заросли, через пелену тумана и стену дождя и даже через закрытые помещения.

В минувшем году Telit выпустила ориентированные на рынок M2M индустриальные беспроводные коммуникационные модули серии GM862. Малогабаритные устройства GM862-GPS поддерживают технологии GSM/GPRS и GPS. Ядром модулей Telit является 20-канальная микросхема SiRFstarIII производства компании SiRF Technology. Этот чипсет размером 7х10 мм, в котором объединены цифровой процессор A-GPS и радиочастотный интерфейс, представляет собой GPRS-приемник последнего поколения. По утверждению представителей компании, высокая чувствительность приемника позволяет вести навигацию в таком сложном окружении, как городские районы и густая растительность, и даже в закрытых помещениях. Модули GM862 могут применяться в системах сбора информации со счетчиков электроэнергии и других ресурсов, в системах управления банкоматами и торговыми автоматами, для навигации и определения координат транспортных средств, в системах безопасности и охраны, дистанционного мониторинга и обеспечения работы POS-терминалов.

Чем меньше, тем лучше?

Однако миниатюризация сегодня не главное (скоро полноценное многофункциональное устройство уже нельзя будет и разглядеть невооруженным глазом), особенно когда речь заходит об устройствах для автоматизации промышленного оборудования - ведь никто пока не задумывается об уменьшении габаритов, к примеру, станка (он должен соответствовать размерам продукции), трубопровода или транспортного средства. И тем не менее в электронном производстве этот процесс, неприемлемый в большинстве других отраслей, продолжается, что (среди прочего) обусловлено необходимостью сокращения энергопотребления. При дистанционном управлении автономным объектом, особенно на больших расстояниях, этот фактор становится чрезвычайно важным, поскольку влияет на надежность системы электропитания, упрощая и удешевляя ее резервирование, которое во всех случаях считается главным методом повышения надежности.

О низком потреблении своих изделий проявляют особую заботу практически все производители радиокомпонентов, предназначенных для работы в автономном режиме.

Именно этой характеристикой отличается, по утверждению производителя, микрочип нового поколения GSC3f, последняя разработка фирмы SiRF Technology - ее GPS-чипсеты широко используются в продукции класса M2M, например в системах мониторинга автотранспорта. Чипсет GSC3f выполнен на одном кристалле и представляет собой недорогой 20-канальный приемник с 200 000 корреляторами и максимальной чувствительностью 159 дБм.

Энергопотребление нового поколения GPS-модулей семейства ANTARISR 4 (совместная разработка компаний Atmel и u-blox) по сравнению с их предшественниками снижено на 35%.

Интересен миниатюрный (размером с почтовую марку) GPS-модуль Copernicus, разработанный американской компанией Trimble (www.trimble.com) и представленный ее партнером "Компэл" (Россия). Модуль выполнен по технологии поверхностного монтажа SMD (surface mounting device). Этот GPS-приемник обладает высокой чувствительностью (142-152 дБм) и быстро обнаруживает сигналы с нескольких спутников, после чего, продолжая их отслеживать, определяет координаты объекта. Copernicus предназначен для использования в качестве модуля в системе автоматизированного производства класса M2M.

Другой заслуживающий внимания продукт производства компании Trimble - новая компактная автономная система Trimtrac, обеспечивающая дистанционное слежение за подвижными объектами с отображением их координат на электронной карте. Этот автомобильный GPS-навигатор, передавая координаты перемещающихся транспортных средств и грузов с помощью SMS-сообщений через сотовую GSM-сеть, может отслеживать, по утверждению производителя, огромное количество абонентов, обеспечивая надежный диспетчерский контроль за фактическим перемещением многочисленных грузов и разнообразных транспортных средств.

Инструментарий для разработчика

Охват системами класса M2M разных областей чрезвычайно широк. Так, например, Siemens среди реализованных проектов называет сети сбора, обработки и хранения информации в банках, в телекоммуникационной отрасли, в ЖКХ и энергетике, на транспорте. Устройства M2M используются в подсистемах телеметрии, промышленной автоматики, а также для управления протяженными и распределенными инфраструктурами, такими, скажем, как морские и аэропорты, железные дороги, автотранспортные магистрали, нефтепроводы и газопроводы, магистрали связи, охранные системы и системы учета расхода материалов и энергоносителей.

Западные поставщики электронных компонентов, в том числе и для М2М, на российском рынке действуют в основном через партнеров-дистрибьюторов, а внедрением систем автоматизации занимаются отечественные разработчики и системные интеграторы.

Понимая, что большинство систем промышленной автоматизации класса M2M приходится разрабатывать под заказ, а в таких случаях универсального решения не существует, большинство вендоров поставляют свои продукты с открытым интерфейсом, снабжают их инструментарием для разработки, отладки и тестирования специализированных программ на C++ или Java. Производители (Siemens, Wavecom и др.) включают в свои продукты поддержку JVM (Java Virtual Machine), что позволяет написанное пользователем на Java одно и то же приложение применять в самом разнообразном оборудовании - в охранных устройствах, в телефонах, в телеметрических системах и т. п. - без предварительной компиляции.

Компания Wavecom представила на форуме новую концепцию реализации M2M-проектов с совместным использованием технологий GPRS, GPS и Bluetooth. Ее особенностью является программная реализация стеков указанных технологий в модеме, за пределы которого выносятся лишь некоторые радиокомпоненты.

Приобретя (в марте прошлого года) М2М-подразделение фирмы Sony Ericsson, производителя известных GSM/ GPRS/EDGE-модулей GR47, GR64, GS64, Wavecom расширила линейку своей продукции и в связи с этим ввела новую систему обозначений выпускаемых устройств. А осенью 2006 г. компания обновила линейку своего наиболее распространенного семейства беспроводных процессоров (модулей) Wismo Quick серии Q24, специально предназначенной для промышленных систем М2М. Новое поколение Q24NG рассчитано на работу в четырех GSM-диапазонах, а конструктору предлагается пять вариантов подключения антенны и выбор модуля со встроенным держателем SIM-карты.

В своих новых GSM-модулях ТС65 (уже поставляется) и XT75 (будет выпущен в конце года) Siemens предусмотрела инструментарий, с помощью которого разработчики могут программировать на языке Java, подстраиваясь под требования заказчиков. Полная механическая и логическая интеграция GPS-технологии в GSM-модуль позволяет, по мнению производителя, уменьшить расходы заказчика на приобретение компонентов, а поддержка открытой платформы Java и богатство стандартизированных интерфейсов обеспечивают минимальные затраты при промышленной разработке приложений. Взаимодействие таких модулей с контролируемым объектом можно организовать по интерфейсам USB 2.0, GPIO, I2C, SPI, а также через последовательный интерфейс.

Модуль G24 (45,2х24,4х6 мм) поддерживает в разных модификациях технологии GSM/GPRS/EDGE в частотных диапазонах 850/900/1800/1900 МГц. Для его управления применяются AT-команды. Созданный компанией Motorola фирменный инструментарий разработчика позволяет реселлерам и производителям электронного оборудования оперативно создавать опытные образцы изделий, а также разрабатывать прикладные системы и сервисы и относительно быстро выводить их на рынок.

Предупрежден - значит вооружен

Фирма Telit предложила интересное решение с учетом того, что одним из наиболее уязвимых мест эфирной связи является вовсе не простота перехвата сообщений и взлома сетей, как может показаться на первый взгляд. Считается, что на беспроводном участке сети средства обеспечения безопасности отработаны, и при грамотном подходе к защите информации и строгом соблюдении соответствующих правил как администратором, так и самим клиентом взломать эфирную сеть будет не проще и не дешевле, чем кабельную. А что, если все радиосредства в системе М2М функционируют надежно и нормально, но сама сеть "упадет", то есть прекратит свою работу в штатном режиме (ведь такое случается в силу самых разных причин - воздействия природных факторов, индустриальных помех, неумышленных или несанкционированных воздействий на эфирную среду)? Как считают эксперты, непредусмотренный выход из строя сети, обеспечивающей работу промышленных и охранных систем, может нанести не меньший ущерб, чем ее взлом.

Наиболее опасным является несанкционированное прерывание работы беспроводной сети путем известного метода создания помех (глушения). Именно таким простым способом можно нарушить производственный цикл, отделаться от слежки или вывести из строя сложную охранную сигнализацию, "отключив" ее. ПО всех новых модулей компании Telit имеет патентованную функцию Jammer Detection, устанавливающую специальный режим Jammed Detect, при котором можно обнаружить воздействие глушителей (средств подавления работы сотовой связи) на аппаратуру и своевременно принять соответствующие меры. Такой режим, по утверждению производителя, увеличивает эффективность работы средств охраны имущества и территорий, использующих для оповещения сотовую связь GSM.