Автоматизация процесса настройки антенно-фидерных систем GSM-терминалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Анализ состояния вопроса

2 Принципы построения и возможности сети GSM

2.1 Функциональная архитектура сети GSM

2.2 Архитектура GSM

2.2.1 Сетевые компоненты BTS и BSC

2.2.2 Сетевой компонент TRAU

2.2.3 Сетевой компонент MSC

2.2.4 Сетевые компоненты HLR и VLR

2.2.5 Сетевые компоненты AC и EIR

2.2.6 Сетевые компоненты OMS

2.3 Радио частотные каналы (RFC) в GSM и DCS

2.4 Принцип обновления информации о местоположении

2.5 Принцип входящего мобильного вызова

3 Анализ программного обеспечения (ПО) GSM- терминалов на российском рынке

3.1 Программное обеспечение спутниковой навигации и электронной картографии на примере программы MONITOR

3.2 Программа GSM monitor Advanced

3.3 Предметная область и задачи разрабатываемой программы

4 Аппаратное обеспечение программного комплекса настройки АФС GSM- терминала

4.1 Модем Wavecom

4.2 Последовательный интерфейс RS232

4.3 Антенна A1D 800

4.4 Усилитель ART-900/1800

4.5 Ноутбук Dell Inspiron 1501

5 Разработка алгоритма работы программы

6 Разработка ПО для настройки АФС GSM- терминалов

6.1 Обоснование и выбор языка программирования

6.2 Описание АТ команд для работы с GSM/GPRS модулями

6.3 Разработка интерфейса программы

6.4 Реализация работы программы

7 Безопасность и экологичность проекта

8 Экономическое обоснование проекта

Заключение

Список использованных источников

Приложение А-Листинг работы программы

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении всего существования систем телеметрии наблюдались сложности с каналами передачи информации к центру обработки. В системах, находящихся на одном предприятии, использовались проводные и радиоканалы. И те и другие решения никогда не были дешевыми. В последнее время ситуация во многом изменилась благодаря тому, что широкое распространение получили беспроводные технологии, прежде всего радиосвязь стандарта GSM, обеспечивающие возможность использовать любую доступную среду для передачи данных.

Сейчас в связи с повышением значимости инфокоммуникационных технологий системы телеметрии все больше внедряются в различные области человеческой жизнедеятельности. Постоянный рост стоимости газа и необходимость жесткого контроля его потребления вынуждают региональные компании по реализации газа строить системы мониторинга и создавать программное обеспечение, которые бы обеспечивали контроль и работоспособность над режимами системы.

Главной особенностью мониторинга с помощью стандарта GSM является оптимальность в выборе оборудования и программного обеспечения: именно программное обеспечение высокого уровня превращает набор комплектующих от разных производителей в некую систему, отличающую ее от всех остальных. В современном производстве чаще всего используются системы, состоящие из двух уровней: первый - телеметрический комплекс на объекте, который собирает информацию, второй который передает ее для обработки данных.

Таким образом, задачей дипломного проекта является выбор оптимального оборудования и разработка программного обеспечение (ПО) для настройки антенно-фидерных систем (АФС) GSM - терминалов высокого уровня оперативности и низкой стоимости разработанного продукта, с возможностью его дальнейшего усовершенствования.

1 Анализ состояния вопроса

Очень часто возникает ситуация, когда некоторые объекты телеметрии находятся в труднодоступных местах и передача данных с этого места с помощью GSM связи становится невозможной, но, несмотря на это, необходимо контролировать некоторые технологические параметры. Для этого надо всеми любыми способами достичь устойчивой передачи данных по каналу GSM сетей. Исходя из выше сказанного возникла необходимость в разработке программного комплекса настройки антенно- фидерных систем (АФС) GSM- терминала, предназначенного для интеграции данных путем автоматического кодирования и передачи наборов данных, файлов, посредством модема, т.к. большинство существующих систем с использованием GSM сетей для передачи данных работают в режиме модемного соединения двух узлов, с передачей данных в режиме DCS. Режим DCS является надежным способом передачи данных. Получение информации о состоянии мониторируемых объектов осуществляется за счет использования GSM-терминалов. Терминалы устанавливаются на объекте и собирают информацию с датчиков «сухих» контактов, датчиков температуры, давления, газа и т.д.

Применение GSM сетей в распределенных системах в общем случае предполагает наличие центрального узла сбора информации. Диспетчерский пункт имеет постоянный IP адрес и работает с удаленными узлами по протоколу TCP/IP .

Диспетчером может быть компьютер с программным обеспечением (SCADA) или специальный GSM терминал. Удаленный узел -- GSM терминал для подключения к аппаратуре самостоятельно подключается, устанавливает соединение с диспетчерским пунктом по TCP/IP и регистрируется на нем. При необходимости опроса удаленной аппаратуры диспетчер устанавливает соединение с GSM терминалом по TCP/IP и осуществляет обмен данными с устройством.

Разрабатываемое программное обеспечение предназначено для проведения измерений параметров сети связи стандарта GSM 900/ DCS 1800, в соответствии с требованиями РД 45.301-2002 «Средства измерений электросвязи сетей подвижной связи стандарта GSM900/1800» Министерства связи и информатики России, с использованием GSM-терминалов. И отображения на дисплее персонального компьютера результатов этих измерений.

Разрабатываемое ПО работает в среде ОС: Windows 95, 98, 2000, XP, Vista. Программа поддерживает интерфейс связи с GSM-терминалом - последовательный интерфейс RS-232.

2 Принципы построения и возможности сети GSM

2.1 Функциональная архитектура сети GSM

Область, накрываемая сетью GSM, разбита на соты шестиугольной формы. Диаметр каждой шестиугольной ячейки может быть разным - от 400 м до 50 км. Функции и интерфейсы элементов сети GSM описаны в рекомендациях ETSI. Система состоит из трех составных частей:

ѕ подвижная станция;

Помимо терминала MS содержит пластиковую карточку, которую называют модулем идентификации абонента SIM (Subscriber Identity Module). При вставке SIM-карты в другой терминал GSM абонент продолжает получать полный комплекс услуг. Каждый терминал имеет уникальный международный идентификатор мобильного оборудования, SIM-карта содержит международный идентификатор мобильного абонента, секретный ключ для аутентификации, и другую информацию. Эти идентификаторы не зависят друг от друга, а SIM-карта защищена от несанкционированного использования паролем либо персональным кодом.

ѕ подсистема базовых станций;

BSS складывается из трех частей: из базовой приемопередающей станции BTS (Base Transceiver Station), контроллера базовой станции BSC (Base Station Controller) и TRAU (блок транскодирования и адаптации скоростей). Интерфейс между BSC и BTS называется Abis-интерфейс, позволяет оперировать компонентами, созданными различными производителями. Радиопокрытие BSS делится на территории - их принято называть - "соты", каждая покрывается одной BTS. BTS управляет протоколами радиоканалов с MS. На крупной густонаселенной территории может располагаться много BTS, и поэтому к ним предъявляются очень строгие требования (четкость границ, надежность, переносимость и малая стоимость). BSC управляет радиоресурсами одного или нескольких BTS, контролирует предоставление радиоканала, регулировку частоты, управление перемещаемыми из ячейки в ячейку вызовами (хендоверами) и является связующим звеном между подвижной станцией и MSC.

ѕ сетевая подсистема;

Как уже было отмечено, основной компонент сетевой подсистемы - центр MSC. Он управляет подвижным абонентом: регистрирует, идентифицирует, обновляет информацию о местонахождении, осуществляет хендоверы, маршрутизирует вызовы при роуминге абонентов, а также обеспечивает соединение с фиксированными сетями.

2.2 Архитектура GSM

2.2.1 Сетевые компоненты BTS и BSC

Базовая приемопередающая станция (BTS, base transceiver station) представляет собой интерфейс между мобильной станцией и сетью (Um). Обычно BTS размещается в центре ячейки. Абсолютный размер ячейки определяется мощностью передатчика (передатчиков) BTS. Обычно базовая станция имеет от одного до шестнадцати приемопередатчиков, каждый из которых работает на отдельном радиоканале. BTS питает радио каналы и посылает параметры, описывающие ячейки, такие как скорость передачи, название ячейки и т.д.

Контроллер базовых станций (BSC, base station controller) контролирует на самом деле несколько базовых станций, число которых зависит от модели и производителя, и может изменяться от нескольких десятков до нескольких сотен. Главные задачи BSC -- распределение частот, управление BTS и функции обмена. Аппаратура BSC может размещаться там же, где и BTS, в отдельном помещении, либо в центре коммутации мобильной сети (MSC). BTS и BSC вместе образуют функциональную единицу, которую иногда называют подсистемой базовых станций (BSS).

Итак контроллер базовой станции (BSC) отвечает за "интеллектуальные" функции в системе базовой станции (BSS).

2.2.2 Сетевой компонент TRAU

TRAU (блок транскодирования и адаптации скоростей) адаптирует 64 кбит/с (речь, данные) из MSC к сравнительно низкой скорости передачи радио интерфейса (22,8 кбит/с).

Он состоит из двух функциональных блоков:

- транскодера (TC) для компрессии речи;

- адаптера скоростей (RA) для адаптации скорости данных.

TRAU интерфейсы называются:

- A-интерфейс (к SSS(MSC));

- Asub-интерфейс (к BSC).

TC преобразует входящую речевую информацию, передаваемую по каналам в 64 кбит/с в транскодированную речевую информацию, передаваемую по каналам в 16 кбит/с. Транскодированная речь является цифровым способом представления речевой информации, требующим меньше транспортной емкости (без потери качества), чем стандартное речевое представление PCM, осуществляемое на 64 кбит/с.

Адаптер скоростей RA фильтрует данные из сигнала 64 кбит/с, исходящего из MSC и генерирует сигнал 16 кбит/с.

Внутри TRAU субмультиплексор объединяет четыре сигнала по 16 кбит/с, чтобы сформировать один сигнал 64 кбит/с. Интерфейс Asub может 4 раза нести каналы трафика, которые несет А интерфейс.

Если TRAU установлен на стороне MSC, то оператор сети может сэкономить расходы на линию.



Рисунок 1- Архитектура сетевого блока TRAU

2.2.3 Сетевой компонент MSC

В сети GSM/DCS каналы передачи речи и данных коммутируются через коммутаторы, как и в обычной телефонной сети. Однако, GSM/DCS имеют исключительно цифровые коммутаторы, называемые коммутационными центрами услуг мобильной связи (MSC). MSC отвечает за установление соединений каналов графика:

- с BSS;

- с другими MSC;

- и с другими сетями (например, PSTN).

База данных MSC содержит информацию необходимую для маршрутизации соединений каналов трафика, и управляет основными и дополнительными услугами. В дополнение MSC осуществляет администрирование (управление) ячеек и зон местоположения.

Многочисленные задачи, выполняемые MSC в сети GSM/DCS похожи на те задачи, которые выполняет коммутатор в телефонной сети. Однако, администрирование (управление) абонентами отличается.

2.2.4 Сетевые компоненты HLR и VLR

В отличие от PSTN (ТФОП) в GSM/DCS управление абонентами не осуществляется коммутаторами, потому что мобильный абонент не постоянно подключен к MSC. Текущее местоположение абонента определяет MSC, ответственный за это в данный конкретный момент.

Поэтому GSM/DCS содержит центральный сетевой компонент, так называемый регистр "домашних" абонентов (HLR), который управляет абонентскими данными зоны, покрывающей либо весь PLMN, либо только его часть.

HLR является базой данных, где сведения о "домашних" мобильных абонентах создаются, хранятся или вычеркиваются оператором.

HLR содержит такие постоянные данные, как международный номер мобильного абонента (IMSI), номер телефона абонента в общественных сетях (отличается от IMSI), аутентификационный код, предоставляемые абоненту дополнительные услуги, а также некоторые временные данные. Большая часть абонентских данных HLR требуется для установки подключения и чистки.

Чтобы обеспечить немедленное применение этих данных для вызова, информация временно хранится в дальней базе данных, которая находится наиболее близко от расположения мобильного абонента. Тип такой базы данных называется регистром "гостевых" абонентов (VLR), он связан с MSC.

VLR содержит нужные данные, находящиеся в пределах области, обслуживаемой MSC. Это те же данные, которые можно найти в HLR; временные данные слегка отличаются. Например, содержит временный номер мобильного абонента (TMSI), который используется в течение ограниченного времени для того, чтобы избежать передачи IMSI по радио. Подстановка TMSI вместо IMSI защищает абонента от злоумышленников, владеющих современными технологиями, и помогает определять положение мобильной станции через идентификатор ячейки.

VLR должен поддерживать MSC во время аутентификации и установления соединения, сообщая информацию о конкретном абоненте. Размещение абонентской информации в VLR и HLR уменьшает обмен данными с HLR, потому что можно не запрашивать эти данные каждый раз, когда они нужны. Другая причина того, что почти идентичные данные хранятся в разных местах (HLR и VLR), заключается в том, что эти данные служат для разных целей, HLR снабжает GMSC необходимой информацией об абоненте, когда поступает вызов из общественных сетей. С другой стороны, VLR выполняет противоположную функцию, снабжая MSC информацией об абоненте, когда вызов исходит из мобильной станции (например, во время аутентификации).

Если мобильная станция находится в своем собственном (G)MSC, все равно используются два разных регистра, хотя в данном случае VLR представляется излишним. Такое единообразие упрощает все базовые процедуры.

Во время обновления информации о местоположении, абонентские данные проходят от HLR к текущему VLR. Данные хранятся в течение всего времени пока абонент передвигается по территории, связанной с данным VLR.

VLR предоставляет абонентские данные, когда необходимо произвести вызов.

Если абонент переезжает в другую зону услуг VLR, то опять имеет место определение местоположения: новый VLR запрашивает абонентские данные у HLR ответственного за мобильного абонента.

2.2.5 Сетевые компоненты AC и EIR

Если мобильный абонент хочет получить доступ к сети, то VLR проверяет действительна ли его SIM - карта, то есть осуществляет аутентификацию.

Для этого VLR использует аутентификационные параметры, называемые triples (триплеты), которые постоянно генерируются Центром Аутентификации (АС) индивидуально по каждому абоненту .

При запросе AC предоставляет VLR данные триплеты. Сетевой компонент AC связан с HLR.

Триплет - группа из трех параметров, которые генерируются отдельно по каждому абоненту.

Однако, аутентификация не является только проверкой, производимой во время осуществления вызова. MSC также проверяет соответствует ли норме используемое мобильное оборудование ME или же должны ли быть проверены его радио характеристики, если есть подозрение на поломку.

Регистр идентификации оборудования (EIR) является дополнительным устройством, которое оператор может использовать или нет (по желанию). Реализация EIR является сравнительно новой характеристикой системы GSM, предназначенной для защиты. В EIR мы найдем все серийные номера мобильного оборудования, которое либо украдено, либо не может быть использовано в сети из-за какой-то неисправности аппаратуры. Международный идентификатор мобильного оборудования (IMEI) -- это не просто серийный номер некоторой мобильной станции. Он определяет еще и производителя, страну изготовления и тип. Идея заключается в том, чтобы проверять идентификацию при каждой регистрации или установлении соединения с любой мобильной станции, а затем, в зависимости от IMEI, предоставлять станции доступ к системе или отказывать ей в этом.

2.2.6 Сетевые компоненты OMS

Центр управления и обслуживания ОМС имеет доступ как к MSC, так и к BSC; он обрабатывает сообщения об ошибках, поступающих из сети, а также управляет нагрузкой на BSC и BTS. ОМС задает через BSC конфигурацию BTS и позволяет оператору проверять подключенные компоненты системы. С уменьшением размера ячейки и увеличением числа базовых станций в будущем нельзя будет проверять качество приема и передачи для отдельных станций. Поэтому важно иметь возможность дистанционного управления обслуживанием, чтобы сократить затраты, но сохранить качество передачи. Для этого BTS имеют улучшенные функции самопроверки.

Для всех сетевых компонентов SSS и BSC в BSS (BSC, BTS и TRAU) эксплуатация, мониторинг и управление могут осуществляться посредством OMS (подсистемы управления и эксплуатации).

OMS состоит из одного или более центров управления и эксплуатации (OMC). OMC связан с сетевыми элементами SSS и BSC через сеть пакетных данных X.25.

В OMC терминалы управления и эксплуатации (OMT) для входа в команды управления и эксплуатации взаимосвязаны через локальную сеть (LAN).

Интерфейсом к PSDN (сеть пакетной коммутации данных общего пользования) X.25 является процессор управления и эксплуатации.

X.25 является стандартом для передачи пакетно-коммутируемых данных. Данный стандарт определен положениями ССIТТ (Международный Консультационный Комитет по Телефонии и Телеграфии). Спецификации ССIТТ определяют протоколы передачи и физические интерфейсы.

Рисунок 2- Организация сетевого компонента OMS

2.3 Радио частотные каналы (RFC) в GSM и DCS

В GSM-PLMN и DCS-PLMN возможен особый частотный диапазон для радио передачи. В обоих случаях этот частотный диапазон делится на две подполосы:

ѕ Линия вверх (UL) для радио передачи от MS к BTS;

ѕ Линия вниз (DL) для радио передачи от BTS к MS.

Радио интерфейсы GSM 900 и DCS 1800 спроектированы на основе одинаковых принципов.

Рисунок 3- Частотный диапазон GSM сети

Обе субполосы, "вверх" и "вниз", разделены на несущие (C) и радио частотные каналы (RFC) с шириной полосы 200 КГц. Первая несущая (200 кГц) субполосы не используется.

Процедура доступа к несущей в частотном диапазоне называется множественным доступом с частотным разделением (FDMA).

FDMA - множественный доступ с частотным разделением

Стандарт FDMA широко используется как в традиционных аналоговых системах сотовой связи, так и в современных цифровых системах (как правило в сочетании с другими методами).

Из всего доступного диапазона каждому абоненту выделяется своя полоса частот, которую он может использовать все 100% времени. Таким образом не временной фактор, а только лишь различия в частоте используются для разделения (дифференциации) абонентов. Подобный подход имеет заметное преимущество: вся информация передается в "реальном времени", и абонент получает возможность использовать всю полосу пропускания, выделенного ему сегмента. Ширина полосы сегмента может варьироваться в зависимости от используемой системы связи.

В зависимости от объема трафика, каждая радио ячейка использует один или большее количество RFC. Так как ёмкость сети ограничена, RFC может быть использован несколько раз. Чтобы избегать межканальной интерференции при планировании сети соблюдается правило, что смежные ячейки используют различный RFC. Поэтому, требуется безопасное расстояние между BTS использующих то же самое RFC. Это безопасное расстояние называется расстоянием повторного пользования. 

Разница между радио каналами GSM и DCS относится к:

- действующей частоте;

- ширине субполос;

- дуплексному разносу (например, разному между объединенными каналами "вверх" и "вниз");

- количеству несущих (RFC).

Рисунок 4- Организация объема трафика

Небольшой дистанции безопасности, возможно многократное использование одинаковых (RFC).

программный антенный фидерный

2.4 Принцип обновления информации о местоположении

 МS инициирует обновление информации о местоположении, если LAI, сохраненная на SIM, отличается от LAI, полученной по широковещательному каналу вещания сотой. Однако, такая процедура имеет место только, если в данный момент не осуществляется вызов.

Предположим, что мобильный абонент из HLR Мюнхена впервые использует свою SIM - карту в зоне MSC Берлина. MS не находит LAI на SIM - карте и поэтому запрашивает об определении местонахождения, используя IMSI.

VLR проникает в базу данных IMSI и для осуществления аутентификации запрашивает триплеты у AC через HLR. AC предоставляет запрашиваемые триплеты и посылает их через HLR к VLR. В VLR триплеты используются для аутентификации. Затем VLR запрашивает у HLR данные мобильных абонентов. Наряду с этой просьбой VLR посылает:

- номер VLR - это международный адрес сигнализации VLR. После того, как определено местонахождение, номер VLR идентифицирует задействованный VLR мобильного абонента в HLR и используется когда к мобильному абоненту поступает вызов, например, в случае с мобильным входящим вызовом. Номер VLR имеет тот же формат, что и MSISDN;

- LMSI - локальная идентификация мобильного абонента - адресует абонентские данные в VLR и позволяет быстро получить доступ к этим данным. Это особенно важно в случае с мобильным входящим вызовом (МТС).

HLR сохраняет номер VLR и LMSI и предоставляет VLR запрашиваемые абонентские данные.

VLR сохраняет абонентские данные и приписывает TMSI к мобильному абоненту.

TMSI зашифровывается и посылается к MS, где сохраняется на SIM - карте вместе с новой LAI.

SIM - карта сохраняет фиксированные данные (IMSI, Ki, АЗ, А8) и временные данные (LAI, TMSI).

2.5 Принцип входящего мобильного вызова

 Предположим, что абонент PSTN набирает MSISDN. Результат цифровой оценки в PSTN - установление соединения каналов трафика между начальной станцией (коммутатором) и MSC, предоставляющей доступ к конечной PLMN. Такой тип MSC называется шлюзом MSC (GMSC).

GMSC необходима дополнительная информация о маршрутизации для установления соединения каналов трафика с MSC, в зоне которого мобильный абонент осуществляет роуминг в данный момент. Такая информация о маршрутизации называется MSRN.

Роуминг номер мобильной станции (MSRN) - цифровая комбинация, имеющая такую же структуру, как и MSISDN, Она состоит из СС, NDC и персонального номера (который в этом случае не идентифицирует HLR или мобильного абонента). Если существует запрос со стороны HLR, то VLR предоставляет MSRN. После цифровой оценки MSRN всегда ведет к (объединенному) MSC.

Шлюз  MSC идентифицирует HLR при помощи HLR-ID в полученном MSISDN, а затем запрашивает у HLR информацию MSRN. 

HLR-ID - часть MSISDN мобильного абонента и следует за NDC. Он состоит из 1, 2 или 3-х цифр (например, 00-49-171-55-хххх, где 00 - международный код, 49 - СС, 171 - NDC и 55 - HLR-ID). 

Такая процедура называется запросом.

Запрос (мобильный абонент А). Запрос имеет место в случае с МТС. Если звонок был инициирован в одном и том же PLMN, то процедуру запроса инициирует начальный MSC (GMSC), в противном случае (звонок инициирован в фиксированной сети) запрос начинает GMSC. В случае международного звонка (от одной PLMN к другой PLMN) “международный запрос” может быть осуществлен из начальной GMSC.

HLR определяет нынешний VLR абонента и при помощи IMSI запрашивает MSRN у VLR. VLR через HLR посылает MSRN GMSC. VLR запоминает MSRN, используемый для данного мобильного абонента. GMSC устанавливает соединение каналов трафика и посылает обратно полученный MSRN. MSC Берлин запрашивает VLR через MSRN, чтобы предоставить TMSI и LAI абоненту. В ответ VLR сохраняет TMSI и LAI в течение процедуры обновления информации о местоположении абонента.

3 Анализ программного обеспечения (ПО) GSM- терминалов на

российском рынке

3.1 Программное обеспечение спутниковой навигации и

электронной картографии на примере программы MONITOR

Программа MONITOR позволяет вести журнал событий, происходящих с контролируемыми транспортными средствами. К таким событиям относятся информация о состоянии охраняемого объекта и его координаты, отправленные запросы и команды, а также их статус. Все новые события добавляются в начало списка. В таблице событий также указывается время поступления информации и данные об автомобиле.

Диспетчер может не только получать информацию об объектах, но и управлять ими с помощью удобных инструментов, предусмотренных в программе. Передача информации о местоположении и состоянии автомобилей, а также управление ими осуществляется по телефону в тоновом режиме по DTMF-каналу или по информационному SMS-каналу. Запрос на мониторинг или определение координат может быть отправлен как на выделенный автомобиль из списка, так и ко всем выбранным объектам. Отправка запросов и команд может осуществляться параллельно с выполнением других задач программы MONITOR.

Доступные для выбранного автомобиля команды выбираются из списка, который находится в соответствующей закладке программы При выборе в окне программы нового объекта список команд обновляется с учетом установленного в автомобиле охранного комплекса. Список команд можно условно разделить на два раздела. В первый входят команды для управления спутниковыми системами серии Reef GSM-3000. Ко второму разделу относятся команды для охранного комплекса, к которому подключена система Reef GSM-3000.

3.2 Программа GSM Monitor Advanced

Программа GSM Monitor Advanced предназначена для быстрой и эффективной настройки антенных комплексов семейства AKL-900 в пространстве. Настройка антенного комплекса представляет собой выбор оптимального места для установки и направления на базовую станцию.

Программа является незаменимым решением для инженеров - инсталляторов охранных систем и систем передачи данных и телеметрии на базе GSM - модулей. Так как в условиях плохого качества покрытия сетей GSM, вопрос настройки антенн на максимальный сигнал особо актуален. Т.к. инсталлируемые GSM-терминалы и модемы не имеют встроенной индикации уровня принимаемого сигнала (или она очень условна).

Программа производит измерение не только уровня принимаемого сигнала, но и параметр качества канала RxQuality в режиме соединения, что позволяет оценить помеховую обстановку.

В настоящий момент программа “Installer GSM Monitor” поддерживает GSM -модуль на основе только Siemens TC/MC 35, MC55, MC75, что и является существенным недостатком, т.к. это подразумевает покупать дополнительное дорогостоящее оборудование и дополнительные расходы на обслуживание ПО.

Рисунок 5 - График зависимости измеряемых параметров от времени

Рисунок 6- Схема-иллюстрация принципа работы программы GSM Monitor Advanced

3.3 Предметная область и задачи разрабатываемой программы

Программа является незаменимым решением для инженеров систем передачи данных и телеметрии газа на базе GSM - модулей. Так как в условиях плохого качества покрытия сетей GSM, вопрос настройки антенн на максимальный сигнал особо актуален. Т.к. инсталлируемые GSM-терминалы и модемы не имеют встроенной индикации уровня принимаемого сигнала (или она очень условна).

Разрабатываемый программный комплекс настройки АФС GSM- терминала предназначен для интеграции данных путем автоматического кодирования и передачи наборов данных, файлов, посредством модема между предприятиями-партнерами через открытые каналы связи, такие как последовательный порт RS232. Комплекс имеет модульную структуру, состоящую из элементарных задач: - расписание запуска; - импорт набора данных; - экспорт набора данных; - кодирование файлов; - декодирование файлов; - транспорт файлов через модем; - транспорт по электронной почте; - очистка папки. Программный комплекс ориентирован на прием и передачу информации производственного и технологического назначения в автоматическом режиме. Программный комплекс имеет интуитивно понятный графический интерфейс, стандартный для операционных систем семейства MS Windows. Программный комплекс обеспечивает: - не ограниченное количество и состав задач; - конфигурация задач задаётся администратором операционной системы. Для установки и конфигурирования комплекса оператору необходимы: - навыки работы в среде Windows 2000/XP; - знания языка Delphy, опыт работы с модемами и/или GSM-терминалами, AT-команды используемого модема.

Программа позволяет быстро и точно определить направление на базовую станцию для направленной антенны, при котором происходит прием сигнала с максимальным уровнем.

Программа производит измерение не только уровня принимаемого сигнала, но и параметр качества канала RxQuality в режиме соединения, что позволяет оценить помеховую обстановку.

Основные свойства программы:

- измерение основных параметров в сетях GSM в реальном времени;

- все измерения проводятся инсталлируемым GSM-терминалом;

- ведение протоколов измерений;

- автоматическая статистическая обработка результатов;

- дружественный интерфейс.

Программа не требует специальных системных настроек. Перед началом работы программы необходимо по запросу, в окне «Настройка порта», установить номер порта, к которому подключен GSM-модем и скорость передачи данных в соответствие с требованиями GSM-модема.

Рисунок 7- Схема организации модемной связи

Задачи программного обеспечения:

- стабильность канала связи;

- определение точных исходных данных для нахождения места расположения объекта.

4 Аппаратное обеспечение программного комплекса настройки

АФС GSM- терминала

4.1 Модем Wavecom

Известно, что в телеметрии особое внимание уделяется таким вопросам, как оперативность передачи информации между объектами и диспетчерским пунктом (ДП), надежность передачи информации и минимизация затрат на функционирование системы. Наличие на современном рынке недорогих сертифицированных GSM/GPRS-модемов производства WAVECOM делает возможным реализацию пакетной передачи данных в системах телеметрии уже сейчас. Модемы Wavecom предназначены для использования в мобильных телефонах, автомобильной электронике, промышленной автоматике, торговых автоматах, домашних и офисных системах безопасности и контроля доступа, информационных табло с дистанционным управлением, беспроводных системах контроля параметров удаленных объектов, АСКУЭ электроэнергии, воды и газа. Модемы Wavecom позволяют любому оборудованию или системе связаться без использования проводной линии связи и открывают новые возможности развития.

Традиционными потребителями модемов и модулей Wavecom для описанных приложений являются такие известные мировые производители, как MITSUBISHI TCL, NEC, VOLVO, PEUGEOT, OPEL, MAGNETI и др.

При обмене данными в режиме с коммутацией каналов по сети GSM время установления соединения между двумя модемами WAVECOM может достигать 16 секунд в асинхронном непрозрачном режиме с использованием протокола V.32. Это существенно сужает возможности применения режима с коммутацией каналов в системах телеметрии. Тем не менее, существуют возможности уменьшения времени установления соединения, и одна из них заключается в выборе оптимального с этой точки зрения протокола и режима передачи.

По результатам тестирования, проведенного с использованием модемов WISMO Q2403 в сети СевероЗападного филиала ОАО «Мегафон », было установлено, что наименьшее время соединения достигается при использовании обоими GSM-терминалами протокола V.110 и прозрачного асинхронного режима передачи. В этом случае время, затрачиваемое на установление соединения, снижается до 2 секунд. Тестировались протоколы V.32 и V.110 с различными комбинациями режимов передачи прозрачный/непрозрачный для обоих GSM-терминалов.

Очевидным преимуществом использования прозрачного режима передачи является возможность быстрого установления соединения между двумя GSM-терминалами. Однако нельзя не отметить и определенные недостатки режима, среди которых в первую очередь проявляется снижение помехозащищенности передачи. Соответственно, при работе в прозрачном режиме повышается вероятность разрыва соединения, и, кроме того, ужесточаются требования по минимально допустимому уровню сигнала (около -60 дБм).

Модемы компании WAVECOM отличаются высоким качеством (ISO 9001) и имеют перечисленные ниже преимущества, по сравнению с продукцией других фирм:

- полностью законченные и сертифицированные модемы FASTRACK и INTEGRA гарантируют надежную и бесперебойную работу со всеми GSM операторами;

- модемы всех серий программно-совместимы и предназначены для работы в жестких условиях: высокие вибрации, индустриальный диапазон температур;

- большие производственные мощности Wavecom обеспечивают бесперебойные гарантированные поставки по графику заказчика;

- в модемах имеется поддержка всех функций GSM Phase2+ и GPRS.

4.2 Последовательный интерфейс RS232

RS232 -- это стандартный электрический интерфейс для последовательной передачи данных, поддерживающий асинхронную связь.

Этот стандарт соединения оборудования был разработан в 1969 году рядом крупных промышленных корпораций и опубликован Ассоциацией электронной промышленности США (Electronic Industries Association -- EIA). Международный союз электросвязи ITU-T использует аналогичные рекомендации под названием V.24 и V.28. Стандартная скорость передачи для RS232 -- 9600 бит/сек на расстояние до 15 м. Существует в 8-, 9-, 25- и 31-контактных вариантах разъёмов.

В общем случае описывает четыре интерфейсные функции:

- определение управляющих сигналов через интерфейс;

- определение формата данных пользователя, передаваемых через интерфейс;

- передачу тактовых сигналов для синхронизации потока данных;

- формирование электрических характеристик интерфейса.

Рисунок 9- Схема 4-проводной линии связи для RS-232C

Все сигналы RS-232C передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи: данные передаются в инверсном коде (лоической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю - высокий уровень).

Для подключения произвольного УС к компьютеру через RS-232C обычно используют трех- или четырехпроводную линию связи (см. рис. 9), но можно задействовать и другие сигналы интерфейса. Обмен по RS-232C осуществляется с помощью обращений по специально выделенным для этого портам COM1 (адреса 3F8h...3FFh, прерывание IRQ4), COM2 (адреса 2F8h...2FFh, прерывание IRQ3), COM3 (адреса 3F8h...3EFh, прерывание IRQ10), COM4 (адреса 2E8h...2EFh, прерывание IRQ11). Форматы обращений по этим адресам можно найти в многочисленных описаниях микросхем контроллеров последовательного обмена.

4.3 Антенна А1D 800

Антенна A1D 800 работает в частотном диапазоне 824 - 894 МГц и предназначена для увеличения дальности и качества связи абонентских сотовых терминалов стандарта CDMA IS-95 (диапазон 800 МГц), а также других устройств радиосвязи, работающих в указанном диапазоне частот. Антенна обладает высоким усилением, низким коэффициентом стоячей волны (КСВ) и рекомендуется для использования в качестве внешней антенны. За счет применения конструкции по типу «волнового канала» достигается: высокий коэффициент направленного действия антенны, надежное заземление по постоянному току, обеспечивающее грозозащиту и снижение влияния помех на качество радиосвязи, высокая прочность, устойчивость к климатическим воздействиям (атмосферные осадки, солнечное излучение, перепады температуры). В условиях неустойчивой связи рекомендуется использовать антенну A1D 800 совместно с антенным усилителем ART-800

Рисунок 10- Внешний вид антенны А1D 800

Таблица 1- Технические характеристики антенны А1D 800

1. Характеристики	Значение
2. Полосы рабочих частот (по уровню коэффициента стоячей волны (КСВ)?1,5)	824-894 Мгц
3. Коэффициент усиления усредненной в рабочей полосе	9дБд
4. Максимальная входная мощность	25 Вт
5. Импеданс	50 Ом
6. Тип разъема	TNC-female

4.4 Усилитель ART-900/1800

Антенный усилитель ART-900/1800 предназначен для увеличения дальности действия абонентских терминалов, работающих в сотовых сетях связи стандарта GSM 900.

Максимальная выходная мощность усилителя 2Вт. Антенный усилитель ART-900/1800 предназначен для увеличения дальности действия абонентских терминалов, работающих в сотовых сетях связи стандартов GSM 900/1800. Максимальная выходная мощность усилителя: 2Вт (GSM 900); 1Вт (GSM 1800).

Технические характеристики:

- обеспечивает качественную связь при значительных удалениях от границы области обслуживания сотовой сети;

- работа с телефонами стандартов GSM - 900/1800, а также с GSM-шлюзом ECCOM Basis ;

-использование на стационарных объектах;

- использование в автомобиле;

- увеличение дальности действия телефона на расстояния до 35 км;

- полная компенсация затухания радиосигнала в кабеле снижения;

- возможность эксплуатации в сложных климатических условиях, благодаря герметичному дизайну.

Усилители ART-900/1800 обеспечивают качественную связь при значительных удалениях от границы области обслуживания сотовой сети.

Рисунок 12- Организация связи с помощью усилителя ART-900/1800

4.5 Ноутбук Dell Inspiron 1501

Для нормального функционирования АРМ диспетчера комплекса настройки АФС GSM- терминала необходимо современное компьютерное оборудование, которое дает возможность в полной мере выполнять поставленные задачи. Т.к. АРМ представляет собой мобильный пункт, то оптимальным решением является наличие ноутбука. В настоящее время для современных компьютеров по соотношению цены и качества оптимален ноутбук серии Dell Inspiron 1501.

Таблица 2 - Технические характеристики Dell Inspiron 1501

Процессор	AMD Turion 64x2 Dual-Core TL-56
Оперативная память	1GB DDR2 SDRAM с возможностью расширения до 2Gb.
Жесткий диск	120GB 5400 RPM SATA
Оптический диск	Combo Drive - 24x/10x/24x CD Burner и 8x DVD-ROM
Дисплей	15.4" WXGA (1280x800)
Видео	ATI Radeon Xpress 1150 256MB HyperMemory
коммуникации	Модем, сеть, Wi-Fi 802.11a/g
Порты и разъемы	4 USB 2.0 RJ45 Ethernet RJ11 Modem Video: коннектор 15-pin картридер 3-в-1 звуковые разъемы: для подключения микрофона и вывод на наушники
Вес	2,81 кг
Операционная система	Windows XP Home Edition
Гарантия	1 год от продавца

Ноутбук Dell Inspiron 1501 оснащен процессором AMD Turion 64 X2 MT TL-56 с неплохой производительностью, графическая подсистема представлена дискретным 3D-акселератором на основе ATI Radeon Xpress 1150, а объем оперативной памяти составляет 1 Гбайт. Все это позволяет без дополнительного апгрейда мигрировать от установленной на ноутбуке ОС Windows XP к современной версии Vista (причем в любой из редакций).

Вместимость жесткого диска Dell Inspiron 1501 тоже более характерна для дорогих моделей -- она составляет 120 Гбайт.

Набор интерфейсов стандартный для “деловых” ноутбуков. Картридер рассчитан на карты памяти SD/MMC, другие не поддерживаются. Также вместо типичного для бюджетных конфигураций слота для PC Card используется более совершенный Express Card.Встроенная аккумуляторная батарея обладает емкостью всего 4800 мАч и, согласно данным теста Battery Eater 2.6 обеспечивает продолжительность работы в автономном режиме всего 1 ч 18 мин.

5 Разработка алгоритма работы программы

Алгоритм работы программы (представлено на рис.14) визуально можно разбить на три блока: процедура Start, Stop и цикли программы (ожидание данных). Рассмотрим подробнее каждую:

Процедура Start. Активирует диалоговое окно интерфейса программы, позволяет начать работу с имеющимися данными, по следующей последовательности:

- выбор последовательного порта (выбираем свободный порт);

- выбор скорости последовательного порта (по умолчанию 9600 бит/с);

- открытие порта;

- блокировка на запись всех изменяемых полей (предназначено для того чтобы по случайности не сбить раннее установленные данные);

- блокировка кнопки Start;

- отправка команды ate 1 (включается эхо в модеме);

- отправка команды at+CGSN (запрос идентификационного номера);

- ожидание ответа от модема (ожидание данных);

- цикл программы пока не нажмут кнопку «Stop».

Процедура Stop. Останавливает все процессы программы, прекращает работу с имеющимися данными, по следующей последовательности:

- закрытие последовательного порта;

- активация кнопки «Start».

Основная процедура. Цикл программы:

- чтение данных из порта;

- отображение данных в нижней части окна интерфейса программы;

- перевод строки с верхнего регистра;

- пересчет и отображение уровня сигнала активной соты (ячейки);

- посылка команды at+CCED (получение параметров ячейки и до шести соседних ячеек);

- отображение IMEI;

- посылка команды at+CSQ (качество сигнала);

- вывод ERROR(ошибка данных);

- посылка команды at;

- определение количества соседних сот;

- расчет и вывод параметров активной соты;

- графическое отображение уровня сигнала активной соты;

- расчет и вывод параметров соседних сот;

- графическое отображение уровня сигнала соседних сот;

- посылка команды at+CSQ(качество сигнала).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 14 - Алгоритм работы программы

6 Разработка ПО для настройки АФС GSM- терминалов

6.1 Обоснование и выбор языка программирования

Delphi -- это средства разработки в программировании, которые имеют место быть в рамках приложений Microsoft Windows. Delphi представляет собой актуальную и легкую в использовании программу, которая необходима для генерации автономных программ графического интерфейса или 32-битовых консольных приложений -- программ, которые существуют вне рамок GUI, вместо этого, в соответствии с так называемым «DOS box».

Delphi является первым языком программирования, который обеспечивает уничтожение барьера между приложениями комплексного и упрощенного характера в использовании и низкоуровневыми битовыми программными средствами.

Создавая GUI-приложения с помощью Delphi, транслируемый язык программирования существует в рамках RAD-среды (язык Паскаль). Delphi включает в себя такие компоненты, как основные элементы графического интерфейса пользователя системы Windows, которые представлены в виде экранного бланка, кнопок и др. Это означает, что пользователю не нужно организовывать написание кодировки в случае присоединения этих элементов к определенному приложению. Пользователь просто разрабатывает их в программе рисования. Возможно также использование управляющих элементов ActiveX с целью создания таких специальных программ, как веб-браузеры. Delphi позволяет пользователю разрабатывать весь интерфейс визуально, а также быстро составлять код события с помощью простой компьютерной мышки.

Delphi существует во множестве конфигураций, которые используются как в ведомственных, так и в производственных учреждениях. С помощью Delphi пользователь может написать программу в рамках Windows на много быстрее и проще, чем это когда-либо было возможно.

В основе Delphi-среды лежит язык программирования Паскаль. Delphi имеет возможность использования множества баз данных. Примерами могут быть локальные базы данных - Paradox, Dbase, сетевые серверные базы данных SQL -- InterBase, SysBase.

Несмотря на то, что написание компьютерной программы с помощью Delpi представляется облегченным мероприятием, не стоит забывать, что подобное программное средство требует уверенных знаний системы Windows.

Программы графического интерфейса Delphi разработан на основе высокоуровнего языка программирования общего назначения:

- язык Delphi можно отнести к категории объективно-ориентированных;

- Delphi поддерживает главные средства программного обеспечения;

- Delphi имеет редактор графического отладчика;

- Delphi является функциональным приложением Turbo Pascal.

Многие виды программирования предполагают наличие специальной библиотеки объектов. Элементы VCL-библиотеки позволяют создавать усовершенствованный графический интерфейс.

Borland занимается разработкой системы управления жизненным циклом приложений Delphi предназначен для программистов, которые занимаются созданием новых комплексных программных продуктов для сложных приложений; элементы Delphi-основа языка программирования С++. На сегодняшний день, последней, 12 версией программного средства является Delphi 2009.

Листинг управляющей программы представлен в приложении дипломного проекта.

6.2 Описание АТ команд для работы c GSM/GPRS модулями

АТ-команды предназначены для обмена приложений и продуктов WAVECOM для обработки событий и служб, связанных с GSM.

Команда CSQ (качество сигнала) используется для уточнения показателей уровня принимаемого сигнала и частоты появления ошибочных битов канала со вставленной SIM - картой и без нее.

Синтаксис команды АТ+CSQ, возможные ответы: +CSQ <rssi>. <ber>,

ОК, примечание, значения <rssi> и <ber> определены ниже.

Задаваемые значения <rssi>:

- 0: -113 dBm или меньше;

- 1: -111 dBm;

- от 2 до 30: от -109 до 53 dBm;

- 31: -51 dBm или больше;

- 99: неизвестно или не обнаруживается.

Задаваемые значения <ber>:

- 07: как значения RXQUAL в таблице GSM 05.08;

- 99: неизвестно или не обнаруживается.

Команда CCED (описание окружения ячейки). Эта команда может быть использована приложением для получения параметров основной ячейки и до шести соседних ячеек. Существует два способа при помощи которых приложение может получить эти параметры:

- по запросу приложения;

- автоматически каждые 5 секунд.

Синтаксис команды: АТ+ССЕD=<mode>[.<запрашиваемые данные>]

<mode>:

0: Один запрос о состоянии;

1: Автоматические запросы;

2: Остановить автоматические запросы

<запрашиваемые данные>

1: Основная ячейка:

- если информация о ячейке доступна МСС, МNC, LAC, CI, BSIC, BCCH Freq (абсолютный), RxLev, RxLev FuII, RxLev Sub, RxQual, RxQuaI FuII, RxQual Sub, ldle TS;

- если информация о ячейке не доступна МСС, МNC, LAC, CI, BSIC, BCCH Freq (абсолютный), RxLev, RxLev FuII, RxLev Sub, RxQual, RxQuaI FuII, RxQual Sub, ldle TS;

2: от соседа 1 до соседа 6:

- если информация о ячейке доступна МСС, МNC, LAC, CI, BSIC, BCCH Freq (аbsolute), RxLev;

- если информация о ячейке не доступна МСС, МNC, LAC, CI, BSIC, BCCH Freq (аbsolute), RxLev.

4: процесс синхронизации

Примечание -

1 комбинирование (добавление значений) запрашиваемой информации поддерживается;

2 обратите внимание на то, что в режиме ожидания выполняются только RxLev измерения. Значение RxLev устанавливается в RxLev устанавливается в RxLev форме основной ячейки.

Так будет выглядеть ответ:

+CCED:<value1>, <valuen>

OK

+CCED:<value1>, <valuen>

OK

Здесь <value> является строкой ASCII значений (в десятичной форме, за исключением LAC и CL значений, которые представлены в шестнадцатеричной форме) параметров. В случае если поле не может быть измерено или оно не имеет значения, то параметр не заполняется (посылаются одна за другой две запятые). Если параметр <requested dump> не предоставлен, то будет использоваться последний из +CCED команды (или 15 по умолчанию). Значения МСС/MNC сбрасываются на 0, в случае, если сервис недоступен.

Автоматическая Rxlev индикация +CCED <mode>:

- 0: Один запрос о состоянии;

- 1: Автоматические запросы;

- 2: Остановить автоматические запросы;

- <запрашиваемые данные>;

- 8: RSSI показатели основной ячейки (RxLev) в пределах от 0 до 31.

Примечание -

1 ответ будет +CSQ ответом, а не +CCED ответом . 07.07 формат предпочитаем для +CSQ. <ber> не оценивается этой командой, таким образом значение <ber> всегда будет 99 +CSQ <rssi>. 99, ОК;

2 в случае, когда выбраны автоматические запросы, данный +CSQ ответ посылается каждый раз, когда <rssi> измеряется имениями результата. Автоматические запросы поддерживаются в режиме ожидания и во время разговора;

3 комбинирование (добавление значений) запрашиваемой информации (1, 2, 4, 8) поддерживается, но активация или отключение этого потока (8) не затрагивает другие потоки. Затем могут быть созданы как +CCED, так и +CSQ ответы;

4 если параметр <requested dump> не предоставлен, то будет использоваться последний из +CCED команды (или 15 по умолчанию).

Синтаксис команды ATZ. Возможные ответы: ОК, примечание - команда верна.

Команда CGSN. Данная команда позволяет пользовательскому приложению использовать IMEI (Международный идентификатор аппаратуры и мобильной связи, 15 цифр) данного продукта.

Таблица 3 - Синтаксис команды AT+CGMR

Команда	Возможные ответы
AT+CGSN Примечание - Получить IMEI	012345678901234 ОК Примечание - Считывание из IMEI EEPROM
AT+CGSN Примечание - Получить IMEI	+CME ERROR: 22 Примечание - Считывание из IMEI EEPROM

Команда AT+ECHO предназначена для эхоподавления. Команда используется для разрешения, запрета и настройки функций эхоподавления для голосовых вызовов.

Таблица 4 - Синтаксис команды AT+ECHO

AT+ECHO? Примечание: считать текущие настройки	+ECHO: 1. 1.0. 3.1 0.7 ОК
AT+ECHO= 1.3 30. 8 0 0 0.2 5 6 Примечание - Включить эхоподавление 3	+CME ERROR: 5 1 9 Примечание - Новый алгоритм будет запущен после сброса продукта
AT+ECHO? Примечание - Считать настройки эхоподавления	+ECHO: 3, 3,3 0,8 0 0 0, 25 6 ОК

6.3 Разработка интерфейса программы

Рациональная организация труда операторов АРМ является одним из важнейших факторов, определяющих эффективное функционирование системы в целом. В подавляющем большинстве случаев управленческий труд - опосредованная деятельность человека, поскольку в условиях АС он ведет управление, «не видя» реального объекта. Между реальным объектом управления и человеком-оператором находится информационная модель объекта (средства отображения информации). Поэтому возникает проблема проектирования не только средств отображения информации, но и средств взаимодействия человека-оператора с техническими средствами, т.е. проблема проектирования системы, которую следует назвать интерфейс пользователя.