№1 / 2013 / статья 2

Невидимые сети: применение компонентов беспроводной технологии в системах охраны

Андрей Никитин (г.Минск)

В настоящее время в охранных системах различного назначения находит применение практически весь спектр современных технологий беспроводной передачи данных. По функциональному назначению беспроводные технологии можно разделить на две группы: средства глобальных спутниковых систем навигации и средства беспроводной связи. Первая группа включает технические средства пользовательского сегмента спутниковой навигации американской системы NavStar GPS, отечественной системы ГЛОНАСС, а также совмещенные двухсистемные приемники GPS/ ГЛОНАСС. Ко второй группе относятся следующие технологии:

  • Цифровая мобильная сотовая связь GSM, включая ряд дополнительных сервисов (GPRS, SMS, MMS и другие), а также технология широкополосной цифровой сотовой связи 3G.
  • Радиосвязь в безлицензионных диапазонах (433, 868, 2400 МГц), включая технологию ZigBee и спецификации ISM-диапазона.
  • Технология беспроводной связи Bluetooth различных спецификаций.

Выбор той или иной технологии беспроводной связи и, соответственно, комплекта технических средств определяется спецификой конкретного приложения. В таблице 1 приведены некоторые технические возможности различных технологий беспроводной связи.

Таблица 1. Сравнительные характеристики различных технологий беспроводной связи  

Диапазон, МГц Выходная мощность, мВт Расстояние, км Скорость в радиоканале, кбит/сек Реальная скорость передачи данных, кбит/сек
433/868 10…25 до 5 до 1000 до 500
ZigBee 2400 1…100 до 2 250 до 40
Bluetooth 2,5…50 до 1 3 000 до 460 (SPP)
GSM/GPRS/EDGE 1000…2000 до ~30 от БС до 384 9,6…200
3G 250 до ~8 от БС до 42 000 тысячи

 

Применение GSM-технологий
в охранных системах

Лавинообразное распространение сотовой связи, произошедшее в течение последних 10-15 лет, не могло не оказать влияние на тенденции развития систем безопасности. Широкое применение встраиваемых GSM-модулей в охранных системах обусловлено следующими факторами:

  • Передача «тревожных» сообщений, в принципе, не ограничивается расстоянием: важно, чтобы охраняемая система и получатель сообщения находились в зоне действия сети. Если учесть, что международный роуминг в настоящее время перестал быть экзотикой, то получатель может находиться в любой обитаемой точке планеты. В то же время любые технологии радиосвязи имеют конечный радиус действия.
  • Промежуток времени между отправкой сообщения и его приемом, как правило, не превышает минуты, что вполне приемлемо для большинства охранных систем.
  • Сотовая связь не бесплатна, но вполне доступна по стоимости для любых приложений.
  • Стоимость встраиваемых GSM-модулей невелика даже для малобюджетных проектов.
  • Помимо голосовой связи и отправки SMS-сообщений, возможны и другие форматы передачи данных (GPRS, EDGE, HSPA и другие). Развитие технологии широкополосной цифровой сотовой связи 3G позволяет существенно повысить скорость передачи данных и, соответственно, увеличить объем передаваемой информации, что, в свою очередь, расширяет возможные области применения технологий сотовой связи.
  • Технология программирования GSM-модемов не требует особых интеллектуальных усилий: механизм использования АТ-команд достаточно прост. Конкретный набор и синтаксис команд для определенного типа модема может быть оригинальным, но общие принципы применения АТ-команд сохраняются для любой модели.
  • GSM-технология является весьма экономичной с точки зрения мощности, потребляемой модемом в дежурном режиме.

Рассмотрим наиболее популярные применения GSM-технологий в охранных системах:

  • Онлайн мониторинг транспортных средств с использованием технологий спутниковой навигации GPS/ ГЛОНАСС.
  • Охранные и противопожарные системы зданий, складов, территорий и других охраняемых помещений. Сюда же можно отнести охранные системы дач, гаражей и другой недвижимости. Принцип действия систем автономной сигнализации- срабатывание «тревожного» датчика вызывает отправку SMS-сообщения. В качестве такого датчика могут использоваться датчики присутствия, PIR-датчики движения, концевые датчики открытия окон и дверей, датчики дыма, температуры и др.
  • Системы управления и контроля доступа. Например, если общеобразовательная школа оборудована системой контроля доступа, то, как опция, может обеспечиваться отправка SMS-сообщений на указанный номер при появлении ребенка в школе и уходе из нее. Кроме того, в системах контроля доступа распределенных территорий отправка SMS-сообщений на центральный пункт охраны может применяться при попытках доступа на неохраняемые территории и помещения.
  • Системы оповещения и дозвона при тревогах и чрезвычайных ситуациях, компоненты связи систем типа «Умный Дом», системы сбора данных (например, АСКУЭ), системы телеметрии различного назначения и многое другое.

Необходимо отметить, что применение GSM-технологий ограничено, главным образом, пассивными охранными системами. То есть, системами, задачей которых является привлечение внимания охранных служб или собственника к факту возникновения нештатной ситуации на охраняемом объекте или оповещение его о выполнении некоего прогнозируемого события (например, прохождения автотранспортом оговоренной контрольной точки). В активных охранных системах GSM-технологии могут использоваться лишь в качестве второстепенной, дополнительной опции.

 

Продукция Sierra Wireless
в области GSM-технологий для встраиваемых систем

Линейка GSM-модемов, предлагаемых компанией КОМПЭЛ, представлена канадской компанией Sierra Wireless. После объединения с известной французской компанией Wavecom Sierra Wireless стала крупнейшим мировым производителем в области GSM-модулей для встраиваемых систем, существенно опережая компании Cinterion, Telit Communication и другие.

В продукции Sierra Wireless направление GSM-модулей для встраиваемых систем представлено семейством AirPrime, которое, в свою очередь, включает несколько серий GSM-модулей второго, третьего и четвертого поколений (2G, 3G и 4G) различного назначения и конструктивного исполнения. Модули серий Q24 и Q26, модемы Fastrack и Integra в свое время получили заслуженное уважение у разработчиков охранных систем. Эти изделия продолжают применяться и в настоящее время, но сегодня наибольший интерес вызывают новые изделия из серии WS, а именно — миниатюрные, удобные в интеграции 2G-модули WS6318, WISMO218 и WISMO228.

Модули WISMO218 и WISMO228, представленные на рисунке 1, выполнены в SMD-корпусе типа LCC размера 25х25 мм с краевыми контактами, то есть пригодны не только для автоматической пайки на плату, но допускают также и ручную пайку.

 

Конструктивное исполнение модулей WISMO218 и WISMO228

 

Рис. 1. Конструктивное исполнение модулей WISMO218 и WISMO228

 

Модуль WISMO218 является двухдиапазонным, предназначенным для использования в мобильных сетях Европы, Азии, Африки и Австралии (то есть 900/1800 МГц). Модуль WISMO228 с функциональной точки зрения является аналогом WISMO218, но является четырехдиапазонным, то есть, помимо диапазонов 900/1800 МГц, поддерживает также пару 850/1900 МГц и может быть использован, кроме того, для работы с сетями мобильных операторов Америки. Учитывая тот факт, что цены модулей WISMO218 и WISMO228 одинаковы, а WSMO228 закрывает все функциональные возможности WISMO218, в дальнейшем будем упоминать только модуль WISMO228. С точки зрения архитектуры модули имеют полноценную реализацию TCP/IP-стека, поддерживают обмен по последовательному интерфейсу UART, имеют 11 линий ввода-вывода общего назначения, часы реального времени, сигнал готовности модуля, выход для светодиодной индикации, выход ШИМ (генератор звукового сигнала вызова) и интерфейс SIM-карты. Аудиосистема модуля включает один аналоговый вход с микрофона и один аналоговый выход на динамик, поддерживает функции эхо- и шумоподавления, звуковой кодек поддерживает спецификации HR, FR, EFR и AMR. Управление модулей осуществляется посредством АТ-команд.

Модуль WS6318, представленный на рисунке 2, на данный момент является самым миниатюрным 2G-модулем из представленных на рынке.

 

Конструктивное исполнение модуля WS6318

 

Рис. 2. Конструктивное исполнение модуля WS6318

 

Он выполнен в SMD-корпусе размером 15х17,8 мм и, таким образом, занимает на плате всего 267 мм2, что по сравнению с модулями WISMO228 обеспечивает экономию площади более, чем на 55%. Отметим, что модуль реализован в корпусе типа LCA, то есть, в отличие от WISMO, допускается только автоматическая пайка на плату. Модуль WS6318 является двухдиапазонным, то есть не предназначенным для работы в мобильных сетях Америки (в отличие от WISMO228). Функционально WS6318 обеспечивает те же возможности, что и модули WISMO228, но аудиосистема WS6318 имеет дополнительные функции. Добавлены второй аналоговый выход на динамик и цифровой аудиоинтерфейс PCM. Реализована функция декодирования DTMF-сигнала (двухтональный многочастотный аналоговый сигнал, используемый для набора телефонного номера). Помимо стека TCP/IP реализован протокол передачи файлов FTP. Управление осуществляется через АТ-команды, большая часть которых (но не все) совпадает с набором команд модулей WISMO228. Отличительной особенностью конструктивного исполнения является уникальная технология покрытия модуля, которая делает его более устойчивым к воздействию агрессивных условий внешней среды. Диапазон рабочих температур -40…85°С.

Компания-производитель обеспечивает модули семейства WS необходимыми средствами отладки для изучения возможностей изделий, упрощения разработки аппаратных и программных средств. Кроме того, в фирменных материалах даны необходимые рекомендации для разводки печатной платы, подключения источников питания, аудиоустройств, внешней антенны, а также — по другим тонкостям, которые могут вызвать затруднения у пользователя.

Модули WISMO228 и WS6318, являясь устройствами начального уровня, обеспечивают необходимый для большинства приложений набор функциональных возможностей при невысокой стоимости, что обеспечивает привлекательность этих изделий по сравнению с аналогичными по назначению устройствами других производителей.

Более подробную информацию о продукции Sierra Wireless в области GSM-технологий можно найти в литературе [1-3].

 

Применение спутниковой навигации
в мониторинге транспорта

Спутниковый мониторинг (или GPS-мониторинг) транспорта — система отслеживания нахождения транспортных средств, в основе которой лежит использование технологий глобальных спутниковых систем навигации (главным образом — американской системы NavStar GPS, отечественной системы ГЛОНАСС, или их совмещенного варианта). Отметим, что обеспечение безопасности транспортных средств в узком смысле, то есть защита их от угона средствами спутникового мониторинга возможна и нередко реализуется, но не является главной. В традиционном, более широком, смысле спутниковый мониторинг обеспечивает охрану интересов собственников транспортных компаний от различного рода злоупотреблений персонала. Существуют два варианта спутникового мониторинга транспорта: онлайн и оффлайн. При онлайн-мониторинге данные о местонахождении транспортного средства с определенной периодичностью отсылаются на диспетчерский пункт с помощью GSM-модема (например, в виде SMS-сообщений). В этом случае диспетчер имеет сведения о положении транспорта в реальном времени (с учетом дискретности в посылке сообщений) и, соответственно, информацию об отклонении от заданного маршрута и других нештатных ситуациях получает с минимальным опозданием. В режиме оффлайн данные в процессе маршрута записываются в накопитель данных, а по прибытии на диспетчерский пункт передаются диспетчеру для контроля. Механизм передачи данных может быть бесконтактным (ZigBee, WiFi, Bluetooth и другие) или контактным (флеш-накопитель, смарт-карта), но сути дела не меняет: данные доступны для контроля после успешного возвращения домой.

Навигационный приемник (GPS-приемник), непрерывно получая сигналы с навигационных спутников, обрабатывает их и, при наличии качественных сигналов от достаточного числа спутников, получает так называемое «решение», то есть координаты приемника в системе «широта, долгота, высота от уровня моря» и время, которому соответствует решение. Как вторичные результаты могут быть рассчитаны скорость и курс движения, а также обобщенные параметры качества решения. Эта информация при контроле (онлайн или оффлайн) позволяет однозначно зафиксировать отклонения от заданного маршрута (например, «левые» поездки), несоблюдение установленного режима движения (немотивированные остановки, систематическое превышение скорости и прочее). В большинстве случаев бортовой контроллер анализирует состояние дополнительных датчиков, фиксирующих уровень топлива в баке, нагрузку на ось транспортного средства, температуру в рефрижераторе, нажатие «тревожной» кнопки, другие параметры и события, которые также записываются в протокол и позволяют контролировать добросовестность водителя. На практике управляющие транспортными компаниями отмечали, что внедрение средств мониторинга экономило 10…30% топлива и наводило элементарный порядок в отношении дисциплины.

Первые системы спутникового мониторинга транспорта появились в странах бывшего СССР примерно в 1997 году и были ориентированы исключительно на спутники системы NavStar GPS (отечественная система ГЛОНАСС была в совершенно «разобранном» состоянии). Соответственно, в трекерах использовались приемники только GPS и, преимущественно, зарубежных производителей. Но в августе 2008 года было принято постановление Правительства РФ «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» [4], которое обязало использовать систему ГЛОНАСС в том числе:

  • на морских судах и судах внутреннего речного и смешанного («река-море») плавания;
  • на автомобильных и железнодорожных транспортных средствах, используемых для перевозки пассажиров, специальных и опасных грузов;
  • на технических средствах, образцах вооружения, военной и специальной технике, предназначенной для Вооруженных Сил РФ (и приравненных к ним ведомств).

В тот момент времени слова «система ГЛОНАСС» уже не были пустым звуком, и добавление российской системы к американской давало существенное улучшение качества работы. Кроме того, возможность применения трекеров «только GPS» стала весьма ограниченной. Естественно, что с этого момента стал расти интерес к российским производителям совмещенных приемников ГЛОНАСС/GPS.

 

Модули приемников ГЛОНАСС/GPS компании «ГеоСтар навигация»

Московская компания КБ «ГеоСтар навигация» предлагает на рынок приемники ГЛОНАСС /GPS OEM-типа (то есть, предназначенные для интеграции в конечную аппаратуру пользователя). Приемники ГеоС-1 и ГеоС-1М отличаются типом исполнения (поверхностный или объемный монтаж) и, соответственно, габаритами плат. Данные приемники были подробно рассмотрены ранее [5], поэтому перейдем к их дальнейшему развитию — приемникам ГеоС-3 и ГеоС-3М, которые появились на рынке в 2012 году.

Приемники ГеоС-3 и ГеоС-3М выведены на рынок в 2012 году и являются дальнейшим развитием ГеоС-1х. Принципиальными изменениями является добавленная дополнительно к созвездию ГЛОНАСС/GPS возможность работы с европейской геостационарной спутниковой навигационной системой EGNOS и американской глобальной системой распространения дифференциальных поправок WAAS. Как следствие, число каналов увеличено до 32. Это, естественно, повышает точность решения как в плане, так и по вертикали, однако на данный момент пять спутников WAAS обслуживают только большую часть территории США и Канады, а система EGNOS в настоящее время не обеспечивает покрытие территории РФ (на практике есть некоторое покрытие для самых западных областей). Иными словами, новые функциональные возможности сделаны с расчетом «на вырост». Добавлена возможность работы в дифференциальном режиме (при наличии источника дифференциальных поправок), несколько повышена точность решения (до 2,5 метров в плане и 3,5 метров по высоте). Также уменьшено время получения первого решения при «холодном» и «горячем» старте. Модификации ГеоС-3 и ГеоС-3М, представленные на рисунке 3, функционально идентичны и имеют только конструктивные отличия.

 

ГЛОНАСС/GPS-приемники ГеоС-3 (слева) и ГеоС-3М

 

Рис. 3. ГЛОНАСС/GPS-приемники ГеоС-3 (слева) и ГеоС-3М

Компания «ГеоСтар-навигация» для поддержки разработчиков предлагает также отладочные средства и демонстрационные платы, пакеты демонстрационных программ и необходимые аксессуары (антенны, переходники и прочее) для создания пользователем законченных изделий.

 

Модули приемников ГЛОНАСС/GPS компании Навиа

Санкт-Петербургская компания Навиа предлагает совмещенный ГЛОНАСС/GPS 32-канальный приемник ML8088s, представленный на рисунке 4.

 

ГЛОНАСС/GPS-приемник ML8088s

 

Рис. 4. ГЛОНАСС/GPS-приемник ML8088s

 

Существенные функциональные особенности данного изделия:

  • В основе приемника лежит микросхема STA8088FG семейства Teseo II- новейшая разработка компании STMicroelectronics. В данной разработке реализованы самые современные технологии обработки сигнала спутников и получения навигационного решения: прогнозирование информации по технологии ST-AGPS, трехуровневая система подавления помех и ряд частных решений, обеспечивающих снижение времени получения первого решения, повышение чувствительности, снижение потребляемой мощности.
  • Помимо совмещенного созвездия ГЛОНАСС/GPS, приемник (а точнее- микросхема STA8088FG) поддерживает созвездие спутников GALILEO- спутниковую навигационную систему Евросоюза. Предполагается, что система войдет в строй в 2014-2016 году и будет доступна на территории стран бывшего СССР. Сложно предсказать, как сильно улучшиться при этом точность позиционирования, но в этом случае надежность непрерывного получения навигационного решения в условиях «городских джунглей» предположительно достигнет значения более 95% в любое время суток.
  • Приемник поддерживает также проектируемую японскую систему навигационных поправок QZSS. Однако, учитывая тот факт, что покрытие системы ограничится регионом от Японии до Австралии, данная особенность для российского потребителя существенной роли не играет.

На данный момент (при работе от созвездия ГЛОНАСС/GPS) обеспечивается следующая точность определения координат: в плане — 3 метра, по высоте — 4 метра. Точность определения скорости — 0,05 м/с. Каналы обмена данными: два дуплексных канала RS232 (уровни сигналов LVTTL). Обмен данными с приемником осуществляется по протоколу компании STMicroelectronics, подобному NMEA 0183, бинарный протокол не применяется. Для поддержки разработчика компания-производитель предлагает также необходимые средства отладки и программное обеспечение.

 

Модули приемников ГЛОНАСС/GPS компании Trimble Navigation

Американская компания Trimble — давно и хорошо известный бренд на рынке систем спутниковой навигации. В линейке OEM-приемников компания предлагает семейство модулей Condor и модули Copernicus II. Все приемники обеспечивают примерно равные рабочие характеристики: первое решение — не более 38 секунд в «холодном» старте и 2 секунды в «горячем» старте. Точность определения координат в плане — 2 метра, по высоте — 3 метра. Приемник выдает метки времени с точностью 25 нсек. Различия между шестью типами модулей Condor — в конструктивном исполнении и сервисных функциях: поддержка пассивной антенны, определение факта подключения антенны, наличие порта USB, вывод управления режимом Standby. Модули Condor поддерживают спутниковые системы EGNOS и WAAS, а также используют технологию прогнозирования AGPS. В качестве протокола обмена данными используется стандартный вариант NMEA 0183 по каналу RS232. Модули Copernicus II также поддерживают EGNOS и WAAS, но не используют технологию AGPS. Кроме стандартного варианта NMEA 0183 в модулях Copernicus II используются также традиционные для Trimble протоколы TSIP и TAIP, популярные в первые годы освоения GPS-технологий.

К сожалению, сегодня в изделиях Trimble не обеспечивается поддержка отечественной спутниковой системы ГЛОНАСС. Однако в ближайших планах компании Trimble предполагается выпуск на рынок своего ГЛОНАСС/GPS-модуля на чипсете STA8088FG.

 

Технология ZigBee и области ее применения

ZigBee — технология построения беспроводных сетей передачи данных, объединяющих значительное количество узлов, которые обмениваются между собой небольшими объемами информации. Технология ZigBee основана на двух независимых документах:

  • Стандарт IEEE 802.15.4 определяет два уровня стека. Самый нижний уровень PHY- физические параметры радиоканала (диапазон частот, число каналов, тип модуляции, параметры сигналов) и следующий уровень MAC- протокол доступа к среде (структура посылки по радиоканалу, систему адресации, механизмы проверки и подтверждения целостности данных, механизм урегулирования коллизий). Фраза «IEEE 802.15.4» не относится только к технологии ZigBee. Это физико-логическая база, на которой построена технология ZigBee, но не только она.
  • Спецификация стека ZigBee определяет три следующих уровня стека: уровень канала передачи данных DLC, который оговаривает формирование и контроль пакетов данных, управление потоком данных; сетевой уровень NWK решает задачи безопасности сети, трансляции и маршрутизации сообщений, обработки сетевых процедур, поддержки различных топологий; уровень поддержки приложений APS отвечает за безопасность устройства, трансляцию сообщений и организацию сервисов устройств. Профили приложения частично оговорены в спецификации ZigBee, а частично оставлены на усмотрение производителя оборудования. Иными словами, спецификация ZigBee определяет совокупность правил, по которым будут взаимодействовать устройства, объединенные в сеть. ZigBee является некоторой программной надстройкой, опирающейся на стандарт IEEE 802.15.4. Взаимосвязь стандарта IEEE 802.15.4 и стека ZigBee представлена на рисунке5.

 

 

Взаимосвязь стандарта IEEE 802.15.4 и стека ZigBee

 

Рис. 5. Взаимосвязь стандарта IEEE 802.15.4 и стека ZigBee

Топология сетей ZigBee может быть самой разнообразной: «точка — точка», «звезда», «дерево», а также произвольная ячеистая топология (или топология mesh). Различные варианты топологии представлены на рисунке 6. Технология ZigВee обеспечивает возможность организации сложных децентрализованных ad-hoc (образованных случайными абонентами)-структур. В таких сетях каждый узел напрямую связан с несколькими другими узлами, эти связи могут обновляться и оптимизироваться при отключении устройств от сети или при появлении новых. При разрушении существовавшего маршрута (авария, отключение маршрутизатора от сети) автоматически формируются новые маршруты передачи данных в обход отключенного узла (если это возможно).

 

Различные варианты топологии сетей ZigBee

 

Рис. 6. Различные варианты топологии сетей ZigBee

Спецификацией ZigBee предусмотрено три типа узлов (устройств): координатор, маршрутизатор и оконечное устройство. Координатор инициализирует сеть и управляет сетевыми узлами, а в процессе работы может быть источником, приемником и ретранслятором сообщений. Маршрутизатор отвечает за выбор пути доставки сообщения, передаваемого по сети, и, в процессе работы, также может быть источником, приемником или ретранслятором сообщений. Оконечное устройство не участвует в управлении сетью и ретрансляции сообщений, являясь только источником или приемником сообщений.

 

Области применения сетей ZigBee:

  • Автоматизация коммерческих зданий. Данная технология используется для сбора и обработки информации от датчиков различного назначения: температуры, влажности, освещения, вентиляции и прочее.
  • Системы охранной и пожарной безопасности: сбор и обработка информации от устройств пожарной сигнализации, датчиков присутствия, движения, освещенности, концевых выключателей дверей и окон.
  • Системы контроля и управления доступом (в качестве сети, объединяющей аппаратуру «точек доступа» и контрольный пульт).
  • Системы контроля и мониторинга автотранспорта в автопарках: транспортный мониторинг в режиме оффлайн.
  • Системы учета и логистики грузов на крупных складах и базах. В этом случае подразумевается применение технологии RFID-идентификаторов.
  • Системы промышленного контроля, автоматизации и телеметрии производственных процессов.
  • Домашняя автоматизация и системы «Умный дом».

 

Основные преимущества технологии ZigBee:

  • Технология обеспечивает крайне низкое энергопотребление. Большую часть времени устройство проводит в режиме сна, включаясь лишь в моменты приема или передачи данных. Экономичность устройств ZigВee позволяет им работать автономно с питанием от батарей в течение нескольких лет.
  • ZigBee сегодня- единственная высокоуровневая технология беспроводной передачи данных, которую поддерживает большое количество компаний-производителей.
  • Присутствие на рынке множества независимых производителей однотипного по назначению оборудования обеспечивает разумный уровень цен на компоненты.
  • Применение аппаратуры ZigBee в Российской Федерации в частотном диапазоне 2,405…2,485 ГГц не требует получения частотных разрешений и дополнительных согласований.

По технологии ZigBee существует достаточное количество литературных материалов. В качестве обзорного введения в технологию можно рекомендовать учебное пособие [6], а также многочисленные материалы на сайте компании КОМПЭЛ.

 

Модули ZigBee компании Digi

Американская компания Digi International производит широкий спектр устройств беспроводной связи для работы в диапазонах частот 800…2400 МГц. В этой номенклатуре можно выделить четыре основных направления:

  • Радиомодули для встраивания в аппаратуру пользователя (OEM-продукты).
  • Законченные модемы для передачи данных по радиоканалу.
  • Беспроводные датчики и преобразователи интерфейсов (адаптеры).
  • Межсетевые шлюзы ZigBee- Ethernet и Bluetooth- Ethernet.

Применительно к тематике данной статьи особый интерес вызывает первое направление, в котором, в свою очередь, можно выделить следующие семейства изделий:

  • Высокочастотные радиомодули XBee 802.15.4 (или Series 1), поддерживающие только требования стандарта IEEE 802.15.4.
  • Радиомодули XBee ZB и XBee-Pro ZB (или Series 2), которые поддерживают не только стандарт IEEE 802.15.4., но и спецификацию ZigBee.
  • Радиомодули XBee ZB SMT и XBee-Pro ZB SMT (или Series S2C), поддерживающие стандарт IEEE 802.15.4. и спецификацию ZigBee, предназначенные для поверхностного монтажа на плату.
  • Радиомодули XBee 868LP, предназначенные для работы в безлицензионном диапазоне 868МГц, с пониженным энергопотреблением, для поверхностного монтажа на плату.
  • Радиомодули XBee Wi-Fi, предназначенные для работы в безлицензионном диапазоне 2400МГц по требованиям ISM (Industrial, Scientific and Medical). Диапазон ISM- так называемый частотный диапазон для промышленных, научных и медицинских приложений. Изделия, предназначенные для работы по требованиям спецификаций ISM, стандарту IEEE 802.15.4. не соответствуют, несмотря на использование той же частоты 2400МГц.

Варианты конструктивного исполнения модулей различных серий представлены на рисунке 7.

 

МодулиXBee компании Digi

 

Рис. 7. МодулиXBee компании Digi

Каждая из серий включает в себя различные модификации. Например, передача данных может осуществляться посредством бескорпусной чип-антенны, либо антенна может быть выполнена в виде проводника-змейки на печатной плате, модуль может содержать разъем для подключения съемной антенны или для подключения антенного кабеля (переходника). Возможные варианты исполнения довольно разнообразны, ознакомиться с ними можно на сайте производителя. Отметим также, что для каждой серии производитель предлагает отладочный комплект (а иногда и не один) с соответствующим программным обеспечением.

Поскольку наибольший интерес представляют ZigBee-модули, рассмотрим подробнее устройства XBee ZB и XBee-Pro ZB. Модули XBee ZB обеспечивают дальность связи до 40 метров в помещении и до 120 метров в условиях прямой видимости при мощности передатчика до 2 мВт. В качестве интерфейса управления используется последовательный канал обмена UART, кроме этого, модуль содержит 4-канальный аналого-цифровой преобразователь и 10 цифровых линий ввода-вывода общего назначения, которые предназначены для подключения аналоговых и/или дискретных датчиков. Управление осуществляется либо при помощи АТ-команд (так называемый прозрачный режим), либо с использованием API-фреймов. Строго говоря, в каждый модуль при изготовлении записывается определенная прошивка firmware, которая определяет, во-первых, роль устройства в сети — координатор или маршрутизатор (оконечное устройство), и, во-вторых, способ управления — АТ-команды или API-фреймы. Прошивка модуля может быть изменена пользователем при помощи специальной утилиты, но в любом случае в рамках одной сети должен использоваться единый метод управления. Модули могут работать в спящем режиме, в этом случае оконечное устройство будет находиться в режиме низкого энергопотребления и выйдет из него при получении посылки или при возникновении необходимости передать свои данные. Модули XBee-Pro ZB (Series 2) являются дальнейшим развитием XBee ZB. Они обеспечивают дальность связи в помещении до 90 метров, а в условиях прямой видимости — до 3200 метров при мощности передатчика до 63 мВт. Кроме того, введены дополнительные блоки встроенной памяти 32 кбайта EEPROM и 2 кбайта ОЗУ.

ZigBee-модули компании Digi являются законченным решением («кирпичиком») для построения сети ZigBee. Применение модулей не предполагает детального изучения пользователем спецификации ZigBee и программирования модуля, благодаря этому создание работающей сети возможно при минимальных затратах времени.

 

Заключение

За последние пять лет каждое из трех рассмотренных направлений беспроводных технологий сделало существенный шаг вперед, что не могло не сказаться на возможностях их применения в охранных системах. Модули GSM-связи даже второго поколения были значительно миниатюризированы и в настоящее время конструктивно оформлены не в виде отдельных плат или небольших устройств, а в виде микросборок площадью в несколько квадратных сантиметров, что, в свою очередь, минимизирует габариты конечных устройств (а, следовательно, повышает их скрытность). Модули третьего и четвертого поколений позволили значительно повысить объем передаваемой информации. Помимо привычных SMS-сообщений, появляется возможность передавать абоненту по сотовой связи изображения или короткие видеоролики с систем видеонаблюдения. Успешное развитие российской навигационной системы ГЛОНАСС инициировало интерес к разработке совмещенных навигационных приемников и, как следствие, повысило надежность работы средств мониторинга транспортных средств в условиях сложной местности. Технология беспроводной связи ZigBee из просто перспективного направления выросла в целый ряд проектов беспроводных сетей с динамической конфигурацией. Номенклатура беспроводных компонентов, предлагаемых компанией КОМПЭЛ, непрерывно отслеживает последние изменения у производителей, что дает возможность пользователю выбрать решение, оптимальное как по функциональным, так и по ценовым критериям.

 

Литература

1. Пушкарев О. Обзор продукции Sierra Wireless для беспроводной передачи данных//Новости электроники, №10, 2009.

2. Пушкарев О. Миниатюрный GSM-модуль WS6318//Электронные компоненты, №2, 2012.

3. Встраиваемые беспроводные модули Sierra Wireless AirPrimeTM серии WS Series//Материал компании Sierra Wireless.

4. Постановление Правительства Российской Федерации от 25 августа 2008 г. «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS»//страница в Интернете http://www.aggf.ru/proekt/zakon/doc.php?zakID=6.

5. Никитин А. Совмещенные приемные модули систем ГЛОНАСС/GPS производства КБ «Геостар Навигация»//Новости электроники, №4, 2010.

6. Балонин Н.А., Сергеев М.Б. Беспроводные персональные сети на основе ZigBee/ учебное пособие. — СПб: ГУАП, 2012. — 58 с.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: wireless.vesti@compel.ru

 

 

Наши информационные каналы

Теги: , , , ,
Рубрики: