Спутниковый мониторинг. Часть 1

в 15:48, , рубрики: 3g, gps, Беспроводные технологии, спутниковая связь, спутниковый мониторинг, метки: ,
Старые фокусы на новый лад

Спутниковый мониторинг подвижных объектов вещь абсолютно не новая. Много лет перевозчики и автопарки используют GPS-трекеры для определения местоположения каждой машины автопарка. Не составляет труда узнать не только местоположение ТС, но и объем топлива, расход, скорость и любую другую информацию с датчиков автомобиля.
До сих пор под спутниковым мониторингом подразумевали устройства с определением местоположения через системы глобального позиционирования (GPS, GLONASS, Galileo и тд) и передачей данных по каналу GPRS, реже по радио или Wi-Fi.
Основной проблемой существующих систем является отсутствие глобального покрытия сети. Многие компании нашли выход в использовании «черного ящика», буфера в котором хранится информация о точках и передается, как только появляется сеть. Но что делать, если данные необходимо получать постоянно? А если техника многие месяцы не входит в сеть GSM? В нашей практике был клиент, у которого раз в две недели на объект выезжал специальный человек с ноутбуком и собирал данные с трекеров по Wi-Fi. Решение более чем спорное.
Спутниковые сети и M2M
Решение проблемы нашлось на поверхности. Точнее над поверхностью. От 740 до 35 000 км над землей. Установка трекеров со спутниковым каналом или спутниковых модемов в поддержку существующих систем. На данный момент две сети обеспечивают отличное покрытие и поддерживают M2M сервисы.

Iridium – крупнейшая спутниковая сеть со 100% покрытием Земли. 66 активных спутников и 6 резервных обеспечивают передачу данных из самых удаленных уголков планеты. Высота расположения спутников 740 км. В любой момент времени над вами не менее 3-х спутников, что позволяет оборудованию тратить меньше времени на поиск луча.

Inmarsat – вторая по величине спутниковая сеть. Покрытие составляет 98% и обеспечивается 11 геостационарными спутниками. Однако передача данных требует наведения на спутник или, в случае использования всенаправленной антенны, прямой видимости спутника, то есть на Юг.

Картина была бы не полной, если я не упомяну оператора Thuraya, самого молодого из всех. Спутники оператора так же геостационарное. Покрытие значительно уступает предыдущим двум, однако подкупает цена трафика, как голосового так и IP. Кроме того компания выпустила модуль all-in-one позволяющий создавать свои устройства. К тому же модуль сильно подкупа низкой ценой.

В первой части рассмотрим оборудование для передачи данных в сети Iridium.

Оборудование

Компания Iridium имеет крайне противоречивое прошлое. С одной стороны — самая крупная спутниковая сеть, с другой — банкротство пережитое в 1999г повлекшее за собой отключение всех устройств сети. Однако в 2001г компания была запущена вновь. Руководство сильно пересмотрело ценовую политику. Теперь передача данных и голоса стоит приемлемых денег (минута разговора до 1999г – 5$/мин, на данный момент до 1.2$/мин). Спутниковый телефон стоит чуть больше 1000$, что вполне приемлемо в наше время.

Однако не о телефонах пойдет речь. В линейке компании появились встраиваемые модули, которые можно использовать как для интеграции в существующие приборы, так и для создания собственных устройств передачи данных.

Модули существуют двух типов: SBD модуль и модуль с поддержкой всех сервисов компании.
Наиболее интересным для нас является первый тип, а конкретно модуль Iridium 9602 производства компании Nal Research.
image
Модуль 9602 используется только для передачи SBD трафика, что благотворно влияет на его стоимость (до 300$).

SBD (Short Bust Data) – вид трафика используемый для передачи коротких сообщений. Длинна сообщения может составлять до 1920 байт, но чаще используются сообщения до 340 байт. Данные могут передаваться на e-mail, IP, IMEI другого SBD устройства.

На модуле расположены: вход Iridium антенны, вход GPS антенны (не очень ясно назначение. В своем приборе мы его не используем), 20 pin коннектор.
image
Для передачи информации на модуль используется RS-232 порт.

Принцип передачи данных

В системе мониторинга транспорта основным передатчиком является GSM-модуль, а резервирование происходит через модуль Iridium 9602. Маршрут пакета данных переданного через GPRS предельно прост. Трекер собирает данные о точке (координаты, скорость, к-во топлива и тд.), сжимает их по своему протоколу и отправляет на IP сервера мониторинга. Однако, протокол сжатия данных для сотовой сети не подходит спутниковому каналу. Дело в том, что через GPRS сообщения о точках передаются с высокой периодичностью. Примерно два раза в минуту. Для спутника такой расход трафика — недопустимая роскошь. В связи с этим разработан специальный протокол, который собирает данные нескольких точек, пакует в одно сообщение и пересылает на сервер, как только размер пакета достигнет 340 байт. В результате мы имеет два разных формата данных с одного устройства. Но не все разработчики систем мониторинга готовы внедрять поддержку дополнительных протоколов в свое ПО. На помощь нам приходят решения по эмуляции пакетов. Ниже наглядно показан маршрут следования пакета данных с устройства до сервера мониторинга.
image
Контроллер трекера с определенной периодичностью опрашивает датчики и собирает информацию в пакет. Каждый период опроса является точкой и подписывается геоданными. Как только объем пакета достигает 340 байт контроллер, через порт RS-232, отправляет данные на модуль, откуда они уходят в формате SBD. Так как, на данный момент, точка сопряжения (телепорт) всего одна, то данные передаются от спутника к спутнику до телепорта, где пакету присваивается IP адрес и порт назначения. Для того, что бы сервер знал куда направлять данные, при регистрации IMEI устройства нужно указать IP адрес и порт нашего сервера эмуляции. В системе можно задать до 5-ти различных точек назначения. В их качестве можно указать e-mail, IP или IMEI другого SBD устройства (это может быть нужно для реализации системы обмена сообщениями). После того как сервер эмуляции получил данные он распаковывает пакет и пакует каждую точку в отдельности эмулируя протокол в котором данные идут через GPRS. Дальше информация о точках отправляется в систему мониторинга и мы можем видеть пройденный маршрут и состояние транспорта на разных этапах движения.

Зачем это нужно

Иметь данные о перемещении транспорта это приятно, но далеко не все компании видят в них пользу. И правда, зачем отправлять данные через спутник, если их можно собирать и отправить как только появится GSM сеть?
Наиболее веским доводом является возможность получать экстренные данные. Может лопнуть колесо, произойти слив топлива, отказ двигателя и множество непредсказуемых ситуаций. В этом случае формируется внеочередной пакет и отправляется на систему мониторинга, благодаря чему можно предпринять экстренные меры. На случай внештатных ситуаций не связанных напрямую с транспортом можно предусмотреть кнопку экстренного вызова.

Иные применения

На примере мониторинга транспорта можно понять, что модуль 9602 может пригодиться в любой сфере, где необходимо получать актуальную информацию с удаленных объектов или обеспечить резервный канал передачи данных. Вендинговые автоматы, спасательные буи, счетчики и многое другое оборудование, которые требует постоянного наблюдения. Режим пониженного энергопотребления позволяет создать на базе модуля модем для передачи данных с точек, где нет постоянного питания. Самый простой пример – датчики наблюдения за сейсмоактивностью.

Итог

Модуль 9602, как и оператор Iridium, далеко не единственные решения для M2M. Под решение каждой задачи можно подобрать необходимое оборудование и выбрать наиболее подходящего оператора. В следующих статьях я опишу модем Iridium 9522b и модуль 9523, а так же расскажу о решениях на базе оператора Inmarsat, долгое время сохранявшего монополию на спутниковую передачу данных в C и L диапазонах на территории РФ. Не обойдется без внимания и Thuraya, так же недавно получивший лицензию на работу в России.

Автор: Sergey_mur

* - обязательные к заполнению поля