Technologie bezprzewodowe i zdalny dostęp

satelline3ASdNMS_001_m

Nowoczesne systemy wymiany danych nie obejdą się bez technologii bezprzewodowego przesyłu informacji. Stąd też pole do popisu dla modemów radiowych oraz systemów bazujących na GSM i GPRS. Warto przyjrzeć się nieco bliżej rozwiązaniom tego typu.

Technologie sieciowe zyskują coraz większą popularność. Nie wymagają okablowania, w związku z czym łatwo instalować urządzenia w trudno dostępnych miejscach. Jakość połączeń jest coraz lepsza, dzięki czemu systemy mogą mieć coraz większy zasięg, a ryzyko pojawiania się błędów jest coraz mniejsze.

 

GSM/GPRS.

Systemy telemetrii nie obejdą się bez technologii GSM/GPRS. W takim rozwiązaniu dane mogą być przesyłane poprzez e-maile lub wiadomości SMS. Typowy modem bazuje na wejściach cyfrowych, wejściach licznikowych oraz wejściach i wyjściach analogowych. Przydatne rozwiązanie stanowi port przeznaczony do podłączenia kamery a dla przemysłowych systemów wymiany danych służy interfejs Modbus. Standardem są interfejsy USB, Ethernet oraz RS-485.

produkty_satel_m

 

Radiomodemy

Mówiąc o radiomodemach warto wspomnieć o urządzeniach o wysokiej mocy nadawania. Transmisja danych uwzględnia tryby half- lub full-duplex. W procesie przesyłu danych urządzenie wykrywa silniejszy sygnał a więc użytkownik zyskuje pewność, że transmisja jest stabilna. Oprócz tego dzięki takiemu rozwiązaniu eliminuje się zjawisko tzw. fadingu będącego wyciszeniem fal radiowych a odpowiednie procedury programowe mają za zadanie korygowanie błędów i weryfikowanie sum kontrolnych.

W niektórych radiomodemach przewiduje się podświetlany wyświetlacz ciekłokrystaliczny i klawiaturę zatem jest możliwe parametryzowanie urządzenia bez konieczności podłączania komputera. Modemy o większych mocach bazują na dodatkowych elementach chłodzących. Niektóre modele mogą pracować również jako repeatery.

 

Odpowiednie szyfrowanie

Dla zapewnienia należytego bezpieczeństwa sieci bezprzewodowej niezbędne jest odpowiednie szyfrowanie transmisji. W sieci IEEE 802.11 zastosowanie znajduje protokół WEP (Wired Equivalent Privacy), w którym ważny jest algorytm szyfrowania bazujący na kluczu symetrycznym RC4 PRNG (Ron’s Code 4 Pseudo Random Number Generator). WEP obejmuje swoją kontrolą zarówno wszystkich klientów jak i wszystkie punkty dostępu. Używany jest ten sam klucz do szyfrowania i odszyfrowania danych. Klucz rezyduje w komputerze klienta i w każdym punkcie dostępu do sieci. Standard specyfikuje klucze 40- oraz 104-bitowe, do których w procesie wysyłania ramki dołączony jest wektor inicjujący (Iv) o długości 24 bitów, dlatego też mówi się o 64- i 128-bitowych kluczach WEP.

satelline3ASdNMS_013_mStandard WEP nie jest bez wad zatem rozszerzono podstawowy mechanizm zabezpieczeń. WPA jest następcą mniej bezpiecznego standardu WEP (WiFi Protected Access). Technologia ta wykorzystuje 128-bitowe klucze. W porównaniu z WEP zostały poprawione wszystkie złamane wcześniej zabezpieczenia. Wzmocniono także bezpieczeństwo autoryzacji użytkownika. Istotna cecha to również automatyczna dystrybucja kluczy.

Może okazać się, że z pewnych powodów nie jest możliwe zastosowanie WPA2. W takim przypadku przydatne okazuje się zabezpieczenie SSID lub wykorzystanie listy numerów MAC interfejsów sieciowych poszczególnych urządzeń pracujących w sieci.

Na przykład radiomodemy Satelline-3AS EPIC funkcję repeatera mogą wykonywać na dwa sposoby. Pierwszy z nich to wyłącznie odbieranie i natychmiastowe przesyłanie dalej pakietów danych (o maksymalnej długości pojedynczego bloku – 1 kB). W drugiej metodzie radiomodem skonfigurowany jako repeater może także być podłączony do innego urządzenia (np. sterownika PLC). W takim rozwiązaniu dane są przekazywane do portu (jeżeli dotyczą tego urządzenia) lub są retransmitowane dalej. Wspomniany model pracuje na częstotliwościach z zakresu 400–470 MHz. Możliwe jest zastosowanie odstępu sąsiedniokanałowego 12,5 kHz lub 25 kHz. Radiomodem Satelline-3AS EPIC charakteryzuje się maksymalną mocą 10 W. Tym sposobem, w zależności od zastosowanych anten, zapewnia on komunikację w terenie otwartym na odległość do 80 km.

 

Radiomodemy do kamer wideo

Na rynku dostępne są również radiomodemy pozwalające na przesyłanie obrazu drogą radiową. Ze względu na to, że w technologii tej istotnym problemem jest duża ilość danych, urządzenia muszą uwzględniać narzędzia techniki i zapisu w kontekście przesyłania obrazu na znaczne odległości. Profesjonalny system do przesyłu danych obejmuje kamerę, moduł kompresujący oraz komplet radiomodemów.

Obraz pozyskiwany za pomocą kamery jest zapisywany i kompresowany przez moduł elektroniczny. W następnej kolejności obraz przesyłają radiomodemy. Te z kolei mogą być połączone z komputerem, na którym możliwy jest podgląd monitorowanego miejsca lub przedmiotu. Na komputerze można także zapisywać pojedyncze klatki lub nagrywać obraz w trybie ciągłym. W nowoczesnych technologiach transmisji obrazu każda ramka jest przesyłana przez radiomodemy w formie sygnału cyfrowego. Biorąc pod uwagę ograniczoną przepustowość łącza radiowego, z uwzględnieniem wysokiej częstotliwości odświeżania kamery z obrazu, przesyłane są nie całe klatki obrazu a wyłącznie zaistniałe w nim zmiany.

 

Z myślą o sieci Ethernet

W nowoczesnych radiomodemach sieci Ethernet zarówno sterowanie jak i diagnostyka urządzenia przeprowadzana jest przy użyciu przeglądarki www. W niektórych modelach uwzględniono możliwość zdalnej diagnostyki jakości i mocy sygnału dla indywidualnych połączeń w sieci. Za pomocą przeglądarki parametryzowane są również parametry transmisji radiowej jak i transmisji przez RS-232 i Ethernet. Tryb pracy niektórych radiomodemów zbliżony jest do pracy urządzeń podłączonych do magistrali RS-232. Do zalet urządzeń pracujących w standardzie Ethernet zaliczyć należy przede wszystkim duży zasięg bez konieczności bezpośredniej widoczności. Istotna jest również w pełni transparentna sieć z opcją routingu. Ważny pozostaje szeroki zakres zmian częstotliwości pracy wynoszący ±15 MHz. Szerokość kanału jest konfigurowalna. Zasilanie bazuje na Ethernet (PoE) lub sieci 10–30 VDC. Takie rozwiązanie pozwala na stosowanie w aplikacjach, w których ze względów technicznych lub finansowych nie ma możliwości doprowadzenia energii elektrycznej. W warunkach przemysłowych z pewnością przydatna okaże się obudowa odporna na działanie czynników zewnętrznych. Tego typu rozwiązania zastosowanie znajdują przede wszystkim w telemetrii i systemach SCADA. W szczególności radiomodemy Ethernet używane są w sieciach wodociągowych, ciepłowniczych, gazowniczych, monitoringu dostarczania energii elektrycznej i wydobycia surowców, a także stacjach meteorologicznych.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że połączenie za pomocą GSM/GPRS uwzględnić można już na etapie doboru sterownika PLC. Urządzenia te są dobrym rozwiązaniem przy bezprzewodowych systemach nadzoru, pomiarów, monitoringu, a także w diagnostyce i sterowaniu wykorzystującym transmisję pakietową GPRS. Z pewnością przydatna w przemysłowych systemach wymiany danych okaże się możliwość transmisji informacji nie tylko poprzez odpytywanie, ale również w sposób zdarzeniowy. Reakcja urządzenia następuje w momencie zmiany stanu wejścia i wyjścia dwustanowego lub istotnej zmiany na wejściu analogowym. W sterownikach cechujących się zintegrowanym modemem GSM/GPRS jedną z kluczowych kwestii stanowi również rejestrator zdarzeń o funkcjonalności RTU. Istotna jest także możliwość pełnej parametryzacji przy użyciu przyjaznego oprogramowania, korzystającego zarówno z lokalnego portu szeregowego jak i zdalnego GPRS.

 

W strefach zagrożonych wybuchem

Istotną rolę odgrywają urządzenia sieciowe przeznaczone do pracy w atmosferach zagrożonych wybuchem. Stanowią one zatem idealne rozwiązanie dla zakładów chemicznych, petrochemicznych czy też górnictwa. Tego typu urządzenia cechują się wysokim stopniem ochrony (IP 67) oraz odpornością na wstrząsy i wibracje przy jednoczesnym spełnianiu norm dotyczących kompatybilności. Obudowy niektórych urządzeń produkowane są ze stali nierdzewnej.

Zalety i wady bezprzewodowe

 

Przegląd oferty rynkowej

Modem X9100-GSM Turbo jest w stanie wysyłać fotografie za pomocą sieci GPRS. Dowolne wejście cyfrowe może być użyte do wyzwalania kamery i wysłania fotografii. Jest możliwe wykonanie fotografii w odpowiedzi na wiadomość SMS. Cztery wejścia cyfrowe konfiguruje się jako cztery liczniki 32-bitowe. Ostatnia wartość każdego licznika może być wysyłana za pomocą wiadomości SMS lub e-maili bądź w określonym czasie lub po osiągnięciu zadanej wartości.

Modem radiowy 605M-D1 pracuje w czterech zakresach GSM – 850/900/1800/1900 MHz. W modelu tym uwzględniono obsługę zestawu komend AT dla GSM oraz gniazdo na kartę SIM. Komfort parametryzowania zapewni oprogramowanie konfigurujące.

Np. system do bezprzewodowej transmisji obrazu, oparty na module V-LINK100 znajduje zastosowanie przy monitoringu wizyjnym obiektów oddalonych nawet o 10 km. W systemie tym uwzględniono 3 porty I/O do podłączeń zewnętrznych. W przypadku alarmu, porty te mogą być użyte – automatycznie lub załączone zdalnie – do włączania oświetlenia, aktywacji alarmu, otwarcia lub zamknięcia bramy, itp.

Modem 105U-G przeznaczony jest do bezprzewodowego połączenia pomiędzy różnego typu magistralami danych. Urządzenie wyposażone jest w nadajnik radiowy, przetwornik oraz sygnały kontrolne I/O. W modelu tym uwzględniono odpowiednie zabezpieczenia. Do istotnych cech tego urządzenia zaliczyć należy szyfrowanie danych, a także automatyczne potwierdzenie i poprawę błędów. Istnieje również możliwość adresowania typu peer to peer. W modułach tych uwzględniono 8 dyskretnych I/O, z których każdy z nich konfigurowany jest indywidualnie jako wejście lub wyjście.

Na przykład model przemysłowego punktu dostępowego AWK – 3121 firmy Moxa może pracować w trybach Access Point/AP Client/Bridge oraz w trybie obsługi sieci opartych na standardach IEEE 802.11 a/b/g. Obudowa wykonana jest z aluminium. Bezpieczeństwo przesyłanych danych, a także kontrola dostępu do sieci, realizowana jest w oparciu o szyfrowanie WEP (64 lub 128 bit)/WPA/WPA2, 802.1X, filtrowanie adresów MAC oraz możliwości zablokowania rozgłoszeń SSID. Urządzenie wykonane w wersji rozszerzonej może pracować w szerokim zakresie temperatur (od -40 do 75°C). Tym sposobem zyskuje się możliwość wdrożenia niezawodnego połączenia bezprzewodowego w warunkach przemysłowych. Np przykład moduł MT 101 firmy Inventia jest zasilany napięciem stałym o wartości 8–30VDC lub przemiennym o wartości 24 V. Sterownik przeznaczony jest do montażu na szynie DIN. Połączenia z urządzeniami zewnętrznymi bazują na listwach zaciskowych, natomiast o funkcjach diagnostycznych i statusie pracy użytkownik informowany jest za pomocą sygnalizacji optycznej opartej na diodach LED. Oprócz tego system komunikacyjny wykorzystuje izolowane galwanicznie: 8 wejść i wyjść binarnych, 2 wejścia analogowe, przy czym programowane są 4 poziomy alarmowe z jednoczesną histerezą i filtracją. Konfiguracja odbywa się przy użyciu portu szeregowego, natomiast antena zewnętrzna podłączana jest dzięki złączu typu SMA. Oprócz tego urządzenie cechuje się wbudowanym zegarem czasu rzeczywistego oraz rejestratorem zdarzeń z rozdzielczością 100 ms. Transmisja GPRS i SMS ma charakter zdarzeniowy.

Urządzenie radiowe BAT 54-F X2 firmy Hirschman cechuje się certyfikatami pozwalającymi na pracę w strefach wybuchowych EX-ZONE 2. Specjalna konstrukcja zapewnia ochronę w bardzo trudnych warunkach. Urządzenie wykorzystuje dwa moduły radiowe z antenami, z których każdy może być instalowany zarówno na ścianie jak i maszcie. Warto także zwrócić uwagę na fakt, że moduły przystosowane są do pracy w szerokim zakresie temperatur od – 20°C do 60°C. Modem może pracować jako Acces Point i Acces Client tym samym wspierając takie tryby pracy jak bridge czy też punkt–wielopunkt. Urządzenie jest zasilane napięciem stałym lub przemiennym, natomiast połączenie przewodów zasilających wykorzystuje specjalne konektory. Prędkość transmisji zarówno na częstotliwości 2, 4 GHz jak i 5 GHz dochodzi do 108 Mbit/s. Zastosowanie specjalnych funkcji pozwala na nieprzerwaną pracę w czasie ruchu.

 

Autor: Sławomir Pietrzko

Wszystkie zdjęcia: Astor

 

Artykuł pochodzi z czasopisma Główny Mechanik 2/2015

Okladka GM2 i Dodatek 600x417

Authors

Related posts

Góra
English