Фирма GENEKO, основанная в 1991 году, является одним из ведущих Сербских производителей оборудования, предназначенного для телекоммуникационных систем.
Линейка выпускаемой продукции содержит шесть основных направлений оборудования, включающих более 50 наименований различных изделий.
Серия Ethernet – шлюзов «Geneko GWR»
Среди прочих товаров фирма выпускает беспроводные 2G/3G – Ethernet роутеры предназначенные, как для работы в качестве автоматизированного GSM – Ethernet, шлюза, так и использования в качестве обычного USB – или RS232 беспроводного модема.
Серия «Geneko GWR» включает четыре основные модели:
- «GWR202»: базовый GSM/GPRS модуль – три диапазона частот 900/1800/1900 МГц; GPRS class 10; скорость передачи в режиме GPRS 85.6 кбит/с (DL), 42.8 кбит/с (UL).
- «GWR252»: базовый GSM/GPRS/EDGE модуль – четыре диапазона частот 850/900/1800/1900 МГц, GPRS/EDGE class 12; скорость передачи в режиме EDGE 236.8 кбит/с (DL), 236.8 кбит/с.
- «GWR352»: базовый GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSDPA/HSUPA – четыре диапазона частот 3G UMTS/HSDPA/HSUPA: 850/900/1900/2100 МГц; четыре диапазона частот 2G 850/900/1800/1900 МГц; скорость передачи в режиме HSUPA 7.2 (DL) Мбит/с, 5.76 Мбит,с (UP); UMTS 384 кбит/с (DL); EDGE 236.8 кбит/с (DL); GPRS 85.6 кбит/с (DL);.
- «GWR ADSL»: связь реализуется либо через ADSL канал, либо через GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSDPA/HSUPA канал.
- Характеристики ADSL: Multimode, ANSI T1.413, ITU-T G.dmt annex A,ITU-T G.lite, Encapsulation: PPPoE. Скорость передачи 8160 кбит/с (DL).
Характеристики GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSDPA/HSUPA канала полностью совпадают с моделью «GWR352».
Шлюзы серии GWR представляют собой универсальные беспроводные устройства для передачи данных (DTU – date trasmition unit), предназначенное, прежде всего, для работы в качестве законченных, полностью автоматизированных GSM- Ethernet шлюзов. Кроме того, модемы GWR могут быть использованы в качестве обычного USB – или RS232 беспроводного модема.
Модель «GWR ADSL» дополнительно содержит ADSL модем. Такое сочетание позволяет использовать это устройство, как Ethernet – ADSL шлюз и передавать данные через обычную аналоговую телефонную линию при помощи технологии ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line).
В тех местах , где не поддерживаются высокоскоростные сети 3G, но есть доступ к Интернет через сеть ADSL, и при этом нужно передавать данные на высоких скоростях, использование «GWR ADSL» шлюза может оказаться полезным.
Несмотря на наличие более быстрых способов передачи данных (телевизионный коаксиальный кабель, оптоволоконные линии), технология ADSL по-прежнему актуальна для крупных городов, имеющих развитую инфраструктуру проводной связи. Например в Финляндии, согласно действующему законодательству, каждый житель страны должен быть с 2010 года обеспечен выходом в Интернет. При этом подключение большинства домов производится именно по технологии ADSL. Аналогичные законодательные акты есть и в других городах Евросоюза.
Шлюзы GWR управляются встроенным микроконтроллером с тактовой частотой 80 МГц. Микроконтроллер имеет встроенные PLL, интерфейсную шину, Ethernet MAC - контроллер, ускоритель NAT, GDMA, USB - хост контроллер, UART, два таймера 24-бит, сторожевой таймер, 20 пользовательских вводов - выводов, дополнительный контроллер прерываний.
Микроконтроллер управляет работой GSM модуля через через UART - порт. В GWR поддерживаются интерфейсы RS-232 и Ethernet 10/100 Mбит/с.
Программное обеспечение построено на базе операционной системы Linux, что позволяет реализовать такие функции, как DHCP, NAT, GRE, IPsec тоннели, и другие.
При включении питания шлюз автоматически устанавливает соединение с GSM сетью и выбирает тот режим работы, который поддерживается конкретной базовой станцией.
Основное назначение шлюза GWR заключается в том, чтобы получать и передавать информацию по беспроводному каналу на центральный диспетчерский пульт (ЦДП) от различных приборов и систем, объединенных в Ethernet – сети и расположенных на удаленном объекте (УО).
В качестве примеров таких систем можно назвать сети промышленных датчиков, платежных терминалов, торговых автоматов, охранных систем, локальные компьютерные сети филиалов компании, и многое другое.
Схема шлюза GWR включает в себя:
- Блок питания;
- GSM/GPRS (EDGE или HSUPA) модуль;
- Ethernet – модуль (Ethernet 10/100);
- Интерфейс SIM – карты;
- Микропроцессор ARM9TDMI;
- Преобразователь интерфейса RS-232;
- Конвертер интерфейсов «параллельный - последовательный»;TL16C550;
- Аудио интерфейс;
- Сторожевой таймер.
Конвертор интерфейсов TL16C550D позволяет преобразовывать данные, полученные от периферийных устройств из последовательного в параллельный протокол и данные от ЦПУ из параллельного в последовательный код.
Для поддержания режима непрерывной работы, шлюз имеет сторожевой таймер, который представляет собой двоичный счетчик тактовых импульсов. При переполнении счетчика происходит аппаратный перезапуск процессорного модуля.
Когда GSM/GPRS модуль находится в сети, процессорный модуль периодически сбрасывает сторожевой таймер и аппаратный перезапуск не осуществляется.
При сбое в работе, потере связи или зависании процессорный модуль перезапускает шлюз. При этом происходит автоматическая регистрация в сети GSM/GPRS.
Модем можно настроить так, чтобы он автоматически дозванивался на заданный номер и проверял наличие и качество связи.
В шлюзе реализована функция автоопределения передачи данных через последовательный порт. Если контроллер шлюза обнаруживает сигнал на последовательном порту, он сразу начинает устанавливать «dial-up» соединение. Когда передача данных прекращается, модем разрывает соединение.
Mодели GWR202 и GWR252 выполнены в одном конструктиве. Габаритные размеры 95х135х35 мм. Вес 380 г.
Внешний вид моделей GWR202 и GWR252 показан на рисунке 1.
=========================================================
Рис 1 Внешний вид GWR202 и GWR252
==========================================================
Внешний вид модели GWR352 показан на рисунке 2.
=========================================================
Рис 2. Внешний вид модели GWR352
==========================================================
Внешний вид модели GWR ADSL показан на рисунке 3.
=========================================================
Рис 3. Внешний вид модели GWR ADSL
==========================================================
На передней панели шлюзов этой серии расположены разъемы для подключения Ethernet (UTP cab, Standard 10/100Base-T), RS232 (DB9), USB (mini) и разъем для подачи питания (9-12 В). Во всех моделях имеется кнопка «жесткого перезапуска (hard reset)».
В базовой комплектации на разъем DB9 выведен стандартный интерфейс RS232 (9 сигналов: CD, TXD, RXD, DSR, GND, DTR, CTS, RTS, RI).
По специальному заказу на разъем DB9 может быть выведен интерфейс RS485.
На задней панели шлюза расположены держатели SIM – карты и разъем для подключения антенны. Все модели этой серии имеют два независимых держателя SIM- карты и могут работать с двумя разными операторами сетей сотовой связи.
На верхней панели расположены светодиодные индикаторы режимов работы. Восемь индикаторных светодиодов позволяют контролировать наличие питания, состояние подключения к беспроводной сети и к сети Ethernet, а также процесс передачи данных (рис.4).
=========================================================
Рис 4. Верхняя панель шлюза GWR
==========================================================
Все шлюзы серии GWR имеют расширенные возможности светодиодной индикации, которые позволяют контролировать дополнительные параметры связи.
На линейку из пяти индикаторов выводятся следующая информация:
- Индикатор № 1: сигнал меньше – 107 дБм;
- Индикатор № 2: сигнал в диапазоне от – 107 дБм до – 98 дБм;
- Индикатор № 3: сигнал в диапазоне от – 98 дБм до – 87 дБм;
- Индикатор № 4: сигнал в диапазоне от – 87 дБм до – 76 дБм;
- Индикатор № 5: сигнал в больше – 87 дБм.
Надежная работа шлюза гарантируется при уровнях сигнала от – 87 дБм (горят индикаторы 1 и 2)..
Для питания шлюзов используются внешние стабилизированные блоки с напряжением от 9 В до 12 В. Возможно подключение к бортовой сети автомобиля +12 В.
При включении питания запускается загрузчик операционной системы, который тестирует порты и определяет текущий статус шлюза.
В простейшем варианте работы достаточно подключить шлюз к ПК через RS232, запустить Hyper Terminal и подать питание.
При наличии сигнала на последовательном порту система перейдет в режим «Тестирование с заводскими настройками». Для начала работы в этом режиме нужно будет ввести пароль и логин шлюза. Если идентификация прошла успешно, то дальше в этом режиме можно просмотреть текущие настройки, выполнить процедуру перезагрузки.
При обнаружении ошибок (некорректный сигнал) на входе последовательного порта система переходит в режим ручного управления с коррекцией ошибок.
Для этой цели используется простой диалоговый интерфейс.
В режиме настройки параметров предусмотрены практически все необходимые случаи работы шлюза.
Настройки Ethernet - шлюзов Geneko GWR
Шлюзы Geneko GWR имеют простой и удобный WEB интерфейс, позволяющий настраивать устройство с использованием сервера производителя. Для входа в режим настройки достаточно с помощью любого браузера войти на сайт www.Geneko.rs и ввести пароль, логин, приведенные в документации к шлюзу. Если идентификация прошла успешно, то открывается главное меню настроек, в котором указана информация о подключенном к сети устройстве (рис 6).
=============================================
Рис.5. Информация о шлюзе, подключенном к серверу Geneko
========================================================
На сервере Geneko доступны следующие основные группы настроек:
- Настройки по умолчанию;
- Сетевые настройки;
- Настройки безопасности;
- Системные настройки.
В разделе «системные настройки» устанавливаются параметры режимов работы, центра сбора данных, конфигурации приложений, Ethernet, последовательного порта, установки таймера.
В этом режиме можно выбирать необходимые параметры для настроек таких режимов, как например, NAT, Ifconfig, static router, Auto Ping, DHCP Server, DynDNS, NTP, IPSEC Tunnel.
Интерфейс установки таймера позволяет задавать время ожидания установки PPP, пауза для автоматического соединения после разрыва связи, период посылки сигналов отклика и др.
В разделе дополнительных настроек задаются номер телефона основной консоли, параметры PPP – протокола, параметры последовательного порта, параметры порта управления через Web – интертерфейс.
Подробные инструкции по выбору конкретного параметра приведены в [1]. Следует обратить внимание на то, что Ethernet – порт шлюза GWR поддерживает переадресацию на дополнительные IP - адреса внутри сети. Это позволяет устанавливать связь с любым сетевым устройством через один внешний IP.
Другой важной особенностью шлюза GWR является возможность работы в режиме DHCP – сервера. Этот режим позволяет связать IP – адрес подключенного клиента, полученный от конкретного адресного пула, с IP – адресом шлюза и IP – адресом первичного DNS – сервера. Синхронизация по времени осуществляется с помощью режима привязки к серверу времени NTP (рис. 6).
==========================================================
Рис.6. Окно работы в режиме DHCP – сервера
=======================================================
Режимы работы Ethernet - шлюзов Geneko GWR
В моделях GWR предусмотрены следующие режимы работы:
- Режим шлюза (GSM/GPRS - Ethernet);
- Одноранговая сеть (один GWR работает напрямую с другим GWR);
- Работа по протоколу TCP в прозрачном режиме (данные с одного устройства, которые поступают на его последовательный порт, пересылаются по TCP – протоколу на последовательный порт другого устройства;
- Работа по протоколу UDP в прозрачном режиме (данные с одного устройства, которые поступают на его последовательный порт ,пересылаются по UDP – протоколу на последовательный порт другого устройства;
- Работа в режиме стандартного модема.
На рисунке 7 приведена схема передачи данных на центральный диспетчерский пункт от различных устройств и датчиков, объединенных в Ethernet – сети и расположенных на удаленном объекте.
==========================================================
Рис.7. Схема передачи данных на центральный диспетчерский пункт от различных устройств и датчиков, объединенных в Ethernet – сети
(На ЦДП есть выделенная линия со статическим IP адресом).
=============================================================
В этом случае выход в Интернет для локальных сетей реализуется через шлюз GWR. На ЦДП имеется выделенная линия для выхода в Интернет со статическим IP адресом.
В работе с GWR можно использовать, как статические, так и динамические IP адреса. Кроме того, шлюз поддерживает DDNS (Dynamic Domain Name Services) [2]. Эта функция позволяет преодолеть трудности, связанные с изменением динамического IP адреса при переадресации в сети Интернет.
Сервер DDNS связывает статический адрес хоста с удаленным устройством. Поскольку хост с определенным именем связывается в результате с конкретным удаленным устройством, то не имеет значения, как часто изменяется IP адрес в процессе передачи данных по сети Интернет.
В том случае, когда на ЦДП нет выделенной линии и статического IP адреса, можно использовать другой GWR или обычный GSM/GPRS модем (рис. 8).
=============================================================
Рис 8. Схема передачи данных на центральный диспетчерский пункт от различных устройств и датчиков, объединенных в Ethernet – сети и расположенных на удаленном объекте (На ЦДП – нет выделенной линии со статическим IP адресом).
==============================================================
Инициатором обмена данными может выступать как ЦДП, так и шлюз. Сеансы информационного обмена между ЦДП и шлюзом могут происходить в произвольные моменты времени. В качестве транспортных протоколов могут применяться как UDP, так и TCP.
В локальной Ethernet – сети, расположенной на удаленном объекте, каждый из приборов имеет свой собственный IP- адрес. Данные с этих адресов передаются на IP адрес шлюза, полученный у провайдера сети Интернет.
ЦДП обращается к шлюзу по IP адресу, назначаемому шлюзу после соединения с GSM - сетью.
Одной из наиболее важных функций шлюза является программируемый NAT –Network Address Translation. Маршрутизатор NAT дает возможность шлюзу выступать в роли посредника между глобальными сетями Интернет и локальной сетью Ethernet, а также перенаправлять передачу данных на конкретные адреса в локальной сети.
Поэтому шлюзу необходим всего один IP – адрес, чтобы представлять в глобальной сети группу приборов или компьютеров, объединенных в локальную Ethernet – сеть [3].
Например, можно запрограммировать NAT таким образом, чтобы соединение с ЦДП было бы возможным только для заданных в Ethernet – сети IP адресов конкретных устройств и по конкретному графику. Далее с сервера ЦДП поступает вызов на шлюз по IP – адресу, назначенному ему по сети Интернет. Благодаря NAT этот вызов переключается на конкретное устройство по его адресу в сети Ethernet. Это устройство передает результаты измерений на ЦДП. Затем происходит последовательный опрос других устройств из сети Ethernet. Во всех шлюзах серии GWR функция NAT реализована по умолчанию в базовом программном обеспечении.
Следует, однако, подчеркнуть, что NAT может в определенных ситуациях конфликтовать с некоторыми сетевыми протоколами. Достаточно подробно этот вопрос рассмотрен в [4].
С помощью шлюзов серии GWR можно осуществлять обмен данными между двумя Ethernet – сетями. Подробно этот пример описан в [1].
Следует подчеркнуть еще один очень интересный режим работы, когда серия GWR используется в качестве шлюзов для установления соединения между беспроводной WAN сетью Ethernet и другими локальными Ethernet сетями. В качестве примера на рисунке 10 приведена схема туннелирования между GSM/GPRS - Ethernet сетью и GRE сетью Cisco.
Термином GRE (Generic Routing Encapsulation) определяют специальный сетевой протокол передачи пакетных данных, разработанный компанией Cisco Systems. Его основное назначение заключается в инкапсуляции пакетов сетевого уровня модели OSI в IP пакеты беспроводной связи [5]. Для реализации инкапсуляции используется метод туннелирования, при котором пакеты данных одного протокола «внедряются» в какой-либо другой транспортный протокол. Как правило, туннелирование реализуется в виде виртуального интерфейса, когда не нет жесткой привязки к конкретным протоколам.
Протоколы GRE не относятся сами по себе к протоколам безопасности беспроводной связи. Однако с помощью протоколов IPSec можно согласовать систему кодировки GRE с протоколами безопасности VPN для систем беспроводной связи.
Схема, приведенная на рисунке 9, показывает, как можно создать GRE – туннель для шлюзов Cisco и GWR Geneko между сетями «LAN to LAN».
В этом примере необходимо, чтобы оба шлюза на каждой стороне поддерживали «виртуальный туннельный интерфейс».
В качестве транспортного протокола для переноса инкапсулированного пакета наиболее часто используют протокол IP.
Применение метода туннелирования целесообразно для поддержки многопротокольных локальных сетей с помощью однопротокольной опорной сети, для соединения разнесенных подсетей, для организации виртуальных приватных сетей (VPN) поверх глобальных сетей (WAN).
Рассмотренный пример (рис 9) может оказаться очень полезным в тех М2М приложениях, когда нужно организовать передачу данных от существующих компьютерных локальных сетей на удаленный сервер через IP соединение
=============================================================
Рис. 9. Схема туннелирования между GSM/GPRS - Ethernet сетью и GRE сетью Cisco с использованием шлюза GWR.
=============================================================
В другом случае туннелирование может существенно улучшить работу опорной сети. Так, например, при соединении двух сетей AppleTalk через IP-опорную сеть в моменты наибольшей загрузки соединение может прерыватьсься из-за скачкообразного увеличения трафика, создаваемого широковещательными сообщениями протокола RTMP [6]. При использовании туннелирования пакеты AppleTalk будут инкапсулированы внутрь IP-пакета, который будет пересылаться по опорной сети на указанный адрес. В точке назначения шлюз извлечет пакет AppleTalk из капсулы и передаст его в сеть AppleTalk обычным образом.
Из дополнительных специальных настроек можно выделить режимы работы с туннельными протоколами, PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) [7]. Протокол PPTP - это туннельный протокол, который является расширением протокола PPP (Point-to-Point Protocol - протокол «точка-точка») и используется для проверки подлинности, сжатия и шифрования. Клиентская поддержка протокола PPTP реализована в клиенте удаленного доступа Windows XP. Режим «PPTP – прокси» позволяет создавать «PPTP – туннельные соединения» на базе интранет сети.
В некоторых случаях полезно использовать протокол L2TP (Layer Two Tunneling Protocol) - сетевой туннельный протокол канального уровня, на базе протокола L2F (layer 2 Forwarding, Cisco) [8] и протокола PPTP Microsoft [9].
Эти протоколы позволяет организовывать VPN с заданными приоритетами доступа, однако не содержат в себе средств шифрования и механизмов аутентификации для создания защищённой VPN.
В заключении можно отметить, что шлюзы серии GWR используются, как в простых системах автоматизации, где на малых скоростях передаются небольшие объемы данных, так и в сетях 3G, 3G+ последнего поколения.
По данным [10] в конце 2010 года. сети с поддержкой HSPA эксплуатировались на коммерческой основе более чем 200 операторами в 80 странах мира. Большинство сетей 3G реализовано на базе 2G. В процессе выполнения этой работы был накоплен опыт, позволяющий адаптировать старые базовые станции под соответствующие технологии 3GPPP. Этот факт говорит о том, что в ближайшие годы можно ожидать ускорения роста количества сетей 3G по всему миру.
В России еще в 2007 г. право построения сетей мобильной связи третьего поколения получили компании, входящие в «большую тройку» российских операторов мобильной связи «МТС», «Вымпелком» («Билайн») и «МегаФон».
В настоящее время эти провайдеры поддерживают сети 3G практически во всех крупных городах РФ, а также в Кировской, Курганской, Тюменской, Свердловской и Челябинской областях, в Пермском крае, Республике Удмуртия, в Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком АО, в Республике Коми и других областях России.
В крупных городах России существуют экспериментальные сети HSDPA/HSUPA с поддержкой более высоких скоростей.
В основном, в России поддерживаются сети UMTS/WCDMA, соответствующие Relase 5 и поддерживающие максимальные скорости «вниз» 3,6, 7,2 и 9,3 Мбит/с.
В М2М приложениях наибольшие перспективы сети третьего поколения будут иметь в охранных сигнализациях с передачей видеоизображения, в беспроводных системах АСКУЕ, в системах контроля движения транспорта, в сложном медицинском диагностическом оборудовании и других областях, где скорость передачи имеет решающее значение.
Для создания сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта IMT-2000/UMTS (IMT-DS и IMT-TC) в Российской Федерации выделены следующие частоты:
• 1935–1980 МГц;
• 2010–2025 МГц;
• 2125–2170 МГц.
При этом минимально необходимый радиочастотный спектр для функционирования сети подвижной радиотелефонной связи стандарта IMT-2000/UMTS составляет два непрерывных участка по 15 МГц в полосах радиочастот 1935-1980 МГц и 2125-2170 МГц для организации трех каналов в режиме частотного дуплекса (IMTDS) и непрерывный участок (5 МГц) в полосе радиочастот 2010-2025 МГц для организации одного канала в режиме временного дуплекса (IMT-TC) [11].
В конце 2010 г. ГКРЧ принял решение о выделении дополнительных частот для сетей стандарта IMT-2000/UMTS на территории Москвы и Московской области [12]:
• 890–915 МГц;
• 935–960 МГц;
• 1710–1785 МГц;
• 1805–1880 МГц.
Таким образом, в России шлюзы Geneko GWR352 с поддержкой 3G должны эффективно работать в упомянутых выше регионах. Следует, однако, обратить внимание на то, что возможность развертывания сети UMTS в частотном диапазоне 900/1800 МГц в РФ разрешена при наличии у сотового оператора парных полос частот 2×4,6 МГц. Поэтому для того, чтобы быть уверенным, что шлюз будет поддерживать заявленные параметры сети 3G необходимо обратиться за консультацией к конкретному региональному оператору сетей 3G.
Дополнительную информацию о продукции фирмы Geneko можно найти на сайте производителя www.geneko.rs.
Литература
1. GWR Series Router. USER MANUAL. Geneko, Hardware
2. http://www.webopedia.com/TERM/D/dynamic_DNS.html
3. http://www.eserv.ru/NAT
4. User Guide for Cisco Security Manager 4.2, GRE and Dynamic GRE VPNs
5. http://www.ciscolab.ru/2006/12/04/gre_tunnel_conf.html. Alexander HunSolo, Newsgroups
6. http://citforum.ru/nets/ito/16.shtml
7. http://en.wikipedia.org/wiki/Point-to-Point_Tunneling_Protocol
8. http://en.wikipedia.org/wiki/Layer_2_Tunneling_Protocol
9. http://technet.microsoft.com/ru-ru/library/cc738852%28WS.10%29.aspx
10. HSDPA/HSUPA for UMTS. High Speed Radio Access for Mobile Communications. Nokia Networks. Finland.
11. Заседание ГКРЧ от 23.10.2006 (протокол № 06-17) «О выделении полос радиочастот 1935-1980 МГц, 2010-2025 МГц и 2125-2170 МГц для радиоэлектронных средств стандарта IMT-2000/UMTS на территории Российской Федерации (решение ГКРЧ 06-17-01-001)».
12. Государственная комиссия по радиочастотам при министерстве информационных технологий и связи Российской Федерации, решение от 29 октября 2010 г. № 10.