Рис.1. Шлюз S1901G выполнен на базе GSM/GPRS модуля FLYFOT M260 900/1800/1900

Базовые AT-команды M260 и Q2406 совпадают. Однако следует учитывать тот факт, что есть существенная разница в обозначениях команд для операций с TCP/IP стеком. Кроме того модуль M260 не имеет команд для настройки приема и отправки факсимильных сообщений, управления портами GPIO.
Основные технические характеристики M260 приведены в таблице 1

S1901G - это универсальное беспроводное устройство для передачи данных (DTU – date trasmition unit), предназначенное, прежде всего, для работы в качестве законченного, полностью автоматизированного GSM/GPRS/Ethernet шлюза. Кроме того, S1901G может быть использовано в качестве обычного USB – или RS232 беспроводного модема.
Шлюз S1901G управляется встроенным микроконтроллером Nuvoton W90N740 ARM7TDMI с тактовой частотой 80 МГц. Микроконтроллер имеет встроенные PLL, интерфейсную шину, Ethernet MAC - контроллер, ускоритель NAT, двухканальный GDMA, USB - хост контроллер, UART, два таймера 24-бит, сторожевой таймер, 20 пользовательских вводов - выводов, дополнительный контроллер прерываний.
Микроконтроллер управляет работой GSM/GPRS модуля через Через UART - порт. В S1901G 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 S1901G заключается в том, чтобы получать и передавать информацию по каналу GSM/GPRS на центральном диспетчерском пункте (ЦДП) от различных приборов и систем, объединенных в Ethernet – сети и расположенных на удаленном объекте (УО).

Рис. 2. Шлюз S1901G управляется встроенным микроконтроллером Nuvoton W90N740 ARM7TDMI

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 S1901G включает в себя:
Блок питания;
GSM/GPRS модуль M260 или Q2406;
Ethernet – модуль (Ethernet 10/100 Realtek RTL820);
Интерфейс SIM – карты;
Микропроцессор W90N740 ARM7TDMI;
Схема поддержки интерфейса RS-232;
Конвертер интерфейсов «параллельный - последовательный» а Схема поддержки интерфейсов RS485/422 TL16C550;
Схема поддержки аудио интерфейса;
Сторожевой таймер.

Конвертор интерфейсов TL16C550D позволяет преобразовывать данные, полученные от периферийных устройств из последовательного в параллельный кпротокол 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.
В шлюзе поддерживается спящий режим, названный «Wake-on-LAN». Можно перевести шлюз в состояние покоя и активировать его телефонным звонком.
С другой стороны, 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.
Внешний вид шлюза S1901G показан на рисунке 3.

Рис.3. Внешний вид шлюза S1901G

На рисунке 3 показаны также световые индикаторы режимов работы, расположенные на верхней панели:
PWR: загорается и продолжает гореть при подаче питания.
TXD: мигает при передаче данных; горит постоянно, когда порт готов к передаче.
RXD: мигает при прием данных; горит постоянно, когда порт готов к приему.
RUN: мигает в процессе установки соединения.
NET: 1. Зеленый цвет горит всегда, когда к Ethernet – разъему подключен кабель UTP. 2. Желтый цвет – индикатор режима Ethernet 100M. Горит всегда при передаче данных. Мигает, когда порт готов к передаче данных.
PPP: горит постоянно после установки PPP – соединения.

Рис. 4. Задняя панель S1901G

Рис. 5. Разъем SMA для подключения антенны

Рис. 6. Разъемы питания, RS232 и Ethernet

На задней панели шлюза (рисунок 4) расположены держатель SIM – карты.
На одной боковой стенке расположен антенный разъем SMA. На другой стенке размещены разъемы Ethernet – интерфейса (UTP cab, Standard 10/100Base-T Ethernet interface; self-adaptive), RS232 (DB9) и разъем для подачи питания 5 В.
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.
Параметры параллельного интерфейса для этого случая приведены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры интерфейса RS485 шлюза S1901G. (Данная модель поставляется по требованию заказчика, как специальная модификация).

Шлюз S1901G работает под управлением встроенной операционной системы Linux OS. 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 и запустить Hyper Terminal и подать питание.
При наличии сигнала на последовательном порту система перейдет в режим «Boot parameter mode». 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 upgrade, запустить или перезапустить систему.
При обнаружении ошибок (некорректный сигнал) на входе последовательного порта система переходит в режим «Parameter configuration mode». В этом режиме производится ручная настройка параметров шлюза. Для этой цели имеется простой диалоговый интерфейс.
Если по каким-то причинам не может быть задействован последовательный порт для корректировки параметров, то это можно сделать, используя Telnet. Для этого достаточно запустить «Telnet client» на NM – компьютере, ввести «cfg» и номер порта устройства (port number: 23).
В режиме настройки параметров предусмотрены практически все необходимые случаи работы шлюза.

Режимы работы шлюза S1901G
В модели S1901G предусмотрены следующие режимы работы:

• Режим шлюза (GSM/GPRS - Ethernet);
• Одноранговая сеть (один S1901G работает напрямую с другим S1901G);
• 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 S1901G. На ЦДП имеется выделенная линия для выхода в Интернет со статическим IP адресом.
В работе с S1901G можно использовать, как статические, так и динамические IP адреса. Кроме того, шлюз поддерживает DDNS (Dynamic Domain Name Services). 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 S1901G или обычный GSM/GPRS модем.

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 проколов 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.
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.
Шлюзы S1901G могут быть использованы в системах непрерывного автоматизированного, беспроводного контроля технологического процесса управления задвижкой магистрального нефтепровода, c передачей оперативной информации в диспетчерскую. С помощью S1901G можно реализовать дистанционное управление открытием или закрытием задвижки, автоматическое открытие или закрытие задвижки в аварийных ситуациях, включение или выключение обогрева помещения БМА, в зависимости от температуры.

рис. 9. Пример использования S1901G в системах беспроводного контроля технологического процесса управления задвижкой магистрального нефтепровода.

Рис. 10. Обмена данными между двумя Ethernet- сетями через S1901G.

С помощью S1901G можно осуществлять также обмен данными между двумя Ethernet – сетями. Этот пример проиллюстрирован на рисунке 10

WEB интерфейс шлюза S1901G
Шлюз имеет 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 производителя и ввести пароль, логин, приведенные в документации к шлюзу. Если идентификация прошла успешно, то открывается главное меню настроек.
Пример диалогового окна шлюза показан на рисунке 11.

Рис. 11 Окно настройки WEB интерфейса шлюза S1901G

Существуют четыре основные группы настроек:

• Настройки по умолчанию;
• Сетевые настройки;
• Настройки безопасности;
• Системые настройки.

В разделе «системные настройки» устанавливаются параметры режимов работы, центра сбора данных, конфигурации приложений, Ethernet, последовательного порта, установки таймера.
Интерфейс системных настроек имеет следующие дополнительные окна: NAT, Ifconfig, static router, Auto Ping, DHCP Server, DynDNS, NTP, PPTP, L2TP, IPSEC Tunnel.
Интерфейс установки таймера позволяет задавать такие временные параметры, как: 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 [3]. Следует обратить внимание на то, что Ethernet – порт шлюза S1901G поддерживает переадресацию на дополнительные IP - адреса внутри сети. Это позволяет устанавливать связь с любым сетевым устройством через один внешний IP.
Другой важной особенностью шлюза S1901G 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.
Из дополнительных специальных настроек можно выделить режимы работы с туннельными протоколами, PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol), L2TP (Layer Two Tunneling Protocol) , IPSEC.
Режим PPTP - прокси позволяет создавать PPTP - туннель из интранет сети находящейся за транслятором адресов.
Протокол L2TP - это сетевой тунельный протокол канального уровня, на базе протокола L2F (layer 2 Forwarding, Cisco), и протокола PPTP Microsoft. Позволяет организовывать VPN с заданными приоритетами доступа, однако не содержит в себе средств шифрования и механизмов аутентификации (для создания защищённой VPN его используют совместно с IPSec).
Система протоколов IPSEC предназначена для создания шифрованного IP туннеля (посредством передачи шифрованных UDP пакетов). Система оптимизирована для работы с NAT (трансляция адресов) и SOCKS.
В комплект S1901G поставки входят:

• Шлюз S1901G;
• Блок питания;
• GSM - антенна на магнитной базе;
• Кабель Ethernet;
• Кабель RS232;
• Комплект документации на CD.