Автоматизация процесса настройки антенно-фидерных систем GSM-терминалов

Автоматизация процесса настройки антенно-фидерных систем GSM-терминалов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Анализ состояния вопроса

Принципы построения и возможности сети GSM

.1 Функциональная архитектура сети GSM

.2 Архитектура GSM

.2.1 Сетевые компоненты BTS и BSC

.2.2 Сетевой компонент TRAU

.2.3 Сетевой компонент MSC

.2.4 Сетевые компоненты HLR и  VLR

.2.5 Сетевые компоненты AC и EIR

.2.6 Сетевые компоненты OMS

.3 Радио частотные каналы (RFC) в GSM и DCS

.4 Принцип обновления информации о местоположении

.5 Принцип входящего мобильного вызова

Анализ программного обеспечения (ПО) GSM- терминалов на российском рынке

.1 Программное обеспечение спутниковой навигации и электронной картографии на примере программы MONITOR     

.2 Программа GSM monitor Advanced

.3 Предметная область и задачи разрабатываемой программы

Аппаратное обеспечение программного комплекса настройки АФС GSM- терминала

.2 Последовательный интерфейс RS232

.3 Антенна A1D 800

4.4 Усилитель ART-900/1800 

.5 Ноутбук Dell Inspiron 1501

5 Разработка алгоритма работы программы

Разработка ПО для настройки АФС GSM- терминалов

.1 Обоснование и выбор языка программирования

.2 Описание АТ команд для работы с GSM/GPRS модулями

.3 Разработка интерфейса программы

.4 Реализация работы программы

Безопасность и экологичность проекта   

Экономическое обоснование проекта

Заключение         

Список использованных источников

Приложение А-Листинг работы программы

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении всего существования систем телеметрии наблюдались сложности с каналами передачи информации к центру обработки. В системах, находящихся на одном предприятии, использовались проводные и радиоканалы. И те и другие решения никогда не были дешевыми. В последнее время ситуация во многом изменилась благодаря тому, что широкое распространение получили беспроводные технологии, прежде всего радиосвязь стандарта GSM, обеспечивающие возможность использовать любую доступную среду для передачи данных.

Сейчас в связи с повышением значимости инфокоммуникационных технологий системы телеметрии все больше внедряются в различные области человеческой жизнедеятельности. Постоянный рост стоимости газа и необходимость жесткого контроля его потребления вынуждают региональные компании по реализации газа строить системы мониторинга и создавать программное обеспечение, которые бы обеспечивали контроль и работоспособность над режимами системы.

Главной особенностью мониторинга с помощью стандарта GSM является оптимальность в выборе оборудования и  программного обеспечения: именно программное обеспечение высокого уровня превращает набор комплектующих от разных производителей в некую систему, отличающую ее от всех остальных. В современном производстве чаще всего используются системы, состоящие из двух уровней: первый - телеметрический комплекс на объекте, который собирает информацию, второй который передает ее для обработки данных.

Таким образом, задачей дипломного проекта является выбор оптимального оборудования и разработка программного обеспечение (ПО) для настройки антенно-фидерных систем (АФС) GSM - терминалов высокого уровня оперативности и низкой стоимости разработанного продукта, с возможностью его дальнейшего усовершенствования.

Очень часто возникает ситуация, когда некоторые объекты телеметрии находятся в труднодоступных местах и передача данных с этого места с помощью GSM связи становится невозможной, но, несмотря на это, необходимо контролировать некоторые технологические параметры. Для этого надо всеми любыми способами достичь устойчивой передачи данных по каналу GSM сетей. Исходя из выше сказанного возникла необходимость в разработке программного комплекса настройки антенно- фидерных систем (АФС) GSM- терминала, предназначенного для интеграции данных путем автоматического кодирования и передачи наборов данных, файлов, посредством модема, т.к. большинство существующих систем с использованием GSM сетей для передачи данных работают в режиме модемного соединения двух узлов, с передачей данных в режиме DCS. Режим DCS является надежным способом передачи данных. Получение информации о состоянии мониторируемых объектов осуществляется за счет использования GSM-терминалов. Терминалы устанавливаются на объекте и собирают информацию с датчиков «сухих» контактов, датчиков температуры, давления, газа и т.д.

Применение GSM сетей в распределенных системах в общем случае предполагает наличие центрального узла сбора информации. Диспетчерский пункт  имеет постоянный IP адрес и работает с удаленными узлами по протоколу TCP/IP .

Диспетчером может быть компьютер с программным обеспечением (SCADA) или специальный GSM терминал. Удаленный узел - GSM терминал для подключения к аппаратуре самостоятельно подключается, устанавливает соединение с диспетчерским пунктом по TCP/IP и регистрируется на нем. При необходимости опроса удаленной аппаратуры диспетчер устанавливает соединение с GSM терминалом по TCP/IP и осуществляет обмен данными с устройством.

Разрабатываемое программное обеспечение предназначено для проведения измерений параметров сети связи стандарта GSM 900/ DCS 1800, в соответствии с требованиями  РД 45.301-2002 «Средства измерений  электросвязи сетей подвижной связи стандарта GSM900/1800» Министерства связи и информатики России, с использованием GSM-терминалов. И отображения на дисплее персонального компьютера результатов этих измерений.

Разрабатываемое ПО работает в среде ОС: Windows 95, 98, 2000, XP, Vista. Программа поддерживает интерфейс связи с GSM-терминалом - последовательный интерфейс RS-232.

2 Принципы построения и возможности сети GSM

.1 Функциональная архитектура сети GSM

Область, накрываемая сетью GSM, разбита на соты шестиугольной формы. Диаметр каждой шестиугольной ячейки может быть разным - от 400 м до 50 км. Функции и интерфейсы элементов сети GSM описаны в рекомендациях ETSI. Система состоит из трех составных частей:

¾         подвижная станция;

Помимо терминала MS содержит пластиковую карточку, которую называют модулем идентификации абонента SIM (Subscriber Identity Module). При вставке SIM-карты в другой терминал GSM абонент продолжает получать полный комплекс услуг. Каждый терминал имеет уникальный международный идентификатор мобильного оборудования, SIM-карта содержит международный идентификатор мобильного абонента, секретный ключ для аутентификации, и другую информацию. Эти идентификаторы не зависят друг от друга, а SIM-карта защищена от несанкционированного использования паролем либо персональным кодом.

¾         подсистема базовых станций;

BSS складывается из трех частей: из базовой приемопередающей станции BTS (Base Transceiver Station), контроллера базовой станции BSC (Base Station Controller) и TRAU (блок транскодирования и адаптации скоростей). Интерфейс между BSC и BTS называется Abis-интерфейс, позволяет оперировать компонентами, созданными различными производителями. Радиопокрытие BSS делится на территории - их принято называть - "соты", каждая покрывается одной BTS. BTS управляет протоколами радиоканалов с MS. На крупной густонаселенной территории может располагаться много BTS, и поэтому к ним предъявляются очень строгие требования (четкость границ, надежность, переносимость и малая стоимость). BSC управляет радиоресурсами одного или нескольких BTS, контролирует предоставление радиоканала, регулировку частоты, управление перемещаемыми из ячейки в ячейку вызовами (хендоверами) и является связующим звеном между подвижной станцией и MSC.

¾         сетевая подсистема;

Как уже было отмечено, основной компонент сетевой подсистемы - центр MSC. Он управляет подвижным абонентом: регистрирует, идентифицирует, обновляет информацию о местонахождении, осуществляет хендоверы, маршрутизирует вызовы при роуминге абонентов, а также обеспечивает соединение с фиксированными сетями.

2.2 Архитектура GSM

.2.1 Сетевые компоненты BTS и BSC

Базовая приемопередающая станция (BTS, base transceiver station) представляет собой интерфейс между мобильной станцией и сетью (Um). Обычно BTS размещается в центре ячейки. Абсолютный размер ячейки определяется мощностью передатчика (передатчиков) BTS. Обычно базовая станция имеет от одного до шестнадцати приемопередатчиков, каждый из которых работает на отдельном радиоканале. BTS питает радио каналы и посылает параметры, описывающие ячейки, такие как скорость передачи, название ячейки и т.д.

Контроллер базовых станций (BSC, base station controller) контролирует на самом деле несколько базовых станций, число которых зависит от модели и производителя, и может изменяться от нескольких десятков до нескольких сотен. Главные задачи BSC - распределение частот, управление BTS и функции обмена. Аппаратура BSC может размещаться там же, где и BTS, в отдельном помещении, либо в центре коммутации мобильной сети (MSC). BTS и BSC вместе образуют функциональную единицу, которую иногда называют подсистемой базовых станций (BSS).

Итак контроллер базовой станции (BSC) отвечает за "интеллектуальные" функции в системе базовой станции (BSS).

2.2.2 Сетевой компонент TRAU

Он состоит из двух функциональных блоков:

- транскодера (TC) для компрессии речи;

- адаптера скоростей (RA) для адаптации скорости данных.

TRAU интерфейсы называются:

- A-интерфейс (к SSS(MSC));

- Asub-интерфейс (к BSC).

TC преобразует входящую речевую информацию, передаваемую по каналам в 64 кбит/с в транскодированную речевую информацию, передаваемую по каналам в 16 кбит/с. Транскодированная речь является цифровым способом представления речевой информации, требующим меньше транспортной емкости (без потери качества), чем стандартное речевое представление PCM, осуществляемое на 64 кбит/с.

Адаптер скоростей RA фильтрует данные из сигнала 64 кбит/с, исходящего из MSC и генерирует сигнал 16 кбит/с.

Внутри TRAU субмультиплексор объединяет четыре сигнала по 16 кбит/с, чтобы сформировать один сигнал 64 кбит/с. Интерфейс Asub может 4 раза нести каналы трафика, которые несет А интерфейс.

Если TRAU установлен на стороне MSC, то оператор сети может сэкономить расходы на линию.

Рисунок 1- Архитектура сетевого блока TRAU

2.2.3 Сетевой компонент MSC

В сети GSM/DCS каналы передачи речи и данных коммутируются через коммутаторы, как и в обычной телефонной сети. Однако, GSM/DCS имеют исключительно цифровые коммутаторы, называемые коммутационными центрами услуг мобильной связи (MSC). MSC отвечает за установление соединений каналов графика:

с BSS;

с другими MSC;

и с другими сетями (например, PSTN).

База данных MSC содержит информацию необходимую для маршрутизации соединений каналов трафика, и управляет основными и дополнительными услугами. В дополнение MSC осуществляет администрирование (управление) ячеек и зон местоположения.

Многочисленные задачи, выполняемые MSC в сети GSM/DCS похожи на те задачи, которые выполняет коммутатор в телефонной сети. Однако, администрирование (управление) абонентами отличается.

2.2.4 Сетевые компоненты HLR и VLR

Поэтому GSM/DCS содержит центральный сетевой компонент, так называемый регистр "домашних" абонентов (HLR), который управляет абонентскими данными зоны, покрывающей либо весь PLMN, либо только его часть.

HLR является базой данных, где сведения о "домашних" мобильных абонентах создаются, хранятся или вычеркиваются оператором.

HLR содержит такие постоянные данные, как международный номер мобильного абонента (IMSI), номер телефона абонента в общественных сетях (отличается от IMSI), аутентификационный код, предоставляемые абоненту дополнительные услуги, а также некоторые временные данные. Большая часть абонентских данных HLR требуется для установки подключения и чистки.

Чтобы обеспечить немедленное применение этих данных для вызова, информация временно хранится в дальней базе данных, которая находится наиболее близко от расположения мобильного абонента. Тип такой базы данных называется регистром "гостевых" абонентов (VLR), он связан с MSC.

VLR содержит нужные данные, находящиеся в пределах области, обслуживаемой MSC. Это те же данные, которые можно найти в HLR; временные данные слегка отличаются. Например, содержит временный номер мобильного абонента (TMSI), который используется в течение ограниченного времени для того, чтобы избежать передачи IMSI по радио. Подстановка TMSI вместо IMSI защищает абонента от злоумышленников, владеющих современными технологиями, и помогает определять положение мобильной станции через идентификатор ячейки.

VLR должен поддерживать MSC во время аутентификации и установления соединения, сообщая информацию о конкретном абоненте.