СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПО ОТКРЫТЫМ СЕТЯМ IP, КОГДА ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА РАСПОЛОЖЕНЫ В СЕГМЕНТЕ ЛОКАЛЬНЫХ ЧАСТНЫХ АДРЕСОВ
METHOD OF TRANSMITTING TELEMETRIC DATA OVER OPEN IP NETWORKS WHEN TELEMETRIC DEVICES ARE LOCATED IN SEGMENT OF LOCAL PRIVATE ADDRESSES

Изобретение относится к области передачи информации, а именно к телеметрическим системам передачи данных, и может использоваться для организации сети передачи телеметрической информации на основе открытых сетей GPRS, в которых сегмент телеметрических терминалов находится в подсети локальной адресации GPRS, связанной с Интернет через NAT. Результатом применения предложенного способа является возможность построения масштабной телеметрической сети на GPRS-оборудовании в сети любого GSM-оператора.
Развитие систем учета и контроля ресурсов в настоящее время требует построения систем автоматизации масштаба города, содержащих несколько тысяч телеметрических устройств в сети, отдельные элементы которой разнесены территориально на десятки километров. Способов реализации таких систем несколько. Первый - это комбинирование классической топологии сети на базе RS-485 с устройствами передачи данных на базе IP, радиомодемов, сотовой связи. Выглядит это как деление всего массива конечных точек на районы (микрорайоны), взаимодействующие способами дальней связи (сотовая, радио, Интернет и т.д.), при этом внутри района конечные точки объединены в сеть RS-485. Очевидный недостаток такой сети - низкая производительность и необходимость прокладки кабелей для RS-485. Второй вариант - исключительное использование радиосвязи или сотовой связи также обладает низкой производительностью, так как устройства такого типа реализуют связь точка-точка, т.е. в конкретный момент времени идет обмен только с одной точкой. Это приводит к тому, что время опроса сети может растянуться на несколько суток. Сети IP являются хорошей перспективой для телеметрии масштаба города, т.к. позволяют вести одновременно множество сеансов связи. Однако доступным этот способ стал только с внедрением GPRS (т.е. IP-сеть поверх сети сотовой связи). Передача телеметрических данных через GPRS достаточно выгодна, т.к. оплачивается трафик, а не время сеанса связи, мобильные терминалы крайне просты в монтаже и обслуживании, услуги сети доступны по всей территории покрытия сотовой связи. В крупных мегаполисах доступность услуг близка к 100%. Однако применение GPRS для организации телеметрической сети сталкивается с одной проблемой - невозможно осуществить входящую связь на GPRS терминал из-за трансляции адресов через шлюз NAT. Предлагаемый способ решает данную проблему.
Известен способ учета энергоресурсов, по которому информация о расходе энергоресурсов от индивидуальных потребителей поступает по проводной линии связи и/или радиоканалу на компьютер центрального диспетчерского пункта, отличающийся тем, что в качестве проводной линии связи использованы линии электропередачи, а также тем, что передачу данных по проводной линии связи ведут по протоколу TCP/IP (Григашкин Г.А. Заявка №2004134457, опубликована 20.05.2006. Бюл. №13). Данный способ имеет принципиально неустранимый недостаток, который заключается в том, что если телеметрические устройства передачи данных взаимодействуют по протоколу TCP/IP через открытую публичную сеть Интернет с сервером диспетчерского пункта, который всегда является инициатором связи, и при этом сеть с телеметрическими устройствами (например, GPRS) закрыта сервером переадресации (NAT), то способ не дает возможности диспетчерскому серверу установить сеанс связи с любым из телеметрических устройств.
Известен также способ установления прямой связи между приложениями в среде передачи данных, поддерживающей протоколы TCP/IP и UDP, когда по крайней мере одно из приложений защищено сетевым экраном типа "Firewall" или сервером переадресации (NAT), отличающийся тем, что в некоторой области сети, доступной для связывающихся приложений организуют приложение-посредник, обеспечивающий процедуру установления связи (Давыдов К.К., Шияненко О.Е. Заявка №2003131206, опубликована 20.04.2005. Бюл. №11). Данный способ является наиболее близким аналогом, принимаемый в дальнейшем за прототип. Способ, описанный в прототипе, позволяет организовать систему связи, основываясь на приложении-посреднике, который управляет установкой связи аналогично прокси-серверу, однако в случае с телеметрической сетью на основе GPRS посредник также будет являться GPRS-терминалом, пропускная способность которого не выше, чем у любого телеметрического устройства в данной сети. Это сильно ограничивает число одновременных подключений к телеметрическим устройствам, а это очень важный фактор при организации телеметрических сетей масштаба города, насчитывающих сотни/тысячи телеметрических устройств.
Предлагаемый способ обходит этот недостаток, т.к. посредник в нем используется только для передачи команд управления связью, но не самих данных.
Способ предлагает размещение телеметрических устройств в сегменте локальных частных адресов оператора связи, а диспетчерского сервера - в публичной сети, доступной для телеметрических устройств через сервер переадресации (NAT). Для телеметрического сервера предварительно организуют интерфейс с локальным частным адресом, принадлежащем сети телеметрических устройств, например присоединением идентичного телеметрического устройства. Назначением этого интерфейса является передача телеметрическим устройствам команд управления, включающих команды установки связи.
Телеметрический сервер с локальным статическим IP-адресом, известным всем телеметрическим устройствам, также может формировать динамический список адресов этих телеметрических устройств путем приема сигнальных UDP-пакетов, содержащих IP-адрес и аппаратный идентификатор модема. Это позволяет использовать в локальной сети с телеметрическими устройствами механизм DHCP, который позволяет назначать адреса динамически.
Телеметрическая сеть может допускать распространение широковещательных UDP-пакетов, телеметрический сервер в этом случае может иметь динамический IP-адрес, не известный заранее телеметрическим устройствам. Телеметрические устройства отправляют сигнальные пакеты на широковещательный адрес своей сети.
Предложенный способ может быть использован в частности для организации телеметрических сетей с помощью GPRS-терминалов. Таким образом, сегментом локальных адресов является GPRS-сеть оператора сотовой связи стандарта GSM, соответственно телеметрические устройства представляют собой GPRS-терминалы, запрограммированные для осуществления указанного способа, интерфейс телеметрического сервера, принадлежащий локальной частной сети с GPRS-модемами (по тексту ранее «телеметрической сети»), также реализуется через GPRS/EDGE-терминал.
Предложенный способ предполагает передачу через GPRS-терминал только команд управления - данные переправляются через высокоскоростной внешний Интернет-канал оператора сотовой связи. Сетевые интерфейсы приложения-посредника и телеметрического сервера совмещены на одной сетевой машине. Инициатива установки связи в данном случае принадлежит посреднику, который при данной организации является одним из приложений телеметрического сервера. Этим достигается возможность управления с сервера всеми конечными устройствами через сеть IP путем посылки им управляющих команд по протоколу UDP через GPRS интерфейс сервера. Список адресов создается на телеметрическом сервере динамически путем приема широковещательных UDP-пакетов с конечных телеметрических устройств. Пакеты содержат IP-адрес и уникальный идентификатор внутри телеметрической сети (идентификаторы при этом, запрограммированы в телеметрических устройствах). Если сервером принят пакет от определенного телеметрического устройства и IP-адрес не совпадает с адресом в списке, то приложение сервера вносит в список изменения. Правильным считается адрес, принятый сервером с данного телеметрического устройства последним. Такая схема позволяет обойти механизм динамического назначения адресов оператором сотовой связи, когда адрес телеметрического устройства оказывается не известным заранее.
Телеметрический сервер также находится в сети Интернет, имеет реальный статический IP-адрес и служит собственно для приема телеметрических данных.
Механизм обмена данными выглядит следующим образом:
1. Сервер посылает запрос на установку связи через GPRS интерфейс к конечному устройству. В запросе содержится номер TCP-порта сервера, на который необходимо произвести соединение.
2. Конечное устройство, получив запрос, устанавливает исходящую связь на указанный в запросе порт сервера, на его внешний IP-адрес через сеть Интернет.
3. Сервер, приняв входящий запрос, подтверждает установку сеанса связи с телеметрическим устройством по каналу TCP/IP и начинает обмен данными с использованием внутренних телеметрических протоколов, уникальных для каждого телеметрического устройства.
4. Завершив связь, сервер разрывает TCP/IP соединение, и конечное устройство переходит в режим ожидания команд.
Преимущество способа заключается в том, что благодаря распределению портов на сервере возможен одновременный обмен данными со многими конечными устройствами одновременно. Пропускная способность внешнего канала сервера может значительно превышать пропускную способность GPRS-канала, что повышает эффективность работы и скорость обмена. Применение на сервере EDGE модема, при условии поддержки сетью сотового оператора этой технологии, позволяет увеличить пропускную способность канала управления и соответственно улучшить характеристики телеметрической системы. Команды управления также могут использоваться для удаленной перенастройки терминалов в случае необходимости.