Software & Systems

Для современных предприятий с географически распределенной структурой актуальна задача телемеханизации, контроля показаний датчиков, управления и мониторинга удаленных устройств, не поддерживающих протоколы сетей пакетной передачи данных.

Одним из возможных путей решения такой задачи является организация канала тональной частоты от центра сбора информации или управления до удаленного устройства. Недостатком такого метода является неэффективное использование ресурсов, дороговизна построения такой системы и эксплуатации. Требуется поддержание в работоспособном состоянии множества медных линий связи, контроль и регламентные работы на большом количестве обслуживаемых и необслуживаемых усилительных пунктов. Подавляющее количество подобных технологических сетей построены все еще именно таким неэффективным и высокозатратным образом.

Другим путем решения этой задачи является передача вышеописанного типа информации через пакетную сеть передачи данных. Проблема заключается в том, что такая информация не организована ни в какие Protocol Data Unit (PDU) и передается в асинхронном режиме, поэтому иногда такие данные называют «сырыми». Для передачи подобной информации ее необходимо инкапсулировать в PDU данного стека протоколов.

Сегодня во всем мире корпоративные сети передачи данных в основном построены на базе стека TCP/IP. Исходя из сказанного отметим, что наиболее эффективным будет инкапсуляция на локальном узле сырых данных технологических сетей в стек TCP/IP с последующей деинкапсуляцией их на удаленной стороне.

Инкапсуляцию можно осуществить либо при помощи туннелирования, выполненного с использованием маршрутизаторов производства Cisco Systems, либо при помощи организации виртуального асинхронного соединения через IP-сеть на базе конверторов интерфейсов “x to IP over Ethernet”. Одним из широко известных (в частности на Украине) конверторов является Moxa Nport Express DE-311 производства Moxa Techno­logies.

С целью тестирования и проверки качества был собран ряд стендов (для проведения экспериментов на базе маршрутизатора Cisco Systems и конвертора DE-311).

При проведении эксперимента в качестве объекта управления использовалась другая рабочая станция, поскольку ее последовательный асинхронный порт обрабатывает сигналы аналогично портам объектов управления, таких как устройства телемеханики, датчиков и пр. Было обеспечено подсоединение рабочей станции к маршрутизатору (конвертору) через асинхронный порт СОМ1 (RS-232) и подсоединение машрутизатора (конвертора) к IP-сети через сетевой интерфейс Ethernet (RJ-45). В ходе тестирования с одной рабочей станции на другую передавался файл размером в 700 Кбайт при последовательном изменении скорости передачи в порту от 4800 до 115200 бит/c.

Первый эксперимент проводился с использованием двух маршрутизаторов Cisco 2651 с модулем NM-8A/S и коммутатора Catalyst 2950-24, что отображено на рисунке 1.

Использовался протокол передачи Zmodem with Crash Recovery. Передача файла прошла без разрыва соединения и без ошибок при приеме.

Второй эксперимент проводился с использованием двух маршрутизаторов Cisco 2651 с модулем NM-8A/S, оборудования RadioEthernet (IEEE 802.11b): Cisco Aironet 350 Series 11Mbps WorkGroup Bridge (AirWGB350) и Cisco Aironet 350 Series Wireless Bridge (AirBr350) и двух коммутаторов Cisco Catalyst 2950-24 (рис. 2).

Использовался протокол передачи Zmodem with Crash Recovery. Радиосвязь организовывалась на радиоканале № 6 (2437 МГц) в полосе 22 МГц. Передача файла прошла без разрыва соединения и без ошибок при приеме.

В связи с тем, что в реальных условиях при построении и эксплуатации беспроводных сетей стандарта IEEE 802.11b приходится считаться с возможностью помех от других радиосистем, третий эксперимент проводился с учетом влияния радиопомех. В качестве источника помех использовался бридж Cisco Airоnet 350 Series Wireless Bridge и ноутбук с установленным беспроводным адаптером Cisco Aironet 350 Series Wireless Lan Adapter.

Протокол передачи Zmodem with Crash Recovery. Радиосвязь организовывалась на радиоканале № 6 (2437 МГц) в полосе 22 МГц. Источник помех работал на радиоканале № 11 (2462 МГц) и на канале № 8 (2457 МГц). В обоих случаях передача прошла без ошибок при приеме и без разрыва соединения.

При тех же начальных условиях и при помехе на используемом для передачи данных радиоканале № 6 (2437 МГц) передача прошла успешно, без разрыва соединения при использовании протокола передачи Xmodem.

Следующая серия экспериментов проводилась с использованием конвертора DE-311 для выяснения возможности использовать его для передачи сырых данных через радиосети.

Четвертый эксперимент проводился с использованием конвертора Moxa NPort Express DE-311 производства Moxa Technologies в режиме Host-Based mode при помощи коммутатора Cisco Catalyst 2950-24. Основная особенность данного режима заключается в том, что на станции управления эмулируется дополнительный виртуальный последовательный порт, на котором происходит деинкапсуляция данных из IP-пакетов, принятых через порт локальной сети (рис. 3).

Протокол передачи Zmodem with Crash Recovery. Передача прошла без разрыва соединения, но с ошибками при приеме.

Пятый эксперимент проводился с использованием двух конверторов Moxa NPort Express DE-311 производства Moxa Technologies в режиме Pair-Connection mode (то есть в режиме подключения конверторов к рабочим станциям через последовательный интерфейс) и при помощи коммутатора Cisco Catalyst 2950-24.

Протокол передачи Zmodem with Crash Recovery. Передача прошла без разрыва соединения, но с ошибками при приеме.

Шестой эксперимент проводился с использованием двух конверторов Moxa NPort Express DE-311 производства Moxa Technologies в режиме Pair-Connection mode, при оборудовании RadioEthernet (IEEE 802.11b): Cisco Aironet 350 Series 11Mbps WorkGroup Bridge (AirWGB350) и Cisco Aironet 350 Series Wireless Bridge (AirBr350), а также двух коммутаторов Catalyst 2950-24.

Протокол передачи Zmodem with Crash Recovery. Радиоканал № 6 (2437 МГц). Передача прошла без разрыва соединения, но с ошибками при приеме.

Седьмой эксперимент проводился с учетом влияния радиопомех. В качестве источника помех использовался бридж Cisco Aironet 350 Series Wireless Bridge и ноутбук с установленным беспроводным адаптером Cisco Aironet 350 Series Wireless Lan Adapter (рис. 4).

Протокол передачи Zmodem with Crash Recovery. Радиосвязь (IEEE 802.11b) организовывалась на радиоканале № 6 (2437 МГц) в полосе 22 МГц. Источник помех работал на радиоканале № 11 (2462 МГц) и на канале № 8 (2457 МГц). В обоих случаях передача прошла с ошибками при приеме, но без разрыва соединения.

С работающим источником помех на радиоканале № 6 (2437 МГц) при использовании протокола передачи Zmodem with Crash Recovery передача прошла без разрыва соединения, но с ошибками во время приема.

В результате проведенных экспериментов с использованием маршрутизаторов Cisco 2651 с модулем NM-8A/S и конвертора DE-311 было установлено, что передача асинхронного трафика через TCP/IP сеть с использованием туннелирования на базе маршрутизаторов Cisco Systems либо на базе конвертора производства Moxa Techno­logies DE-311 NPort Express успешно и эффективно решает задачу передачи сырых данных через сети пакетной передачи данных согласно требованиям систем телемеханики и подобным им.

При этом применение маршрутизаторов (в силу особенности инкапсуляции данных) позволяет обеспечить большую надежность связи даже в условиях присутствия интенсивных помех.

Кроме того, использование маршрутизаторов на таких узлах позволяет не только обеспечить передачу сырых данных через существующую сеть, но и обеспечит канал для передачи разнородных IP данных, голосовой связи (VoIP) и пр. с обеспечением технологии QoS, приоритизации и списков доступа.

При необходимости решения только задачи передачи сырых данных через сеть пакетной передачи данных можно рассмотреть возможность использования конвертора интерфейсов “x to IP over Ethernet”, например производства Moxa Techno­logies DE-311 NPort Express. Хотя такое решение позволяет относительно снизить капитальные расходы на развертывание сети, но не обеспечивает расширения функциональности, передачу данных от других устройств локального узла, поддержку качества обслуживания (QoS), то есть увеличивает операционные издержки.