Depăşirea problemelor ridicate de folosirea adreselor IP dinamice în sistemele de monitorizare şi

19 AUGUST 2009

În cazul aplicaţiilor de monitorizare sau de alarmă ce trebuie implementate pe arii întinse sau în locaţii greu de cablat, cum ar fi sistemele tradiţionale de monitorizare a râurilor, construirea lor este greu de realizat, deoarece mediul nu este potrivit pentru linii de transmisie prin cupru sau prin fibră optică. Dar tehnologia GPRS oferă integratorilor de sistem o alternativă excelentă. Pe lângă faptul că este uşor de configurat şi de implementat, costul de operare al unui sistem de monitorizare prin GPRS este mult mai mic, el fiind direct proporţional cu volumul de date şi frecvenţa la care acestea sunt transmise.
Chiar dacă tehnologia GPRS poate uşura implementarea unui sistem de monitorizare, faptul că majoritatea aparatelor GPRS folosesc adrese IP dinamice poate ridica probleme integratorilor de sistem. Iar acest lucru este generat de operatorii telecom care, de cele mai multe ori, asigură clienţilor o adresă IP temporară (dinamică) pentru accesarea internetului. În comparaţie cu adresele IP statice, folosirea de adrese IP dinamice îngreunează menţinerea unui contact direct între centrul de control şi aparatele din teren.

Arhitectura tradiţională a reţelelor GPRS (de tip polling)
Sistemele de monitorizare şi alarmă tradiţionale prin GPRS folosesc o arhitectură de tip polling care funcţionează corespunzător doar dacă centrul de control cunoaşte adresele IP ale aparatelor I/O folosite de către sistem.
Problema cu aparatura I/O cu capacitate GPRS constă în faptul că primeşte o adresă IP diferită de fiecare dată când se conectează la reţeaua GPRS. Pentru a contracara aceast impediment s-au găsit urmatoarele trei soluţii:

Soluţia 1: adresa IP statică şi publică
Prima alegere ar fi obţinerea unei adrese IP statice şi publice; unii operatori pot repartiza o adresă IP statică unui card SIM. Astfel, toată aparatură I/O va avea propria adresă IP statică, iar întregul sistem va opera în aceeaşi manieră ca şi un sistem de monitorizare tradiţional prin cablu (de cupru sau de fibră optică). Totuşi, nu toţi operatorii oferă un astfel de serviciu, iar dacă o fac preţul este destul de ridicat.

Soluţia 2: Serviciu VPN oferit de Operatori telecom/MVNO
O reţea privată virtuală (VPN) este o soluţie LAN securizată care grupează aparate specifice. VPN are două funcţii majore: securizare şi grupare, iar pentru reţelele GPRS, conceptul de grupare într-o VPN, rezolvă problemele ridicate de adrese IP dinamice. Adiţional, gruparea aparatelor într-o reţea privată previne accesarea datelor de către persoane neautorizate. Pentru această soluţie, clienţii trebuie să cumpere un număr de servicii on-line GPRS şi să aplice pentru accesul la o reţea virtuală privată (VPN). Când aparatura GPRS se conectează, operatorul telecom îi va repartiza o adresa IP privată, iar pentru faptul că aceasta se află pe acelaşi segment de reţea cu centrul de control, acestea vor putea menţine o comunicaţie bidirecţională prin folosirea arhitecturii de tip polling.
Având în vedere faptul că majoritatea operatorilor nu oferă un pachet de servicii de bază pentru firme, multe dintre acestea apelează la MVPO-uri – operatori de reţele mobile virtuale. MVPO sunt companii care oferă servicii de telefonie mobilă, dar care nu deţin propriile lor licenţe pentru o frecvenţă din spectrumul radio şi care de multe ori nu au infrastructura necesară pentru a asigura servicii de telefonie mobilă. Adevărul este că MVNO-urile achiziţionează numeroase servicii GPRS, pe care apoi le închiriază clienţilor care doresc un număr mic de adrese IP. În general, MVNO-urile vor seta un server VPN care va diviza clienţii în diferite grupuri.
Din păcate, în unele ţări (precum România) nu există MVNO-uri, iar unii operatori nu asigură servicii VPN. Din acest motiv, această soluţie s-ar putea să nu fie fezabilă pentru unii utilizatori.

Soluţia 3: DDNS
Folosirea adreselor IP dinamice este deseori necesară deoarece multe ISP-uri nu asigură adrese IP statice sau costul obţinerii de adrese IP statice este mult prea mare. Sistemul de Denumire al Domeniilor Dinamice (DDNS) este folosit pentru a converti numele unui aparat într-o adresă IP dinamică, permiţând astfel comunicarea între aparate şi centrul de control prin folosirea unui nume fix de domeniu. DDNS este un tip de server DNS. Diferenţa între DDNS şi DNS este că pe când DDNS lucrează cu adresa IP dinamică a unui aparat, DNS lucrează cu adresa IP statică. La majoritatea aparatelor GPRS trebuie cerut câte un nume unic pentru fiecare aparat ce se conectează la serverul DDNS. Când un aparat GPRS primeşte o adresă IP de la un operator, el se va conecta automat la reţeaua GPRS. De fiecare data când clientul DDNS al unui aparat GPRS primeşte o adresă IP, acesta va trimite această adresă IP către serverul DDNS. Tabela de mapare a serverului DDNS va fi reînnoită când va primi o adresă IP de la aparat.
Centrul de control va căuta numele aparatului în tabela de mapare a serverului DDNS, obţinând astfel adresa IP a aparatului. Dar pentru această soluţie există două probleme:

1. Majoritatea serverelor GPRS nu au protocoalele standard necesare implementării de reînnoiri ale adreselor IP, astfel aparatele GPRS nu vor putea asigura IP-urile client serverului DDNS.
2. Calitatea serviciilor: un server DDNS în mod obişnuit este asigurat de o parte terţă, iar sistemul s-ar putea prăbuşi dacă se pierde conexiunea către serverul DDNS sau dacă acesta se află în procesul de mentenanţă. De asemenea, ar putea fi necesară plata unui serviciu premium pentru o calitate mai bună.

Pro şi contra arhitecturii de tip polling
Avantajul arhitecturii de tip polling este că aceasta operează în mare măsură ca o reţea Ethernet prin cablu. Dar pentru a putea implementa soluţiile de mai sus, este necesară o parte terţă, cum ar fi un operator telecom sau un provider de servicii MVNO sau DDNS.
În cea mai mare parte aceste soluţii vor necesita timp şi bani, precum şi colaborarea cu părţi terţe pentru a găsi mijloacele necesare implementării unui sistem GPRS de monitorizare şi alarmă.

O nouă arhitectură pentru reţelele GPRS (de tip push)
Arhitectura de tip push este o soluţie mobilă centrată pe client. Prestatorii de servicii online cum ar fi portalele web sau serverele de e-mail folosesc nume fixe de domenii. Clienţii, cum ar fi utilizatorii de telefoane mobile, primesc informaţia de la aceşti prestatori de servicii prin “împingerea” cererii de conexiune către serverele Web sau de e-mail, iar când conexiunea este stabilită, comunicaţia va fi bidirecţională.
Spre deosebire de arhitectura de tip polling, tehnologia push face posibilă comunicaţia bidirecţională şi pentru reţelele GPRS ce folosesc adrese IP dinamice. Un aparat din sistem se va putea conecta la reţeaua GPRS atunci când va avea nevoie şi va putea trimite un raport al stării intrărilor şi ieşirilor sale.
Din moment ce Active OPC Server de la MOXA suportă tehnologia de tip push, familia de produse GPRS I/O de la MOXA crează o poartă de comunicaţie software ce uşurează transferul informaţiei. Folosind adrese IP dinamice cu Active OPC Server, aparatul GPRS I/O se poate conecta la o reţea GPRS şi la Active OPC Server fără să apară probleme legate de adresa IP. Tipologia este descrisă mai jos:
În comparaţie cu arhitectura de tip polling, tehnologia push rezolvă atât problemele legate de adresele IP, cât şi cele legate de încărcarea reţelei, reducând încărcarea precum şi consumul lungimii de bandă.
ioLogik W5340 de la MOXA preia toate avantajele ce le oferă tehnologia de tip push şi Active OPC Server. Mai jos sunt enumerate unele dintre avantajele pe care Active GPRS I/O şi Active OPC server le oferă:

1 Comunicare cu sisteme SCADA de achiziţie de date prin protocol OPC;
2 Comunicare cu sisteme SCADA de achiziţie de date prin protocol Modbus/TCP;
3 ioAdmin.exe: software de configurare al Active GPRS I/O.

Mesajele de alarmă, cum ar fi e-mail-ul şi SNMP trap, precum şi pachete TCP/UDP definite de utilizator, pot fi împinse în mod activ către servere de e-mail, SNMP trap sau servere TCP/UDP. SMS-uri pot fi împinse de la Active GPRS I/O către telefonul celular al unui inginer.
Serverul Active OPC este o poartă de comunicaţie puternică pentru aparatele Active GPRS I/O şi joacă rolul de a gestiona adresele IP, denumirile aparatelor GPRS I/O, porţile de achiziţie de date şi porţile de configuraţie. Aceasta este cu adevărat cea mai uşoară soluţie pentru industria GPRS de a elimina problemele legate de adresele IP şi de comunicaţie.

Beneficiile folosirii tehnologiei Active GPRS I/O
Aparatele din seria W5340 de la MOXA sunt echipate cu 4 intrări analogice, 8 intrări şi ieşiri digitale ce pot fi configurate din software şi 2 ieşiri pe relee. Adiţional, comunicaţia GPRS şi funcţia de înregistrare a datelor oferă utilizatorilor avantajul unei soluţii cu un grad de integrare foarte ridicat.
W5340 este echipat de asemenea şi cu un port serial 3 în 1 (RS-232/422/485) pentru conectarea de aparate seriale, cum ar fi instrumentele de măsură sau cele de achiziţie de date.
Beneficiile utilizării tehnologiei Active GPRS I/O mai includ şi:

1. Costuri reduse pentru aplicaţii GPRS
2. Cea mai bună alegere pentru rezolvarea problemelor legate de adresele IP dinamice: chiar dacă adresele IP sunt publice sau private, dinamice sau statice.
3. Uşor de instalat: cu suportul oferit de Active OPC, ioLogik W5340 poate împinge adrese IP şi date despre starea intrărilor şi ieşirilor către serverul Active OPC.
4. Mai multe funcţii de alarmă: SMS, SNMP trap şi e-mail
5. Consumul redus al lungimii de bandă: arhitectura de tip push reduce cu până la 80% consumul lungimii de bandă, în comparaţie cu architectura de tip polling.
6. Timp de răspuns mai scurt
7. Salvarea datelor: datele sunt salvate local, pe un card SD şi ulterior sunt împinse către gazdă prin TFTP.

Concluzie
Sistemele de monitorizare şi alarmă folosite în distribuţia apei, managementul ţevilor şi în aplicaţii pentru monitorizarea mediului trebuie să fie capabile de a acoperi arii întinse. De asemenea, costul trebuie să fie redus. O soluţie de monitorizare şi alarmă ce foloseşte aparate Active GPRS I/O de la MOXA şi serverul Active OPC Server va ajuta utilizatorii să depăşească problemele datorate utilizării de adrese IP dinamice şi face extrem de uşoară conectarea acestora la sisteme SCADA.

Ing. Andrei Chelaru
Imperial Electric SA
office@imperialelectric.ro
www.imperialelectric.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre