Тел: +7(495)967-18-50
Факс: +7(495)967-18-52

присоединяйтесь к нам:  facebook  Instagram

заказать звонок Отправить СМС
на спутниковый телефон Иридиум

 

М2М / IoT

Современные технологии M2M/IoT

Автор статьи Сергей Иванович Старик -  Советник генерального директора ФГУП "Морсвязьспутник" . Июнь 2020 года.

Современные технологии M2M/IoT позволяют решить ряд сложных инженерных задач, когда возникает необходимость контроля, управления, считывания данных, охраны как подвижных объектов, так и стационарных объектов, доступ к которым затруднен из-за географического положения. Круг задач может может варьироваться от простого получения данных о местоположении объекта до считывания данных датчиков и управления действиями удаленных систем.   

m2m

 

Термины M2M и IoT

Термины M2M (Machine to Machine = Машина с Машиной) и IoT (Internet of Things = Интернет Вещей) описывают очень близкие понятия. М2М и IoT технологии подразумевают технические решения для сбора, хранения и обмена данными между устройствами при минимальном вмешательстве человека в этот процесс. Обе технологии близки и в способе управления устройствами. Более того решения IoT базируются на ранее созданных решениях М2М. Но решения IoT улучшают своего предшественника М2М и вносят инновации в жизнь людей, бизнеса и всего сообщества. Решения М2М существовали  до появления Интернета и подразумевали взаимодействие машин между собой через каналы проводной или беспроводной связи. IoT же использует беспроводную сеть Интернет не только для организации связи между устройствами, но и для объединения ряда разнородных устройств и систем для получения нового качества интегрированной услуги. Простой пример из телемедицины: представим техническое решение, в котором сенсор контролирует работу сердца пациента и отправляет данные в приложение, которое использует доктор для контроля того факта, что пациент должен принять лекарство. Такого рода решение можно отнести к технологии М2М. Но если сенсор интегрировать и с аптечкой, которая голосом предупредит пациента, что пора принять лекарство и одновременно отправит сообщение родственникам, что пациент вовремя не принял лекарство – то это уже будет решением IoT. Поэтому разницу терминов М2М и IoT можно описать просто – IoT дает возможность маштабировать техническое решение.

 

Спутниковые технологии М2М/IoT

ФГУП «Морсвязьспутник» уже много лет занимается развитием и продвижением на российском рынке спутниковых технологий М2М/IoT. В 2000 году была разработана и запущена в эксплуатацию судовая система мониторинга «Виктория», которая обеспечила мониторинг торговых судов под российским флагом по всему миру. На базе этой системы мониторинга был создан национальнй центр данных системы опознавания судов и слежения за ними на дальнем расстоянии (ОСДР) и центр данных системы судового охранного оповещения (ССОО) в соответствии с требованиями Международной морской организации (ИМО). На основе полученного опыта ФГУП «Морсвязьспутник» в период 2009-2015 г.г. создал отраслевую интегрированную информационную систему «МоРе», которую, в том числе, можно рассматривать как законченное IoT решение, где данные о движении судна привязаны к данным Российского морского регистра судоходства, Реестра судов, данным о судовладельце, данным о технической эксплуатации судна, данными об инспекции судна портовым контролем.

В силу характера своей деятельности ФГУП «Морсвязьспутник» специализируется на спутниковых приложениях технологии M2M/IoT. Для решения практических задач наша организация использует мобильные терминалы М2М/IoT для работы в сети Инмарсат или Иридиум.

 

Спутниковые терминалы М2М/IoT для работы в сети Инмарсат

Данные терминалы можно разбить на два класса: терминалы семейства BGAN (Broadband Global Area Network) и терминалы семейства IsatDataPro (IDP).       

Зона покрытия BGAN

BGAN coverage

Терминалы BGAN M2M/IoT предназначены для решения задач, где ежедневно необходимо обеспечить передачу значительных объемов данных (100 Кбайт и выше). К этому семейству относятся модели терминалов от различных производителей: Huges 9502, Cobham E540, Huges 9450-C11, Sabre Ranger 5000. Эти терминалы обеспечивают полноценное IP соединение со скоростями до 448 Кбит/сек.

Типичные характеристики  терминала из этого семейства, например, Sabre Ranger 5000:

  • Скорость передачи – до 448 Кбит/сек
  • Тип использования – стационарные объекты
  • Интерфейсы – Erhetnet, RS484, аналоговые входы, цифровые входы/выходы
  • Потребление – 20W (передача), 1W (в покое) , 50 mW  (сон)

Внешний вид терминала Sabre Ranger 5000 и пример использования:

 

 

Терминалы Инмарсат IDP предназначены для решения задач, где ежедневно необходимо обеспечить передачу от нескольких байт до десятков Кбайт данных. Терминалы этого семейства не используют IP протокол, а передают данные с низкой скоростью с использованием специального протокола. К этому семейству относятся модели терминалов от различных производителей: IDP 782, IDP 800, ST 6100. Терминалы способны  обеспечить передачу 6,4 Кбайта и прием 10 Кбайт данных за сеанс связи.

Типичные характеристики  терминала из этого семейства, например, IDP 782:  

  • Скорость передачи – передача 1 КБайта данных занимает 45-60 сек.  
  • Тип использования – мобильные или стационарное объекты.
  • Интерфейсы – Цифровые входы/выходы, RS232, RS485, CAN, 1-Wire, аналоговые входы, выходы открытый коллектор. 
  • Встроенный GSM модем.
  • Потребление – 1А (передача спутник), 154 mA (передача GSM), 32 mA  (GPS), 64 mA (прием спутник), 35mA (прием GSM), 110 mkA (сон).

Внешний вид терминала IDP-782:

 

 

Спутниковые терминалы М2М/IoT для работы в сети Иридиум

Терминалы этой группы тоже можно разбить условно на два класса M2M/IoT устройств: Iridium Certus SFX (Small Form factor) для решения задач, где ежедневно необходимо обеспечить передачу значительных объемов данных (100 Кбайт и выше) и терминалы SBD (Short Burst Data – передача данный короткими пачками), для решения задач, где можно ограничиться периодической передачей данных размером несколько десятков или сотен байт.

Исторически компания Иридиум предоставила возможность разработчикам различных компаний самостоятельно разрабатывать законченные изделия M2M/IoT. Компания поставляет модемы, которые разработчики дополняют собственным контроллером и математическим обеспечениям с учетом сегмента рынка, на который планируется вывод устройства М2М/IoT. Поэтому для краткой характеристики устройств М2М/IoT Иридиум правильнее будет дать характеристику модемов Иридиум, на базе которых и строятся законченные изделия различными компаниями по всему миру, включая целый ряд российских компаний.

Изделия Iridium Certus SFX используют модем 9770, который может обеспечить полноценное IP соединение.

  • Скорость передачи – до 88 Кбит/сек.
  • Тип использования – мобильные или стационарные объекты.
  • Интерфейсы – зависит от используемого контроллера.
  • Потребление – 5W (передача), 30 mW  (ожидание).

Изделия Iridium SBD используют модемы 9602, 9603, 9523. Терминалы на базе этих модемов не используют IP протокол, а передают данные с низкой скоростью и с использованием специального протокола. Модемы 9602 и 9603 обеспечивают 340 байт данных на передачу и 270 байт на прием. Модем 9523 обеспечивает 1960 байт данных на передачу и 1890 байт на прием.

Типичные характеристики  терминала на базе модемов 9602, 9603   

  • Скорость передачи – 340 байт передаются за время менее 20 сек. 
  • Тип использования – мобильные или стационарные объекты.
  • Интерфейсы – зависит от используемого контроллера.
  • Потребление (9602, 9603) – 140 mA (передача), 40 mA  (прием), 35 mA (ожидание), десятки mkA (режим сна).

 

Внешний вид модема 9602

 

 

Внешний вид изделий на базе модемов 9602, 9603

 

 

 

Выбор терминала М2М/IoT

При выборе спутникового оператора, а следовательно и оборудования для своего проекта M2M/IoT, необходимо учитывать:

  • спутниковые терминалы Инмарсат обеспечат устойчивую связь только вплоть до 70 широты;
  • спутниковые терминалы Иридиум обеспечат устойчивую связь вплоть до полюсов планеты;
  • спутниковые терминалы Инмарсат IDP обеспечат передачу большего объема данных по сравнению с терминалами SBD Иридиум;
  • терминалы Иридиум потребляют значительно меньше мощности и идеально подходят для автономных решений;
  • для решений с большим объемом передаваемых ежедневно данных (100 Кбайт и более) необходимо использовать терминалы М2М/IoT семейства Inmarsat BGAN или Iridium Certus;
  • если оборудование планируется использовать только для мониторинга движения объекта, то наличие развитой системы входов/выходов (RS-интерфейсы, аналоговые интерфейсы, цифровые входы, шины CAN и пр.) не является определяющим фактором выбора;
  • очень важно сервисное программное обеспечение поставляемое в составе оборудования, которое позволяет управлять устройством и составом передаваемых данных.

При реализации M2M/IoT проекта необходимо быть готовым к тому, что для представления данных, полученных от оборудования M2M/IoT в вашей собственной информационной системе, придется разработать сборщик/разборщик сообщений (парсер). Не существует единого стандарта сообщений для оборудования M2M/IoT, содержание и правила формирования сообщений каждый производитель определяет сам. Стоит также продумать, какое число байт необходимо вам передавать в каждом сообщении. Например, для передачи данных о местоположении вполне достаточно 10-20 байт для формирования сообщения о текущих координатах, скорости и направлении движения. Для иллюстарации того, что и с малым числом байт в сообщении возможно реализовать серьезные системы M2M/IoT приведем пример реального оборудовавания организации мониторинга активности рыболовецкого судна. Оборудование выполнено с использованием модема Iridium 9602, т.е. 340 байт данных на передачу и 270 байт на прием:

Как видно из рисунка, система М2М/IoT обеспечивает передачу текущих координат, передачу данных электронного промыслового журнала, подключение к разнообразным судовым датчикам по CAN шине, управление открытием дверей/окон, присутствует кнопка «Тревога» и кнопка немедленной передачи позиции судна (т.е. вне расписания).

Проектант спутниковой системы М2М/IoT должен четко представлять себе схему прохождения сигнала от устройства М2М/IoT до информационной системы потребителя услуг. Как правило такая схема выглядит так:

 

 

 

Сети LORA и спутниковый терминал М2М/IoT

Создание сетей с беспроводными датчиками и использованием технологии LORA в беспроводных сетях LPWAN находит все большее и большее число приложений. В случае развертывания сети датчиков на объекте, где отсутствует воможность подачи сети Интернет для доставки данных клиенту возможным вариантом организации доставки данных от шлюза (концентратора) LORA до сервера приложений может быть использование оборудования М2М/IoT, в зависимости от характера и величины нагрузки.

 

Технология для России

Организация М2М/IoT услуг в зонах покрытия GSM связью не вызывает значительных трудностей, десятки компаний предлагают различные решения на основе GSM модулей собственной разработки. Основные трудности при внедрении М2М/IoT технологий возникают там, где нет покрытия каналами GSM связи или объект мониторинга периодически попадает в зоны отсутствия или неустойчивого приема GSM сигналов. Ряд критических объектов мониторинга требуют наличия резервного канала связи для безусловной доставки информации о том или ином событии. Это проблематично сделать только с использованием каналов связи GSM, из-за присущих сетям GSM явлений перегрузки и сбоев в периоды чрезвычайных ситуаций, стихийных бедствий и военных действий. Использование каналов подвижной спутниковой связи в приложениях М2М/IoT особенно актуально для стран со слабой инфраструктурой связи или стран с большой территорией, где значительные регионы не охвачены каналами GSM. Поэтому помимо традиционного рынка спутниковых технологий М2М/IoT на морях и океанах к зоне интересов можно отнести следующие регионы: США и Канада, Ближний Восток, Китай, Россия, Австралия, Африка. Для иллюстрации этого положения достаточно посмотреть картину покрытия GSM связью поколения 2G-4G территории России одним из ведущих операторов GSM связи:

 

Заключение

Проекты М2М/IoT требуют тщательного предварительного исследования и консультаций специалистов. В конечном итоге перед разработчиком конструктор, из ряда элементов которого он может собрать удачное или не очень удачное решение для конечного клиента. Результат будет зависеть от искусства инженеров и ясно поставленных целей заказчиком. Уделяйте больше времени согласованию деталей техничического задания, лучше затратить много времени на согласование деталей, чем много времени на переделку элементов проекта. Любой проект M2M/IoT состоит из ряда элементов: выбор оператора связи - выбор оборудования – выбор платформы для обработки данных – монтаж оборудования – обучение клиента – организация эксплуатации системы. Ваш проект может потребовать создания собственной платформы обработки данных или допустит возможность использовать платформу представления М2М/IoT данных вашего поставщика услуг.

ФГУП "Морсвязьспутник" предлагает следуещее портфолио М2М услуг:

 

Краткие характеристики оборудования M2M/IoT Инмарсат и Иридиум

Таблица оборудования M2M/IoT Инмарсат 

Таблица оборудования M2M/IoT Иридиум 

 

В случае возникновения вопросов просьба лбращаться в коммерческий отдел ФГУП "Морсвязьспутник" по электронной почте sales@marsat.ru