GPRS komunikačné moduly


Pojmy a skratky

Pojem Opis
2G Komunikácia GSM/GPRS/EDGE
3G Komunikácia UMTS
3GPP Projekt partnerstva 3. generácie
ADDAX IMS Integrovaný systém založený na technológii ADDAX
AMI Infraštruktúra pokročilého merania
CIU Jednotka zákazníckeho rozhrania (Customer Interface Unit)
HES Nadradený systém (Head End System)
IP adresa Adresa internetového protokolu je číselné označenie priradené každému sieťovému zariadeniu (napr. počítaču, koncentrátoru), ktoré sa podieľa na počítačovej sieti a používa na komunikáciu internetový protokol.
IPSec Bezpečnosť internetového protokolu (Internet Protocol Security) je systém protokolov pre zabezpečenie komunikácie podľa internetového protokolu (IP) pomocou overovania a šifrovania každého paketu IP počas komunikačného spojenia
Úrovne RSSI Indikátor intenzity prijímaného signálu (Received Signal Strength Indicator) je indikátor úrovne výkonu signálu 3GPP prijímaného pomocou antény CM. Preto čím vyššie je číslo RSSI, tým silnejší je signál. (99) neznámy alebo nie je možné ho zistiť, (0) –113 dBm alebo menej, (1) –111 dBm, (2 až 30) –109 až –53 dBm, (31)–51 dBm alebo viac,
TCP Protokol riadenia prenosu (Transmission Control Protocol, TCP) je jedným z kľúčových protokolov balíka internetových protokolov (IP) a je taký bežný, že celý balík sa často nazýva protokol TCP/IP.
UART Univerzálny asynchrónny prijímač/vysielač (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).
UDP Užívateľský protokol Datagram (User Datagram Protocol, UDP) je jednou z kľúčových súčastí balíka internetových protokolov (súboru sieťových protokolov používaných pre internet). Pomocou UDP môžu počítačové aplikácie odosielať správy, v tomto prípade označované ako datagramy, iným hostiteľom v sieti internetového protokolu (IP) bez predchádzajúcej komunikácie kvôli nastaveniu špeciálnych prenosových kanálov alebo dátových ciest.


1. Normy

Komunikačný modul CM podporuje požiadavky týchto medzinárodných noriem:

 

3GPP TS 27.005 Skupina pre technické špecifikácie (Technical Specification Group) koncové dátové zariadenie - rozhranie zakončujúce dátové zariadenie (Data Terminal Equipment - Data Circuit terminating Equipment, DTE-DCE) pre službu krátkych správ (Short Message Services, SMS) a službu vysielania bunke (Cell Broadcast Service, CBS)
3GPP TS 27.007 Skupina pre technické špecifikácie (Technical Specification Group) Hlavná sieť a terminály; súbor príkazov AT pre vybavenie používateľa (User Equipment, UE)
3GPP TS 27.010 Multiplexerový protokol Vybavenie terminálov pre vybavenie používateľa (Terminal Equipment to User Equipment, TE-UE) (vydanie 1999)
3GPP TS 51.01 Špecifikácia pre Rozhranie medzi účastníckym identifikačným modulom a mobilným zariadením (Subscriber Identity Module - Mobile Equipment, SIM-ME)
3GPP zverejnenie 3GPP zverejnenie 7
Špecifikácia označenia CE Program EÚ na ochranu spotrebiteľa, ktorého cieľom je potvrdiť, že výrobky spĺňajú zdravotné, bezpečnostné a environmentálne požiadavky, ktoré zabezpečujú bezpečnosť spotrebiteľov, aby sa mohli uviesť na trh v Európe
EN 60950 Zariadenia informačných technológií. Bezpečnosť.
IEC 61038 Meranie elektriny. Ovládanie sadzieb a zaťaženia. Osobitné požiadavky na časové spínače
IEC 60730 Bezpečnostná norma pre domáce spotrebiče (Bezpečnostná knižnica triedy B)
Smernica R&TTE Rádiové a koncové telekomunikačné zariadenia


2. Účel

Elektromery ADDAX môžu mať pod svojím krytom svorkovnice umiestnený komunikačný modul (Communication Module, CM). Pretože komunikačný modul elektromerov ADDAX je výmennou jednotkou, ide o flexibilné riešenie, ktoré umožňuje systémom AMI používanie moderných technológií budúcnosti.

Komunikačné moduly CM1M.x-x-x a CM3M.x-x-x sú určené na používanie ako súčasť jednofázových a trojfázových inteligentných elektromerov ADDAX. Vzhľadom na zabudované komunikačné rozhrania CM umožňuje vykonávanie rôznych úloh súvisiacich so zberom a prenosom dát, v závislosti od potrieb siete a jej topológie. Účelom tejto príručky je poskytnúť používateľovi prehľad hlavných funkcií CM.


3. Prehľad komunikácie

CM s komunikačnou jednotku 3GPP sa stáva rozumnou alternatívou pre komunikáciu s elektromermi v prípade, že nie je možné používať linky PL (vzdialené elektromery v odľahlých oblastiach, príliš vysoká hladina hluku v sieti PL, atď.). Medzi charakteristiky bezdrôtovej siete patrí všadeprítomná distribúcia, jednoduchý prístup, relatívne nízke náklady na hardvérovú implementáciu komunikačných zariadení a ich ďalšiu údržbu.

Tento model komunikačného modulu podporuje tieto typy komunikácie:

  • 2G (GSM/GPRS/EDGE), ut3}
  • 3G (UMTS/HSPA).

Poznámka: Všetky vzťahy s mobilným operátorom sú obmedzené na nákup SIM karty a dopĺňanie účtu účastníka na aktiváciu služby a platenie prenosu dát.


4. Komunikačné moduly - určenie a modifikácie

Tieto typy elektromerov sú kompatibilné s CM:

  • NP71E (1-fázový elektromer typového radu Extra, verzia 7);
  • NP73E (3-fázový elektromer typového radu Extra, verzia 7);
  • AD11A (1-fázový elektromer typového radu Advanced, verzia 8);
  • AD11A (3-fázový elektromer typového radu Advanced, verzia 8);

Komunikačný modul podporuje tieto typy komunikácie:

  • G – 2G (GSM/GPRS/EDGE);
  • U – 2G/3G (GSM/GPRS/EDGE/ UMTS/HSPA).

Príklad modelov komunikačných modulov: CM1M.U-3-1, CM3M.U-4-1 – 3GPP modem navrhnutý pre 1-fázový elektromer a 3-fázový elektromer s klasickým typom puzdra.


5. Funkcie CM

    • Komunikačné rozhrania 3GPP: Komunikácia 2G a 3G
    • Napájacie napätie: 12 V, sa zabezpečuje prostredníctvom elektromera. Pokiaľ ide o konštrukciu, napájanie rozhrania CM a RS-485 sa pripojí na ten istý konektor.
    • Komunikačná jednotka udržuje správnu prevádzku v takých prípadoch, ako je napríklad nesprávne pripojenie elektromera, odpojenie jednej alebo dvoch fáz, nesprávna výmena fáz. Je odolný voči atmosférickému výboju. V prípade prepätia ochranu jednotky zabezpečuje samotný elektromer.
    • Výmena/inštalácia CM je možné bez odpojenia elektromera od elektrického vedenia.
    • CM ukladá dáta do svojej energeticky nezávislej pamäte: konfiguráciu, udalosti a nový firmvér, ktorý sa má aktualizovať.
    • Modem má jedinečné identifikačné číslo, ktoré sa dá vyžiadať lokálne (cez RS-485) alebo diaľkovo z HES.
    • Softvér CM sa môže aktualizovať diaľkovo pre jednotlivý modul alebo pre skupinu.
    • CM používa rovnaké štandardné komunikačné protokoly ako príslušný elektromer (napr. IEC 62056-21 a DLMS/COSEΜ).
    • Skúška odolnosti rázovým impulzom: 6 kV (podľa IEC 61000-4-5).
    • Rozsah teplôt: -40°C až + 70°C (podľa IEC 60721-3-3).
    • Relatívna vlhkosť (pri 25 °С, bez kondenzácie vlhkosti): 95 %.
    • Podporujú sa tieto prevádzkové režimy:
      • Režim ZOBUDENIE (WAKE-UP) – modem čaká na prichádzajúci hovor a začne aktivovať kontext PDP. Potom je pripravený na pripojenie TCP.
      • Režim PRIPOJENÝ NA SIEŤ (ON-LINE) - môže prebiehať výmena dát s CM. V tomto režime modem automaticky aktivuje kontext PDP a je vždy pripravený na otvorenie pripojenia TCP.

Prepínanie prevádzkových režimov sa môže vykonať lokálne aj na diaľku odoslaním príkazu z HES.


6. Komunikačné jednotky

CM pozostáva z týchto jednotiek:

  1. jednotka 3GPP. Používajú sa modemy najlepších značiek s komunikáciou 2G/3G.
  2. jednotka indikácie (LED pre stavy),
  3. jednotka záložného zdroja,
  4. rozhranie RS485.


6.1. Jednotka 3GPP

Jednotka 3GPP umožňuje priamu komunikáciu s nadradeným systémom - HES (Head-End System).
3GPP riadi všetky jednotky CM a všetky procesy, ktoré sa vyskytnú počas prevádzky modulu, napríklad:

  1. výmenu dát s elektromerom cez rozhranie RS-485,
  2. komunikáciu s jednotkou 3GPP prostredníctvom UART,
  3. riadenie jednotky indikácie.

Hlavné vlastnosti rozhrania sú:

  • Podpora týchto frekvenčných rozsahov:
    • 2G pásma: GSM/GPRS/EDGE – 900/1800 MHz,
    • 3G pásma: HSPA/UMTS – 900/2100 MHz,
  • trieda GPRS s viacerými slotmi: 12 (počet časových slotov pre uplink: 4);
  • Podpora automatického prepínania medzi komunikáciou 2G/3G s cieľom zabezpečiť komunikáciu na lepšom signáli:
    CM je schopná automaticky prepínať medzi podporovanými pásmami 3GPP v závislosti od hodnoty intenzity signálu. Ak je intenzita signálu nižšia ako limitná hodnota (napr.: RSSI úroveň 13), modem sa prepne do iného pásma siete 3GPP s lepšou úrovňou signálu. Ak je nastavený iba explicitný sieťový režim, tento režim modem nastaví nezávisle od intenzity signálu alebo iných parametrov. Hodnotenie intenzity signálu sa vykonáva pravidelne, s frekvenciou kratšou ako 1 minúta. Režim CSD je vždy aktivovaný v automatickom režime.
  • Prenos dát: na základe rozpisu alebo na vyžiadanie od riadiaceho systému,
  • Zabudovaný protokol TCP stack,
  • podpora statických a dynamických IP adries,
  • podpora IPv4/IPv6,
  • v prípade výpadku elektrického napájania automatická registrácia v sieti 2G/3G po obnove hlavného napájacieho zdroja,
  • automatická registrácia v sieti 3GPP pri prvom pripojení a po obnovení pokrytia siete 3GPP v prípade nízkej intenzity signálu 3GPP alebo nedostatočného pokrytia siete,
  • Monitorovanie intenzity signálu 2G/3G a jeho lokálna indikácia pomocou LED CM a diaľkovo (v HES) pomocou úrovní RSSI,;
  • podpora transparentného režimu,
  • konektor na SIM kartu: MiniSIM. V súlade s požiadavkami zákazníka sa dodá adaptér na MiniSIM až MicroSIM alebo MiniSIM až NanoSIM,
  • Maximálna spotreba:
    • 1,5 W v pohotovostnom režime,
    • 2 W počas prenosu,
  • Modem sa môže reštartovať lokálne a diaľkovo z HES príkazom, ktorý sa odošle priamo do modemu. Môže sa nastaviť automatický reštart podľa časového limitu.
  • Podpora hodín reálneho času (Real time clock, RTC) pre časové značky udalostí. Modem zavedie klienta NTP a pravidelne vykonáva synchronizáciu hodín s nakonfigurovaným serverom NTP. Modem RTC sa nepoužíva na synchronizáciu hodín elektromera.
  • Registrácia udalostí modemu (sv prílohe A sa uvádza kompletný zoznam). Tieto udalosti sa môžu čítať lokálne aj na diaľku. Niektoré udalosti sa môžu preniesť do HES asynchrónne. Kapacita pamäte modemu je obmedzená na 1.000 udalostí.
  • Firmvér modemu pre 3GPP sa môže aktualizovať pomocou štandardného mechanizmu prenosu obrazu DLMS/COSEM. Stav aktualizácie firmvéru sa môže tiež skontrolovať v protokole udalostí a prečítaním verzie firmvéru modemu.
  • Záložná batéria, ktorá umožňuje odoslať udalosť Last Gasp (posledný pokus - pozri 6.4) do HES v prípade zistenia výpadku napájania. Formát udalosti Last Gasp a adresu servera je možné konfigurovať lokálne aj na diaľku.
  • konektor SMA pre externú anténu,
  • teplotný rozsah od -40 do +70 ºC.


6.2. Jednotka indikácie

Jednotka indikácie s kontrolkami obsahuje dve RGB LED diódy, ktoré zobrazujú stav komunikačných kanálov CM. (pozri obr.). Informácie o úrovni signálu sa aktualizujú frekvenciou kratšou ako 1 minúta.

Umiestnenie LED diód na svorkovnici elektromera

Na indikáciu stavu je modem vybavený dvomi farebnými LED diódami. Každá LED má tri možné farby: zelenú (G), modrú (Y), červenú (R).

Stav prevádzky modemu sa signalizuje takto:

Stav Indikácia LED1 (ACT) Indikácia LED2 (LEVEL)
Modem nie je pod napätím Nesvieti Nesvieti
Modem napájaný - inicializácia Blikanie G Nesvieti
Modem v pohotovostnom režime (nenakonfigurovaný) Blikanie Y Blikanie Y
Hardvérový problém modemu Blikanie R Blikanie R
Modem inicializovaný - chýba sieť Blikanie Y Nesvieti
Registrovaný - nízka úroveň signálu (0-13) Svieti G Svieti R
Registrovaný - primeraná úroveň signálu (14-21) Svieti G Svieti Y
Registrovaný - vysoká úroveň signálu (22-31) Svieti G Svieti G
Registrovaný - prenos dát Svieti G + bliká Y Závisí od úrovne signálu



6.3. Jednotka záložného zdroja

Keď vypadne napájanie, komunikačný modul môže vyslať špeciálny signál, nazvaný "posledný krok" elektromera, cez kanál 3GPP, aby o tom informoval nadradený systém. Funkcia "posledný krok" je k dispozícii len vtedy, ak je do vyhotovenia CM zaradený záložný zdroj. Po odoslaní správy "posledný krok" sa napájanie modulu úplne preruší. Obnovenie napájania modulu je možné až po obnove napájania zo siete.

V prípade výpadku hlavného zdroja napájania sa funkcie komunikačného modulu zastavia. Po obnovení napájania a dosiahnutí rovnovážneho stavu jednotka pokračuje v normálnej prevádzke a nevyžaduje žiadne zvláštne opatrenia.
Záložný uzol batérie obsahuje kontrolný obvod pre vybíjanie batérie, čo umožňuje overenie stavu vybitia batérie (pri vyžiadaní z nadradeného systému) a poslať príslušné oznámenie o udalosti do HEX, ak je batéria vybitá.

Plné vybitie batérie neovplyvňuje prevádzkový režim modulu v stave, keď je hlavný napájací zdroj pripojený.


6.4. Rozhranie RS-485

Rozhranie RS-485 slúži na zabezpečenie napájania komunikačného modulu, výmenu dát medzi elektromerom a CM a komunikáciu s inými meracími prístrojmi pripojenými na rovnakú zbernicu RS-485.

Rozhranie RS-485 poskytuje prenos dát s rýchlosťou až do 38400 bps. Rýchlosť komunikácie medzi elektrmerom a komunikačným modulom sa môže konfigurovať aj na diaľku, aj lokálne.

Rozhranie RS-485 sa môže používať aj na konfigurovanie lokálneho modemu. Na tento účel je potrebné odpojiť kábel vychádzajúci z elektromera, pripojiť PC adaptér/kábel k rozhraniu RS485 a nakonfigurovať virtuálny COM port (115200 baudov, 8 dátových bitov, 1 stop bit, bez parity, bez kontroly toku).

Vytvorí sa špeciálny signál na rozlíšenie medzi elektromerom pripojeným na rozhranie RS-485 a pripojeným káblom pre lokálnu konfiguráciu.


7. Prevádzkové režimy komunikačného modulu

Komunikačný modul pracuje v týchto režimoch:

  • normálny režim,
  • režim "posledný krok",
  • režim vypnutia.


Pri prítomnosti napätia CM musí byť v normálnom režime prevádzky. Prepnutie z normálneho režimu na režim "posledný krok" s následným vypnutím sa udeje automaticky, keď vypadne napájanie.

  1. Normálny režim je režim, keď CM pracuje pri normálnych podmienkach napätia dodávaného z hlavného napájacieho zdroja.
  2. V režime "posledný krok" CM posiela správu cez sieť 3GPP do nadradeného systému o výpadku napätia, potom prejde do režimu "vypnutie", kým sa znovu neobnoví hlavný zdroj napájania.
  3. V režime "vypínanie", keď dôjde k výpadku hlavného zdroja napájania, sa pozastavia funkcie modulu. Po obnovení napájania a dosiahnutí rovnovážnehostavu modem pokračuje v normálnej prevádzke a nevyžaduje žiadne zvláštne opatrenia.


8. Konštrukcia CM

Komunikačný modul je umiestnený pod krytom svorkovnice elektromera, ktorého skrutky sú zaplombované. Puzdro CM je vyrobené z ľahkého nehorľavého polykarbonátu. Komunikácia Modul obsahuje rozhranie RS-485 pre vnútornú komunikáciu a konektory pre externú komunikáciu 3GPP.

Využitie rozhrania RS-485 ako brány na pripojenie komunikačného modulu a elektromera a správny návrh modulu umožňujú pripojenie hot plugging (pripojenie/odpojenie počas prevádzky). Pred výmenou komunikačného modulu sa môže jeho napájanie prostredníctvom rozhrania RS-485 pozastaviť, pričom samotný elektrmer zostane pod napätím a pokračuje v normálnej prevádzke. Tak sa zabezpečuje ochrana zariadení ako aj bezpečnosť personálu. Po vybratí z krytu svorkovnice umožňuje konštrukcia komunikačného modulu jednoduché a bezpečné vyberanie karty SIM, bez poškodenia, pomocou štandardných krokov a držiaka SIM karty.

Kódy udalostí:

Kód udalostí Opis
0x00 Štart modemu
0x01 Posledný krok
0x02 Reštartovanie podľa harmonogramu
0x03 Reštartovanie na vyžiadanie
0x04 Registrovaný v sieti v režime 2G
0x05 Registrovaný v sieti v režime 3G
0x07 Pripojený v režime CSD
0x08 Zmenený parameter konfigurácie
0x09 Spustila sa aktualizácia firmvéru
0x10 Neúspešná aktualizácia firmvéru
0x11 Úspešná aktualizácia firmvéru
0x12 Chyba synchronizácie RTC
0x13 Úspešný synchronizácia RTC

 

Späť