Solving the problem of a dynamic IP in...

Depăşirea problemelor ridicate de folosirea adreselor IP dinamice in sistemele de monitorizare şi
GPRS este o tehnologie de comunicaţie ce permite sistemelor de achiziţie de date să depăşească problemele ridicate de montarea de cabluri prin arii intinse. Aplicaţiile GPRS sunt din ce in ce mai folosite datorită uşurinţei de implementare, dar problemele ridicate de folosirea adreselor IP dinamice in reţelele GPRS continuă să afecteze integratorii de sistem.

In cazul aplicaţiilor de monitorizare sau de alarmă ce trebuie implementate pe arii intinse sau in locaţii greu de cablat, cum ar fi sistemele tradiţionale de monitorizare a raurilor, 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 langă 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. In comparaţie cu adresele IP statice, folosirea de adrese IP dinamice ingreunează menţinerea unui contact direct intre 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 in faptul că primeşte o adresă IP diferită de fiecare dată cand 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 intregul sistem va opera in 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 intr-o VPN, rezolvă problemele ridicate de adrese IP dinamice. Adiţional, gruparea aparatelor intr-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). Cand aparatura GPRS se conectează, operatorul telecom ii 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.
Avand in 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 inchiriază clienţilor care doresc un număr mic de adrese IP. In general, MVNO-urile vor seta un server VPN care va diviza clienţii in diferite grupuri.
Din păcate, in unele ţări (precum Romania) 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 intr-o adresă IP dinamică, permiţand astfel comunicarea intre aparate şi centrul de control prin folosirea unui nume fix de domeniu. DDNS este un tip de server DNS. Diferenţa intre DDNS şi DNS este că pe cand DDNS lucrează cu adresa IP dinamică a unui aparat, DNS lucrează cu adresa IP statică. La majoritatea aparatelor GPRS trebuie cerut cate un nume unic pentru fiecare aparat ce se conectează la serverul DDNS. Cand un aparat GPRS primeşte o adresă IP de la un operator, el se va conecta automat la reţeaua GPRS. De fiecare data cand 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 reinnoită cand va primi o adresă IP de la aparat.
Centrul de control va căuta numele aparatului in tabela de mapare a serverului DDNS, obţinand astfel adresa IP a aparatului. Dar pentru această soluţie există două probleme:

1. Majoritatea serverelor GPRS nu au protocoalele standard necesare implementării de reinnoiri ale adreselor IP, astfel aparatele GPRS nu vor putea asigura IP-urile client serverului DDNS.
2. Calitatea serviciilor: un server DDNS in 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 in 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 in 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.
In 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 “impingerea” cererii de conexiune către serverele Web sau de e-mail, iar cand 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 cand 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:
In comparaţie cu arhitectura de tip polling, tehnologia push rezolvă atat problemele legate de adresele IP, cat şi cele legate de incărcarea reţelei, reducand incărcarea 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 impinse in mod activ către servere de e-mail, SNMP trap sau servere TCP/UDP. SMS-uri pot fi impinse 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 inregistrare 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 in 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 impinge 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 pană la 80% consumul lungimii de bandă, in 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 impinse către gazdă prin TFTP.

Concluzie
Sistemele de monitorizare şi alarmă folosite in distribuţia apei, managementul ţevilor şi in aplicaţii pentru monitorizarea mediului trebuie să fie capabile de a acoperi arii intinse. 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.