GSMモデムを凍結するためのハードウェアソリューション

1. 問題
2. 問題解決
3. デバイスの使用方法
4. 結果

問題

当社の組織には、アナパからペベックまでの遠隔地、主に部門のサイトにインストールされた140の無人ノード（複合体）があります。 複合体自体は、Win32上のコンパクトコンピューターと、屋根にアンテナを備えたGNSS受信機で構成されています。 15分ごとにデータを受信する必要があります。 一部のステーションは部門ネットワークにアクセスできますが、多くの場合、 モバイルインターネットを使用する必要があります。 これが複合体の外観です。









通常のUSBモデム （いわゆる「ホイッスル」）は非常に悪いことがわかっています。頻繁にフリーズし 、弱い信号の受信品質には多くの課題が残されています。 リモート屋内アンテナを備えた、より高価な産業用USBモデムの使用を開始しました。 しかし、それらは定期的にハングアップし、それが複合体のアクセス不能につながりました。 私たちの複合施設が設置されている気象観測所に電話し、長い間、どのケーブルを引き出して挿入するかを高齢の観測者に説明しなければなりませんでした。 誰もがこのような複雑な手順を実行することに同意したわけではありません。

問題解決

ウォッチドッグタイマーが内蔵されたGSMルーターが市場に出回っていますが、ほとんどの場合、イーサネットを介して最終機器で動作するため、セットアップが複雑になり、数倍のコストがかかります。 リーズナブルな価格の安定したモデムは3Gをサポートしていません。



私たちは他の方法で行くことにしました。 最初にコンピューターの自動毎日の再起動を設定しましたが、これは常に助けにはなりませんでした。コンピューターの電源が切れていてもUSBモデムに電源が供給され、BIOSで再構成することは不可能でした。 さらに、再起動はデータ収集を中断します。



そこで、フリーズした場合にGSMモデムの電源をハードリセットするUSBリレーを作成するというアイデアが生まれました。 注文に適した製品を受け取り、コンピューターからのリレーコマンドを使用して「プラス」を開き始めました。 一般に、ソリューションは機能しましたが、モデムの電源を入れたときに、半分のケースでコンピューターが再起動しました。 これは、モデムの入力に2つの大きなコンデンサがあり、電源を入れたときに電力が急増し、USBポートが設計されていなかったためです。 不要な再起動を避けるために、 2段階の負荷切り替えを備えたUSBリレーの特別リリースを注文しました。最初に抵抗器を介してモデムをオンにし、次に直接オンにします。 便宜上、延長コード付きの完成したデバイスを次に示します。







この設計には2つのUSBプラグがあります。1つはリレー制御用で、もう1つは制御対象デバイス（モデム）への転送用です。 唯一のUSBソケットはデバイスを接続するように設計されており、制御コマンドに従って「プラス」が開きます。



デバイスの使用方法



次に、モデムを再起動するタイミングを決定する制御プログラムを作成し、再起動するコマンドを送信します。 次のアルゴリズムに従って動作します。

1. 1時間に3回、プログラムはWindowsタスクスケジューラから起動されます。
2. プログラムは、サーバーの可用性をチェックします。
3. 行の4つのpingが失敗した場合、プログラムはリレーを介してモデムのオン/オフを切り替えるコマンドを提供します。 この場合、スイッチを入れる前に遅延が発生するため、内蔵コンデンサは放電する時間があります。
4. Pingの結果と完了したアクションがログに記録されます（モデムのオン/オフを切り替えます）。
5. できるだけ早くログがサーバーに送信され、すべてのイベントがデータベースに記録されて、ステーション障害のすべての原因のその後の集中分析が行われます。

ログの例を次に示します。

日時	利用可能なサーバーの数	連続して失敗したpingの数	プライマリサーバーの可用性	コマンド実行
2017-01-24 20:37:00	0/2	6	いや
2017-01-24 20:57:00	0/2	7	いや
2017-01-24 21:17:00	0/2	8	いや	リセットモデム
2017-01-24 21:37:00	0/2	9	いや
2017-01-24 21:57:00	0/2	10	いや
2017-01-24 22:17:00	0/2	11	いや
2017-01-24 22:37:00	0/2	12	いや	リセットモデム
2017-01-24 22:57:00	0/2	13	いや
2017-01-24 23:17:00	1/2	0	わかった
2017-01-24 23:37:00	1/2	0	わかった
2017-01-24 23:57:00	1/2	0	わかった

このログから、2回目のモデムの再起動が行われたことがわかります。2回目の再起動後、サーバーが最終的に利用可能になりました。



典型的な状況：SIMカードのお金がなくなり、モデムが機能せず、ステーションが利用できなくなります。 アカウントは補充されましたが、USBリレーがリブートするまでモデム自体はモバイルインターネットを開始できません（コールドスタートを介してGSMネットワークに再登録する必要がある場合があります）。 すべてがお金で整頓されていれば、ネットワークは消えず、モデムは問題なく約36時間動作します。その後、おそらくハングし、再起動が必要になります。 以前は、モデムを再起動するために、他のタイムゾーンを呼び出し、人々を混乱させ、説明しなければなりませんでした... USBリレーは、コンピューター自体によって解決されます。



プログラム自体はJScript （Windowsに組み込まれたJavascriptのような言語）で記述され、リモートデスクトップまたはPowerShell Remoting上の独自の集中ステーション管理システムを介して、リモートでステーションにインストールされました。 PowerShellを使用すると、多数のステーションでの作業が簡単になると言わなければなりません。一度指示を書くと、すべてのステーションでインストールが自動的に行われます。 また、グラフィカルインターフェイスが読み込まれるまで待つ必要はありません（リモートデスクトップの場合）。



不安定な有線接続のある重要なステーションでは、GSMモデムをバックアップチャネルとして使用します。 また、ワイヤチャネルが機能していない場合にのみ含めることが望まれました。 ここでも、USBリレーが助けになります。pingがメイン（有線）チャネルの通過を停止するとすぐにモデムがオンになり、Windowsは別のデフォルトゲートウェイとの新しい接続に自動的に切り替わります。 その後、1日1回、メイン接続を確認できるように、モデムはリレーを介してオフになります。 それでも機能しない場合は、モデムの電源が再び入ります。



通常、デフォルトゲートウェイの管理はすべての話です。IPの法律では、「デフォルトゲートウェイ」は1つしか存在できず、ルーティングテーブルを操作すると問題が発生します。 実際、モバイル接続が切断されると、ルーティングテーブルの手動エントリが接続されるネットワークアダプタの数が変わる可能性があります。 次の2つの方法があります。リレーを介した2番目のチャネルの「鉄」切断、またはすべてのシナリオでメトリックのロジックをチェックするゲートウェイメトリックの細かく正確な設定。



すべてのイベントはデータベースに書き込まれ、中央ステーションステーションアカウンティングテーブルのインターフェースに表示されます。







結果



結果のシステムがどのように機能するかを簡単に要約します。

1. コンピューターはステーションメーターからデータを収集します。
2. USBモデムは、セルラーネットワーク経由でデータを送信します。
3. USBリレーは、モデムの電源を制御します。
4. プログラムは、ハングした場合、または通信チャネルを切り替える必要がある場合に、（リレーを介して）モデムの電源をオフにしてオンにします。
5. リレーはモデムをスムーズにオンにして、電流サージを防ぎます。

使用するモデムのコストは約6,000ルーブル、さらに2,300ルーブルです。 USBリレー。 要約すると、これは統合されたウォッチドッグタイマーを備えたモデムを使用するよりも安価です。これには多くの欠点もあります。

1. ウォッチドッグタイマーを備えたモデムは、別の電源を使用します。この電源は、12ボルトの無停電電源にはんだ付けする必要があります。
2. 単にモデムをオフまたはオンにして、有線通信チャネルとGSMを自動的に切り替える方法はありません。
3. モデムがフリーズしない場合もありますが、SIMカードはネットワークに登録されていません。 ここでウォッチドッグタイマーが役立つかどうかは不明です。 誰も彼自身が凍らないことを保証しません。 私たちのソリューションは最終結果から機能します：接続なし-モデムの電源をリセットします。

USBリレーを使用してモデムを制御することには、次の利点があります。

1. モデムは、安価で頻繁に凍結するなど、すでに利用可能なものを使用できます。
2. 有線接続が機能しているとき、トラフィックを消費しないようにモデムを単純にオフにすることができますが、有線接続に問題がある場合にのみオンにします。 そして自動的に。
3. 簡単なインストール：3つのUSBプラグを接続して、プログラムをインストールするだけです。 物理的な接続を間違えることは困難です。

このビデオでは、リレーの動作、モデムのオン/オフの切り替えを確認できます。





その結果、 GSMモデムのフリーズの問題は皮肉なことに （文字通り、比fig的な意味で） 解決されており 、もう私たちを悩ませることはありません。 同時に、コミュニケーションチャネルを管理するための追加の機会が現れました。



リモートメンテナンスフリーポイントの問題は、分散システムでの作業の詳細のために発生しました。私たちは宇宙天気を監視し、測定ステーションのネットワークを維持しています 。



ご質問がある場合は、vort @ ipg.geospace.ruまでお問い合わせください。



PS記事の執筆に参加してくれた同僚のAlexey Vasilievに感謝します。