Komunikacja pomiędzy sterownikami PLC za pomocą łącza GSM GPRS

Transkrypt

1 Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki Kierunek: Automatyka i Robotyka Specjalność: Komputerowe Systemy Sterowania Komunikacja pomiędzy sterownikami PLC za pomocą łącza GSM GPRS Prowadzący: Dr inż. Janusz Hajda Janusz Wojnar Rok: 2005/2006

2 Urządzenie docelowe Finalnym produktem ma być urządzenie do umożliwienia komunikacji pomiędzy sterownikami PLC na znacznych odległościach z wykorzystaniem modemu GSM. Należy wykorzystać technologię GPRS (ang. General Packet Radio Service).

3 Zakres prac Projekt schematu elektronicznego urządzenia. Generacja oprogramowania umożliwiającego urządzeniu komunikację z innymi aplikacjami podłączonymi do Internetu. Przeprowadzenie szeregu testów umożliwiających sprawdzenie urządzenia w sytuacjach krytycznych.

4 Etapy przeprowadzanych prac. 1. Etap Wygenerowanie aplikacji umożliwiającej wymianę danych, poprzez modem GSM podłączony do komputera z Internetem. 2. Etap Elektroniczny projekt urządzenia. Wygenerowanie kodu programu dla mikroprocesora użytego w urządzeniu. 3. Etap Przeprowadzanie testów i wprowadzanie poprawek.

5 Etap 1 Wygenerowanie aplikacji przy pomocy środowiska programistycznego Borland C++Builder 6, za pomocą której przy pomocy telefonu komórkowego Siemens M55 będzie możliwa wymiana danych z Internetem. Telefon podłączony jest do komputera PC za pomocą łącza szeregowego RS232. Napisanie aplikacji łączącej się z Internetem poprzez wbudowany w telefon komórkowy modem pozwala przy niskich kosztach na zapoznanie się z protokołami które w późniejszym czasie będzie należało zaimplementować na układ mikroprocesorowy. Komunikacja z modemem odbywa się za pomocą komend AT. Komunikacja z dostawcą usług internetowych odbywa się za pomocą protokołu PPP (ang. Point-to-Point Protocol - RFC 1331)

6 ETAP 1: Aplikacja

7 Etap 1: Protokół PPP Protokół PPP (Point-to-Point Protocol, RFC 1661) umożliwia przesyłanie ramek wielu protokołów poprzez łącze szeregowe. Tylko 8 oktetów wystarczy aby była możliwość przesyłania pakietów innych protokółów wewnątrz pakietu PPP. Struktura ramki PPP: Znacznik początku Adres Bajt kontrolny Protokół Dane FCS Znacznik konca 1 bajt 1 bajt 1 bajt 2 bajty Zmienna długość 2 bajty 1 bajt - Znacznik początku/znacznik końca: znak o kodzie ascii 0x7e - Adres: jest zawsze ustawiony na 0xFF - Bajt kontrolny: jest zawsze ustawiony na 0x03 - Protokół: charakteryzuje protokół zawarty w ramce PPP - Dane: zawiera dane protokołów wższych warstw - FCS: jest to suma kontrolna ramki PPP

8 Etap 1: Protokół PPP (fazy negocjacji) Przerywanie połączenia Błędne uwierzytelnianie Przerwanie połączenia Połączenie nieaktywne Wywołanie połączenia Ustanawianie połączenia Uwierzytelnianie Połączenie aktywne Nieudana konfiguracja połączenia Brak uwierzytelniania

9 Etap 1: Protokół PPP (fazy negocjacji) Połączenie nieaktywne (nie następuje wymiana danych ) Ustanawianie połączenia (Na tym etapie dokonujemy konfiguracji parametrów przesyłu danych za pomocą protokołu LCP (Link Control Protocol) ) Parametry konfiguracyjne LCP: - Sposób uwierzytelniania PAP*, CHAP** - Magic Number służy do wykrycia źle działającego oprogramowania - Async-Control-Character-Map (ACCM) służy do określenia zasad maskowania znaków kontrolnych - Protocol-Field-Compression (PFC) służy do ustawienia kompresji pola protokołu - Address-and-Control-Field-Compression (ACFC) służy do ustawienia kompresji pola adresowego i danych kontrolnych *Password Authentication Protocol **Challenge Handshake Authentication Protocol

10 Etap 1: Protokół PPP (fazy negocjacji) Pakiety LCP: - CONFREQ (Configure Request) pakiet wysyłany jako pierwszy po utworzeniu połączenia zawiera w sobie ustawienia które sugeruje jedna ze stron i jeśli zostanie odrzucony CONFREJ lub CONFNAK wtedy zostaje wysyłany kolejny pakiet z CONFREQ z nieco zmienionymi parametrami. -CONFACK (Configure Acknowledge) jeśli wszystkie opcje zawarte w pakiecie CONFREQ są akceptowalne zostaje wysłany pakiet CONFACK potwierdzający ten fakt. -CONFREJ (Configure Reject) jeśli jedna z opcji wysyłanych w CONFREQ jest nierozpoznawalna lub nieakceptowana to następuje wysłanie CONFREJ wraz z tą opcją. -CONFNAK (Configure Negative Acknowledge) jeśli jedna z opcji wysyłanych w CONFREQ jest rozpoznawalna lecz jej wartość jest nieakceptowana następuje wysłanie CONFNAK wraz z tą opcja oraz wartością która byłaby akceptowalna. Przykład (na podstawie programu): OPCJE ACCM PFC ACFC Magic-Number Sposób uwierzytelniania CONFREQ Długość Identyfikator Odpowiedz jest następująca: CONFACQ Identyfikator Długość ACCM PFC ACFC Magic-Number Sposób uwierzytelniania

11 Etap 1: Protokół PPP (fazy negocjacji) Uwierzytelnianie Gdy zostanie nawiązane połączenie przez LCP i ustalone zostaną parametry przesyłu pakietów następuje opcjonalnie (w zależności jaki i czy w ogóle wynegocjowano typ uwierzytelniania ) sprawdzenie tożsamości użytkownika. Uwierzytelniania możemy dokonać na podstawie dwóch protokołów: PAP i CHAP. -PAP (Password Authentication Protocol RFC 1332) uwierzytelniająca się strona wysyła nazwę użytkownika oraz hasło w postaci jawnej (nie zakodowanej) -CHAP (Challenge-Handshake Authentication Protocol RFC1332) bardziej rozbudowany algorytm uwierzytelniania bazujący na MD5 (Message-Digest Algorithm). Polega na tym że uwierzytelniający się otrzymuje losową liczbę, którą przekształca za pomocą klucza po czym przesyła wynik. Uwierzytelniająca maszyna dokonuje tego samego po czym sprawdza czy przysłany wynik przez uwierzytelniającego i poprawny wynik są takie same, jeśli tak następuje zakończenie uwierzytelniania, w przeciwnym razie następuje zerwanie połączenia. Z uwierzytelnianiem mamy do czynienia nie tylko na początku połączenia lecz także w trakcie normalnej pracy PPP.

12 Etap 1: Protokół PPP (fazy negocjacji) Konfiguracja w ramach IPCP (Internet Protocol) IPCP należy do rodziny NCP(Network Control Protocol) konfigurującej różne sieciowe protokoły. Po ustanowieniu połączenia (LCP) i udanej weryfikacji użytkownika należy za pomocą IPCP ustalić pożądane parametry protokołu IP. IPCP używa takich samych opcji konfiguracyjnych jak LCP. Przykład: Opcja IP-Address IPCP CONFREQ ID Długość IP

13 Etap 1: Protokół PPP (przesył pakietów) Połączenie aktywne (przesyłanie pierwszych pakietów do Internetu) Najprostszym dla celów testowych przesyłania pakietów jest protokół ICMP (Internet Control Message Protocol RFC 792), jest to protokół serwisowy, który zgłasza błędy łączności między hostami. Pakiet ICMP jest zawarty w datagramie IP i identyfikowany przez wartość w polu Protokół równą 1. Pakiet ICMP zawiera 8-bitowe pola Typ i Kod oraz 16-bitowe pole sumy kontrolnej. Typ 1 bajt Kod 1 bajt Suma kontrolna 2 bajty Dane W celach pierwszych testów wybrałem typ komunikatu o numerze 8 oznaczającym Echo request (Żądanie echa), właśnie z tego komunikatu korzysta narzędzie PING (Packet InterNet Groper Utility). W przypadku Pakietu żądania echa pakiet wygląda następująco: Typ Kod Suma kontrolna Identyfikator Numer pomocniczy 8 0 xx yy zz

14 Etap 1: Protokół PPP (przesył pakietów) Tak stworzony pakiet ICMP umieszczamy w ładunku datagramu IP. Natomiast Nagłówek służy do sterowania zachowaniem w warstwie IP. Pole nagłówka IP wygląda następująco: 4 bity Ver (4) 4 bity IHL (5) Czas życia (200) 4 bity Identyfikator (160) Protokół (1) 4 bity Typ usługi (0) 4 bity Flagi (0) Adres źródłowy (10.xxx.xxx.xxx) Adres docelowy ( ) 4 bity 4 bity Całkowita długość (576) Przesunięcie fragmentu (0) Suma kontrolna nagłówka (xxx) Ver - Wersja nagłówka IP IHL - Internet Header Length długość liczona w 32 bitowych słowach Typ usługi pole to umożliwia ustalenie pierwszeństwa ruchu i wprowadzanie opoźnień. Całkowita długość Całkowita długość pakietu mierzona w oktetach (bajt). Określa długość nagłówka i danych. Wartość minimalna wynosi 576 oktetów natomiast maksymalna Identyfikator pole zawierające unikatowy identyfikator każdego pakietu Flagi 3 bitowe pole pozwala sterować fragmentacją Przesunięcie fragmentu W przypadku pakietu pofragmentowanego, pole to służy do określenia, gdzie dany fragment mieści się w pakiecie, licząc od początku datagramu. Mierzone jest w jednostkach 64-bitowych. 4 bity

15 Literatura Dokumentacje: RFC 1661 The Point-to-Point Protocol (PPP) RFC 1700 ASSIGNED NUMBERS RFC 1662 PPP in HDLC-like Framing RFC 791 Internet Protocol RFC 792 Internet Control Message Protocol Książki: TCP/IP Biblia Wydawnictwo Helion WWW:

16 Dziękuje za uwagę.