Три причины для перехода с GSM/GPRS на 4G LTE при использовании промышленных модемов для АСКУЭ и АСУ ТП

В статье перечислены преимущества технологий 4G LTE для построения сетей передачи данных автоматизированных систем учета (АСКУЭ) и систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Показано, что сети GSM/GPRS второго и третьего поколений не отвечают современным требованиям.

АО «Телеофис», г. Москва

скачать pdf >>

Многие предприятия продолжают устанавливать промышленные GSM/GPRS-модемы в системах АСКУЭ и АСУ ТП из-за широкого покрытия сетей 2G и небольших объемов передаваемых данных. Это привычное и отработанное решение. В то же время специалисты АО «Телеофис» уже третий год отмечают растущий спрос на новое поколение терминалов 4G. С чем это связано?

Ограничения и риски использования GSM/GPRS-модемов в современных системах АСКУЭ и АСУ ТП

В 2025 году требуется обеспечивать повышенную стабильность и безопасность передачи данных в АСУ ТП и АСКУЭ. Технологии GPRS и CSD на протяжении многих лет оставались стандартом, несмотря на такие ограничения, как низкая скорость опроса, нестабильность связи и риск потери данных. 

Альтернатива существует – се­ти 4G LTE. Крупнейшие компании из сфер энергетики, добычи полезных ископаемых, транспорта смещают фокус в своих проектах с GPRS на LTE.

Так, новый стандарт организации ПАО «Россети» для приборов учета электроэнергии [1] прямо запрещает использовать GPRS для опроса счетчиков без одновременной поддержки LTE или NB-IoT. Это означает: теперь GPRS отводится роль резервного канала.

Еще одна причина начавшейся «миграции» в 4G – это риск, что се­ти GPRS/GSM скоро станут недоступны. После начала отказа от 3G в России закономерно ожидать сворачивания инфраструктуры 2G. В США, Европе и Китае такие процессы идут уже несколько лет.

Ориентируясь на крупнейшие экономики ми­ра, производители чипсетов и модулей сотовой связи для M2M сокращают ассортимент выпускаемых компонентов для GSM/GPRS-модемов [2–4]. Поддержка 2G сохраняется в некоторых линейках модулей, для которых основными стандартами уже являются 4G/5G. Схожая ситуация сложилась с производством базовых станций.

Преимущества перехода на промышленные модемы 4G LTE для передачи данных в системах АСКУЭ и АСУ ТП

Для начала важно оценить экономику. В M2M-тарифах стоимость трафика, как правило, одинакова для GPRS и LTE [5–7]. При этом в 2G-модемах соединение резервируется через CSD – медленный и дорогой канал. Следовательно, переход на 4G не увеличивает расходы на обслуживание сим-карт. Сохранение 2G в качестве основного ти­па связи, наоборот, может оказаться затратным.

Теперь рассмотрим, как промышленные 4G-модемы помогают преодолеть ограничения GPRS и CSD при передаче данных в АСКУЭ и АСУ ТП. Основные из них сведены в табл. 1 и проиллюстрированы на примере терминалов TELEOFIS WRX.

Таблица 1. Преимущества промышленных 4G-модемов для АСКУЭ и АСУ ТП по сравнению с модемами GPRS (на примере терминалов TELEOFIS WRX) (увеличить изображение)

Преимущество 1. Надежный и быстрый опрос: как 4G решает проблемы GPRS

Для систем АСУ ТП и АСКУЭ важно передавать данные с минимальными задержками и потерями. LTE справляется с этой задачей лучше, чем GPRS.

GPRS использует «многослойную» архитектуру с несколькими этапами маршрутизации. LTE построен на «плоской» архитектуре [8]: узел доступа eNodeB подключен напрямую к пакетному ядру се­ти EPC без промежуточных узлов. Задержка и риск разрыва соединения ниже.

Методы доступа то­же различаются: в GPRS используется TDMA/FDMA [9], где абоненты ожидают своей очереди на доступ. LTE применяет OFDMA (downlink) и SC-FDMA (uplink) [10], где канал делится на поднесущие. Ресурсы распределяются динамически, что снижает коллизии и задержки (рис. 1).

Рис. 1. Различия в методе доступа к радиосреде между сетями 2G GPRS и 4G LTE на примере TDMA и OFDMA

Преимущество 2. Готовность к будущему: 4G-модем работает и там, где пока есть только GPRS

Хотя сегодня покрытие 2G по-прежнему остается ши­ре, чем у 4G, это не означает, что разумно ориентироваться исключительно на старый стандарт. В большинстве регионов на объектах уже есть одновременное покрытие 2G и 4G. Выбор промышленного 4G-модема с поддержкой GPRS/CSD дает очевидное преимущество: устройство будет автоматически использовать LTE там, где это возможно, и переходить на 2G только при необходимости.
Такой подход обеспечивает:
- быструю передачу данных при наличии сигнала LTE;
- совместимость с текущей инфраструктурой 2G;
- защиту инвестиций: с ростом покрытия LTE не придётся досрочно менять оборудование (срок службы модемов АСКУЭ – не менее 10 лет).

В «Едином плане по достижению национальных целей развития Российской Федерации до 2030 го­да и на перспективу до 2036 го­да» выделен приоритет развития сетей 4G и 5G [11]. Инфраструктура 2G будет постепенно выводиться из эксплуатации. Новое телеком-оборудование все ча­ще оптимизируется именно под LTE/5G, сохраняя лишь базовую совместимость с устаревшими технологиями.

Еще один аргумент в пользу 4G – риск, что GPRS/GSM-модемы полностью исчезнут с рынка из-за прекращения производства 2G-модулей связи. Промышленные 4G-модемы с поддержкой GPRS/CSD обеспечивают стабильную работу сегодня и готовы к отключению 2G завтра – без замены оборудования.

Преимущество 3. Возможности 4G для защиты передаваемых данных в АСКУЭ и АСУ ТП

В АСКУЭ и АСУ ТП для защиты информации часто применяется выделенный APN (рис. 2). Чтобы исключить внешний доступ к модему, используют сим-карты с непубличными IP-адресами, которые подключаются к изолированной части се­ти мобильного оператора. Такие сим-карты – платная опция к M2M-тарифам. Решение подходит для систем, где данные передаются в сетях как 2G, так и 4G.

Рис. 2. Схемы опроса приборов учета и ПЛК с использованием выделенного APN и VPN

Однако GSM/GPRS-модемы ограничены в использовании более современных методов обеспечения безопасности данных, таких как:
- поддержка VPN;
- дистанционная настройка через HTTPS.

Платформы с модулем связи 4G LTE часто более производительны, чем устройства 2G. Поэтому для некоторых из них применимо использование VPN и протоколов шифрования трафика (IPsec, TLS и др.). Например, передача данных через терминал WRX1008-R4U с поддержкой VPN IPsec с алгоритмом шифрования AES‑256 в режиме туннелирования позволяет зашифровать каждый исходный IP-пакет.

Если безопасность данных – приоритет, выбор промышленного модема с поддержкой 4G и функциями VPN становится необходимостью.

4G-терминалы TELEOFIS: копий много – оригинал один

Двадцатилетний опыт TELEOFIS в разработке и производстве промышленных модемов для АСКУЭ применен для усовершенствованной линейки терминалов WRX 4G. Современные модели терминалов имеют обратную совместимость с технологиями 2G и обеспечивают надежную передачу данных для задач телеметрии, автоматизации и управления в энергетике, ЖКХ, промышленности (табл. 2).

Таблица 2. Дополнительные возможности промышленных 4G/LTE-модемов TELEOFIS (увеличить изображение)

В линейке терминалов TELEOFIS WRX 4G есть модели с подтвержденным российским происхождением аппаратного и программного обеспечения (ТОРП), подходящие для реализации проектов в рамках импортозамещения.

Заключение

Использование 4G-модемов в системах АСКУЭ и АСУ ТП позволяет значительно повысить качество опроса промышленного оборудования и приборов учета за счет снижения количества разрывов соединения и потерь пакетов, уменьшения времени задержки, более высокой скорости установки соединения и передачи данных.

Внедрение промышленных 4G-модемов c поддержкой GPRS/GSM (таких, как терминалы 4G TELEOFIS серий WRX1108 и WRX1008) экономически оправданно уже сегодня и нацелено на перспективу 5–10 лет (отключение сетей 2G, расширение покрытия 4G, прекращение производства GPRS-модемов).

Решения на основе 4G LTE позволяют реализовать более совершенные схемы защиты данных: например, VPN-туннелирование трафика и дистанционную настройку через HTTPS.

Чтобы модернизация промышленной M2M-инфраструктуры компании бы­ла более плавной с точки зрения инвестиций и организации, разумно начать с пилотных внедрений LTE-модемов на нескольких выбранных объектах.

Источники

1. СТО 34.01-5.1-009-2024 «Приборы учета электроэнергии» // ПАО «Россети». 2025. URL: https://www.rosseti.ru/upload/iblock/583/6kgrduk5xaegyv7pr16ztga3q2hmtllk/СТО %2034.01-5.1-009-2024 %20ПУ.pdf (да­та обращения: 04.04.2025).
2. Telit Cinterion : [сайт]. URL: https://www.telit.com/ (да­та обращения: 04.04.2025).
3. SIMCom Wireless Solutions Limited: [сайт]. URL: https://en.simcom.com/ (да­та обращения: 04.04.2025).
4. Quectel : [сайт]. URL: https://www.quectel.com/ (да­та обращения: 04.04.2025).
5. Тарифы // МТС : [сайт]. URL: https://business.mts.ru/moskva/telematika#tarif (да­та обращения: 31.03.2025).
6. M2M-Мониторинг // Билайн : [сайт]. URL: https://moskva.beeline.ru/business/iot/m2m/ (да­та обращения: 31.03.2025).
7. M2M-Мониторинг // ПАО «МегаФон» : [сайт]. URL: https://moscow.megafon.ru/corporate/services/m2m_monitoring (да­та обращения: 31.03.2025).
8. E‑UTRA/E‑UTRAN для сетей 4G LTE 3GPP TS 36.300 (версия 18.4.0 от 2024-12-19). URL: https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=2430 (да­та обращения: 04.04.2025).
9. Спецификация методов множественного доступа для сетей 2G GSM 3GPP TS 45.002 (версия 18.0.0 от 2024-04-04). URL: https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=2706 (да­та обращения: 04.04.2025).
10. Спецификация физических каналов и модуляции для сетей 4G LTE 3GPP TS 36.211 (версия 18.0.1 от 2024-04-17). URL: https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=2425 (да­та обращения: 04.04.2025).
11. Единый план по достижению национальных целей развития Российской Федерации до 2030 го­да и на перспективу до 2036 го­да [электронный источник]. URL: http://static.government.ru/media/files/ZsnFICpxWknEXeTfQdmcFHNei2FhcR0A.pdf (да­та обращения: 04.04.2025).

Опубликовано в журнале «ИСУП» № 2(116)_2025

А. А. Колесников, президент,
АО «Телеофис», г. Москва,
тел.: 8 (800) 200‑5895,
e‑mail: post@teleofis.ru,
сайт: teleofis.ru