Пояснювальна записка. Удосконалення охоронної системи GSM сигналізації

МАГІСТЕРСЬКА АТЕСТАЦІЙНА РОБОТА

ГЮІК ХХХХХХ.047.ПЗ

(познака документа)

Удосконалення охоронної системи GSM сигналізації

(тема роботи)

Магістрант гр. СТЗІАм 11-1 ___________________ Пірогов С.М.

(шифр групи) (підпис) (прізвище, ініціали)

Керівник роботи ___________________ проф. Коваль Ю.О.

(підпис) (посада, прізвище, ініціали)

Допускається до захисту

Зав. кафедри ___________________ проф. Шокало В.М.

(підпис) (посада, прізвище, ініціали)

Харків 2012 р.

ЛИСТ ЗАДАНИЯ

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка випускної кваліфікаційної роботи бакалавра:

53 с., 25 рис., 9 табл., 12 формул, 10 джерел.

Об'єкт дослідження – система охоронної GSM - сигналізації.

Ціль роботи – аналіз використання GSM - каналу, розробка рекомендацій щодо їх застосування.

У даній дипломній роботі були розглянуті переваги і недоліки використання GSM-каналу в системах безпеки, можливі шляхи розвитку GSM технологій, проведено порівняння з іншими каналами зв'язку, можливість їх взаємодії.

На підставі проведеного аналізу були сформульовані основні принципи використання та рекомендації щодо використання GSM-каналу в системах безпеки.

Область застосування – охоронні системи безпеки, інтелектуальні системі обміну інформацією.

Ключові слова: GSM (Global System for Mobile Communications), DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency), ContactID, GPRS (General Packet Radio Service), EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), SMS, Voice, LAN / WAN, MSC (Mobile Switching Centre) BSS (Base Station System) ОМС (Operations and Maintenance Centre) MS (Mobile Stations), TDMA (Time Division Multiple Access).

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка выпускной квалификационной работы бакалавра:

53 с, 25 рис, 9 табл., 12 формул, 10 источников.

Объект исследования – система охранной GSM - сигнализации.

Цель работы - анализ использования GSM-канала, разработка рекомендаций по их применению.

В данной дипломной работе были рассмотрены преимущества и недостатки использования GSM-канала в системах безопасности, возможные пути развития GSM технологий, проведено сравнение с другими каналами связи, возможность их взаимодействия.

На основании проведённого анализа были сформулированы основные принципы использования и рекомендации по применению GSM-канала в системах безопасности.

Ключевые слова: GSM (Global System for Mobile Communications), DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency), ContactID, GPRS (General Packet Radio Service), EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), SMS, Voice, LAN/WAN, MSC (Mobile Switching Centre) BSS (Base Station System) ОМС (Operations and Maintenance Centre) MS (Mobile Stations), TDMA (Time Division Multiple Access).

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

системы централизованного наблюдения (СЦН).

ЦПО – центральный пост охраны

РК – радиоканал

РМСС – радиометеорная система связи

МРК – метеорный канал

МРКС – метеорный калал связи

МР – метеорная радиосвязь

ФМ – фазовая манипуляция

ОФМ – относительная фазовая модуляция

ДОФМ – двойная относительная фазовая модуляция

ТОФМ – тройная относительная фазовая модуляция

МЧМ – минимальная частотная модуляция

КАМ – квадратурная модуляция

RDS – Radio Data System

ЭМС – электромагнитная совместимость

ВНОК – вектор номер кодовых блоков

ДН – диаграмма направленности

Ga – коэффициент усиления антенны

КСВ – коэффициент стоячих волн

F/B – отношение излучения антенны вперед/назад

ВВЕДЕНИЕ

Высокий уровень преступности в нашей стране привел к тому, что едва ли не все автомобили оснащены сигнализациями, а количество стационарных объектов, оборудованных охранными системами, растет с каждым днем. Сегодня практически никого не надо убеждать в необходимости создания надежной защиты своего бизнеса и имущества. Одним из наиболее распространенных методов борьбы с кражами и взломами является пультовая охрана.

Пультовая охрана – это способ защиты объектов недвижимости, включающий технические решения для самих объектов, удаленный контроль, оценку ситуации оператором мониторингового центра и определенные действия по предотвращению, реагированию и ликвидации чрезвычайных событий.

В настоящее время рынок услуг и оборудования охранно-пожарной сигнализации стремительно растет. Однако до недавнего времени основным недостатком систем охранной и пожарной сигнализации (ОПС) было использование проводных телефонных линий. К основным недостаткам данных систем можно отнести неустойчивую работу городских телефонных линий, низкую физическую защищенность, отсутствие возможности охраны нетелефонизированных объектов (дачи, коттеджи и т.д.). Поэтому в качестве надежной альтернативы " проводным охранным системам" появилось новое направление или " радиоканальные охранные системы".

Преимущества радиоканальных охранных систем очевидны:

- отсутствие зависимости от телефонной линии и качества работы сети;

- простота монтажа;

- возможность охраны любого объекта (в пределах зоны действия радиоканальной сети).

- универсальность - из простых элементов можно построить сколь угодно сложную систему: высокая скорость монтажа и запуска в эксплуатацию, возможность оперативного изменения конфигурации, мобильность охранного пульта, возможность сосуществования нескольких пультов. Нет принципиальных ограничений для подключения в случае необходимости к существующей системе охраны.

Первоначально беспроводные системы не получили широкого распространения из-за низкой надежности (проводная связь в этом плане еще лет пять на зад была надежнее). Но в настоящее время появился широкий спектр различных дополнительны устройств, активно используются новые поколения беспроводных систем связи.

Повсеместное использование сотовых систем связи не могло не сказаться на системах охраны. Возможности, предоставляемые операторами сотовой связи все активнее используются в системах охраны. Также можно видеть, что GSM каналы связи еще не исчерпали лимит своего развития. На сегодняшний день беспроводные охранные системы на базе GSM получили широкое распространение благодаря их относительно невысокой стоимости и простоте установки и эксплуатации. Сотовая сеть стандарта GSM-900/1800 обеспечивает лучшее качество связи и уже покрывает почти 100% городов Украины и стран СНГ.

Системы, использующие GSM-связь, позволяют осуществить охрану любых объектов, в том числе и нетелефонизированных. Использование GSM избавляет от необходимости развертывать свою сеть ретрансляторов - используются ретрансляторы GSM-операторов. Вследствие этого можно брать под охрану объект везде, где уверенно работает сеть GSM-оператора. Современные электронные охранники оснащаются довольно развитым виртуальным разумом – они умеют проводить самодиагностику и вовремя сообщать о неполадках, по характеру перемещения на объекте отличать людей от животных и даже передавать видеоизображение с охраняемого объекта.

И, конечно, очень перспективным представляется использование новых протоколов и сетей 3G, специально предназначенных для корпоративных клиентов - виртуальные корпоративные сети передачи данных с имитостойкостью и защитой информации.

Однако существенным недостатком подобных систем является низкая помехозащищенность. Не секрет, что GSM-канал легко подавить, " GSM глушилки" находятся сегодня в свободной продаже, да и работа сети GSM не всегда отличается высокой стабильностью и может отказать в самый неподходящий момент. Хотя последние разработки позволяют полностью контролировать GSM-канал, оперативно менять частоты, что заметно повышает помехозащищенность

Оптимально использовать GSM-канал в качестве дублирующего или дополнительного к проводным или другим радиоканальным системам. Огромный плюс GSM систем - возможность самим клиентом контролировать состояние объекта и управлять его охраной.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ

1.1 Тенденции развития систем безопасности с точки зрения использования различных каналов передачи данных

Сегодня в мировой практике охранных услуг определилась устойчивая тенденция на усиление роли технических средств. Тенденция эта не случайна: многочисленные исследования в области личной и имущественной безопасности показали, что широкое использование технических средств позволяет исключить либо свести к минимуму негативное влияние самого ненадежного звена в системе охраны – человека, которому присущи утомляемость, невнимательность, халатность и т.п. При этом, организация охраны с помощью технических средств обходится потребителю значительно дешевле, а надежность ее выше. Более чем 50-летний опыт работы вневедомственной охраны в этой области показал, что наиболее эффективным и экономически выгодным видом является централизованная охрана. Суть ее в том, что информация от технических средств, установленных на территориально рассредоточенных объектах, поступает непосредственно на центральный пульт, где в автоматизированном режиме производится ее анализ, обобщение и выдача заявки на реагирование, в зависимости от ситуации, милицейскому наряду либо технической службе.

Техническую основу централизованной охраны составляют системы централизованного наблюдения (СЦН).

Наиболее широкое применение, как у нас, так и за рубежом нашли СЦН, использующие в качестве каналов связи телефонные линии. Это вполне объяснимо. Оборудование таких систем сравнительно дешево, а почти повсеместная телефонизация позволяет подключать к ним практически любые объекты. Учитывая, что практически с самого начала образования вневедомственная охрана в рамках одной структуры обеспечивала одновременное решение трех основных функций: технической, милицейской и страховой, именно к технической составляющей всегда предъявлялись повышенные требования по надежности с целью снижения затрат по двум остальным.

В середине 90-х годов при создании СЦН основное внимание уделялось таким аспектам, как:

- автоматизация, которая позволяет до минимума упростить процессы сдачи/взятия объектов под охрану, сократить дежурный персонал пультов централизованной охраны; существенно сократить количество ложных тревог из-за неправильных действий хозорганов;

- контроль канала связи, обеспечивающий высокую достоверность передачи и исключающий потерю тревожной информации;

- разработка широкой гаммы объектовых устройств с различными функциональными и сервисными возможностями, позволяющих удовлетворить потребности самых широких слоев населения.

С точки зрения организации защиты объектов от несанкционированного проникновения все перечисленные ПЦН не имеют каких-либо существенных отличий, однако, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками, которые определяют и ограничивают область их применения.

Однако главным недостатком указанных систем является разнородность технических и конструктивных решений, а также закрытая архитектура построения, что не позволяет провести их объединение в единый универсальный комплекс технических средств централизованной охраны в пределах одного ПЦО. Это, в конечном, итоге приводит к возникновению определённых проблем для всех структур вневедомственной охраны во внедрении, эксплуатации, обслуживании и ремонте разнородных технических средств, в проведении единой технической политики, обеспечении должного уровня качества и надежности оборудования, а, следовательно, к дополнительным финансовым затратам и увеличению тарифов на охранные услуги.

Именно поэтому, наиболее актуальной остается на сегодняшний день проблема упорядочения парка эксплуатирующихся систем централизованного наблюдения, его обновления, замены устаревшего оборудования современным, более надежным. В целях дальнейшего развития и совершенствования централизованной охраны к новым разработкам в последнее время предъявляются дополнительные требования:

- имитостойкость и криптозащита, обеспечивающие устойчивость системы к несанкционированному " обходу" и обусловленные появлением " квалифицированных" краж;

- высокая информативность, обеспечивающая разделение сигналов о проникновении и пожаре, аварии или изменении параметров линии связи и т.д.;

- возможность сопряжения системы с оптоволоконными каналами связи, обусловленная внедрением предприятиями связи новых цифровых технологий передачи информации;

- унификация создаваемых технических средств, т.е. возможность объединения различных устройств в единый программно-аппаратный комплекс централизованной охраны.

Приоритетной задачей технической политики в области развития централизованной охраны является разработка отсутствующих на сегодняшний день единых требований на системы централизованного наблюдения, что в условиях многообразия существующих и вновь появляющихся предприятий-разработчиков и производителей средств охранно-пожарной сигнализации позволит унифицировать стыки систем передачи извещений, как вновь разрабатываемых, так и уже находящихся в эксплуатации.

В последние годы особое внимание уделялось созданию и развитию радиосистем передачи извещений (РСПИ). внедрение охранных систем, использующих радиочастотные каналы связи, позволяет:

- расширить сферу деятельности подразделений вневедомственной охраны путем организации охраны объектов, не имеющих линии телефонной связи;

- повысить надежность систем охраны особо важных объектов за счет дублирования телефонных каналов связи;

- обеспечить при необходимости срочную установку оборудования на объекте, нуждающемся в охране.

Деятельность в данной области была направлена на удешевление оборудования радиосистем, с целью повышения его доступности для населения.

В тоже время качество систем, как в отношении потребительских свойств, так и в отношении надежности и защищенности передаваемой информации, должно постоянно повышаться.

С этой целью перспективным направлением является создание радиосистемы ближнего радиуса действия со сниженной стоимостью объектового оборудования и улучшенными тактико-техническими, стоимостными и эксплуатационными параметрами, позволяющей организовать охрану таких объектов как гаражные и дачные кооперативы, садоводческие товарищества и т.п.

Преимущества радиоканальных охранных систем очевидны:

- отсутствие зависимости от телефонной линии и качества работы сети;

простота монтажа;

- возможность охраны любого объекта в пределах зоны действия радиоканальной сети.

На сегодняшний день все беспроводные системы можно разделить на четыре группы:

- GSM системы;

- радиканальные системы малого радиуса действия;

- радиоканальные системы большого радиуса действия;

- спутниковые системы.

GSM-системы получили широкое распространение в начале XXI века после бурного развития мобильной связи. Вначале в качестве каналообразующего оборудования использовались мобильные телефоны, которые подключались к охранным панелям через интерфейс RS-232 и управлялись AT - командами. Данное решение было очень ненадежным, так как телефоны могли «зависнуть» или просто отключиться, кроме того, условия эксплуатации мобильных телефонов не предусматривали работу в сырых и не отапливаемых помещениях, что существенно ограничивало область их применения. Сегодня, производители оборудования мобильной связи выпускают специализированные GSM-модемы для построения на их основе беспроводных систем безопасности. Данное решение существенно повысило надежность работы системы, а также предоставило разработчикам систем безопасности дополнительные возможности по работе с сервисами GSM. В качестве способа передачи информации в GSM-системах используются SMS-сообщения, модемное соединение (CSD), передача тоновых посылок (режим DTMF) и режим пакетной передачи сообщений GPRS. Появление режима GPRS позволило существенно снизить затраты на эксплуатацию систем радиоохраны. На сегодняшний день беспроводные охранные системы на базе GSM получили широкое распространение благодаря их относительно невысокой стоимости и простоте установки и эксплуатации. Однако существенным недостатком подобных систем является низкая помехозащищенность. Не секрет, что GSM-канал легко подавить, " GSM глушилки" находятся сегодня в свободной продаже, да и работа сети GSM не всегда отличается высокой стабильностью и может отказать в самый неподходящий момент. Указанные недостатки ограничивают применение оборудования подобного класса при построении систем безопасности.

Рисунок 1.1 - Схема передачи информации в GSM охранной системе при использовании функции SMS.

GSM контроллеры устанавливаются на удаленных объектах. К каждому из них можно подключать различные дискретные и резистивные датчики, которые будут контролировать присутствие посторонних на объекте.

К радиоканальным системам малого радиуса действия относятся беспроводные системы, работающие в частотном диапазоне 433 МГц и 2, 4 ГГц с малой выходной мощностью 10 мВт и 100 мВт соответственно.

В основном данные системы применяются для организации локальной беспроводной связи на территории крупных объектов. Радиус действия таких систем составляет обычно от нескольких сотен метров до нескольких километров в зависимости от условий распространения радиосигнала. При этом пункт централизованного наблюдения обычно располагается на этом же объекте, либо организуется специальный выделенный канал связи для передачи информации на удаленный ПЦН. В настоящее время данные системы получили широкое распространения благодаря их относительно низкой стоимости и простоте монтажа. На сегодняшний день все больше и больше популярны приемопередатчики стандарта 2, 4 ГГц, такие как ZigBee, NanoNet и др. Недостатком данных систем являются их низкая помехозащищенность и малый радиус действия.

К радиоканальным системам большого радиуса действия. относятся системы, имеющие выделенный радиоканал и обеспечивающие радиус действия 20-100 км в условиях городской застройки. В состав данных систем входят абонентское оборудование, ретрансляторы и пульт централизованного наблюдения. В большинстве своем системы данного класса используют частотный диапазон 146-174 МГц и выходную мощность 1-10 Вт.

Системы, использующие стандартные УКВ - радиоинтерфейсы. Такие системы, как правило, используют частотную манипуляцию и ширину канала 12, 5 или 25 кГц. Недостатком таких систем является низкая пропускная способность и невысокая помехозащищенность, так как сигнал с полосой 12, 5 кГц легко подавить.

Системы, использующие специализированные радиоинтерфейсы, адаптированные под решение задач радиоохраны и обеспечивающие защиту информации и высокую помехозащищенность канала связи. Примером такой системы является радиоканальная система АРКАН, использующая для передачи узкополосные сигналы и алгоритм " прыгающих частот". Перестройка частоты происходит по случайному закону в широкой полосе 300-500 кГц. Данное решение обеспечивает высокую помехозащищенность и высокую емкость системы. К недостаткам радиоканальных систем большого радиуса действия можно отнести высокую стоимость инсталляции сети, однако при большом количестве абонентов эти затраты окупаемы. Данные системы широко применяются в средних и крупных городах на ПЦН с абонентской базой свыше 2000-3000 абонентов.

Спутниковые системы используют в качестве каналов связи спутниковую связь " ГлобалСтар", " Инмарсат", " Турайя". Подобные системы применятся для контроля/охраны удаленных объектов, в местах, где отсутствует мобильная и проводная связь. Главным недостатком этих систем является высокая стоимость как абонентского оборудования, так и затрат на эксплуатацию. С другой стороны, для решения задач охраны удаленных одиночных объектов данные системы не имеют другой альтернативы.