Построение системы GSM охранной сигнализации

Настройка времени задержки тревоги В поле time - вводится количество секунд задержки, необходимых для того чтобы попасть на охраняемый объект и снять сигнализацию с охраны. OUTDLY<time>

Настройка времени задержки на выход. В поле time - вводится количество секунд задержки, необходимых для того чтобы покинуть охраняемый объект, не вызывая при этом срабатывания датчиков S00<text SMS> (зона 0), S01<text SMS> (зона 1), S02<text SMS> (зона 2), S03<text SMS> (зона 3).



3. Анализ функционирования систем, использующих GSM каналы

3.1 Расчет стоимости и эффективности системы

Определим общую стоимость системы охранной GSM сигнализации по таблице 12.

Таблица 12 - Расчет стоимости

Элемент	Ценна элементов, в руб.
Стоимость базового комплекта	10 000
Извещатель охранный инфракрасный - 7шт.	3500
Датчик разбития стекла - 4 шт.	2200
Внешняя антенна	500
Установка монтаж и настройка	5 000

Сумма всех элементов системы с установкой и монтажом составила 21 200 рублей. Семь ИК-датчиков, используемых в системе стоят 3500 рубля вместе. Датчики разбития стекла стоят 2200 рубля вместе, 2 накладных магнитно-контактных датчика - входит в базовый комплект, дополнительная внешняя антенна - 500 рубля, 2 брелка постановки - снятия с учета так же входят в базовый комплект. Внешняя выносная антенна - 600 рублей

Следовательно, ориентировочная ценна всей системы 21 200 рубля.

Проведение технико-экономического обоснования требует выбора и расчета результирующих экономических показателей, позволяющих дать комплексную оценку новой техники. Рассмотрению этих показателей должна предшествовать формулировка основных понятий теории экономической эффективности. Такими основополагающими понятиями являются понятия эффекта и эффективности.

В широком смысле эффект - это результат, следствие каких-либо конкретных действий, причин, сил. Применительно к экономическому обоснованию под эффектом следует понимать совокупные результаты, получаемые от реализации определенных научно-технических или организационно-экономических решений.

Различаются следующие виды эффекта: научный (познавательный), технический, организационный, оборонный, экологический, экономический, социальный и политический.

Виды получаемого эффекта зависят от целей и характера создаваемого объекта Каждый вид эффекта имеет свои особенности и требует своих методов количественной оценки. На практике один вид эффекта выступает в качестве основного, остальные - в качестве дополнительных.

Экономический эффект характеризуется выраженной в стоимостных показателях экономией затрат живого и овеществленного труда в общественном производстве, которая является следствием научных, технических и организационных решений.

Вторым важнейшим элементом является экономическая эффективность, под которой понимается результат количественного сопоставления экономического эффекта Э с затратами, необходимыми для достижения этого эффекта, т.е.

Е = Э/К (5.1)

Экономическая эффективность отражает соотношение конечных экономических результатов (экономического эффекта) и затрат (капитальных вложений), вызвавших этот эффект, т.е. показывает величину экономического эффекта, приходящуюся на 1 руб. затрат.

В случае разработки и внедрения средств и систем охраны экономическая эффективность будет приниматься как соотношение возможных потерь при краже различного вида документации, которая может составлять коммерческую тайну, рабочего оборудования, прикладного программного обеспечения, установленного на компьютерах, материальных ценностей офисного помещения и личных вещей работающего на нем персонала к затратам на проектирование и внедрение средств охранной сигнализации.

В нашем случае в офисе будут находиться ценности ориентировочно на 350 000 руб.

Е = Э/К = 350 000 / 21 200 = 16.5

Определенная экономическая эффективность, полученная благодаря предотвращению ущерба от внедрения охранной сигнализации, равная 16.5 показывает, что 1 руб. потраченный на установку охранной сигнализации экономит 16.5 руб., что говорит о целесообразности внедрения охранной сигнализации.

3.2 Исследование скорости передачи данных и пропускной способности gsm канала

Максимальная скорость передачи данных по одному голосовому каналу GSM (режим CSD) составляет 9600 Кбит/с, а многоканальный режим HSCSD обеспечивает передачу данных на скорости 19 200 Кбит/с и выше. Описание перечня услуг и качества работы приложений на различных скоростях представлено в таблице 13. Характеристика поколений GSM представлена в таблице 14.

Таблица 13- Перечень услуг и качество работы приложений на различных скоростях передачи



Таблица 14 - Характеристики поколений GSM

К недостаткам использования голосового канала GSM можно отнести значительную стоимость пересылки килобайта информации и существенное негативное влияние (на экономические показатели системы) времени организации сеанса связи между модемами при передаче малых объемов данных. Например, время передачи 20 Кбит информации равно примерно 2 с, а время организации сеанса может варьироваться от 2 до 16 секунд, в зависимости от режима работы модемов. [7, c. 34]

Максимально возможная скорость обмена данными с помощью технологии GPRS теоретически может достигать 170 Кбит/с.

В технологии GPRS была предложена новая структура пакета размером 456 бит (четыре информационных блока по 114 бит), которая обеспечивает общую скорость передачи по каналу 22,8 кбит/с

В целях повышения гибкости передачи и пропускной способности в системе GPRS могут использоваться четыре схемы кодирования данных: от CS1 до CS4. Для управления работой радиолинии в режиме пакетной передачи разработан специальный протокол RLC (Radio Link Control), который обеспечивает ее адаптивную настройку, программную перестройку частоты и управление мощностью. Адаптация радиолинии включает выбор той или иной схемы кодирования (CS1 - CS4) в зависимости от вида передаваемой информации, характеристик радиоканала и уровня помех.

Таким образом, в режиме GPRS каждому абоненту предоставляется от 1 до 8 канальных интервалов. Во время пакетной передачи ресурсы линий связи «вверх» и «вниз» могут выделяться независимо друг от друга, т.е. в системе допускается реализация асимметричного режима передачи. Сегодня при использовании схемы кодирования CS2 скорость передачи данных в GPRS-системе составляет 115,2 (8х14,4) кбит/с, однако теоретически она может быть увеличена до 171,2 (8х21,4) кбит/с - если применить схему кодирования CS4.

Проведенные в октябре 2008 года исследования скорости мобильного соединения показали, что реально средняя скорость составляет входящего соединения 130 Кбит/c, исходящего - 57 кбит/c. Ни один из операторов мобильного Интернета не показал максимально возможную для используемого им стандарта скорость (474 Кбит/c для EDGE у GSM).

Отдельно стоит упомянуть, что скорость передачи значительно возрастает при использовании технологии EDGE.

EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) - цифровая технология для мобильной связи, которая функционирует как надстройка над 2G и 2.5G (GPRS) - сетями. Для поддержки EDGE в сети GSM требуются определённые модификации и усовершенствования. На основе EDGE могут работать: ECSD - ускоренный доступ в Интернет по каналу CSD, EHSCSD - по каналу HSCSD, и EGPRS - по каналу GPRS. EDGE был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке.

Несмотря на то, что EDGE не требует аппаратных изменений в NSS-части сети GSM, модернизации должна быть подвергнута подсистема базовых станций (BSS). Необходимо установить трансиверы, поддерживающие EDGE (8PSK модуляцию) и обновить программное обеспечение. Также требуются телефоны, обеспечивающие аппаратную и программную поддержку модуляции и кодовых схем, используемых в EDGE.

В настоящее время около шестнадцати отечественных оператора используют технологию EDGE, в том числе и «большая тройка» - МТС, Билайн, Мегафон.

3.3 Анализ помехоустойчивости и помехозащищённости gsm канала

Помехи в радиоканале создаются как за счет искажений сигнала при его распространении, так и в результате воздействия внешних источников. Первый тип искажений сравнительно легко устраним, в то же время с помехами от внешних источников борются при помощи расширения спектра передаваемого сигнала. Теоретически, увеличение базы сигнала (произведение эффективного значения длительности сигнала и эффективного значения ширины его спектра) позволяет уменьшить помеху до сколь угодно малого уровня.

Основная сложность при построении GSM канала связана с невозможностью обеспечить непрерывность GSM/GPRS-связи с оператором из-за перебоев в сети, которые приводят к прерыванию передачи данных, но и к зависанию модема. Практика показывает, что ни один GSM-оператор на сегодняшний день не обеспечивает предоставление гарантированного GPRS-канала связи. В попытках реализации непрерывности подключения разработчики вынуждены дополнительно оснащать традиционные (простые) GSM-модемы дополнительными устройствами - внешними контроллерами, сторожевыми таймерами, осуществляющими перезагрузку модема при зависании. К сожалению, подобные решения хоть и являются обычно «экономичными», но по-прежнему не гарантируют непрерывного и бесперебойного процесса передачи данных, а также ведут к усложнению системы в целом и, как следствие, к снижению ее надежности.

Дополнительно к перечисленным методам, для повышения помехоустойчивости РЭС, использующих узкополосные сигналы, применяют многократное дублирование фрагментов передаваемых сообщений в частотной или временной области. Например, модемы для передачи данных в коротковолновом диапазоне частот используют для одновременной передачи информации до 50 несущих частот используются медленные скачки по частоте SFH (Slow Frequency Hopping) или иначе - медленная псевдослучайная или программная перестройка радиочастот (ППРЧ). Использование ППРЧ совместно с помехоустойчивым кодированием и перемежением позволяет в условиях узкополосных помех в каналах с замираниями повысить помехоустойчивость на приеме на 9-11дБ, в то время, как без ППРЧ эта цифра колеблется в пределах 4-6дБ.

Помехоустойчивость, по мнению целого ряда специалистов в области радиоканальных пожарных и охранных систем, определяется следующим:

- количеством частотных диапазонов, в которых может работать радиосистема;

- количеством частотных каналов в каждом диапазоне;

- возможностью автоматического выбора резервных каналов;

- наличием автоматической регулировки мощности излучения.

В соответствии с европейской классификацией (в России данная классификация по РД 78.36.003-2002 несколько иная - имеются две категории объектов, в каждой из которых две подкатегории) существует три класса пожарных и охранных проводных и радиоканальных систем, отличающихся между собой, прежде всего, по степени риска технически подготовленного взлома (ЕМ 50131-1):

класс А: низкая степень риска - объекты частного пользования (загородные дома, квартиры);

класс В: средняя степень риска - объекты общественного пользования (магазины, учебные заведения);

класс С: высокая степень риска - объекты государственной важности (музеи, исторические памятники).

Представим себе типичную ситуацию на объекте, находящемся под охраной радиосистемы. Время от времени пропадает связь с тем или иным радиоустройством. Скорее всего, причиной является не преднамеренное саботирование работы системы, а работа других приборов и систем на выбранном при установке системы канале связи (литере). Напомним, что диапазон частот 433 и 868 МГц является нелицензируемым, и его используют не только пожарные и охранные радиосистемы, но и бытовые устройства: переносные радиостанции, игрушки, шлагбаумы и т.д. В зависимости от класса радиосистемы должны реагировать по-разному:

класс А: индикация о временной потере связи с радиоустройством системы отсутствует;

классы В и С: радиосистема обязана максимально использовать все возможные способы доставки сигнала и только после этого передать сигнал «Тревога». Например, извещатель, не получив квитанцию от приемно-контрольного прибора после передачи тестового сигнала (что возможно только в системе с двусторонним протоколом), немедленно меняет частотный канал, мощность излучения, периодичность выхода в эфир и т.д. Если связь не может быть восстановлена даже после всех упомянутых действий, то в данном случае имеет место преднамеренное саботирование работы системы.

Способность радиолинии работать в условиях воздействия организованных помех называется помехозащищенностью.

Помехозащита разделяется на два класса:

1) пространственная помехозащита (за счет низкого уровня боковых лепестков приемной антенны, по которым действует помеха, формирование "нулей" диаграммы направленности приемной антенны в направлении на источник помех);

2) сигнальная помехозащита за счет широкополосных методов модуляции.

Принцип подавления основан на постановке узкополосной помехи приемному каналу GSM-устройства. На сегодняшний день подавителей GSM-устройств большое множество и основное их использование заглушать мобильные телефоны на совещаниях, конференциях, библиотеках, театрах и т.п. Однако это не мешает применять их и для негативных целей. Их применение не останется не замеченным для операторов мобильной связи.

Известны несколько типов устройств, применяемых для глушения спутниковых охранных систем:

1. Широкополосная глушилка. Постоянно излучает мощный шум на всех рабочих частотах GSM. Тем самым GSM-модулю перестает видеть, как спутники GPS, передающие текущие координаты автомобиля, так и БС оператора GSM.

2. Перебирающая частоты - этот тип глушилок работает также как первый тип, отличие в том, что шумоподобная помеха ставится последовательно по всем частотам канала GSM, не позволяя GSM-модулю передавать сигнал. Размером она достаточно компактная и питается от обычных батареек. Действует в радиусе 5-15 метров.

3. «Умная» - - это глушилка, которая выдает себя за базовую станцию оператора GSM. При ее включении, GSM-модуль будет работать без сбоев и считать, что все хорошо. Глушилка требует серьезного источника питания.

На сегодня существует два способа борьбы с глушением:

- Определение факта глушения на стороне GSM-модуля. Если модуль видит, что в эфире на рабочих частотах появился сигнал (шум), он пытается успеть произвести оповещение. Но это маловероятно, ведь отправить SMS или голосовое сообщение вряд ли получится, т.к передатчик уже заглушен.

- Определение факта глушения извне. Для этого организуется постоянная проверка связи между GSM-модулем и специально выделенным сервером -контроль канала. Таким образом, на стороне сервера можно гарантированно определить пропажу связи с автомобилем. В случае пропажи GSM-сигнала, сервер оповещает владельца SMS-сообщением, по e-mail, или звонком.

Для снижения глушения сигнала нужно:

- иметь дублирующий канал для обмена важной информацией;

- использовать периодический тест с объекта;

- применение выносных антенн.

3.4 Разработка рекомендаций по улучшению технических характеристик систем безопасности, использующих gsm каналы

Охранные системы на основе GSM можно использовать, как для личных целей, так и в комплексных централизованных системах охраны и мониторинга. Очень выгодно, а иногда единственно приемлемо, использование GSM сигнализации на объектах, где затруднена прокладка кабельных и телефонных сетей.

GSM-сигнализация повышает защищенность объекта собственности благодаря следующим факторам:

- факт наличия сигнализации вынудит не опытных преступников отказаться от своих преступных намерений;

- оперативная передача тревожного сообщения на телефон собственника или на ПЦН, а также срабатывание сирены, приведут, в конечном счете, к прибытию на место группы быстрого реагирования или наряда милиции, что в свою очередь приведет к задержанию преступников.

Первое, и очень важное условие: сигнализация должна быть вандалоустойчивой, т.е. находиться в металлическом боксе, где установлены все элементы, в т. ч. - GSM-терминал, колодки подключения шлейфов, блок питания. Это необходимо для выполнения главных ее функций - передачи тревожного сообщения и включения других устройств.

Второе - прибор должен иметь не менее 4 разъемов для подключения различных датчиков. Желательно, чтобы эти зоны были программируемыми - например, к первому разъему - цепочку датчиков движения, ко второму - цепочку дымных датчиков, к третьему - геркон на входной двери, к четвертому - цепочка датчиков удара. Также не помешает 2 выхода на исполнительные устройства (например, световую и звуковую сигнализацию).

Третье - особое внимание необходимо уделить наличию и качеству встроенного источника питания. Источник бесперебойного питания и батарея должны обеспечивать надежную работу централи и подключенных к ней датчиков при отключении питания в течение как минимум суток. Блок питания должен защищать аккумуляторную батарею от глубокого разряда и выдерживать короткое замыкание выходов питания 12 В.

Четвертое - желательно, чтобы имелась выносная светодиодная индикация, которая позволяет визуально контролировать состояние прибора. Это важно при использовании электронных ключей типа Touch Memory, радиобрелоков и карт для дистанционной постановки и снятия прибора с охраны.

Пятое - хорошо, чтобы система могла в одном сообщении полностью описывать состояние всей системы: тревоги с указанием зоны, состояния системы, описывать, какие реле включены, сколько осталось заряда в батарее, каково состояние телефонной линии (если она есть). Имеются и опциональные параметры - к примеру, в зависимости от своего «интеллекта», системы GSM-охраны могут не только сообщать владельцу о проблемах, но и самостоятельно реагировать на такие раздражители. Злоумышленники могут и блокировать сотовую сеть в округе с помощью банальной сотовой «глушилки», поэтому важно, чтобы в ответ, скажем, на вторжение система не тупо перебирала номера для сообщения столь «радостной» новости, а сразу открывала клетки с собаками-телохранителями, зажигала свет, включала сирену или пускала слезоточивый газ.

Шестое - очень важно, чтобы сигнализация умела контролировать наличие или отсутствие сигнала базовой станции. Практически для всех моделей GSM-сигнализаций применение злоумышленником устройств подавления сигнала или создания помех является неразрешимой проблемой. Система должна подавать сигнал предварительной тревоги владельцу здания при ухудшении качества сигнала от базовой станции. Важно если GSM панель передает сообщения одновременно нескольким пользователями и пультам централизованного наблюдения. Сообщения для ПЦН должны передаваться в шифрованном виде (это повышает надежность охранного комплекса). Сообщения для пользователя должны легко читаться и быть максимально информативными. Хорошо, когда в одном сообщении полностью описывается состояние всей системы. Тревога с указанием зоны, состояние централи, какие реле включены, есть ли сеть 220, заряд АКБ, состояние телефонной линии (если она есть).

С точки зрения поддержания стабильной радиосвязи необходимо использование таких элементов как выносные антенны. Существуют три ситуации, в которых стационарные направленные пассивные антенны могут помочь:

- неустойчивая связь на границе зоны покрытия из предельной удаленности от ближайшей базовой станции (БС)

- работа внутри зоны покрытия, но в местах радиотени (складки рельефа, экранировка крупными естественными и искусственными сооружениями)

- связь внутри помещения с высокой степенью ослабления сигнала (подвалы и полуподвалы, металлические сооружения, здания, обшитые металлом и т.д.).

Реальное расширение зоны покрытия за счет применения выносной антенны может быть осуществлено, но весьма в скромных пределах. Причем это увеличение сильно зависит от используемого стандарта.

Достаточно сильный эффект дает использование GSM-репитеров, но из-за высокой стоимости применять их рационально на крупных объектах.

Серьезную проблему составляет перегруженность линий связи в крупные праздники. Решением проблемы является установка объектового прибора с sim-картами двух различных сотовых операторов связи.

Оптимальным для GSМ-сигнализаций является комбинирование различных функций (SMS, Voice). Также эффективно использование GSM как дублирующий или дополнительный канал проводным и иным радиоканальным системам передачи извещения.

С точки зрения пропускной способности канала оправдано использование технологии EDGE. Правда, эта технология (как и 3G) не получила еще повсеместного распространения.

3.5 Вопросы безопасности проведения работ по эксплуатации систем безопасности, использующих gsm каналы

Базовые станции в городах, как правило, устанавливаются на административных зданиях, гораздо реже - на жилых. Используются производственные и технические сооружения (трубы заводов или ТЭЦ). Здание должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить максимально широкую зону радиопокрытия. Для обеспечения требуемой высоты установки Операторы часто используют специальные мачты, чтобы обеспечить требуемую высоту установки.

В России действует СанПиН 2.2.4 1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях, на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы, а также гигиенические нормативы ГДР (ПДУ) 5803-91 (ДНАОП 0.03-3.22-91)

Уровень поверхностной плотности потока мощности в диапазоне частот, в котором работает оборудование сотовых операторов, проверяется специальной аппаратурой: и во многих случаях излучение от БС не фиксируется приборами вообще, так как оно ниже принятых во всем мире стандартов (10 микроватт на кв. см - такова допустимая норма электромагнитного излучения). Следят за этим органы государственного санитарного надзора - именно они выдают соответствующие разрешения.

Даже в самой «опасной» зоне - при нахождении с базовой станцией примерно на одном уровне горизонтально - опасная зона составляет не более 30 метров. Излучение имеет свойство угасать пропорционально квадрату расстояния (если расстояние от источника излучения увеличилось в 2 раза, излучение ослабилось в 4 раза и т.д.). Таким образом, несколько десятков метров удаления от базовой станции - это практически 100-процентная гарантия отсутствия какого-либо излучения, способного влиять на здоровье.

В современных аппаратах мощность излучения может автоматически варьироваться в зависимости от удаленности от передающей станции и прочих условий приема в пределах от 0,2 Ватта до 2 Ватт, т.е. в десять раз. Поскольку организм человека управляется электрическими импульсами слабой мощности, то источник электромагнитного излучения мощностью до 2 Ватт не может не оказывать патогенного воздействия, на нервную систему человека. Мощность однократного воздействия не столь опасна, как его продолжительность, что является еще одной причиной использования выносных антенн.



Заключение

В результате данной выпускной квалификационной работы была разработана система GSM сигнализации, извещения которой осуществляются на основе сотовой связи. Приведено подробное описания работы системы, определен её состав (контрольный блок, датчики, мобильный телефон) и основные параметры. Подсчитаны затраты на создание данной системы (21 200 рубля)

Выполнены поставленные задачи, а именно:

- детально изучен состав существующей системы сигнализации на предприятии.

- произведен анализ и сравнение существующих систем беспроводных GSM сигнализации.- на основе полученных результатов сделан выбор о внедрении конкретной GSM сигнализации.

- определен состав системы GSM сигнализации.

- разработан план монтажа и установки, выбранной GSM сигнализации.

Разработанная сигнализация по GSM-каналу может быть усовершенствована более дорогими датчиками, мобильным телефоном, считывателем ключей, которые будут обладать большим количеством выполняемых функций и работающих в более жестких условиях эксплуатации.

Результат проделанной работы соответствует предъявленным требованиям.

На конкурентном рынке систем оповещения низкая цена и простота в эксплуатации разработанной GSM - сигнализации являются успешными условиями продажи и прогрессивного расширения рынка сбыта продукции. В результате своей работы я сделал выводы что GSM-системы имеют ряд неоспоримых преимуществ:

- возможность использования сервисов оператора сотовой связи для предоставления услуг охраны;

- простоту и удобство применения;

- доступность сотовой связи подавляющему большинству граждан;

- отсутствие необходимости приобретать ретрансляторы для работы системы.

Уже сейчас использование сетей третьего поколения открывает множество дополнительных возможностей, значительно повышая функциональность GSM-систем охраны.

Мною был проведен анализ основных функций GSM-сетей, их использование в системах охраны.

В своей работе я рассмотрел механизм построения GSM-канала, его основные технические характеристики. До сих пор одним из основных недостатков GSM-канала является его слабая помехозащищенность (вместе с доступностью устройств для глушения сигнала).

На основании выпускной квалификационной работы я сформулировал ряд рекомендаций по улучшению технических характеристик систем безопасности, использующих GSM-каналы. На их основании я пришел к логическим выводам о возможных путях развития беспроводных систем охраны.



Библиографический список

1. Адрианов В.И. Сотовые, пейджинговые и спутниковые средства связи. - СПб.: Арлит, 2009. - 159 с.

2. Адрианов В.И. Средства мобильной связи. - СПб.: Арлит, 2008. - 120 с.

3. Анин Б.Ю. Защита сотовых сетей. - СПб.: Ресурс, 2010. - 85 с.

4. Волков Л.Н. Системы цифровой радиосвязи. - М.: Спектр, 2008. - 150 с.

5. Гаранин, В.И. Системы и сети передачи информации. - М.: Радио и связь, 2007. - 320 с.

6. Гордиенко Н.В. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей - М.: Телеком, 2007. - 263 с.

7. Громаков, Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 177 с.

8. Ипатов В.П. Системы мобильной связи. - М.: Телеком, 2009. - 224 с.

9. Карташевский В.Г. Сети подвижной связи. - М.: Эко-Трендз, 2011. 140 с.

10. Кирилов В.И. Многоканальные системы передачи. - М.: Новое знание, 2008. - 751 с.

11. Ксенофонтов С.Н. Направляющие системы электросвязи. - М.: Телеком, 2004, - 268 с.

12. Ратынский М.В. Основы сотовой связи. - М.: Радио и связь, 2008. - 220 с.

13. Тепляков И.М. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. - М.: Радио и связь, 2009. - 328 с.

14. Урядников Ф.Ю. Сверхширокополосная связь. Теория и применение. - М.: Солон-Пресс, 2011. - 368 с.

Размещено на Allbest.ru