Определение оптимальных в соответствии с заданными критериями характеристик корректирующего кода и разработка кодирующего устройства выбранного кода

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Территориальная распределенность объектов специального назначения, телекоммуникационных сетей общего пользования требует решения задач по их охране [4]. Однако использование для этих целей оборудования подразделений вневедомственной охраны (ПВО), частных охранных предприятий (ЧОП) и подразделений ФСБ не всегда экономически оправдано. С учетом особенностей объектов возможен «комбинированный» подход к их охране, суть которого сводится к информированию ПВО, ЧОП и ФСБ о фактах вторжения (вскрытия) объектов, а сама система разворачивается предприятием телекоммуникационных сетей и функционирует не только в интересах охраны, но и обеспечивает сбор информации о внутреннем состоянии объекта в интересах предприятия.

В силу значительной удаленности, очевидно, что построение системы охраны с применением проводных линий связи, с учетом удаленности этих объектов, крайне затруднительно и малоэффективно. Прокладка проводных линий связи, либо их аренда, требует значительных материальных затрат, а так же дополнительной аппаратуры, позволяющей системе работать по длинным проводным линиям связи. При длинных линиях связи это требует технических решений по защите аппаратуры от влияния паразитных электромагнитных наводок и помех, а так же установки устройств грозозащиты, магистральных усилителей и ретрансляторов. Помимо некоторых чисто технических проблем построения системы охраны удаленных объектов с использованием проводных линий связи существует и проблема, связанная с надежностью такой системы охраны. Дело в том, что прокладка индивидуальных проводных линий связи от каждого объекта до централизованного поста охраны практически невозможна. Как правило, удаленные объекты охраны разделяют по группам и затем прокладывают воздушную линию связи между той или иной группой объектов охраны и центральным постом охраны, а зачастую и сигналы от ряда групп объектов объединяют в единый кабель связи. В связи с этим возникает проблема, которая заключается в том, что если злоумышленник выведет из строя групповой кабель связи, то группа дежурной охраны физически не сможет обеспечить охрану всех объектов, от которых не поступают сигналы в связи с обрывом кабеля связи. И часть объектов, в данном случае, останется без охраны на время ремонта поврежденной линии связи.

Наряду с проводными системами все чаще стали использоваться беспроводные системы охраны удаленных объектов с передачей сигналов по каналам сотовой связи. В качестве передающего и приемного блока используются или стандартные сотовые телефоны или специализированные модули для приема и передачи информации по каналам сотовой связи. Если такая система построена достаточно грамотно и обеспечивает все необходимые функции мониторинга и приема сигналов тревоги от удаленных объектов охраны, то она по своим тактико-техническим характеристикам превосходит систему охраны удаленных объектов, в которой используются проводные линии связи. Но и такая система имеет существенные недостатки. Так блоки приема и передачи регистрируются у оператора сотовой связи аналогично сотовым телефонам, и за предоставление услуг связи сотовый оператор начисляет определенную плату как за обслуживание сотового телефона. Если деньги на счету того или иного модуля передачи информации по каналам сотовой связи закончились, то оператор сотовой связи вправе заблокировать данный сотовый телефон или модуль передачи. В связи с этим владелец охраняемого объекта с такой системой связи должен контролировать остаток средств на счете данного сотового телефона или специализированного модуля. При этом охранная организация несет ответственность за охраняемые удаленные объекты, а оператор сотовой связи нет. Он только предоставляет связь по сотовым каналам на общих основаниях.

Блокирование оператором сотовой связи по тем или иным причинам каналов связи на неопределенный промежуток времени или при длительных перегрузках сети сотовой связи может рассматриваться в данном контексте, как вывод системы охраны из строя на некоторое время, которое может составлять от нескольких часов до суток.

Надежность охраны удаленных объектов включает в себя не только надежность аппаратуры системы, установленной на объекте охраны. Под надежностью охраны понимается как надежность аппаратуры системы охраны, так и оперативность реагирования службы охраны удаленных объектов по времени их прибытия на тот объект, от которого поступил сигнал тревоги. Наряду с этим в общие характеристики надежности охраны удаленных объектов должен входить параметр и недоступности проникновения к установленной аппаратуре на объекте злоумышленника с целью блокирования данной аппаратуры или вывода ее из строя. Исходя из вышесказанного, при проектировании, выборе аппаратуры, алгоритма работы систем мониторинга и охраны удаленных объектов, как правило, проектировщик руководствуется общепринятыми мнениями, нормами и необходимыми техническими характеристиками для таких систем. Наряду с этим действуют и экономические составляющие, которые можно определить как возможно максимальное количество объектов в системе при минимальной стоимости объектового оборудования и максимальной при этом надежности оборудования. С этой точки зрения целесообразным становится использование ведомственных радиосетей как транспортной основы для построения системы информационного мониторинга стационарных и подвижных объектов базирующихся на пакетных радиосетях (ПРС).

Типовые каналы сети связи всегда являются двухсторонними. Благодаря наличию обратной связи нет необходимости использовать коды, исправляющие ошибки, имеющие очень высокую избыточность проверочной информации. В таких каналах передачи данных можно использовать коды обнаруживающие ошибки, у которых для обеспечения требуемой верности передачи информации избыточность проверочной информации будет небольшой.

Корректирующий код для систем передачи дискретной информации с обратной связью должен удовлетворять следующим двум требованиям:

- вероятность необнаружения ошибок в кодовой комбинации должна быть не больше заданной;

- скорость передачи должна быть возможно большей.

Эти два требования являются противоречивыми, так как уменьшение вероятности необнаружения ошибки при заданной длине кода достигается увеличением избыточности, т.е. за счет уменьшения скорости передачи. Это противоречие можно разрешить путем выбора достаточно длинных кодов. Однако, длинные коды, в свою очередь, влекут за собой некоторое усложнение аппаратуры передачи и приема.

Таким образом, целью дипломного проекта является построение устройства защиты от ошибок, обеспечивающего выполнение заданных требований по достоверности и максимизирующего значение скорости передачи системы. Задачей дипломного проекта является определение оптимальных в соответствии с заданными критериями характеристик корректирующего кода и разработка кодирующего устройства выбранного кода.

Проект состоит из введения, 6 глав, заключения и списка использованных источников.

Во введении обосновывается актуальность, практическая значимость создания дипломного проекта, а также определяется цель и задачи, которые необходимо решить.

В первой главе рассматриваются технические системы сбора телеметрической информации и охраны стационарных и подвижных объектов.

Во второй главе проанализированы составляющие системы информационного мониторинга стационарных и подвижных объектов.

В третьей главе описаны методы обеспечения целостности информации в системах информационного мониторинга стационарных и подвижных объектов.

В четвертой главе разработан алгоритм работы устройства, на основе которого разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы кодирующего устройства.

В пятой главе обосновывается безопасность и экологичность проекта.

В шестой главе приводится расчет технико-экономической эффективности проекта.

Все главы проекта заканчиваются выводами.

В заключении делаются общие выводы, рассматриваются результаты проектирования.

1 ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СБОРА ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ОХРАНЫ СТАЦИОНАРНЫХ И ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

1.1 Область применения технических систем сбора телеметрической информации и охраны стационарных и подвижных объектов

Технические системы можно разделить на классы в зависимости от области их применения:

- диагностические системы, экологического контроля и мониторинга;

- диспетчерские системы;

- охранные системы, в том числе противоугонные, безопасности, охраны недвижимости и др.;

- системы информационного сервиса.

Наибольшее развитие получили охранные системы. Это направление наиболее востребованное и является обычно дополнительным сервисом к другим охранным подсистемам. Новые технологии беспроводного доступа к информации позволяют реализовывать новые более экономичные и надежные решения. Системы диагностики только начинают свое развитие с учетом современных достижений беспроводной связи. Их роль в развитии, прежде всего, индустриальных районов, крупных городов, несомненно, будет возрастать. Развитие диспетчерских систем является, с одной стороны, хорошо известным направлением развития систем мониторинга. С другой стороны, это наиболее сложное направление, которое с учетом последних технологических достижений только начинается серьезно развиваться.

1.2 Классификация технических систем информационного мониторинга

Структуру любой технической системы мониторинга можно рассматривать с позиции трех основных составных частей (рисунок 1.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - Структура технической системы мониторинга

Подсистема наблюдаемых объектов -- множество объектов наблюдения. Оборудование каждого из них (далее по тексту -- технический терминал) решает задачу определения параметров слежения (системы определения местоположения, датчики состояний, мобильные терминалы ввода информации и др.) [7].

Ядро системы мониторинга включает в себя сервер и базу данных мониторинга, а также набор программ для построения коммуникации всех элементов системы.

Подсистема управления и наблюдения представляет собой клиентское программное обеспечения для доступа к данным мониторинга для решения задач наблюдения и управления [1,4].

В системах связи происходят значительные перемены, которые определяют основной прогресс в системах мониторинга. Развитие средств связи, используемых в системах мониторинга, можно проследить на примере (рисунок 1.2)

Динамика развития беспроводной связи открывает все большие возможности в сервисе передачи данных в сетях мониторинга. Высокоскоростная передача данных позволяет снабжать системы мониторинга каналом передачи объемной телеметрической информации и видеосигнала [6].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.2 - Схема развития средств связи, используемых в системах мониторинга

Каждую систему мониторинга можно классифицировать на основе следующих характеристик:

- область применения;

- распределенность (локальный вариант системы, когда ее компоненты реализуются на одном объекте, или вариант системы с географически распределенной структурой);

- наличие удаленного доступа через клиентские приложения к базе данных мониторинга;

- тип определения местоположения объекта (GPS, ГЛОНАСС, пеленгации радиомаяков или др.);

- тип связи объекта наблюдения с ядром системы (сотовые сети стандартов GSM, CDMA, транкинговая или СиБи-радиосвязь, спутниковая);

- уровень интеллектуальности технических терминалов наблюдаемых объектов (неуправляемый терминал с запрограммированным профилем, управляемые удаленно терминалы, терминалы с интерфейсом ввода информации, функция накопления данных в режиме оff-line);

- замкнутость (использование открытых или закрытых каналов передачи данных, Интернет/Интранет);

- степень безопасности и конфиденциальности данных (передача данных в открытом формате, шифрование, использование протоколов безопасности соединения);

- тип сервиса (корпоративный закрытый или публичный, открытый для подключения клиентов разных категорий);

- географическая зона действия;

- наличие информационного сервиса на основе связи с базами данных других систем (например, передача наблюдаемым объектам информации по дорожной обстановке на основе запросов к другой информационной системе);

- наличие географической информационной системы для поддержки системы управления и наблюдения, дополнительные возможности системы управления (решение задач оптимизации, ведение базы клиентских объектов подвижных и фиксированных, расширенная система рапортов, биллинг);

- наличие служб оперативного действия, связанных с системой мониторинга (службы реагирования, техническая, медицинская помощь).

1.3 Характеристика основных технических систем мониторинга

К основным принципам построения такого рода систем можно отнести:

Высокая живучесть. Для построения системы используются решения, обеспечивающие «выживание» системы в условиях высокого уровня вандализма. Специальные схемы построения сетей и наличие обходных путей передачи данных должны обеспечить устойчивое функционирование системы.

Открытые стандарты. Для построения предлагается использование таких аппаратно-программных средств, которые обеспечивают независимость от производителей электронных компонентов. Это позволяет выбирать наиболее оптимальные с точки зрения критерия «цена/качество» технические решения, а также использовать отработанные программные компоненты.

Многоуровневое построение системы. Для оптимального решения данной задачи система строится по иерархическому принципу. Это позволяет построить гибкую, легко адаптируемую систему и максимально экономно использовать пропускную способность каналов связи как внутри уровней, так и между уровнями.

Принцип доступности компонентов. Для построения всех узлов системы предполагается использовать устройства, которые производятся в России, т.е. решается задача постоянной модификации узлов и гарантированной поставки.

Принцип комплексирования. Для передачи информации в системе предлагается использовать комплексные решения для организации каналов связи. Применение этого принципа позволит построить систему с оптимальным использованием пропускной способности каналов связи.

Принцип самоконтроля и управления. При построении системы используются средства встроенного контроля каждого узла, и организуется централизованный контроль со стороны центра управления. Это позволит гибко управлять ресурсами системы и локализовать «проблемные узлы» без потери работоспособности всей системы.

Принцип двунаправленности. Система должна поддерживать передачу данных как от объекта в центр, так и от центра к объекту. Это позволяет организовать прием данных системы телесигнализации и передачу данных системы телеуправления объектом.

Основой подобных систем являются объектовые контроллеры, которые предназначены для сбора телеметрической информации с объекта, организации системы охраны объекта и обмена информацией с контроллерами более высокого уровня [16].

Основные функции объектовых контроллеров:

- охранные функции (идентификация пользователя и обслуживание шлейфов);

- сбор информации от датчиков различного типа (телесигнализация);

- управление исполнительными устройствами (телеуправление);

- обмен информацией с другими контроллерами по каналам связи различного типа (наличие внешней шины);

- функции встроенного самоконтроля и контроля состояния шлейфов (распознавание обрыва и короткого замыкания шлейфа).

1.4 Обоснование тактико-технических требований к системе информационного мониторинга

При обосновании тактико-технических требований к системе сбора телеметрической информации и охраны стационарных объектов рассмотрим несколько вариантов построения систем дистанционного мониторинга и охраны удаленных объектов с применением беспроводной передачи информации от объекта на центральный диспетчерский пост охраны.

1.4.1 Система с циклическим опросом центральной станцией аппаратуры удаленных объектов охраны

Система с циклическим опросом строится по принципу центрального «ведущего». В роли центрального ведущего выступает центральный пост мониторинга (ЦПМ). ЦПМ последовательно опрашивает удаленные объекты и на свои запросы получает от удаленных объектов телеметрическую информацию или сигнал тревоги. В этом случае ЦПМ может получить телеметрическую информацию о состоянии аппаратуры удаленного объекта охраны или сигнал тревоги только при запросе в цикле общего опроса аппаратуры данного объекта.

Преимущества:

- постоянный циклический опрос объектов - постоянно проверяется функционирование аппаратуры удаленных объектов;

- система работает на одной рабочей радиочастоте.

Недостатки:

- все объекты должны оснащаться полной радиостанцией дополнительно к самому блоку охраны;

- при большом количестве объектов общее время цикла опроса всех объектов системы будет большим, чем расчетное из-за возможных повторных запросов центральной станцией информации от одного и того же объекта из-за атмосферных или иных помех в радиосвязи;

- организация дополнительных центральных постов контроля и мониторинга достаточно затруднительна.

1.4.2 Система охраны удаленных объектов с выходом в эфир аппаратуры объекта

Данная система полностью повторяет систему, описанную в 1.4.1, но дополнительно объектовые комплекты аппаратуры передают на центральную станцию с заданным интервалом времени тестовые посылки. Данный заданный интервал передачи тестовых посылок на центральную станцию рассчитывается исходя из емкости системы и времени передачи одной посылки. Ориентировочно, суммарное время передачи тестовых посылок от объектовых комплектов аппаратуры не должно превышать 5-10% от времени заданного цикла передачи тестовых посылок одним комплектом аппаратуры. В связи с тем, что ввод объектового комплекта аппаратуры в работу является случайной величиной (во времени), то и передача тестовых посылок от объектов на центральную станцию так же будет случайной по времени между объектами. А так, как общее время передачи в эфир всех посылок от всех включенных в работу объектовых комплектов аппаратуры составляет не более 5-10% от времени цикла передачи тестовых посылок, то вероятность «свободного» радиоканала на момент передачи тем или иным объектом сигнала тревоги на центральную станцию достаточно высока. И чем меньше суммарное время передачи тестовых посылок от всех объектов в процентном соотношении к установленному циклу передачи тестовых посылок одного объекта, тем выше вероятность наличия «свободного» эфира для передачи тем или иным объектом сигнала тревоги на центральную станцию.

Для улучшения вероятностных характеристик работы системы, сигналы тревоги должны передаваться на центральную станцию не однократно, а несколько раз с расстановкой по времени.

Преимущества:

- на объекте охраны используется не дорогостоящая радиостанция, а только передатчик требуемой мощности для обеспечения характеристик по дальности связи;

- циклические тестовые посылки от объектовых комплектов аппаратуры позволяют контролировать работоспособность аппаратуры удаленных объектов;

- сигналы тревоги мгновенно передаются и получаются центральной станцией при срабатывании датчиков на объекте.

Недостатки:

- неисправность объектовой аппаратуры определяется центральной станцией мониторинга с периодом, установленным временем в данной системе для передачи циклических тестовых посылок от объектов на центральную станцию мониторинга.

Несколько повысить надежность работы такой системы можно, если включить в работу аппаратуры объекта передачу на центральную станцию мониторинга помимо тестовых сигналов контроля дополнительно сигналов постановки - снятия объекта с охраны, а так же и дополнительный сигнал, который аппаратура должна передавать при разряде резервного аккумулятора. При выводе тем или иным способом комплекта аппаратуры охраняемого объекта из строя центральная станция мониторинга «обнаружит» данную неисправность по отсутствию очередной контрольной посылки от аппаратуры данного объекта охраны.

1.4.3 Система охраны удаленных объектов с выходом в эфир только для передачи сигнала тревоги

Любая аппаратура обладает той или иной надежностью в работе, определяемой вероятностью отказа или выходом его из строя. Исходя из расчетов вероятности отказа аппаратуры, можно сказать, что если блок охраны объекта оснастить передатчиком, который будет передавать на центральную станцию мониторинга только сигналы тревоги, то надежность работы такой системы охраны объекта будет выше, чем у аппаратуры объекта, в которую включена полная цифровая радиостанция. И надежность такого блока охраны будет выше только из-за того, что количество радиоэлементов в его схеме будет меньше.

Преимущества:

- при тревоге объектовый комплект аппаратуры мгновенно передает информацию на центральную станцию. В связи с тем, что возникновение одновременно на нескольких объектах ситуации, по которой несколько объектовых комплектов аппаратуры должны выходить в эфир маловероятно, то количество объектов в системе неограниченно и центральная станция получает информацию от объекта мгновенно.

- работа системы на одной радиочастоте;

- стоимость комплекта аппаратуры объекта охраны минимальна.

- возможность организации нескольких базовых станций центрального мониторинга:

- полностью «свободный» радиоканал.

Недостатки:

- при выходе из строя объектовой аппаратуры центральная станция мониторинга не получает сведений об этом.

Но так, как все же существует вероятность возникновение одновременной ситуации тревоги на 2-5 объектах одновременно, то объектовые комплекты аппаратуры должны передавать сигнал тревоги не однократно, а несколько раз с расстановкой передачи сигналов на центральную станцию мониторинга по времени. Желательно, что бы данная расстановка по времени передачи сигнала тревоги от объектового комплекта аппаратуры на центральную станцию мониторинга была псевдослучайной.

1.4.4 Система с циклическим опросом центральной станцией аппаратуры удаленных объектов охраны и передачей сигналов тревоги на второй свободной частоте

Преимущества:

- экстренные сигналы тревоги передаются на центральную станцию на рабочей радиочастоте F2 вне зависимости от времени опроса центральной станцией аппаратуры объектов на радиочастоте F1;

- возможность в организации дополнительных центров приема сигналов тревоги от объектов охраны.

Недостатки:

- удорожание объектовой аппаратуры дополнительным передатчиком или установкой цифровой радиостанцией с возможностью перестройки с одной рабочей частоты на другую, удорожание центральной станции дополнительным приемником;

- дополнительные передатчики и дополнительный приемник находятся в режиме радиомолчания и выход их из строя не диагностируются центральной станцией.

- требуется две рабочих частоты для работы системы.

Основное преимущество таких систем в том, что сигналы тревоги при срабатывании датчиков охраны практически мгновенно передаются на центральную станцию контроля. В данных системах можно практически без ограничения производить наращивания системы по количеству охраняемым объектам. Ограничением будет служить выбранный по тем или иным соображениям максимально возможный по времени цикл проверки работоспособности аппаратуры установленной на объекте охраны.

Рассмотренные выше алгоритмы работ систем охраны имеют некие отличительные особенности, но их объединяет то, что в своем составе объектовая аппаратура и центральная станция в обязательном порядке должны имеет полные цифровые радиостанции [4]. Альтернативным путем реализации системы охраны удаленных объектов, в которых не требуется наличие полных цифровых радиостанций, является использование имеющегося парка радиосредств и перевод их в режим функционирования на вторичной основе используя пакетную радиосеть.

Выводы:

1. Новые технологии беспроводного доступа к информации, содержащей сведения о состоянии объектов, позволяют реализовать экономичные и надежные решения по сбору телеметрической информации и охраны стационарных объектов.

2. Для многих приложений систем мониторинга главным сдерживающим фактором является экономический фактор. Использование систем сотовой связи, особенно при решении экстремальных задач, где требуется непрерывное слежение за объектом, является пока еще достаточно дорогим, что объективно требует рационального использования для этих целей уже имеющихся ведомственных или корпоративных радиосетей.

3. Применение технологий двойного использования ресурса радиосетей в системах мониторинга оставляет возможность функционирования радиосетей в штатном режиме.

4. Использование пакетных радиосетей в системах мониторинга объектов позволяет строить технические системы с полносвязной и распределенной структурой, на протяженных территориях с критичным сечением рельефа местности и обеспечивать обмен данными с требуемым качеством.

2 СОСТАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА СТАЦИОНАРНЫХ И ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

2.1 Структурная схема системы информационного мониторинга стационарных и подвижных объектов

Основными элементами системы информационного мониторинга являются объектовые блоки контролируемых объектов, узлы-ретрансляторы и аппаратно-програмный комплекс (АПК) службы безопасности (рисунок 2.1).

Система сбора телеметрической информации и охраны стационарных объектов представляет собой сеть удаленных объектовых блоков (модулей) расположенных на контролируемых стационарных объектах, узлов-ретрансляторов и аппаратно-программного комплекса центра диспетчирования и мониторинга, функционирующих в рамках одной или нескольких ПРС. Информация от удаленных объектовых блоков поступает по каналам ведомственной сети диспетчерский центр для накопления и последующей обработки и возможно передачи в региональные или глобальные информационные сети.

В состав объектовых блоков, устанавливаемых на контролируемых объектах входят: блок контроллера, блок сопряжения с аналоговыми датчиками, блок сопряжения с аналого-цифровыми датчиками, блок сопряжения с исполнительными устройствами, сетевой и резервный автономный блоки питания, радиостанция, модем, кодирующее устройство канала связи, посредством которых осуществляется передача коротких информационных пакетов о состоянии контролируемых объектов в центр (рисунок 2.2).



Рисунок 2.1 - Структурная схема системы информационного мониторинга стационарных и подвижных объектов на базе ПРС

Система сбора телеметрической информации и охраны стационарных объектов представляет собой сеть удаленных объектовых блоков (модулей) расположенных на контролируемых стационарных объектах, узлов-ретрансляторов и АПК центра диспетчирования и мониторинга, функционирующих в рамках одной или нескольких ПРС. Информация от удаленных объектовых блоков поступает по каналам ведомственной сети диспетчерский центр для накопления и последующей обработки и возможно передачи в региональные или глобальные информационные сети.

В состав объектовых блоков, входят: блок контроллера, блок сопряжения с аналоговыми датчиками, блок сопряжения с аналого-цифровыми датчиками, блок сопряжения с исполнительными устройствами, сетевой и резервный автономный блоки питания, а так же радиостанция, модем, устройство защиты от ошибок канала связи, посредством которых осуществляется передача коротких информационных пакетов о состоянии контролируемых объектов в центр (рисунок 2.2).

Ключевым устройством объектового блока является контроллер, посредством которого осуществляется обработка сигналов от объектовых датчиков и в случае возникновения угрозы формирование пакета для передачи в центр [8,17]. По нескольким входам может обрабатываться аналоговая величина (напряжение) поступающая от какого-либо датчика и передача информации о достижении заранее установленной пороговой величины или о выходе этой величины за пределы заданного интервала.

Пороговые значения и границы допустимых интервалов напряжений на аналоговых и аналого-цифровых входах объектового блока программируются перед его установкой и могут, изменятся непосредственно через порт терминала или по команде дистанционно.



Рисунок 2.2 - Структурная схема объектового блока системы информационного мониторинга стационарных и подвижных объектов на базе ПРС

АПК службы безопасности принимает информацию от множества датчиков расположенных на стационарных объектах и накапливает в соответствующей базе данных из состава своего программного обеспечения. Остальные данные архивируются и подвергаются статистической обработке.

Посредством АПК диспетчерского центра возможна и передача команд на объектовые блоки. В соответствии с принимаемыми командами через объектовые блоки может осуществляться управление различными исполнительными устройствами технических и инженерных сетей стационарных объектов.

Контроллер объектового блока осуществляет управление всеми устройствами, обрабатывает поступающие от центра команды, формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства, формирует короткие сообщения для передачи на центр.

На стационарном объекте питание объектового блока производится от сети переменного тока или от автономного резервного источника питания.

Объектовый блок может быть оснащен дополнительными аппаратно-программными блоками (модулями) расширяющими его возможности. Дополнительные блоки сопряжения позволяют увеличить количество входов обработки датчиков и выходов управления исполнительными устройствами систем контролируемого объекта.

Помимо основных задач - контроля состояния объектов, сбора телеметрической информации, АПК сбора телеметрической информации и охраны стационарных объектов может решать и другие задачи, например, предоставление объектам различного рода справочной информации, оповещение, организация взаимодействия между объектами в группе и др.

Программно-техническое обеспечение АПК мониторинга и управления представляет собой одно или совокупность АРМ, средств организации и ведения массивов информации, средств отображения информации коллективного и индивидуального пользования, объединенных в составе локальной или распределенной вычислительной сети.

В состав АПК мониторинга и управления могут входить следующие подсистемы.

Подсистема обмена информацией с объектовыми блоками по радиоканалу, которая обеспечивает прием пакетов данных от объектов контроля и пользователей, их декодирование и проверку, а также передачу объектам контроля и пользователям управляющей информации.

Подсистема анализа, накопления и обработки данных сохраняет пакеты данных в архиве, выполняет семантический анализ принятых сообщений и обеспечивает реализацию действий, заданных для данной ситуации.

Подсистема отображения обеспечивает вывод информации о состоянии контролируемых объектов и в текстовом виде, а также голосовое и (или) текстовое оповещение об изменении состояния объекта.

Информационно-справочная подсистема обеспечивает получение справок об объектах контроля, пользователях, ситуациях, функционировании системы, доступе пользователей к процедурам и данным и т.д.

Подсистема установки параметров функционирования предоставляет возможность задавать конфигурацию контролируемых параметров, размещение программных и информационных файлов, параметры для информационного взаимодействия с объектами и пользователями через канал связи, управляющие параметры для процедур системы и др.

Подсистема контроля и диагностики обеспечивает обнаружение сбоев и отказов в работе оборудования, фиксацию событий данного типа в соответствующих файлах, реализует необходимые действия для устранения последствий возникновения неисправностей.

Подсистема технологического обеспечения предназначена для осуществления мероприятий по обеспечению защиты информации, выполнения технологических операций по актуализации, настройке, копированию и восстановлению базы данных АПК мониторинга и управления.

2.2 Принципы построения пакетной радиосвязи

Как было показано ранее, большинство систем строящихся на базе ПРС имеют непосредственное отношение к комплексу направлений обеспечивающих безопасность объектов, зданий, транспорта и личной безопасности. Выполнение задач возложенных на данные системы во многом зависит от своевременного доведения информации. Для того чтобы решить данную задачу необходимо создать надежную систему обмена информации, позволяющую в короткий срок передавать и принимать сообщения.

Передача данных по радиоканалу во многих случаях надежнее и дешевле, чем передача по коммутируемым или арендованным каналам, и особенно по каналам сотовых сетей связи. В ситуациях, характеризующихся отсутствием развитой инфраструктуры связи, использование радиосредств для передачи данных часто является единственно разумным вариантом организации связи [3].

В качестве транспортной основы систем мониторинга стационарных и мобильных объектов предполагается использовать ПРС.

Они обладают рядом преимуществ:

- улучшаются показатели качества функционирования (своевременность доведения сообщений до получателей, достоверность и безопасность ведения информационного обмена);

- повышается пропускная способность канала радиосвязи;

- совершенствуются способы управления частотами;

- появляется многообразие и гибкость операций передачи сигналов (путем сочетания прямых линий связи с применением ретрансляции пакетов по обходным маршрутам);

- реализуется оперативное изменение конфигурации сети;

- становится возможной организация связи с подвижными объектами, в том числе оснащенными специализированными средствами вычислительной техники;

- повышаются помехоустойчивость и защищенность каналов радиосвязи от перехвата;

- снижаются эксплуатационные расходы.

Рассмотрим отличительные особенности ПРС:

- коллективное использование ресурсов связи осуществляется не на сетевом, как в сетях Х.25, а непосредственно на физическом уровне, что обусловлено равнодоступностью радиоканала для всех пользователей;

- применение радиоканала в качестве среды передачи позволяет путем сравнительно малых затрат организовать полносвязную пакетную радиосеть на значительной территории, быстро развертывать и реконфигурировать эту сеть, подверженную влиянию помех естественного и искусственного происхождения;

- пользователи пакетной радиосети могут постоянно находится в движении или периодически менять свое местоположение;

- возможно несколько вариантов ретрансляции пакетов (на физическом уровне - с демодуляцией, на канальном - с декодированием и с исправлением ошибок, на сетевом - без сборки или со сборкой и с изменением служебной части пакетов).

По мере развития электронной техники, компьютеров и радиостанций появилась возможность передачи пакетных сообщений. Передача производится блоками определенной длины, максимальная длина пакета может быть 256 символов.

Скорость передачи: 300 бод в декаметровом диапазоне радиоволн, до 9600 бод в метровом диапазоне радиоволн. Существуют также линии связи в метровом диапазоне со скоростями передачи 56 кбод. Для того чтобы все цифровые радиостанции понимали, друг, друга в 1984 году был создан протокол обмена AХ.25, устанавливающий для всех единые правила формирования цифровой последовательности сигналов [1,4].

Стала возможной передача не только текстовой информации, но и компьютерных программ по радиоэфиру.

Пакетная связь призвана не заменить собой традиционные виды связи, а дать возможность получить дополнительные виды услуг: корпоративная электронная почта, информационные банки данных, мониторинг состояния подвижных и стационарных объектов и т.д. [1].

В настоящее время создана и надежно функционирует сеть пакетной связи различного назначения [11]. В ее состав входят локальные сети метрового и декаметрового диапазонов радиоволн, которые объединены между собой линиями дальней декаметровой связи. Локальные сети, как правило, базируются на применении мощных электронных почтовых ящиков и ретрансляторов. В состав пользовательской аппаратуры входят: УКВ-ЧМ радиостанции мощностью передатчиков 1-5 ватт, контроллер пакетной связи, компьютер с терминальной программой и средствами хранения информации [4].

На линиях дальней декаметровой связи используются, как правило, промышленные трансиверы, обладающие высокой стабильностью частоты,(+-10 Гц за сутки), мощностью 100-200 Ватт. Функционально трансивер объединен в общий узел связи с электронной почтой, управляется программой мощного компьютера и иногда имеет возможность по отдельной программе менять частоты, диапазон, а антенна изменять направление на корреспондентов.

Терминал пакетной радиосвязи имеет самое прямое отношение к развитию систем электронной почты. Стало возможным передача не только персональных сообщений, но и ведение переговоров в режиме конференции.

Электронная почта умеет принимать, пересылать по заданным радио адресам, хранить сколь угодно долго и выдавать по радио эфиру персональные сообщения - электронные письма, умеет принимать, пересылать и хранить циркулярные сообщения - бюллетени для всех пользователей или для определенной группы лиц. Умеет сортировать сообщения по заданной тематике, а так же имеется возможность сканирования частот, установка «привилегированных» каналов, дистанционный контроль и обслуживание по радио и телефонному каналу и еще многое другое.

Обмен информацией, письмами, бюллетенями, программными файлами в электронной почте происходит в автоматическом режиме так называемого «автофорвардинга», когда сообщение, адресованное конкретному корреспонденту (или группе корреспондентов), переправляется по указанному адресу. При этом вовсе не нужно указывать, какой путь должно пройти ваше сообщение. Вы должны только указать позывной вашего корреспондента и позывной электронной почты, которым пользуется ваш корреспондент.

Линии связи между корреспондентами могут быть как на коротких волнах, так и на различных диапазонах УКВ. Таким образом, все электронные почты связаны в единую информационную сеть, и любой корреспондент может переслать свое послание в любой уголок земного шара.

Часто бывает так, что корреспондент не может связаться с электронной почтой напрямую, так как находится далеко от него, или мощность его передатчика слишком мала, или антенна - очень плохая, например, находящаяся внутри комнаты. В таких случаях используются цифровой ретранслятор. Ретрансляторы, как и голосовые репитеры, устанавливаются на высокие точки, применяется хорошая аппаратура, хорошие антенны, так, чтобы через него могли связаться как можно больше корреспондентов. Любая станция пакетной связи может работать как ретранслятор, причем эта работа совершенно не будет мешать работе станции в обычном режиме. Таким образом, если вы не можете связаться с электронной почтой или каким-либо корреспондентом напрямую, вы можете использовать один или несколько ретрансляторов и через такую цепочку передавать ваши сообщения.

2.3 Пересылка сообщений в пакетной радиосети

Пересылка сообщений - главная задача пакетной сети. Желательно, чтобы сообщения пересылались быстро и без ошибок. Все это не вызывает никаких затруднений, если число ретрансляторов в сети невелико, и каждая станция связана с каждой. Такая ситуация типична в рамках одной корпоративной сети. В действительности обмен сообщениями может, происходит не только внутри ведомственной сети, поэтому приходится рассматривать пакетную сеть как составную часть пакетной сети региона и т.д. Отсюда и проблемы пересылки.

Во-первых, число станций в сети становится очень большим. Казалось бы, это не проблема для компьютера, однако это создает определенные неудобства.

Во-вторых, исчезает важное свойство маленькой сети: каждый связан с каждым. Поэтому сообщения приходится пересылать от отправителя к получателю через цепочку промежуточных станций. В результате увеличивается время доставки сообщения и снижается ее надежность. Кроме того, возникает проблема выбора маршрута сообщения, поскольку между отправителем и получателем может существовать несколько различных путей. Задача маршрутизации заключается в том, чтобы «научить» ретранслятор определять по адресу сообщения, какому из корреспондентов оно должно быть переслано. Адресом персонального сообщения является позывной адресата. Ясно, что общее число возможных адресов очень велико и приближается к числу активных пакетных станций. Для решения задачи маршрутизации оператор должен знать структуру сети (кто, где находится и с кем связан) начиная со своей станции, желательно на возможно большую глубину. Сеть изменяется во времени: исчезают одни связи и появляются другие, исчезают и появляются станции и так далее [10,11]. Это усложняет задачу маршрутизации и требует регулярного обслуживания. Здесь стоит заметить, что при наличии только одного ретранслятора необходимость маршрутизации сообщений отпадает, так как все сообщения независимо от адреса пересылаются одной и той же станции.

Сеть передачи данных может быть оперативно развернута практически в любом географическом регионе. В зависимости от используемых приемопередатчиков такая сеть может обслуживать своих абонентов в зоне радиусом от единиц до десятков и даже сотен километров. Огромную практическую ценность пакетные терминалы имеют там, где необходима передача небольших объемов информации.

2.4 Особенности реализации установок ПРС

В классическом виде объектовый модуль может быть представлен в виде станции пакетной радиосвязи, состоящей из терминала, радиостанции (приемопередатчика) и контролера пакетной связи. В качестве приемопередатчика может быть использована любая радиостанция метрового диапазона. Однако необходимо учитывать, что необходимым условием для выбора радиостанции является высокая стабильность частоты опорного кварцевого генератора.

В качестве терминала может использоваться персональный компьютер или его терминальная часть, который имеет или имитирует порт RS-232 [12].

Минимальную конфигурацию компьютера в каждом отдельном случае определяет TNC (Terminal Node Controller) - узловой контроллер терминала. Это устройство служит «посредником» между радиостанцией и компьютером. Оно обрабатывает последовательности сигналов по специальному алгоритму, упаковывает в пакеты, посылает их и контролирует, правильность их приема. Так же TNC принимает и расшифровывает пакеты, сообщает о правильности приема. Кроме того, TNC выполняет множество других функций, имеет свою систему команд, словом, это настоящий компьютер. Поэтому не обязательно подключать к нему еще один компьютер, в простейшем случае достаточно терминала. Аналогично, передаваемую информацию вы можете подготовить, отредактировать заранее, и затем быстро передать ее корреспонденту в автоматическом режиме. Таким образом, вы не будете надолго занимать радиоканал, и заставлять ждать вашего корреспондента.

Терминалы специально сделаны для «общения» с компьютерными устройствами (а TNC, как было уже сказано, и есть специализированный компьютер). Итак, на контроллер возлагается задача реализации протокола АХ.25.

2.5 Протокол передачи данных по радиоканалуАХ.25

Алгоритмы функционирования пакетных радиосетей регламентируются рекомендацией АХ.25. Данный стандарт устанавливает единый протокол обмена пакетами, то есть обязательный для всех пользователей пакетных радиосетей порядок осуществления обмена данными. Стандарт АХ.25 представляет собой специально переработанную для пакетных радиосетей версию протокола Х.25.

AX.25 обеспечивает следующие возможности:

- установление логического канала для передачи данных с одним или несколькими абонентами и отслеживание его состояния;

- обеспечение безошибочности передачи данных по установленному каналу, методом подтверждения правильности приема порций информации и повтора искаженных;

- возможность согласования с помощью его средств скорости передачи и скорости приема на другой стороне соединения.

Протоколы обмена содержат семь уровней. Вся логика работы по радиоканалу описывается во втором уровне. Практически он реализуется, как правило, специальным контроллером пакетной связи, который размещается между компьютером и приемопередатчиком, либо функцию контроллера выполняет сам компьютер. Особенность пакетных радиосетей заключается в том, что один и тот же радиоканал используется для передачи всеми пользователями сети в режиме множественного доступа. Протокол обмена АХ.25 устанавливает единый протокол обмена пакетами, т.е. обязательный для всех пользователей пакетных радиосетей порядок осуществления обмена данными и предусматривает множественный доступ в канал связи с контролем занятости. Все пользователи (станции) сети считаются равноправными. Прежде чем начать передачу проверяется, свободен канал или нет. Если канал занят, то передача своих данных откладывается до момента его освобождения. Если канал оказывается свободным, то сразу же начинается передача информации. Очевидно, что в тот же самый момент может начать передачу и любой другой пользователь данной радиосети. В этом случае происходит наложение (конфликт) сигналов двух терминалов, в результате чего их данные с высокой вероятностью серьезно исказятся под воздействием взаимных помех. Корреспондент узнает об этом, получив отрицательное подтверждение на переданный пакет данных или в результате превышения времени тайм-аута. В такой ситуации он обязан будет повторить передачу этого пакета по уже описанному алгоритму.

Протокол AX.25 разработан для обеспечения обслуживания, независимо от используемого уровня передачи данных. Как определено, этот протокол будет работать одинаково хорошо в полудуплексных и дуплексных режимах. Этот протокол был разработан как для непосредственной связи между двумя индивидуальным пакетными станциями, так и для связи между индивидуальной станцией и многопортовым терминалом [19]. Этот протокол учитывает возможность установления более одной связи на устройство, если устройство в состоянии обработать ее. Этот протокол не запрещает связь с самим собой. Под связью с самим собой понимается ситуация, когда устройство устанавливает связь на себя с использованием собственного адреса и для кадра-источника и для кадра-назначения. Большинство сетевых протоколов предполагает наличие одного главного прибора (оконечное устройство управления) соединенного с одним или несколькими подчиненными приборами (оконечное оборудование данных). Этот тип несбалансированного действия не практикуется в общедоступной радиосреде. Вместо этого, AX.25 предполагает идентичность типов обоих концов линии связи, вследствие этого не требуется двух различных классов приборов.

Выводы

1. Для реализации системы информационного мониторинга стационарных и подвижных объектов на базе ведомственной (корпоративной) радиосети необходимо развертывание комплекса оборудования обеспечивающего съем, передачу и обработку информации о состоянии объектов.

2. Система информационного мониторинга стационарных и подвижных объектов представляет собой сеть удаленных объектовых блоков (модулей) расположенных на контролируемых стационарных объектах, узлов-ретрансляторов и АПК службы безопасности предприятия, функционирующих в рамках одной или нескольких ПРС.

3. Для определения топологии системы информационного мониторинга стационарных и подвижных объектов, с учетом имеющейся технической базы предприятия необходимо проведение анализа условий распространения радиоволн в соответствующей зоне с использованием программ исследования и анализа радиосетей.

4. Применение в качестве транспортной основы ПРС позволит не только гарантированно довести информацию до получателей, но и использовать существующую ведомственную радиосеть в штатном режиме.

5. Обмен данными в радиоканале строится в соответствии с единой для всех корреспондентов сети процедурой, называемой протоколом передачи данных. Одним из самых распространенных протоколов является протокол передачи данных по радио АХ.25.

3 МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ ИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА СТАЦИОНАРНЫХ И ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

3.1 Анализ помехоустойчивости канала

Проблема обеспечения безошибочности (достоверности) передачи информации в пакетных сетях имеет очень важное значение [18]. Если при передаче обычной телеграммы возникает в тексте ошибка или при разговоре по телефону слышен треск, то в большинстве случаев ошибки и искажения легко обнаруживаются по смыслу. Но при передаче данных одна ошибка (искажение одного бита) на тысячу переданных сигналов может серьезно отразиться на качестве информации.

Существует множество методов обеспечения достоверности передачи информации (методов защиты от ошибок), отличающихся по используемым для их реализации средствам, по затратам времени на их применение на передающем и приемном пунктах, по затратам дополнительного времени на передачу фиксированного объема данных (оно обусловлено изменением объема трафика пользователя при реализации данного метода), по степени обеспечения достоверности передачи информации. Практическое воплощение методов состоит из двух частей - программной и аппаратной. Соотношение между ними может быть самым различным, вплоть до почти полного отсутствия одной из частей.

Выделяют две основные причины возникновения ошибок при передаче информации в сетях:

- сбои в какой-то части оборудования сети или возникновение неблагоприятных объективных событий в сети (например, коллизий при использовании метода случайного доступа в сеть). Как правило, система передачи данных готова к такого рода проявлениям и устраняет их с помощью планово предусмотренных средств;

- помехи, вызванные внешними источниками и атмосферными явлениями.

Помехи - это электрические возмущения, возникающие в самой аппаратуре или попадающие в нее извне. Наиболее распространенными являются флуктуационные (случайные) помехи. Они представляют собой последовательность импульсов, имеющих случайную амплитуду и следующих друг за другом через различные промежутки времени. Примерами таких помех могут быть атмосферные и индустриальные помехи, которые обычно проявляются в виде одиночных импульсов малой длительности и большой амплитуды. Возможны и сосредоточенные помехи в виде синусоидальных колебаний. К ним относятся сигналы от посторонних радиостанций, излучения генераторов высокой частоты. Встречаются и смешанные помехи. В приемнике помехи могут настолько ослабить информационный сигнал, что он либо вообще не будет обнаружен, либо искажен так, что «единица» может перейти в «нуль» и наоборот.

Трудности борьбы с помехами заключаются в беспорядочности, нерегулярности и в структурном сходстве помех с информационными сигналами. Поэтому защита информации от ошибок и вредного влияния помех имеет большое практическое значение и является одной из серьезных проблем современной теории и техники связи [2].