Разработка автономной охранной GSM системы

ВВЕДЕНИЕ

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 развернута в большинстве городов России 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.
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 связи

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 неотапливаемых помещениях, что существенно ограничивало область их применения. Сегодня, производители оборудования мобильной связи выпускают специализированные GSM-модемы (M2M-решения) 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. Данные системы в большей степени применяются в качестве резервных (дополнительных) каналов связи или для построения систем мониторинга удаленных объектов для сбора телеметрической информации.


Рисунок 1 – Схема передачи информации в GSM охранной системе при использовании функции SMS

GSM охранная система может включать в себя один или несколько GSM контроллеров серии TSS-705, а также средства контроля и управления этими GSM контроллерами – сотовые телефоны и (или) компьютеры.
GSM контроллеры устанавливаются на удаленных объектах. К каждому из них можно подключать:
различные дискретные и резистивные датчики. Например, контактные датчики, герконы, терморезисторы для контроля температуры, датчики охранной и пожарной сигнализации и т.п.;
видеокамеры (до 3 цветных или черно-белых видеокамер (PAL или NTSC) на один контроллер);
микрофон и звуковой динамик;
исполнительные устройства (контроллер имеет 3 реле для управления такими устройствами);
кнопки для установки датчиков на охрану непосредственно на объекте;
кнопки и (или) считыватель кода различных идентификаторов (карт, брелоков) для снятия датчиков с охраны.
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 (ПЦН) 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. Данные передатчики выпускаются в однокристальном исполнении с поддержкой стека высокоуровневых протоколов, что, безусловно, упрощает разработку систем беспроводной связи на их основе и дает разработчикам широкие возможности по реализации алгоритмов обмена данными. 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 (базовые станции) и пульт централизованного наблюдения. В большинстве своем системы данного класса используют частотный диапазон 146-174 МГц и выходную мощность 1-10 Вт. С точки зрения организации радиоинтерфейса системы можно разбить на две группы.
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 используют 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.