Анализ систем безопасности, использующих GSM каналы связи
МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский институт
Радиотехнический факультет
Кафедра технических систем безопасности и связи
-Допущен к защите-
Начальник кафедры ТСБС
к.т.н., доцент, полковник милиции
Зарубин В.С.
« » 2009г.
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Тема: «Анализ систем безопасности, использующих GSM каналы»
Исполнитель: слушатель 51гр. РТФ Аврамчук А.И.
(подпись)
Руководитель: к.т.н., полковник милиции
Бабкин А.Н.
(подпись)
Рецензент: к.т.н., профессор, подполковник милиции, доцент
Шерстюков С.А.
(подпись)
Воронеж 2009 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Задание на дипломную работу............................................................... 3
Аннотация.............................................................................................. 5
Реферат................................................................................................... 6
Введение................................................................................................. 7
1. Современное состояние систем безопасности
1.1. Тенденции развития систем безопасности с точки зрения использования различных каналов связи............................................................................... 9
1.2. Использование беспроводных каналов в системах охраны......... 19
1.3. Обзор существующих систем безопасности, использующих GSM каналы 28
2. Построение систем безопасности, использующих GSM каналы
2.1. Построения GSM канала ............................................................... 40
2.2. Принцип шифрования GSM канала............................................... 44
2.3. Функции GSM каналов в системах безопасности........................ 50
3. Анализ функционирования систем безопасности, использующих GSM каналы
3.1. Анализ помехоустойчивости и помехозащищённости GSM
канала........................................................................................................... 59
3.2. Исследование скорости передачи данных и пропускной способности GSM канала...................................................................................................................... 63
3.3. Анализ модели GSM канала по обеспечению требуемой зоны покрытия 66
3.4. Разработка рекомендаций по улучшению технических характеристик систем безопасности, использующих GSM каналы................................................ 72
4. Вопросы безопасности проведения работ по эксплуатации систем безопасности, использующих GSM каналы........................................................................ 76
Заключение........................................................................................... 78
Список использованных источников.................................................. 81
- УТВЕРЖДАЮ -
Начальник кафедры ТСБС
к.т.н., доцент, полковник милиции
Зарубин В.С.
«_____» 2009 г.
ЗАДАНИЕ
на дипломную работу слушателю
Аврамчуку А.И.
1. Тема: «Анализ систем безопасности, использующих GSM каналы».
Утверждена приказом начальника ВИ МВД РФ
№ ___ от «___ » __________ 200 __ г.
2. Цель дипломного проекта (работы): Анализ функционирования существующих систем безопасности, использующих GSM каналы, и разработка рекомендаций по улучшению технических характеристик систем.
3. Срок сдачи дипломного проекта (работы): «___» ____________ 2009 г.
4. Исходные данные к проекту (работе):
4.1. Системы безопасности, использующих GSM каналы в диапазоне 890-960 МГц (GSM-900).
4.2. Ширина полосы канала связи – 200 кГц, частотное разделение дуплексных каналов FDD с расстоянием между дуплексными каналами 45 МГц.
4.3. Модуляция сигнала – двоичная гауссова с минимальным частотным сдвигом (GSMK).
4.4. Анализ модели GSM канала по методике EUROCOST (модель Хата).
5. Перечень подлежащих разработке вопросов:
5.1. Обзор существующих систем безопасности, использующих GSM каналы.
5.2. Анализ помехоустойчивости и помехозащищённости GSM канала.
5.3. Исследование скорости передачи данных и пропускной способности GSM канала.
5.4. Анализ модели GSM канала по обеспечению требуемой зоны покрытия.
5.5. Разработка рекомендаций по улучшению технических характеристик систем безопасности, использующих GSM каналы.
5.5. Рассмотрение вопросов безопасности жизнедеятельности функционирования
систем безопасности, использующих GSM каналы.
6. Перечень обязательного графического материала:
6.1. Название дипломной работы, цель, основные задачи.
6.2. Перечень систем безопасности, использующих GSM каналы, основные технические характеристики, алгоритм работы систем.
6.3. Результаты анализа помехоустойчивости, помехозащищённости, скорости передачи, пропускной способности систем безопасности.
6.4. Рекомендации, выводы о проделанной работе.
Дата выдачи задания: "______"_________________2009 г.
Задание выдал:
Руководитель к. т. н., доцент, полковник милиции
(ученая степень, звание, специальное звание)
Бабкин А.Н.
(подпись) (фамилия, инициалы)
Задание получил:
Слушатель _____________________Аврамчук А.И.
(подпись) (фамилия, инициалы)
АННОТАЦИЯ
В дипломной работе проводится сравнение различных беспроводных технологий, детально рассмотрен принцип построения GSM-канала в системах охраны, GSM сравнивается с другими беспроводными технологиями.
Проведен обзор нескольких основных беспроводных систем охраны, на их примере был проведен анализ его использования в различных системах охраны. Проведен анализ функционирования систем безопасности, использующих GSM каналы, рассмотрены принцип шифрования, помехоустойчивость и помехозащищенность в GSM-канале.
Сформулированы несколько основных принципов и рекомендаций по использованию GSM-канала в системах охраны. Обозначены основные пути развития сетей GSM.
Представлен один из возможных вариантов расчета зоны покрытия отдельно взятой базовой станции.
Дипломная работа содержит 82 страницы, 8 рисунков, 4 таблицы, 27 источников.
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), TCP/IP-соединение, помехоустойчивость, помехозащищенность, TDMA (Time Division Multiple Access).
Объектом анализа является применение GSM-канала в системах охраны.
Цель дипломной 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.
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
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 МВД России 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 России в рамках одной структуры обеспечивала одновременное решение трех основных функций: технической (охрана с помощью технических средств), милицейской (реагирование нарядами милиции) и страховой (возмещение материального ущерба), 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 учетом этих требований были разработаны и внедрены такие системы, как «Ахтуба», «Юпитер», «Приток-А», «Фобос-А», «Фобос-3» и другие.
С точки зрения организации защиты объектов от несанкционированного проникновения (как по оборудованию техническими средствами охраны, так и по тактике действий дежурных служб) все перечисленные СЦН 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. Именно поэтому, наиболее актуальной остается на сегодняшний день проблема упорядочения парка эксплуатирующихся систем централизованного наблюдения, его обновления, замены устаревшего оборудования современным, более надежным.
Поэтому 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 НИЦ «Охрана» 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 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.
