Voice (речевой) канал условно делиться на DTMF сигнал и речевое оповещение. Данный канал очень популярен среди пультовых охранных систем. У данного канала GSM сети есть свои плюсы и минусы. Из плюсов можно выделить простота перехода с проводной охранно-пожарной сигнализации на GSM-сигнализацию. Минусы это забивание канала в случае неисправности или плохого сигнала. Voice канал - cамый распространенный канал передачи данных в охранных системах использующий GSM технологии передачи данных. Voice канал - это голосовой тракт использующий речевое оповещение (обычно в частных охранных системах) и DTMF-код (оборудование для пультов централизованного наблюдения). Про речевом оповещении в случае тревоги GSM-сигнализация звонит на телефон и проговаривает в заранее записанное сообщение. С DTMF немного сложнее. В DTMF при нажатии на клавишу кнопочного телефона раздается звук (тон), который является комбинацией двух тонов, высоко - и низкочастотного.

Система сигналов DTMF включает восемь тонов, которые были специально подобраны таким образом, чтобы передаваться через телефонную сеть без затухания и с минимальным воздействием друг на друга. Поскольку эти звуковые сигналы попадают в частотный диапазон человеческого голоса, были дополнительно введены меры для того, чтобы голос не воспринимался как набор. Одна из таких мер - деление тонов на две группы, высоко - и низкочастотную.

Таблица 2. Возможности, представляемые различными системами охраны.

Обычно в GSM-сигнализациях для пультов централизованного наблюдения (ПЦН) используются стандартные форматы, например протокол Contact ID. На данный момент DTMF - самый распространенный канал передачи данных, поскольку форматы данных, принцип передачи, приемное оборудование - полностью заимствовано у проводного мониторинга. Например, если охранное предприятие уже имеет станцию централизованного мониторинга, то применение GSM-сигнализаций не вызывает лишних затрат, т.к не требуется заменять оборудование на станции мониторинга. Использование DTMF форматов предъявляет дополнительные требования к проработке звукового тракта GSM-модема. Аналого-цифровые преобразования влекут за собой искажения при передаче сигнала. Из-за этого могут происходить сбои при приеме отчетов от объектового оборудования. Данная проблема довольно часто встречается у отечественного оборудования. И хотя сигнал не потеряется в сети (большинство систем контролируют передачу данных, запрашивая подтверждение приема), но значительно увеличится время прохождения сигнала. Причем увеличение времени прохождения сигнала может быть фатальным. Представьте себе ситуацию, когда на объект установлено оборудование использующее передачу данных в формате DTMF кодов. Из-за неисправности оборудования или плохого качества сигнала, объектовый прибор не сможет передать сообщение на пульт. И, как следствие, не получит подтверждения о приеме. Не получив сообщение о приеме прибор начнет повторный набор, с попыткой передать сообщение. Но в итоге, не получив ничего, начинается цикл дозвонов. Этот цикл полностью займет весь канал, что не позволит передать сообщение другим объектовым приборам, т.е. будет потеряна связь с объектами. Не будет сообщений о тревоге, не будет сообщений о постановке и снятия с охраны и т.д. И как следствие полностью нерабочий пульт централизованного наблюдения.

CLIP (Calling Line Identification Presentation).

Данный метод основан на сервисе оператора мобильной связи по предоставлению информации о номере абонента, совершающего звонок. Принцип систем, использующих CLIP, очень прост. Объектовый ППКОП в случае системного события совершает звонок по сети сотовой связи на приемное устройство, в качестве которого может выступать GSM-модем или обычный мобильный телефон. Приемное устройство считывает номер вызывающего абонента и отклоняет вызов. Сам факт звонка от известного в системе абонента и является основанием для регистрации тревожного события. Достоинство метода очевидно - отсутствует плата за исходящий вызов, ведь никакого соединения не происходит. Однако информативность такого сообщения очень мала.

Правда, этот способ можно видоизменить для повышения информативности. Например, установить на ПЦН несколько GSM-модемов. Передающее устройство программируют таким образом, чтобы по одной группе событий модем делал вызов на первый модем (тревоги), по другой группе - на второй и т.д. Следует отметить, что данный способ не нашел существенного распространения из-за малой информативности.

GSM DATA/CSD (Circuit Switch Data).

Цифровой канал передачи данных на скорости 9,6 кбит/с. Этот метод характеризуется практически 100% -ной вероятностью доставки сообщения. Время установления соединения около 20 с. Тарификация CSD поминутная, как и для голосового канала GSM. В отличие от передачи сообщения в стандартном формате Contact ID в голосовом канале, протокол передачи в CSD не стандартизирован (хотя может быть максимально приближен к CID).

Это не позволяет использовать передатчики одного производителя в системе другого производителя (конечно, если они не договорились и не предприняли специальных мер по сопряжению своих систем).

Возможна установка в "прозрачном" (transparent) и "непрозрачном" (non-transperent) режимах. Отличительная особенность передачи данных с использованием "непрозрачного" режима большая помехозащищенность, достигаемая за счет введения алгоритма коррекции ошибок, а также наличия подтверждения успешной (без искажений) доставки передаваемой информации. Таким образом, использование "непрозрачного" CSD-соединения представляется предпочтительным при низком соотношении сигнал/шум. Однако длительность времени установления соединения в "непрозрачном" режиме больше, чем в "прозрачном". В режиме CSD также реализована процедура подтверждения принятых извещений на ПЦН.

TCP/IP GPRS (General Packet Radio Service).

Как известно, технология пакетной передачи GPRS использует в качестве механизма доставки пакетов данных протоколы TCP/IP, в случае применения которых каждому из устройств сети присваивается уникальный IP-адрес. Существует два вида IP-адресов: статические и динамические. Статические IP-адреса могут предоставляться либо Интернет-провайдерами, либо операторами сотовых сетей.

Динамические IP-адреса выдает оператор при подсоединении к сети GPRS и только на время сеанса связи. Если по каким-либо причинам сеанс прервался, то при повторном подсоединении устройство, не имеющее статического IP-адреса, получит новый динамический, отличный от предыдущего. Необходимо упомянуть тот факт, что если устройство, в том числе модем GSM/GPRS, авторизовалось в сети и получило динамический IP-адрес, то для поддержания виртуального GPRS-канала в активном состоянии нужно через определенные временные интервалы передавать сигнальные пакеты на любой известный IP-адрес, иначе оператор разъединит соединение с сетью.

Возможны разные варианты выделения IP-адресов ЦПО и концентраторам сетей счетчиков. Наиболее часто встречающийся вариант - наличие у ЦПО статического IP-адреса, а у абонентов - динамических. Причем статический IP-адрес выделяет ЦПО не сотовый оператор, а Интернет-провайдер при подключении ЦПО к Интернету по выделенному каналу доступа (образованному с помощью технологий ЛВС, ADSL или др.).

При такой организации системы возможны два сценария установления соединения между устройствами в целях передачи данных. Если инициирующим соединение устройством является концентратор, он организует GPRS-сеанс с инфраструктурой сотового оператора, получает от него динамический IP-адрес и устанавливает TCP/IP-соединение с ЦПО (если “знает” его статический IP-адрес). Последний (ЦПО) должен быть сконфигурирован на прием (и обработку) запросов на соединение по выделенному каналу доступа в Интернет. При поступлении запроса на соединение от концентратора его динамический IP-адрес станет “известен" ЦПО (в IP-заголовке пакета содержится информация об адресе отправителя), что сделает возможным двухсторонний обмен информацией.

Если же инициатором связи является ЦПО, то он дозванивается до удаленного модема по голосовому каналу GSM или посылает SMS-сообщение на его номер. Концентратор воспринимает входящий звонок (или поступившее SMS-сообщение) с известного номера как команду на установление соединения с ЦПО и далее действует так, как было описано ранее. Минимальным требованием при организации соединения с ЦПО является “знание" концентратором статического IP-адреса ЦПО. Если же концентратор не “знает” этот адрес, то его можно сообщить концентратору по голосовому каналу GSM или посредством службы SMS.

При необходимости организовать связь с концентратором, имеющим статический IP-адрес, ЦПО обращается к нему по этому адресу, устанавливая GPRS-соединение. Для этого модем GSM/GPRS концентратора должен быть сконфигурирован на прием (и обработку) запросов на соединение по каналу TCP/IP. Такой способ организации канала передачи данных возможен, однако на практике почти не встречается из-за сложности получения статических IP-адресов у сотовых операторов для всех удаленных устройств системы.

Актуален и такой вариант: концентраторы и ЦПО имеют динамические IP-адреса. Это возможно, когда ЦПО не оснащен выделенным каналом доступа в Интернет, но расположен в зоне действия одного из операторов сотовой связи. В этом случае уже не важно кто является инициатором связи - концентратор или ЦПО, действия по реализации канала передачи данных всегда будут одни и те же.

Инициирующее связь устройство (например, ЦПО) организует GPRS-сеанс с инфраструктурой сотового оператора и получает от него динамический IP-адрес. Затем оно сообщает (например, с помощью службы SMS) полученный адрес другому устройству (концентратору) и передает ему команду соединиться по этому адресу. Вызываемое устройство, организовав GPRS-сеанс и получив динамический IP-адрес, устанавливает TCP/IP-соединение с вызывающим устройством.

3. Анализ функционирования систем безопасности, использующих gsm каналы

3.1 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.

3.2 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

Таблица 3. Перечень услуг и качество работы приложений на различных скоростях передачи

Таблица 4. 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 с, в зависимости от режима работы модемов.

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

Рис.6. Зависимоть пропускной способности от схемы кодирования.

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 модели gsm канала по обеспечению требуемой зоны покрытия

На дальность радиосвязи влияют следующие факторы:

1. Местоположение BS и MS и рельеф местности.

2. Мощность и чувствительность MS.

3. Мощность и чувствительность BS.

4. Используемые на MS и BS антенны.

5. Воля Господа Бога (опытные связисты шутят, что это - главное).

Обычно базовые станции имеют мощность 20 - 30 Вт. Антенны применяются либо штыревые, либо направленные. Чувствительность базовых станций составляет - 100 дБ - 115 дБ. Изменить или повлиять на все эти параметры пользователь, конечно, не может. Большинство операторов используют ограничение дальности работы мобильного телефона от базовой станции - 35 км (для GSM-900, для GSM-1800 - порядка 10), что обусловлено особенностями стандарта. Однако в GSM предусмотрена также нестандартная конфигурация соты, при которой дальность связи увеличивается на 70 - 100 км (конфигурация Extended Cell). К сожалению, при такой конфигурации количество разговорных каналов уменьшается до 2 - 3, что уменьшает емкость сети. Использовать такой режим в городе и около оператору не выгодно. Иногда этот режим используется на морском побережье для создания прибрежной зоны покрытия.

Железобетонные строения способны ослаблять сигналы, проходящие через них (при внутреннем покрытии), в 100-1000 раз (то есть на 20-30 дБ). К числу препятствий можно также отнести кузова автомобилей, кроны деревьев и т.д. Влияние могут оказать и атмосферные осадки.

При расчете зоны покрытия применяется модель Хата, так как она рекомендована Международным Консультативным Комитетом по Радиосвязи (МККР) и довольно проста в применении. Эта модель позволяет вычислить потери на радиотрассе для конкретной местности и параметров базовой станции.

Средний уровень потерь на радиотрассе, следуя эмпирической модели Хата, определяется следующим образом:

(дБ).

Где частота, (МГц); высота базовой станции, (м); расстояние между базовой станцией и абонентской станцией, (км); высота абонентской станции, (м);

коэффициент, учитывающий высоту антенны абонентской станции ( для небольшого или среднего города, для большого города),

коэффициент, учитывающий характер местности ( для сельской местности, для пригорода, для города),

коэффициент, отражающий влияние плотности застройки, (%) - плотность застройки;

коэффициент, учитывающий сферичность Земли (вводится, если 0,2R0 < r ? 0,8R0, где R0 - расстояние прямой видимости).

Пример расчета:

Необходимо рассчитать зону покрытия БС стандарта GSM-900 в большом городе с плотностью застройки 35%, исходя из требования обеспечения надлежащего качества сигнала.

МГц;

м;

м.

Решение

для города ().

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5