El uso de la transmisión de datos a través de canales de comunicación celular GSM en sistemas de seguridad.

Uso de la transmisión de datos a través de canales de comunicación celular GSM en la seguridad de los sistemas ..

Petrov Nikolay Nikolaevich, Candidato de Ciencias Técnicas

USO DE LA TRANSMISIÓN DE DATOS A TRAVÉS DE CANALES DE COMUNICACIÓN CELULAR
ESTÁNDAR GSM EN SISTEMAS DE SEGURIDAD

El estándar GSM ofrece la posibilidad de transferir datos entre equipos terminales a velocidades de hasta 9600 bits por segundo. Los datos incluyen: datos binarios de formato libre, mensajes de fax y mensajes cortos en formato de texto o datos binarios. Las capacidades del modo de mensajes cortos coinciden con las de un buscapersonas bidireccional y al mismo tiempo brindan mayor flexibilidad. Las pequeñas dimensiones de los equipos de abonado GSM y su alto grado de integración con los modernos sistemas de control digital permiten recomendar este tipo de comunicación para su uso en equipos técnicos especiales.

El uso de sistemas de comunicación celular se justifica en los casos en que sea necesario reducir las dimensiones del equipo, el nivel de su propia radiación electromagnética (y, en consecuencia, la energía consumida por el equipo de una fuente de alimentación autónoma o de una red de a bordo). ), y también cuando es necesario asegurar una gran superficie del sistema. Los parámetros del canal de transmisión de datos permiten la transmisión de voz o información de vídeo de fotograma pequeño, lo que permite la implementación de funciones de seguridad adicionales (transmisión de voz codificada, escuchas encubiertas o vigilancia encubierta).

La capacidad de transmitir datos está teóricamente integrada en cualquier dispositivo de suscriptor GSM; sin embargo, el acceso a estas capacidades utilizando dispositivos de comunicación de voz estándar puede ser difícil y, en algunos casos, imposible, sin realizar cambios en el diseño del dispositivo. Además, muchos accesorios funcionales de un dispositivo convencional resultan redundantes (por ejemplo, teclado, pantalla, micrófono-teléfono) y pueden reducir algunas características operativas del producto (por ejemplo, una pantalla LCD limita la temperatura mínima de funcionamiento a algunos grados bajo cero, mientras que el resto son componentes electrónicos que pueden funcionar a temperaturas inferiores a 20? En este sentido, varias empresas producen dispositivos de abonado especiales para la transmisión de datos. La mayoría de las veces, estos dispositivos se fabrican en forma de tarjetas PCMCIA estándar que se pueden conectar a una computadora portátil. Además, se fabrican dispositivos completos como, por ejemplo, un asistente digital personal (PDA) y un ordenador de bolsillo con teléfono integrado. Con dicho dispositivo, puede realizar conversaciones de voz e intercambiar datos. El ejemplo más famoso son los dispositivos de la serie Nokia 9000.

Varias empresas producen equipos destinados no al usuario final, sino al desarrollo de equipos originales basados ​​​​en ellos (por ejemplo, módulos M1, M20, A1 de Siemens, módulo GM12 de Ericsson, módem GSM de Falcon, etc.). Precisamente estos dispositivos son de mayor interés desde el punto de vista de aplicaciones especiales.

Consideremos las principales capacidades de transmisión de datos usando el ejemplo del módem GSM Siemens GSM Module M1, uno de los primeros dispositivos de este tipo.

Principales características técnicas de este módulo:

• tallas 116? 67? 30 mm en una caja de plástico en la que se encuentran un conector RS232 y un conector híbrido para conectar la alimentación y la antena;
• peso 157 g;
• rango de tensión de alimentación +8 — +24 V ;
• peso 157 g;
• rango de tensión de alimentación +8 — +24 V;
• consumo máximo de corriente 500 mA (en modo de espera 70–150 mA, en modo de transmisión 220–500 mA, en modo de búsqueda de emisoras — 130 mA);
• rango de temperatura de funcionamiento -20° C +55° C;
• temperatura de almacenamiento -40° C – +70°C.

Es posible controlar remotamente la fuente de alimentación del módulo: cuando se aplica un voltaje de +5 — +24 V al contacto de ENCENDIDO, el módulo se enciende, cuando se aplica un voltaje de menos de +1 V durante 550 milisegundos, el módulo se apaga. Los módulos más modernos de Siemens, por ejemplo el módulo GSM M20, además de funciones de transmisión de datos, contienen medios para conectar un terminal de voz.

La interacción del equipo terminal con el módulo se realiza a través de la interfaz RS232 con una tasa de cambio de hasta 19200 bits/seg (el módulo determina la velocidad automáticamente). La interfaz del software se basa en un conjunto estándar de comandos AT. Al conjunto estándar de comandos AT se han agregado varios comandos que determinan las características específicas del medio de transmisión de datos, de acuerdo con el estándar GSM 07.07. Con estos comandos adicionales, puede bloquear/desbloquear el módulo especificando un código PIN, seleccionar una red de comunicación, obtener información sobre los parámetros del campo de radio de la red y también realizar una serie de acciones auxiliares típicas de cualquier terminal del sistema GSM. Los comandos para trabajar con mensajes cortos cumplen con el estándar GSM 07.05. Los datos se transmiten en tres modos principales: en el modo de transmisión de datos arbitrarios a través de un canal de tráfico (modo de transmisión de datos transparente, este modo admite los protocolos RDSI V.22bis, V.32, V.110 con velocidades de datos de 2400 a 9600), en la transmisión de datos de fax (modo Transmisión de fax, protocolo Fax Grupo 3 con velocidades de datos de 2400, 4800, 7200 y 9600) y modo de transmisión de mensajes cortos (modo Servicio de mensajes cortos).

En modo de transmisión de datos a través de un canal de tráficola transmisión se lleva a cabo de la siguiente manera:

• se establece una conexión con el módem del suscriptor (“dial-up”);
• después de que se establece la conexión, un “dedicado” virtual se forma un canal de comunicación full-duplex para los suscriptores (como en el caso de conectar una línea telefónica);
• cuando se establece una conexión, todos los datos recibidos en la entrada del módem se transmiten al canal de comunicación;
• el control sobre la exactitud de los datos transmitidos se lleva a cabo a nivel de software en el equipo terminal de cada suscriptor; el sistema GSM solo monitorea la calidad del canal de comunicación y puede terminar la conexión si el nivel de errores e interferencias en el canal de comunicación excede;
• si es necesario completar la transferencia de datos, una secuencia especial de Se emiten caracteres (secuencia de escape, en la versión estándar +++), después de lo cual el módem entra en modo de comando y puede ejecutar el comando para finalizar la sesión de comunicación.

Al realizar experimentos con módulos M1 para la transmisión de datos a través de un canal de tráfico, se obtuvieron los siguientes resultados:

1. Los módems proporcionan una transmisión de datos estable a una velocidad de 9600, incluso cuando uno de los suscriptores se está moviendo.
2. El equipo de los centros de conmutación de la red GSM-900 en Moscú (operador de comunicaciones — empresa Mobile Telesystems) no está completamente equipado con módems para la transmisión de datos, por lo que en algunos casos resulta difícil establecer una conexión entre dos módems. (al marcar el número de un abonado, la estación responde » Sin operador — sin señal»).
3. El tiempo de establecimiento de la conexión es en promedio de unos 20 a 30 segundos (excluyendo el tiempo de acceso al teléfono de abonado del estación base, que tiene un módem).
4. En el módulo M1, probablemente contiene algún error, como resultado de lo cual el módulo periódicamente entra en el modo de perder el registro del suscriptor en la red (respuesta del módem NO DIALTONE ). El error suele desaparecer después de volver a emitir el comando AT.

El modo de transferencia de datos estándar es más aplicable para transmitir grandes volúmenes de información, cuando el tiempo de transferencia de información no es menor que el tiempo de establecimiento de la conexión.

Desde marzo de 1998, la empresa Mobile Telesystems comenzó a operar un centro de servicios de mensajes cortos. En este sentido, fue posible probar este modo de transferencia de datos. Según los estándares GSM, un mensaje corto es una serie de datos de texto presentados en alfabetos de 7 u 8 bits. Un bloque de datos en un alfabeto de 7 bits puede contener hasta 160 caracteres, en un alfabeto de 8 bits, hasta 140 caracteres. Los datos en el alfabeto de 7 bits solo pueden contener caracteres ASCII estándar. Cuando se utiliza el alfabeto de 8 bits, es posible transmitir datos binarios arbitrarios.

El modo de transmisión de mensajes cortos es significativamente diferente del modo de transmisión de datos estándar desde el punto de vista del equipo final.

En modo de transmisión de mensajes cortosEl equipo terminal del usuario debe generar un bloque de datos especial en formato SMS: Enviar PDU (Unidad de datos de protocolo), definido por el estándar GSM 03.40. Este bloque de datos contiene información sobre la dirección del suscriptor, la duración del almacenamiento del mensaje en el Centro de servicio de mensajes cortos antes de que sea leído por el destinatario, se determina el formato de los datos transmitidos (7 u 8 bits) y el mensaje en sí. se graba en el alfabeto seleccionado. Para un alfabeto de 7 bits, el área de memoria asignada para un mensaje se considera como un campo de bits dividido en secciones de 7 bits (es decir, los bits que definen el código de carácter pueden ubicarse en uno o dos bytes, y los bits iniciales de el byte actual contiene información del siguiente byte de datos).

El bloque de datos generado en formato PDU se puede transmitir directamente al centro de servicios de mensajes cortos o se puede escribir en la memoria del módem ubicada en la tarjeta SIM y luego transmitirse al centro de conmutación mediante un comando separado. Este modo puede resultar útil al generar un conjunto predeterminado de mensajes que se pueden emitir mediante un comando de operador independiente.

El bloque de datos que llega desde el módem al centro de servicios de mensajes cortos se convierte posteriormente al formato SMS-Deliver PDU y se transmite, en la medida de lo posible, al equipo del destinatario. El bloque SMS-Deliver convertido, que llega al equipo del destinatario, contiene además información sobre el remitente del mensaje (su número de teléfono) y la hora en que el centro de servicio recibió el mensaje. Al recibir un mensaje del centro de servicio en el terminal del suscriptor del destinatario, el centro de servicio envía automáticamente información sobre la hora de recepción de los datos al terminal del remitente del mensaje.

Dado que los medios especiales del sistema GSM (control canal o canales de señalización) se utilizan para transmitir mensajes cortos, garantizando una transmisión sin errores de mensajes de un suscriptor a otro.

La productividad del centro de mensajes cortos, equipado por el operador GSM de Moscú, es actualmente de 1 mensaje por segundo. En la práctica, este rendimiento se puede aumentar hasta 300 mensajes por segundo.

Los experimentos utilizando canales de transmisión de mensajes cortos nos permiten sacar las siguientes conclusiones:

1. El M1 El módulo funciona de manera estable en modo de envío y recepción de mensajes cortos.
2. El tiempo de entrega de un mensaje corto del suscriptor al centro de servicio es de hasta 5 segundos.
3. El tiempo de entrega de un mensaje corto de un suscriptor a otro es generalmente de 10 a 20 segundos.
4. El hardware y software del módulo M1 no permite detectar la recepción de un mensaje corto en modo de señalización, por lo tanto el software del equipo terminal debe funcionar sondeando cíclicamente el módulo M1 para detectar la presencia de mensajes cortos no vistos.
5. La memoria del módulo M1 está diseñada para almacenar hasta 10 mensajes cortos. Para liberar memoria, los mensajes cortos leídos deben eliminarse mediante un comando especial.

Es aconsejable utilizar el modo de transmisión de mensajes cortos al emitir bloques individuales de datos pequeños (hasta 1120 bits), que deben entregarse rápidamente al destinatario (por ejemplo, rastrear la ubicación de un objeto móvil casi en tiempo real, transmitir un señal de alarma o un comando de control).

Consideremos posibles opciones para utilizar equipos de transmisión de datos a través de canales de comunicación GSM para sistemas de seguridad.

1. Un sistema para rastrear el movimiento de cargas, objetos y personas particularmente importantes, además de garantizar su seguridad.

Los vehículos supervisados ​​están equipados con equipos de navegación a bordo, así como con una serie de sensores (sensores de control de apertura y cierre de puertas, sensores de impacto, sensores de vuelco, sensores de temperatura, micrófonos ocultos y cámaras de vídeo). El controlador de a bordo procesa la información de los sensores y, de acuerdo con un algoritmo determinado (por ejemplo, cuando se produce una desviación del estado estándar de los sensores, en intervalos específicos, al pasar por puntos de control específicos, al presionar el botón de pánico) genera mensajes de información para el centro de control y seguimiento (CCC). Para proteger los vehículos se organizan equipos de respuesta rápida que se encuentran en movimiento por la ciudad o en bases estacionarias. Los vehículos de la brigada están equipados con computadoras a bordo, cuyas pantallas muestran en tiempo real, sobre un fondo de un mapa electrónico, la ubicación de los objetos de control, las brigadas más cercanas y las posibles rutas al lugar del incidente.

Se pueden implementar sistemas similares en los territorios de las grandes ciudades y a lo largo de las principales carreteras para garantizar la seguridad del transporte de mercancías de larga distancia. Las posibilidades de roaming nacional e internacional permiten obtener una cobertura del territorio similar a los sistemas de comunicación por satélite de larga distancia.

La información sobre la ubicación de los vehículos y el estado de los sensores a bordo se transmite en forma de mensajes cortos. Un diagrama aproximado de dicho sistema se muestra en la Fig. 1.

Fig. 1. Esquema aproximado de un sistema de seguimiento.

2. Sistema de despacho de vehículos públicos o especiales.

Diseñado para controlar rutas y/o horarios de vehículos, emitiendo órdenes de control a los conductores a través de terminales de voz o información. Posibles usuarios: flotas de autobuses, empresas de minibuses, ambulancias, empresas de transporte de carga por la ciudad.

3. Sistema de automatización de grupos móviles operativos de unidades de orden público.

4. Sistema de automatización de grupos móviles operativos de unidades de orden público.

Las computadoras de a bordo instaladas en los vehículos de los grupos operativos implementan las funciones de determinar automáticamente su ubicación actual y transmitir esta información a la Sala de Control (DC). Las computadoras cuentan con los medios para automatizar la elaboración de protocolos y brindar acceso a la base de información del DC con el fin de verificar personas, vehículos y direcciones. Para la transmisión de datos se utilizan todas las capacidades de los canales GSM: grandes volúmenes de información de la base de datos se transmiten a través de canales de tráfico o en forma de mensajes de fax, información de ubicación y consultas breves a las bases de datos se reciben en forma de mensajes cortos.

5. Sistema de seguridad para objetos estacionarios (cabañas, apartamentos, oficinas, mansiones, almacenes)

El equipo, ubicado en una instalación estacionaria, permite la conexión de varios tipos de sensores de seguridad (para monitoreo de perímetros y volúmenes protegidos, monitoreo de voltaje de red, sensores de incendio, intercomunicadores y videoporteros, etc.). Los algoritmos flexibles para los sensores de sondeo y la autonomía total para garantizar que el sistema esté operativo lo hacen extremadamente resistente a la influencia deliberada de intrusos y reducen la probabilidad de falsas alarmas. El centro de despacho monitorea el desempeño del sistema sondeando periódicamente el estado de los sensores. La señal de alarma llega al mando a distancia con un retraso no superior a 20 segundos.

6. Sistemas de seguridad para automóviles y sistemas de detección de vehículos robados clase VIP.