Использование передачи данных по каналам сотовой связи стандарта GSM в системах обеспечения безопасности..
Петров Николай Николаевич, кандидат технических наук
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО КАНАЛАМ СОТОВОЙ СВЯЗИ
СТАНДАРТА GSM В СИСТЕМАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
Стандарт GSM предусматривает возможность передачи данных между оконечным оборудованием со скоростью до 9600 бит в сек. Под данными подразумеваются: двоичные данные в произвольном формате, факсимильные сообщения и короткие сообщения в текстовом формате или в формате двоичных данных. Возможности режима передачи коротких сообщений соответствуют возможностям двухстороннего пейджера, обеспечивая при этом большую гибкость. Малые габариты абонентского оборудования GSM и высокая степень интегрированности его с современными цифровыми управляющими системами позволяют рекомендовать этот вид связи для использования в технических средствах специального назначения.
Использование сотовых систем связи оправдано в случаях, когда необходимо снизить габариты аппаратуры, уровень собственных электромагнитных излучений (и, соответственно, потребляемую аппаратурой мощность от автономного источника электропитания или бортсети), а также когда нужно обеспечить большую площадь действия системы. Параметры канала передачи данных позволяют обеспечить передачу речевой или малокадровой видеоинформации, что позволяет реализовать дополнительные функции обеспечения безопасности (передачу кодированной речи, скрытное прослушивание или скрытное наблюдение).
Возможность передачи данных теоретически заложена в любом абонентском аппарате GSM, однако, доступ к этим возможностям с помощью стандартных аппаратов голосовой связи может оказаться затруднительным, а в некоторых случаях невозможным без внесения изменений в конструкцию аппарата. Кроме того, многие функциональные принадлежности обычного аппарата оказываются излишними (например, клавиатура, дисплей, микрофон–телефон) и способны снизить некоторые эксплуатационные характеристики изделия (например, дисплей на ЖКИ ограничивает величину минимальной рабочей температуры единицами градусов ниже нуля, в то время как остальные электронные компоненты могут эксплуатироваться при температуре ниже 20? С). В связи с этим, ряд фирм выпускает специальные абонентские аппараты для передачи данных. Чаще всего такие аппараты выпускаются в виде стандартных PCMCIA карт, которые могут быть подключены к портативному компьютеру. Кроме того, выпускаются законченные устройства типа персонального цифрового секретаря (PDA) карманного компьютера с вмонтированным телефонным аппаратом. С помощью подобного устройства можно вести речевые переговоры и проводить обмен данными. Наиболее известный пример — аппараты фирмы “Нокиа” серии 9000.
Ряд фирм выпускает аппаратуру, предназначенную не для конечного пользователя, а для разработки на ее основе оригинального оборудования (например, модули M1, M20, A1 фирмы Сименс”, модуль GM12 фирмы “Эрикссон”, GSM Modem фирмы “Фалькон” и др.). Именно подобные аппараты представляют наибольший интерес с точки зрения специального применения.
Рассмотрим основные возможности передачи данных на примере GSM–модема фирмы Сименс” GSM Module M1, одного из первых аппаратов подобного типа.
Основные технические характеристики этого модуля:
- размеры 116? 67? 30 мм в пластмассовом корпусе, на котором расположены разъем RS232 и гибридный разъем для подключения питания и антенны;
- вес 157 г;
- диапазон питающего напряжения +8 – +24 В;
- максимальный потребляемый ток 500 мА (в режиме ожидания 70–150 мА, в режиме передачи 220–500 мА, в режиме поиска станции – 130 мА);
- рабочий температурный диапазон -20° С +55° С;
- температура хранения -40° С – +70° С.
Имеется возможность дистанционного управления включением питания модуля: при подаче напряжения +5 — +24 В на контакт IGNITION модуль включается, при подаче напряжения менее +1 В в течение 550 миллисекунд модуль выключатся. Более современные модули фирмы “Сименс”, например GSM Module M20, кроме функций передачи данных содержат в себе средства для подключения речевого терминала.
Взаимодействие оконечного оборудования с модулем осуществляется по интерфейсу RS232 со скорость обмена до 19200 бит/сек (модуль определяет скорость автоматически). Программный интерфейс основан на стандартном наборе АТ–команд. К стандартному набору АТ–команд добавлен ряд команд, определяющих специфику среды передачи данных, в соответствии со стандартом GSM 07.07. С помощью этих дополнительных команд можно осуществить блокировку/разблокировку работы модуля заданием PIN–кода, осуществить выбор сети связи, получить информацию о параметрах радиополя сети, а также выполнить ряд вспомогательных действий, характерных для любого терминала системы GSM. Команды для работы с короткими сообщениями соответствуют стандарту GSM 07.05. Данные передаются в трех основных режимах: в режиме передачи произвольных данных по трафиковому каналу (режим Transparent Data Transmission, в этом режиме поддерживаются протоколы V.22bis, V.32, V.110 ISDN со скоростью передачи данных от 2400 до 9600), в режиме передачи факсимильных данных (режим Fax Transmission, протокол Fax Group 3 со скоростью передачи данных 2400, 4800, 7200 и 9600) и в режиме передачи коротких сообщений (режим Short Message Service).
В режиме передачи данных по трафиковому каналу передача осуществляется следующим образом:
- производится установление соединения с модемом абонента (“дозвонка”);
- после установления соединения для абонентов образуется виртуальный “выделенный полнодуплексный канал связи (как в случае подключения телефонной линии);
- при установлении соединения все данные, поступающие на вход модема, передаются в канал связи;
- контроль за корректностью передаваемых данных осуществляется на программном уровне в оконечном оборудовании каждого абонента; система GSM лишь контролирует качество канала связи и может разорвать соединение в случае превышения в канале связи уровня ошибок и помех;
- при необходимости завершить передачу данных выдается специальная последовательность символов (Escape–последовательность, в стандартном варианте +++), после чего модем переходит в командный режим и может выполнить команду завершения сеанса связи.
При проведении экспериментов с модулями М1 по передаче данных по трафиковому каналу получены следующие результаты:
- Модемы обеспечивают устойчивую передачу данных на скорости 9600, в том числе при условии движения одного из абонентов.
- Аппаратура на центрах коммутации сети GSM–900 в г. Москве (оператор связи — компания Мобильные телесистемы”) не полностью укомплектована модемами для передачи данных, в результате чего в ряде случаев затруднено установление соединения между двумя модемами (при наборе номера абонента выдается ответ станции “No Carrier — нет сигнала”).
- Время установления соединения в среднем около 20–30 сек (без учета времени выхода на абонентский комплект базовой станции, имеющий модем).
- В модуле М1, вероятно, содержится некоторая ошибка, в результате чего модуль периодически переходит в режим потери регистрации абонента в сети (ответ модема NO DIALTONE). Ошибка обычно пропадает после повторной выдачи АТ–команды.
Стандартный режим передачи данных наиболее применим для передачи больших объемов информации, когда время передачи информации не меньше времени установления соединения.
Начиная с марта 1998 г. компания Мобильные телесистемы” начала задействование сервисного центра коротких сообщений. В связи с этим появилась возможность тестирования этого режима передачи данных. Согласно стандартам GSM, короткое сообщение представляет собой массив текстовых данных, представленных в 7 или 8 разрядном алфавитах. Блок данных в 7– разрядном алфавите может содержать до 160 символов, в 8 разрядном алфавите — до 140 символов. Данные в 7–разрядном алфавите могут содержать только стандартные символы ASCII. При использовании 8–разрядного алфавита имеется возможность передачи произвольных двоичных данных.
Режим передачи коротких сообщений значительно отличается от стандартного режима передачи данных с точки зрения конечного оборудования.
В режиме передачи коротких сообщений оконечная аппаратура пользователя должна сформировать специальный блок данных в формате SMS — Submit PDU (Protocol Data Unit), определяемом стандартом GSM 03.40. В этом блоке данных записана информация об адресе абонента, длительности хранения сообщения в Сервисном центре коротких сообщений до прочтения его адресатом, определен формат передаваемых данных (7 или 8 бит), а также записано само сообщение в выбранном алфавите. Для 7–разрядного алфавита отводимая для сообщения область памяти рассматривается как битовое поле, разделенное на участки по 7 бит (т.е. биты, определяющие код символа, могут располагаться как в одном, так и в двух байтах, причем начальные биты текущего байта содержат информацию из следующего байта данных).
Сформированный блок данных в формате PDU может быть непосредственно передан в сервисный центр коротких сообщений, а может быть записан в память модема, расположенную в SIM–карте, и в дальнейшем передан в центр коммутации по отдельной команде. Этот режим может оказаться полезным при формировании заранее определенного набора сообщений, которые могут выдаваться по отдельной команде оператора.
Блок данных, который поступил от модема в сервисный центр коротких сообщений, в дальнейшем преобразуется в формат SMS–Deliver PDU и передается по мере возможности в аппаратуру адресата. В преобразованном блоке SMS-Deliver, который поступает в аппаратуру адресата, дополнительно содержатся сведения об отправителе сообщения (его телефонный номер) и время приема сообщения сервисным центром. При получении сообщения из сервисного центра в абонентском терминале получателя сервисный центр автоматически посылает на терминал отправителя сообщения информацию о времени получения данных.
Поскольку для передачи коротких сообщений применяются специальные средства системы GSM (контрольный канал или каналы сигнализации), гарантируется безошибочная передача сообщения от одного абонента к другому.
Производительность сервисного центра коротких сообщений, которым оснащен московский оператор GSM, в настоящее время составляет 1 сообщение в секунду. Практически эта производительность может быть повышена до 300 сообщений в секунду.
Проведенные эксперименты с использованием каналов передачи коротких сообщений позволяют сделать следующие выводы:
- Модуль М1 устойчиво работает в режиме передачи–приема коротких сообщений.
- Время доставки короткого сообщения от абонента до сервисного центра составляет до 5 сек.
- Время доставки короткого сообщения от одного абонента к другому в целом составляет 10–20 сек.
- Аппаратное и программное обеспечение модуля М1 не позволяет в сигнальном режиме обнаруживать факт приема короткого сообщения, поэтому программное обеспечение оконечного оборудования должно работать в режиме циклического опроса модуля М1 на предмет наличия не просмотренных коротких сообщений.
- Память модуля М1 рассчитана на хранение до 10 коротких сообщений. Для освобождения памяти прочитанные короткие сообщения необходимо удалять по специальной команде.
Режим передачи коротких сообщений целесообразно применять при выдаче одиночных блоков данных небольшого объема (до 1120 бит), которые должны быть быстро доставлены адресату (например, отслеживание местоположения мобильного объекта в масштабе времени, близком к реальному, передача сигнала тревоги или управляющей команды).
Рассмотрим возможные варианты применения аппаратуры передачи данных по каналам связи GSM для систем обеспечения безопасности.
- Система слежения за перемещением особо важных грузов, предметов, людей в совокупности с обеспечением их сохранности, безопасности .
- Система диспетчеризации общественного или специального автотранспорта.
- Система автоматизации оперативных подвижных групп подразделений охраны общественного порядка.
- Система обеспечения безопасности стационарных объектов (коттеджей, квартир, офисов, особняков, складских помещений)
- Автомобильные охранные системы и системы поиска угнанных автомашин VIP–класса.
Контролируемые автомашины оборудуются бортовым навигационным оборудованием, а также рядом датчиков (датчики контроля открытия/закрытия дверей, шок–сенсоры, датчики опрокидывания, термодатчики, скрытые микрофоны и видеокамеры). Бортовой контроллер обрабатывает информацию от датчиков и в соответствии с заданным алгоритмом (например, при возникновении отклонения от стандартного состояния датчиков, через заданные промежутки времени, при прохождении заданных контрольных точек, при нажатии на тревожную кнопку) формирует информационные сообщения для центра контроля и слежения (ЦКС). Для охраны автомашин организуются бригады быстрого реагирования, находящиеся в движении на территории города или на стационарных базах. Автотранспорт бригад оборудуется бортовыми компьютерами, на экранах которых в реальном масштабе времени на фоне электронной карты отображаются местоположение объектов контроля, ближайших бригад, возможные маршруты движения к месту происшествия.
Подобные системы могут быть развернуты на территориях больших городов и вдоль основных магистралей для обеспечения безопасности дальних грузовых перевозок. Возможности национального и межнационального роуминга позволяют получить покрытие территории, аналогичное системам дальней спутниковой связи.
Информация о местоположении автомашин и о состоянии бортовых датчиков передается в виде коротких сообщений. Примерная схема подобной системы приведена на рис. 1.
Рис. 1. Примерная схема системы слежения.
Предназначается для контроля маршрутов и/или графиков движения автотранспорта, выдачи управляющих команд водителям через речевые или информационные терминалы. Возможные пользователи: автобусные парки, компании маршрутных такси, скорая помощь, компании, осуществляющие грузовые перевозки по городу.
Бортовые компьютеры, устанавливаемые на автомашинах оперативных групп, реализуют функции автоматического определения их текущего местоположения и передачи этой информации в Дежурную часть (ДЧ). Компьютеры имеют средства автоматизации составления протоколов, обеспечения доступа в информационную базу ДЧ с целью проверки лиц, автотранспорта, адресов. Для передачи данных используются все возможности каналов GSM: большие объемы информации из базы данных передаются по трафиковым каналам или в виде факсимильных сообщений, информация о местоположении и короткие запросы в базы данных поступают в виде коротких сообщений.
Аппаратура, размещаемая на стационарном объекте, обеспечивает подключение различных видов охранных датчиков (для контроля охраняемых периметров и объемов, контроля напряжения в сети, противопожарных датчиков, домофонов и видеодомофонов и т.п.). Гибкие алгоритмы опроса датчиков, полная автономность обеспечения работоспособности системы делают ее чрезвычайно устойчивой к преднамеренному воздействию злоумышленников, снижают вероятность ложных срабатываний. Диспетчерский центр контролирует работоспособность системы путем периодического опроса состояния датчиков. Сигнал тревоги поступает на пульт с задержкой не более 20 сек.
Малые габариты бортового оборудования и низкие требования к энергопотреблению позволяют легко закамуфлировать аппаратуру охраны на автомашине. Реализуются функции постановки и снятия аппаратуры на охрану с регистрацией в диспетчерском центре, что практически исключает возможность несанкционированного отключения системы. Могут быть реализованы различные алгоритмы реагирования на попытку угона: немедленное включение иммобилайзера или блокировка двигателя, блокировка дверей салона по команде из диспетчерского центра, прослушивание салона, включение иммобилайзера в заданном месте (например, вблизи поста ДПС или отделения милиции) или при выходе из зоны действия сети связи и т.п. С помощью навигационной аппаратуры в диспетчерском центре производится непрерывное отслеживание местоположения автомашины.
Замки NAPCO Trilogy для контроля доступа с сигнализацией
Как пандемия изменила потребности в контроле доступа
Новые ориентиры в биометрии контроля доступа
SmartBadge | переносной многорежимный трекер | Смарт-бейдж
HID обьявили лидером в отрасли биометрической аутентификации
