Сетевые технологии в системах охраны периметров.
Рис. 1. Пример конфигурации сетевой системы Multiplex 2000
Введение
Современные технологии предлагают широкий выбор оборудования и технических решений для проблем, связанных с охраной периметров. Видимо, непросто найти такой физический принцип, которой не использовался бы при создании систем охраны гра-ниц объектов. Отечественные и зарубежные предприятия выпускают для этого охран-ные системы различных видов: оптические лучевые, пассивные инфракрасные, радио-лучевые, радиоволновые, с вибрационными датчиками, магнитометрические и многие другие. Выпускаемое сегодня оборудование позволяет надежно защитить практически любой периметр, и эффективность работы охранной системы зависит только от пра-вильности выбора и качества монтажа.
Однако проблема построения надежной и эффективной в эксплуатации системы охра-ны периметра зависит не только от выбора охранных устройств. Особенность перимет-ральных охранных систем заключается в том, что защищаемые объекты могут иметь весьма значительную протяженность. И это обстоятельство требует внимательно под-ходить не только к выбору охранного оборудования, но и к построению архитектуры системы, которая должна обеспечивать контроль и управление распределенным по большой территории охранным оборудованием.
Если периметр вашего объекта сравнительно невелик – от нескольких сотен метров до, скажем, полутора-двух километров (до 15–20 отдельных зон охраны), то проблема по-строения системы может быть решена классическим способом. Это значит, что датчики из всех зон охраны соединяются с центральным оборудованием с помощью многопар-ных кабелей, передающих на пост охраны сигналы тревоги, вскрытия датчиков, отказа и т. п. Однако такое решение не всегда эффективно для протяженных объектов. Пред-ставим себе, что длина охраняемого периметра составляет 10–15 км, что довольно ти-пично, скажем, для крупного промышленного объекта или аэропорта. Для такого объ-екта количество зон охраны уже исчисляется многими десятками. И классическое ре-шение построения системы уже не может удовлетворить пользователя в силу присущих этой системе органических недостатков.
Современные сетевые коммуникационные технологии позволяют по-новому подойти к решению проблемы построения охранной системы для протяженных периметров. Ниже мы попробуем проанализировать эту проблему и показать, как ее решают ведущие за-рубежные фирмы-разработчики, работающие в этом сегменте охранных технологий.
В чем, собственно, проблемы?
Предположим, что охраняемый периметр разбит на зоны длиной по 100 м и макси-мальное расстояние от наиболее удаленной зоны до поста охраны составляет 7 или 8 км. Если охранный прибор имеет стандартные релейные выходы (для сигналов тревоги, вскрытия, отказа), то от каждой зоны нужно прокладывать кабели с медными витыми парами, передающие релейные сигналы. Сама по себе задача передачи релейных сигна-лов на такие расстояния связана с риском наведенных на сигнальные кабели электро-магнитных помех и может потребовать применения дополнительного оборудования (релейных ретрансляторов, дополнительных блоков питания и т. п.). Кроме того, при длине линии в несколько километров стоимость сигнального кабеля и дополнительного оборудования может уже стать сравнимой со стоимостью основного охранного обору-дования в удаленной зоне.
Прокладка множества сигнальных кабелей является довольно трудоемкой задачей, ко-торая может потребовать дополнительных расходов на инфраструктуру объекта – про-кладку кабельных каналов, устройства дополнительных колодцев и т. п. Очевидно, что это существенно повышает общую стоимость оборудования и объем монтажных работ при инсталляции.
Современную охранную систему для протяженного периметра невозможно предста-вить себе просто как комплект отдельных датчиков. Как правило, охранные датчики на периметре дополняются системой видеонаблюдения, которая позволяет идентифициро-вать реальное вторжение и помогает персоналу охраны принимать правильные реше-ния. Практика показывает, что для эффективной организации системы периметрально-го видеонаблюдения необходимо устанавливать видеокамеры по крайней мере через каждые 50–70 м. Это означает, что при классическом подходе к построению системы вдоль периметра нужно дополнительно прокладывать десятки (если не сотни) коакси-альных кабелей для передачи видеосигналов на пост охраны. Здесь опять нужно решать проблему компенсации затухания видеосигналов с помощью специальных ретрансля-торов. Если иметь в виду, что в систему охраны периметра часто требуется интегриро-вать элементы системы контроля доступа, электронные замки на воротах и прожекторы местного освещения, то очевидно, что коммуникационная инфраструктура системы ох-раны протяженного периметра может оказаться весьма сложной и дорогостоящей в реализации проблемой.
Рис. 2. Конфигурация системы Джитер-нет
Еще одной проблемой для протяженных периметров могут оказаться регламентные инженерные работы с охранным оборудованием. Современные охранные датчики, как правило, имеют развитую систему компьютерной диагностики, настройки и контроля рабочих параметров, просмотра архива тревожных сигналов и т. п. Однако при класси-ческой схеме построения охранной системы, когда на пост охраны выводятся только релейные сигналы тревоги, все «интеллектуальные» функции датчиков не могут быть реально использованы.
Перечисленные выше обстоятельства стимулировали использование коммуникацион-ных технологий, которые позволили по-новому подойти к проблемам построения сис-тем охраны протяженных периметров.
Применение сетевых технологий позволяет интегрировать различные охранные уст-ройства на базе единой системы с возможностью их мониторинга, удаленного управле-ния и настройки. При этом удается кардинально сократить количество и протяженность сигнальных кабельных линий, сделать систему расширяемой при минимуме затрат на дополнительные коммуникации и контрольное оборудование.
Ниже мы кратко проанализируем конкретные «сетевые» решения некоторых ведущих мировых производителей, ориентированные на построение охранных систем для про-тяженных периметров.
Рис. 3. Блок коммутатора сети Джитер-нет
Различные подходы и решения
Итальянская компания GPS Standard хорошо известна своими периметральными ох-ранными системами. К ним относятся вибрационно-чувствительная система CPS и ее микропроцессорная модификация CPS Plus, использующие коаксиальный микрофон-ный кабель; барометрическая система GPS для подземной установки; многолучевые инфракрасные барьеры серии IPS; натяжные тензометрические системы WPS и др.
Для объединения охранного оборудования в единый комплекс компания GPS Standard разработала систему Multiplex 2000. Система представляет собой коммуникационную сеть для передачи данных со скоростью 115 кБод по специально разработанному про-токолу, получившего название COM115. Сеть работает под управлением контрольного блока UCP 2000 (Universal Communication Processor), выполненного в корпусе для мон-тажа в 19” стойку.
К контрольному блоку UCP 2000 по одному 4-жильному кабелю можно подключить до 64 охранных устройств 16 различных типов из спектра выпускаемых компанией GPS Standard (рис. 1). При этом конфигурация сети при подключении к контрольному блоку может иметь два варианта: первый – с подключением двух независимых лучей к двум портам контрольного блока, второй – с подключением коммуникационного кабеля в виде кольца. В первом случае протяженность охраняемого периметра составит до 10 км (по 5 км на каждый луч), во втором – только 5 км. Однако во втором случае появляется очень важное преимущество: при обрыве сетевого кабеля все подключенные устройст-ва останутся на связи, что в значительной мере повышает защищенность системы.
При необходимости подключения более 64 устройств используются дополнительные контрольные блоки UCP, которые подключаются к персональному компьютеру по той же шине COM 115 или через интерфейс RS 485. Количество дополнительных кон-трольных блоков, подключенных таким образом, может достигать 64.
Охранные датчики нового поколения компании GPS Standard отличаются наличием встроенных микропроцессоров, цифровой обработкой сигналов, распознаванием обра-зов нарушения и режимом самообучения. Эти охранные приборы, получившие допол-нительный индекс Plus, обладают возможностью прямого подключения к коммуника-ционной системе Multiplex 2000 через шину COM 115.
Рис. 4. Структурная схема системы DuoTek Net
Для подключения к системе Multiplex 2000 предыдущих версий охранных устройств, а также других аналоговых датчиков с релейными выходами в системе предусмотрен специальный интерфейсный модуль (Sensor Interface Unit).
При подключении к контрольному блоку UCP 2000 персонального компьютера появля-ется возможность с помощью специального программного обеспечения проводить мо-ниторинг системы, удаленную настройку и тестирование подключенных к сети охран-ных устройств. Система управления позволяет проводить запись и анализ аналоговых сигналов сенсоров в реальном времени без потери связи с другими датчиками, хранить и редактировать журнал событий. Типовая схема конфигурации Multiplex 2000 пред-ставлена на рис.1.
Программное обеспечение, разработанное для управления системой, выполнено для работы в среде операционной системы Windows и имеет традиционный интерфейс Windows-приложений с раскрывающимися окнами меню.
Сигналы тревоги, аварии, вскрытия и т. д. от контрольного блока выводятся на релей-ные модули для их передачи на другие контрольные панели или иные охранные систе-мы (оповещения, видеонаблюдения). При этом с помощью программного обеспечения можно удаленно конфигурировать каждый релейный выход в соответствии с предъяв-ляемыми требованиями.
Использование специального протокола передачи данных позволяет защитить систему от несанкционированного вторжения и перехвата данных, что особенно важно для объ-ектов с повышенными требованиями к системе безопасности. Однако к недостаткам системы можно отнести необходимость применения устройств, поддерживающих дан-ный протокол, что не очень удобно при расширении системы. Это также повышает стоимость комплекса по сравнению с системами, использующими охранные устройства со стандартными сетевыми протоколами.
Среди разработок канадской компании Senstar-Stellar имеется несколько сетевых сис-тем управления охранным оборудованием на объекте, но мы остановимся только на двух из них.
Система MagNet разработана на основе коммуникационной линии, использующей стандартные сетевые протоколы TCP/IP. Система MagNet позволяет объединить в еди-ный охранный комплекс не только периметральные охранные устройства компании Senstar Stellar (Innofence, Yale, Barricade), но и охранные датчики других производите-лей, а также системы видеонаблюдения, контроля доступа, голосового оповещения, пожарную сигнализацию, и т. д.
Рис. 5. Стойка центрального оборудования системы IB-System
В качестве сервера для управления системой используется персональный компьютер, работающий под управлением операционной системы Windows NT. Для мониторинга и настройки системы используется специальное программное обеспечение UWS (User Workstation Software), установленное на терминалах операторов системы. В графиче-ский интерфейс UWS можно экспортировать план или фотографию объекта для облег-чения визуального восприятия структуры охранных зон и принимаемых сигналов от периметральных сенсоров. На план объекта можно нанести также интерактивные пик-тограммы охранного оборудования, которые при изменении состояния сенсора будут выделяться разными цветами. Доступ в систему защищен персональными паролями и имеет иерархическую структуру.
Для интеграции системы видеонаблюдения в системе MagNet используются видеосер-веры с платами видеозахвата DTS-1000 производства компании Magal и специальное программное обеспечение. Один сервер позволяет получать и передавать сигналы от 32 видеокамер.
Система Senstar 100/Sennet фирмы Senstar-Stellar ориентирована на объекты с повы-шенными требованиями к уровню безопасности, а также надежности периметральных систем и систем контроля и сбора информации, таких как аэропорты, центры связи, во-енные базы, заводы нефтегазовой отрасли, электростанции и т. д.
Как и предыдущие, данная система предназначена для объединения в единый охранный комплекс периметральных охранных систем, систем видеонаблюдения и дополнитель-ных охранных и вспомогательных устройств, которые могут быть установлены на объ-екте.
В качестве среды передачи данных в системе Senstar 100/Sennet используется как опти-ко-волоконный, так и медный кабель (типа «витая пара» или коаксиальный), причем для каждой линии связи предусмотрено резервирование. Данные в сети передаются с использованием специального протокола Sennet. Протокол имеет мощный алгоритм обработки ошибок, что позволяет принимать правильные данные даже при наличии помех в линии и нестабильной работе сети.
Сервер, контролирующий работу системы, работает под управлением операционной системы QNX. Данная операционная система используется для решения критически важных задач, т. е. задач с очень высокими требованиями по времени реакции на ава-рийные ситуации, требованиями к надежности и непрерывности управления. В системе предусмотрены две серверные станции для повышения надежности. Для сокращения времени реакции оператора на приходящие сигналы тревоги вместо обычных монито-ров в системе Senstar 100/Sennet предусмотрено использование тактильных панелей (Touch Panel).
Рис. 6. Пример конфигурации коммуникационной сети IB-System
Английская компания Geoquip, известная своими разработками в области вибрационно-чувствительных систем с микрофонными сенсорными кабелями («Гардвайр», «Дефен-сор», «МикрАлерт»), с 2006 г. начала производство новой сетевой системы, названной Gthernet (Джитернет). Система Джитернет позволяет объединить под общим контролем не только оборудование периметральных охранных систем компании «Джеокуип», но и охранное оборудование других производителей, а также целый ряд дополнительных систем, которые могут быть установлены на периметре, такие как система видеонаб-людения, система оповещения, система контроля доступа, метеостанция и т. д.
Система Джитернет представляет собой коммуникационную сеть, предназначенную для передачи сигналов тревоги от охранных устройств на пульт оператора по волокон-но-оптическому или медному кабелю, а также для мониторинга и удаленного конфигу-рирования оборудования, просмотра и редактирования журнала событий. Сеть работает в режиме дуплексной связи на скоростях до 100 Мбит/с. Пример конфигурации сети Джитернет представлен на рис. 2.
Сеть управляется базовой станцией, т. е. сервером, выполненным на базе промышлен-ного компьютера, который работает под управлением операционной системы Linux. Этот сервер является необслуживаемым прибором; его параметры конфигурируются на фирме-изготовителе, и в дополнительной настройке он не нуждается. Однако при необ-ходимости у пользователя имеется возможность подключения клавиатуры и монитора для тестирования или дополнительной отладки сети.
Оптический кабель коммуникационной сети подключается к базовой станции через блоки конвертеров «оптическое волокно – витая пара», которые конструктивно распо-ложены внутри корпуса базовой станции.
Коммуникационная сеть построена по топологии типа «кольцо». Такая конфигурация повышает защищенность системы в случаях случайного обрыва или намеренного по-вреждения оптического кабеля, так как все устройства, включенные в сеть, после обры-ва кабеля смогут оставаться на связи, передавая сигналы по двум независимым лучам. Длина оптического кольца не лимитируется, но через каждые 1,5 км оптической линии должны быть установлены специальные устройства – коммутаторы (ноды), которые помимо функции ретрансляторов используются для подключения охранных устройств и для создания ответвлений от основного кольца. При использовании медного кабеля (типа «витая пара», кабель категории 5) для подключения устройств к коммутаторам его длина не должна превышать 100 м.
Коммутатор сети Джитернет (рис. 3) представляет собой необслуживаемый прибор, имеющий три порта с разъемом RJ45. Таким образом, до трех Ethernet-совместимых устройств можно непосредственно подключить к каждому коммутатору. Блок комму-татора помещают в пылевлагозащищенном алюминиевом корпусе для установки непо-средственно на периметре. Коммутатор сети Джитернет является аналогом устройства типа switch/hub, используемого в стандартной сети Ethernet.
Для передачи сигналов система Джитернет использует стандартные протоколы TCP/IP, что обеспечивает простоту монтажа и интеграции систем мониторинга и контроля, включая оборудование для видеонаблюдения, периметральные охранные системы се-рии «МикрАлерт», а также оборудование охранной сигнализации и контроля доступа других производителей.
В системе Джитернет предусмотрено три типа различных дополнительных модулей, которые адаптируют сигналы внешних устройств при подключения их к сети через коммутаторы. К таким дополнительным модулям относятся следующие устройства:
1. Интерфейсный модуль (LIM – Legacy Interface Module) для подключения охран-ных датчиков с релейными выходами к коммутатору. Этот модуль устанавлива-ется непосредственно на плате коммутатора. Модуль обеспечивает подключение к коммутатору до 8 шлейфов охранных датчиков и до 8 релейных выходов.
2. Модуль передачи последовательных и звуковых сигналов (модуль SAM). Он подключается к охранным устройствам через интерфейс RS 232 (системы ви-деонаблюдения, метеостанции и т. д.) или используется для подключения анали-заторов серии «»МикрАлерт к коммутаторам. Модуль имеет также вход для аналогового звукового сигнала, который оцифровывается и передается в сеть. Базовая станция декодирует этот сигнал в аналоговую форму и воспроизводит при тревоге через подключенную аудиосистему.
3. Модуль расширения (GEM – Gthernet Expander Module). По назначению он ана-логичен модулю LIM, но позволяет подключить большее количество внешних устройств – до 96 шлейфов охранных датчиков и до 512 релейных выходов. Эти функции реализуются с помощью блоков системы «ЦентрАлерт» фирмы «Дже-окуип».
Для управления и мониторинга системы Джитернет фирма «Джеокуип» разработала специальное программное обеспечение Джеолог (Geolog). Программа Джеолог исполь-зует платформу Linux, имеет открытую архитектуру и подключается к сети Джитернет непосредственно через сетевой интерфейс Ethernet. Программа устанавливается на пер-сональном компьютере, который будет использоваться в качестве рабочего места опе-ратора системы. Количество компьютеров, подключенных к сети в качестве оператор-ских пультов, может быть любым. При этом вход в систему имеет иерархическую структуру и защищен паролями.
Рис. 7. Графический интерфейс программы управления IB-Test-Map
Применение стандартных сетевых протоколов TCP/IP позволяет напрямую подключать к сети Джитернет широкий спектр оборудования (IP-видеокамеры, видеонакопители и др.), поддерживающего данные протоколы, а также свободно масштабировать систему, включая в нее любое количество нужного оборудования и создавая в ответвлениях оп-тического кольца сеть любой топологии в рамках стандарта Ethernet.
Использование в качестве основной информационной магистрали оптико-волоконного кабеля позволяет эффективно решить вопрос максимальной длины защищаемого пери-метра, что особенно важно для крупных объектов. Использование одного оптико-волоконного кабеля для передачи всех сигналов позволяет существенно сэкономить на медных сигнальных кабелях, которые было бы необходимо прокладывать от каждой системы до поста охраны при классическом построении системы.
Английская компания Detection Technologies Limited (DTL) недавно выпустила сетевую систему DuoTek Net, предназначенную для охраны периметров. Структурная схема системы показана на рис. 4.
В качестве чувствительного элемента в системе используются микрофонные сенсорные кабели электромагнитного типа, которые крепятся непосредственно на ограде. Сигналы сенсорных кабелей обрабатываются анализаторами, включенными в коммуникацион-ную сеть стандарта RS485. Контроль обмена данными в сети выполняется базовой станцией, расположенной на посту охраны. К выходу базовой станции через IP-порт подключается компьютер системы управления охранным комплексом.
В состав системы можно включить до 32 двухзонных анализаторов, что позволяет об-служить до 64 зон охраны с сенсорными кабелями. Кроме этого, к системе можно под-ключить до 128 дополнительных дискретных охранных датчиков.
Каждый анализатор снабжен ретрансляторами сигналов RS485; при использовании стандартного кабеля с витыми парами максимальное расстояние между соседними ана-лизаторами составляет 600 м.
С помощью специальной программы настройки система обеспечивает дистанционный контроль и регулировку всех рабочих параметров анализаторов. Каждый анализатор снабжен встроенным модулем памяти, который сохраняют до 1000 тревожных собы-тий.
Рис. 8. Стойка центрального оборудования системы IB-System
Система DuoTek Net отличается простотой архитектуры и минимумом электронных модулей на периметре, хотя это и компенсируется минимальными возможностями для подключения дополнительного оборудования. Каждый анализатор системы имеет 4 входа для дополнительных датчиков, а также 4 выходных реле для управления перифе-рийным оборудованием на периметре (замки, прожектора и т. п.).
Система позволяет передавать по сети и прослушивать звуковые сигналы от сенсорных кабелей, подключенных к анализаторам, причем можно прослушивать как звук в ре-альном времени, так и звуковые сигналы, хранящиеся в модулях памяти анализаторов. Итальянская фирма CIAS Elettronica srl специализируется в области разработки и про-изводства радиолучевых охранных датчиков для защиты периметров. Среди последних разработок CIAS – радиолучевые барьеры со встроенными микропроцессорами, сете-выми интерфейсами, цифровой обработкой сигналов, а также системой распознавания образов нарушителя, основанной на применении алгоритмов нечеткой логики.
Одна из последних разработок компании CIAS – сетевая коммуникационная система IB-System. Система позволяет управлять всем комплексом охранных устройств компа-нии CIAS, а также дополнительным оборудованием других производителей.
В состав центрального оборудования системы IB-System входит серверный блок IB-Server, блок концентратора IB-Hub и релейно-индикаторные блоки IB-Island. Блоки размещаются в стандартной 19-дюймовой стойке высотой 3U (рис. 5).
Коммуникационная сеть протокола RS485 способна объединить до однопозиционных 128 охранных устройств или до 64 двухпозиционных СВЧ-барьеров, выпускаемых фирмой CIAS. В качестве коммуникационной среды используются оптико-волоконные или медные кабели (витая пара). Пример конфигурации сети системы IB-System пред-ставлен на рис. 6. С помощью оптоволоконного кабеля к центральной стойке подклю-чены двухпозиционные радиолучевые датчики серии ERMO 482x PRO, однопозицион-ные СВЧ-датчики Armidor, а также комбинированные лучевые (СВЧ + ИК) датчики Py-thagoras.
В состав компонентов периферийного оборудования системы IB-System входят поле-вые усилители-разветвители сетевых сигналов стандарта RS485 (см. рис. 6). Усилитель-разветвитель серии FMC-Rep снабжен 5 портами RS485, что позволяет подключать к нему до нескольких десятков охранных датчиков с сетевыми интерфейсами.
Для подключения охранных устройств с релейными выходами используются специаль-но разработанные интерфейсные модули серии IB-Transponder, присваивающие каждо-му подключенному к нему прибору индивидуальный адрес, позволяющий распознать этот прибор в сети. Сеть имеет кольцевую конфигурацию, что повышает ее надеж-ность, так как при обрыве оптоволоконного кабеля позволяет сохранять работоспособ-ность двух отдельных лучей сети.
С помощью персонального компьютера с программным обеспечением IB-Test, подклю-ченного к модулю IB-Server через порт RS-232, можно в реальном времени получать сигналы от подключенных охранных устройств, просматривать журналы событий, а также дистанционно настраивать цифровые датчики фирмы CIAS. Система позволяет передавать на монитор оператора аналоговые сигналы от радиолучевых датчиков для анализа, параметры уровней сигнала на приемных и передающих блоках радиолучевых датчиков, значения порогов контролируемых параметров, напряжения питания и дру-гие данные, необходимые для диагностики и выбора оптимальных настроек приборов.
Рис. 9. Пример конфигурации коммуникационной сети IB-System
Программное обеспечение имеет понятный графический интерфейс для отображения и настройки рабочих параметров охранных приборов, встроенный журнал событий, в ко-тором помимо записи о событии, адресе устройства и дате можно просмотреть архив записей аналоговых сигналов с данного устройства (функция доступна только для мик-ропроцессорных датчиков).
Использование системы IB-System экономически оправданно на объектах большой протяженности, так как ее применение минимизирует затраты на сигнальные кабель-ные магистрали, позволяя заменить их на общий оптико-волоконный или медный ка-бель. Для отображения сигналов тревоги используется персональный компьютер с про-граммным обеспечением, графический интерфейс которого позволяет выводить план объекта и быстро локализовать место тревоги, сокращая время реакции персонала. Пример графического интерфейса IB-Test-Map показан на рис. 7.
Так что же получается в результате?
В результате проведенного краткого анализа можно сделать некоторые выводы:
1. Очевидно, что применение сетевых технологий позволяет существенно снизить стоимость и физический объем кабельных линий, используемых при построении систем охраны периметров.
2. Использование сетевых систем оправданно на периметрах значительной протя-женности: длина периметра – несколько километров, количество зон охраны – несколько десятков.
3. Сетевая структура позволяет легко изменять архитектуру системы охраны при минимуме дополнительных кабельных работ.
4. Применение сетевых технологий позволяет реализовать возможности «интел-лектуальных» охранных устройств на периметре – дистанционный контроль и настройка датчиков, диагностика рабочих параметров датчиков, доступ к ло-кальным архивам событий и т. п. В результате удается сократить затраты на на-стройку, техническое обслуживание и ремонт оборудования.
5. В последние годы в охранных системах заметна тенденция использования стан-дартных коммуникационных протоколов – RS485, TCP/IP и др.
6. Сетевые технологии позволяют эффективно интегрировать различные охранные системы – датчики охраны периметра, оборудование видеонаблюдения, системы контроля доступа и др.
Статьи по теме- охрана периметра
Быстроразвертываемые охранные системы.
Особенности применения быстро развертываемых охранных систем.
Технические характеристики некоторых отечественных быстроразвертываемых средств обнаружения.
Периметровые средства обнаружения: современное состояние.
Периметровые маскируемые магнитометрические средства обнаружения..
