CC BY
10
УДК 654.9
Немытова Е.В. студент 6 курса Институт компьютерных технологий
и информационной безопасности Южный федеральный университет научный руководитель: Зачиняев Ю.В.
доцент кафедра ИБТКС Россия, г. Таганрог СИСТЕМА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ
ТЕХНОЛОГИИ PLC
Краткая аннотация: в работе рассмотрена организация системы охранной сигнализации на основе технологии PLC. Представлена структурная схема охранной сигнализации с использованием технологии PLC.
Ключевые слова: PLC, Power Line Communication, охранная сигнализация.
Nemytova E. V., student 6 course, Institute of Computer Technologies and Information
Security, Southern Federal University
Russia, Taganrog Scientific advisor: Zachinyaev Yu. V.
SECURITY SYSTEM BASED ON PLC TECHNOLOGY
Brief annotation: the work has considered an security system based on PLC technology. A block diagram of the security system using PLC technology is presented.
Keywords: PLC, Power Line Communication, security system.
Введение
В современном мире все чаще встает вопрос защиты имущества от кражи. Услуги охранных организаций востребованы во всех отраслях народного хозяйства. Востребованной становится сигнализация для дома [2].
Актуальность направления подтверждается рассмотрением вопросов проектирования и исследования систем охраны как в периодической печати, так и в электронных изданиях. Например, в [2] рассмотрена система охраны на основе технологии Wi-Fi. В [3] представлена статья по проектированию и строительству автоматической домашней системы безопасности на основе технологии GSM и встроенным микроконтроллером. В [4] рассмотрено построение системы охранной сигнализации на основе технологии ZigBee.
Многообразие систем сигнализации, представленных на рынке, можно условно классифицировать на проводные и беспроводные. Анализ
литературы позволил выделить сильные и слабые стороны этих систем [5] (таблица 1).
Таблица 1 - Сравнительная характеристика проводных и _беспроводных систем охраны
Проводные Беспроводные
Устойчивость к электромагнитным помехам + -
Осуществление проверки связи на наличие обрывов + -
Простота монтажа - +
Минимальное время для монтажа - +
Высокая защита от «взлома» системы - +
Самостоятельный «перенос» системы охраны на новый - +
Простота установки дополнительных датчиков - +
Невозможность глушения сигнала электронными + -
Низкая стоимость системы охраны - -
Независимость от электричества - +
Независимость мощности сигнала от физических Копюппо + -
Как видно из таблицы 1, существующие типы охранных систем не лишены недостатков. Можно заключить, что исследование и разработка новых систем охраны является актуальной научно-технической задачей.
Структурные особенности построения охранных систем
Большинство реализуемых систем охраны построено по модульному принципу и включают в себя следующие подсистемы: датчики, блок индикации, устройство управления, приборно-контрольный прибор и ОБМ-модуль.
Анализ структур существующих и присутствующих на рынке решений позволил выявить ряд общих особенностей построения систем охраны. На рисунке 1 приведена структурная схема проводной системы охраны с функцией передачи тревожного сигнала по ОБМ-каналу [6].
Недостатками данной схемы являются: сложность монтажа, высокая стоимость, зависимость от электричества, низкая защита от взлома и сложная архитектура.
Рис.1 - Структурная схема охранной сигнализации На рис.2, представлена структурная схема организации беспроводной охранной сигнализации [7]. Охраняемый объект снабжается исполняющими устройствами (коммуникационный модуль, GSM модуль) и датчиками. При срабатывании одного из датчиков сигнал передается на центральную панель. Постановка или снятие с охраны осуществляется с помощью клавиатуры или брелока.
Недостатками данной схемы являются слабая устойчивость к электромагнитным помехам, зависимость мощности сигнала от физических барьеров, невозможность проверки связи на наличие обрывов, низкое обеспечение информационной безопасности (злоумышленник может подключиться к радиоканалу, по которому передаётся информация) и сложная архитектура.
Рис.2 - Система беспроводной GSM охранной сигнализации На рис.3 приведена структурная схема адресной системы охраны [8], которая, несмотря на более высокую стоимость и сравнительно меньшую длину шлейфов сигнализации, обладает следующими преимуществами: определение места и способа проникновения; защита от подмены извещателя, невозможность умышленного шунтирования выходных контактов реле; питание извещателей по двухпроводной линии связи, без дополнительных
источников питания, локализация короткозамкнутых участков шлейфа сигнализации с сохранением работоспособности остальных участков, возможность объединения нескольких адресных зон в локальный раздел охраны, визуализация места обнаружения нарушителя на планах охраняемых помещений. Адресная система охраны строится на базе контроллера двухпроводной линии связи и широкой номенклатуры адресных извещателей и устройств.
Основные недостатки адресной охранной систем - отсутствие единого протокола, сложная архитектура, высокая стоимость оборудования, а так же время опроса шлейфа, которое может быть весьма продолжительным (увеличивается время передачи сигнала тревоги).
Рис.3 - Адресная система охранной сигнализации
Резюмируя, можно сказать, что у рассмотренных систем охраны есть ряд ограничений, в том числе сложность монтажа, высокая стоимость и устаревшие интерфейсы связи.
Необходимость разработки и создания новых технических решений в области систем охранной сигнализации вызвано необходимостью объединения преимуществ проводных и беспроводных систем, при этом устраняя их недостатки. Предлагаемое решение направлено на решение этой проблемы. На основе вышеперечисленных систем предлагается построить систему охранной сигнализации, основанную на телекоммуникационной технологии Power Line Communication (PLC).
Особенности технологии PLC
PLC является семейством технологий связи, которое основывается на использовании в качестве физической среды для высокоскоростного обмена информацией силовые электросети.
Основой технологии PLC является использование частотного разделения сигнала (FDM - Frequency Division Multiplexing), при котором высокоскоростной поток данных разбивается на несколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в результирующий сигнал [9] (рис.4).
Рис. 4 - Частотное разделение исходного сигнала При использовании обычной модуляции с частотным разделением доступный спектр расходуется неэффективно. Поэтому в PLC устройствах применяется ортогональное частотно-разделенное мультиплексирование (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing): центры поднесущих частот размещаются так, что пик каждого последующего сигнала совпадал с нулевым значением предыдущего. Доступная полоса частот в этом случае расходуется более рационально.
Перед объединением в один сигнал все поднесущие частоты подвергаются фазовой модуляции - каждая своей последовательностью бит. После этого они проходят через блок формирования, где собираются в единый информационный пакет. На рисунке 5 приведен пример относительной квадратурной фазовой манипуляции (DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying).
Рис. 5 - DQPSK-модуляция информационного сигнала Электрические системы энергопитания состоят из трех сетевых уровней, которые используются в качестве передающей среды для реализации сетей PLC: высоковольтные сети (HV) (110-380 кВ), сети среднего напряжения (MV) (10-30 кВ) и сети низкого напряжения (LV) (0,4 кВ, 110в, 220в) [10]. Для использования в системе охраны целесообразно выбрать диапазон LV. Длина сетей низкого напряжения, как правило, до нескольких сотен метров. В городских районах, сети низкого напряжения используются с подземными кабелями, в то время как в сельской местности они существуют, как правило, в виде наземных сетей.
С помощью технологии PLC возможно создание компьютерной сети, используя в качестве линии связи электропроводку. Существующие PLC-модемы, как правила, имеют сетевой интерфейс и встроенное шифрование. Использование данной технологии в системах охраны позволит значительно упростить установку системы и обеспечить её защищённость.
Построение системы охраны на основе технологии PLC В предлагаемой структуре будут использованы линии электропитания в
качестве среды распространения тревожных сигналов от датчиков.
Такой подход к организации системы охраны имеет следующие сильные стороны:
• Простота монтажа системы. Для добавления датчиков в систему требуется всего лишь подключить к нему питание без необходимости использования информационных кабелей.
• Унификация системы (могут быть использованы датчики различных типов).
• Возможность интеграции системы охраны с пожарной системой и системой видеонаблюдения.
• Система основана на 1Р-технологии, что потенциально позволяет сделать систему более гибкой и помехоустойчивой.
Структурная схема разрабатываемой телекоммуникационной системы представлена на рис.6.
Рис. 6 - Структурная схема охранной сигнализации с использованием
технологии PLC
Схема, изображенная на рис.6, состоит из пункта управления, устройств преобразования, PLC-модемов, датчиков и, т.к. система охраны с использованием PLC-модемов работает по сети 220В, источника бесперебойного питания. Так же в систему охраны можно добавить видеонаблюдение (IP-видеокамеры).
Пункт управления (ПУ) представляет собой ПК с установленным на нём ПО. ПУ заменяет блок индикации (контрольную панель) и пульт управления (отображает состояние сигнализации, служит для ее программирования и осуществляет постановку и снятие объекта с охраны). Преимуществом данного решения так же является возможность удалённого управления системой охранной сигнализации (через Интернет). Устройство преобразования получает аналоговый сигнал, исходящий от датчика, и преобразует его в Ethernet-сигнал. Далее, устройство преобразования передаёт его непосредственно на PLC-модем.
Потенциальные преимущества передачи данных по проводам электросети огромны. Фактически сеть может быть развернута на любом участке, на котором имеются линии электроснабжения, но особенно
привлекательна эта технология для домашних сетей и небольших офисов.
Заключение
В статье рассмотрены основные подходы к построению систем охраны.
Проведён анализ существующих охранных систем, а так же предложено
использование технологии PLC для построения системы охранной
сигнализации. Приведена структурная схема системы охраны на основе PLC.
Использованнын источники:
1. Охранная сигнализация для коттеджей и квартир [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.hitsec.ru/article/Easy-series-flat.htm, свободный. - Загл. с экрана.
2. Матузко С.Д., Система охранной сигнализации на основе технологии Wi-Fi, Сборник трудов «II Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности»», 2016 - 4 с.
3. Iyapo Kamoru Olarewaju, Odo Ekundare Ayodele. Design and Construction of an Automatic Home Security System Based on GSM Technology and Embedded Microcontroller Unit. Journal «Electrical and Computer Engineering» [Электронный ресурс], May 18, 2017 - Режим доступа: http://article.sciencepublishinggroup.com/pdf/10.11648.j.ece.20170101.14.pdf, свободный. - Загл. с экрана.
4. Li Cai, Nina Dai. The Home Security System Based on ZigBee Technology [Электронный ресурс], September 23, 2016 - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/5601141/, свободный. - Загл. с экрана.
5. Магауенов Р. Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения: Учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 367 с.: ил.
6. Охранная сигнализация [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://alarmtelecom.net/safe.htm, свободный. - Загл. с экрана.
7. Беспроводные системы охранно-пожарной сигнализации LifeSOS. Охрана и управление домом [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.akvilona.ru/news/lifesos.htm, свободный. - Загл. с экрана.
8. Путилин И.П. Адресная подсистема охранной сигнализации в ИСО «ОРИОН». - Журнал Алгоритм безопасности, №5, 2012. - 18-20 с.
9. Проводная ОПС [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://videokokon.ru/inc/?page=oprovodnaya-ops, свободный. - Загл. с экрана.
10.S. Sujatha, M.Mohamed Irfan, B.Rhaagul. GSM Based Home Security System Using PLC. National Conference on Recent Trends in Electronics and Instrumentation Engineering. Volume 5, Special Issue 1, March 2016.
