По мере развития уровня
автоматизации, интеграции и интеллекта растет и
количество видов интеллектуальных объектов,
которые имеют свои особенности построения
систем безопасности и жизнеобеспечения, причем,
оперативно-технические характеристики этих
объектов определяются, в основном, используемыми
технологиями искусственного интеллекта, связи и
обеспечения безопасности, о которых идет речь в
данной статье.
Тенденции развития интеллектуальных
объектов
Для эффективного решения проблемы обеспечения
безопасности объектов необходим
соответствующий современный уровень технологий,
технических средств и услуг безопасности,
основной тенденцией развития которых является
бурно развивающийся процесс тотальной интеграции.
В настоящее время интеграцией охвачены микро- и
радиоэлектроника, сигналы и каналы, появились
интегральные технологии, многофункциональные
интегральные устройства, интегральные сети и
системы, стали предоставляться интегральные
услуги обеспечения безопасности.
Сегодня, наряду с интеграцией функциональной,
схемотехнической, сетевой, активно делает первые
шаги интегральная безопасность, характеризующая
такое состояние жизнедеятельности человека, а
также функционирования объектов и технических
средств, при котором они надежно защищены от всех
возможных видов угроз в ходе непрерывного
процесса жизнедеятельности и решения
поставленных задач. По существу, интегральная
безопасность не только обнаруживает и блокирует
угрозы (зло), но и, главным образом, предотвращает
возможность их воздействия. Она аккумулирует в
себе все возможные для решения данной задачи
традиционные виды безопасности (охранная,
пожарная, экологическая, личная, информационная
и т.п.). Понятие интегральной безопасности
предполагает обязательную непрерывность
процесса обеспечения безопасности как во
времени, так и в пространстве по всему
технологическому циклу деятельности с
обязательным учетом всех возможных видов угроз
(утечки информации, несанкционированного
доступа, терроризма, пожара, аварий, и т.п.).
Поэтому, например, при обеспечении интегральной
безопасности организации, фирмы, любой
коммерческой структуры в обязательном порядке
должны учитываться одновременно вопросы как
обеспечения информационной безопасности, так и
комплексной защиты объекта и персонала, что, к
сожалению, в настоящее время соблюдается
довольно редко. Используя интегральный подход,
процесс интеграции систем безопасности,
жизнеобеспечения и связи можно условно изобразить так, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Процесс интеграции систем обеспечения
безопасности и жизнеобеспечения объектов
Как видно из рисунка, логическим развитием
интегрального подхода, используемого при
создании современных систем безопасности,
является создание адаптивных (или
интеллектуальных, как их иногда называют)
интегральных систем управления объектами,
высокая эффективность которых достигается
максимально возможным уровнем интеграции
микроэлектроники, кибернетики, связи и
использованием методов искусственного
интеллекта.
Интеллектуальные (адаптивные) технологии
Глобальный процесс интеграции захватил
сегодня и рынок услуг в сфере
“интеллектуализации” объектов недвижимости.
Свои услуги начали предлагать помимо зарубежных
также и отечественные интеграторы. Однако их еще
явно недостаточно, так как в России еще слишком
мало компаний, которые реально могут
интегрировать системы жизнеобеспечения,
коммуникаций и безопасности в единый
интегрированный комплекс. Поэтому, несмотря на
большой интерес к проблеме интеллектуализации
объектов недвижимости, по оценке специаалистов
достигнутый сегодня уровень интеллектуализации
на 40 – 60% ниже реально возможного.
Как показывает статистика, современный
городской человек проводит около 90% своего
времени в стационарных и подвижных объектах.
Пожалуй, этим можно объяснить интерес,
проявленный обществом к концепции
интеллектуального (умного, разумного и т.п.)
здания, в которой реализуются три базовых
принципа - комфорт, экономичность,
безопасность.
В более широком смысле было бы правильно
говорить о концепции интеллектуального объекта
(ИО). Под ИО могут пониматься такие составляющие,
как квартира, этаж, офис, жилое и
производственное здания и др. Типовая структура
системы комплексной безопасности и
жизнеобеспечения интеллектуального объекта
приведена на рис. 2.
Рис. 2. Типовая структура системы безопасности и
жизнеобеспечения интеллектуальных объектов
Как известно, эффективность системы
обеспечения безопасности напрямую зависит от
уровня ее автоматизации. Автоматизация дома –
результат слияния различных технологий и
реализации новых стандартов на коммуникационные
системы, средства взаимодействия и проводку в
помещениях, причем инфраструктура проводки и
коммуникационных средств также входит в понятие
домашней автоматизированной сети.
Сетевые технологии коммуникаций “умного”
дома
До последнего времени технологии домашних
сетей развивались достаточно стихийно. Однако
сегодня формируется разумный набор стандартов,
чему, безусловно, способствует появление целого
ряда новых сетевых технологий, таких как HomeRF,
LonWorks, HomePNA, Bluetooth, USB и др., которые начали теснить
считающуюся до этого перспективной
CEBus-технологию. В табл. 1 приведены основные
характеристики и особенности сетевых технологий
для автоматизации интеллектуального дома.
Таблица 1. Особенности сетевых технологий
автоматизации интеллектуального дома
| Платформа или технология |
Разработчик |
Протокол связи |
Коммуникационная
среда |
Дальность трансивера,
м |
Элементная база (ИС –
интегральные схемы) |
Особенности |
Реализация |
| LonWorks |
Echelon |
LonTalk (открытый
промышлен-ный стандарт (EIA-709.1) |
Сеть питания,
телефонная линия, ВЧ- и ИК-канал |
25 |
ИС семейства Neuron |
Открытая платформа,
которая имеет встроенный Интернет- протокол |
Merloni Elettrodomestici начала
выпуск разумных домашних сетевых устройств
серии Ariston Digital |
| Домашняя радиосеть HomeRF |
Рабочая группа
фирм-производите-лей домашних ВЧ-систем (Home Radio
Frequency Working Group- HomeRF) |
Открытый протокол
беспровод-ного доступа (Shared Wireless Access Protocol- SWAP) |
ВЧ-канал с полосой 2,4
ГГц, шумо-подобный сигнал с “прыгающей”
частотой, скорость – 2 Мбит/с |
50 |
Комплект
специализи-рованных ИС |
Позволяет включать в
сеть телефоны DECT-стандарта |
Первая опытная сеть HomeRF
была показана на форуме по домашним сетям в
октябре 1999 года |
| Домашняя проводная сеть
HomePNA |
Общество организаций проводных
сетей HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance) |
Спецификация Home Run
фирмы Tut Systems |
Проводной канал с
полосой 2,45 ГГц, скорость передачи – 1 Мбит/с.
Новое семейство ИС HomePNA 2.0 позволит увеличить ее
до 10 Мбит/с, а затем – до 100 Мбит/с |
- |
Семейство ИС |
В основе платформы HomePNA
– технология Ethernet. Организует дополнитель-ную
связь без ухудшения телефонной связи |
В настоящее время на
рынок вышли сетевые средства серии AnyPoint (Intel) и
HomeLine (Farallon) |
| Технология связи Bluetooth |
Группа привержен-цев
технологии Bluetooth (Bluetooth Special Interest Group – SIG) |
Поддержи-вает
протоколы GSM-стандарта |
ВЧ-канал с полосой 2,45
ГГц, сигнал с “прыгаю-щей” частотой (1600
скачков/с), скорость передачи – 1 Мбит/с |
0,1 – 100 |
Семейство ИС. В
дальнейшем все устройства будут объединены в
одном кристалле |
Одновременно
поддерживает каналы асинхронной передачи данных
и синхронной передачи голоса |
На выставке COMDEX’ 99 Ericsson
впервые показал головной сотовый телефон с
радиочипом Bluetooth |
| UWB-технология |
Рабочая группа Ultra Wideband Working Group |
Протокол 802.16а |
Сверхширокополосный
сигнал в диапазоне 3,1 – 10,6 ГГц, скорость передачи
500 Мбит/с |
10 |
Набор ИС |
Передача сверхкоротких
импульсов без высокочастот-ного заполнения |
Реализуется фирмами
Intel, Sony, Motorola, Siemens и др. |
Анализ современного рынка бытовой
электроники показывает, что в настоящее время
ведущие фирмы начали выпускать бытовую технику
со встроенными средствами сопряжения с каналами
связи (в частности, с сетью Интернет) и средствами
дистанционного управления. Уже выпускаются
дистанционно управляемые кондиционеры,
холодильники, стиральные машины, электрические
плиты, средства освещения, видеокамеры и другие
средства бытовой техники.
Проводя анализ сетевых технологий, прежде
всего, необходимо остановиться на стандарте
оборудования домашней автоматики Х10. Эта
технология была разработана более 10 лет назад и в
настоящее время широко используется за рубежом,
в Россию поставляется, например, фирмой
“Эдванс”. Главная особенность этой технологии
заключается в том, что при работе оборудования Х10
( интерфейсных, релейных, сенсорных, ламповых и
других специализированных модулей) могут
использоваться для передачи данных и команд
линии обычной домашней электрической сети
переменного тока 220 В (50 или 60 Гц). Благодаря этому
для реализации концепции “интеллектуального
дома” не требуется прокладка огромного
количества проводов. Кроме того, эта технология
хорошо взаимодействует с другими технологиями
связи, в частности, с сетью Интернет. На рис. 3
приведена структура системы на базе
оборудования стандарта Х10 и терминала сотового
телефона.
Рис. 3. Структура системы контроля и передачи
команд управления в стандарте Х10
Проведенный анализ показал, что в настоящее
время аналогичные решения для систем управления
и мониторинга на основе беспроводной связи
широко применяются и внедряются организациями и
компаниями в различных странах, в том числе,
включая такие сферы, как сети электроснабжения и
водоснабжения, системы безопасности,
техническое обслуживание и ремонт, обслуживание
клиентов, дистанционное измерение, снабжение и
др. Обслуживающий персонал имеет возможность
запрашивать необходимые параметры по объектам и
снимать показания измерительных приборов с
помощью мобильных телефонов. В случаях
необходимости персонал, обслуживающий
устройства аварийной сигнализации, немедленно
получает инструкции непосредственно на свои
телефоны и т.д.
Анализ развития сетевых технологий показывает,
что до настоящего времени основным сдерживающим
фактором развития является их высокая стоимость.
Однако высокая эффективность и оптимальная
стоимость новой технологии Bluetooth позволяет
надеяться на быстрое ее внедрение в системах
автоматизации дома, поэтому рассмотрим ее более
подробно.
С технической точки зрения технология Bluetooth
построена на основе многоточечного радиоканала,
управляемого многоуровневым протоколом,
аналогичным протоколу сотовой связи стандарта
GSM. Устройства, работающие в протоколе Bluetooth,
объединяются в пикосети, в которые могут входить
от 2 до 8 устройств. Одно из этих устройств
является ведущим (master), а остальные ведомыми (slaves).
Исходя из того, что в Bluetooth используются пикосети,
где взаимодействующие устройства (абоненты сети)
расположены в ограниченном пространстве и не
перемещаются с высокой скоростью, при разработке
протокола был выбран метод пакетной дуплексной
передачи информации с временным разделением
каналов TDD (Time Division Duplex). Данный метод обмена
информацией по одной линии связи с уплотнением
каналов передачи и приема в разных временных
интервалах одного кадра наиболее эффективен для
подобного класса сетей.
В Bluetooth используется метод расширения спектра
со скачкообразной перестройкой частоты FHSS (Frequency
Hopping Spread Spectrum), т.е. метод формирования сигнала,
основанный на использовании широкополосных
сигналов с программной перестройкой рабочей
частоты по псевдослучайному закону. Вся полоса
используемых частот 2400,0 – 2483,5 МГц разделяется на
79 частотных подканалов шириной 1 МГц, на каждом из
которых производится прием или передача
информации в течение временного кадра
длительностью 625 мкс. Переключение частотных
подканалов осуществляется синхронно для всех
устройств одной пикосети. Порядок переключения
определяется псевдослучайной
последовательностью длиной 227,
определяемой уникальным 48-битовым адресом
ведущего устройства пикосети. Ведущее
устройство передает пакеты в нечетные временные
кадры, а ведомое – в четные. Длина пакета может
достигать длительности 5 временных кадров. В том
случае, когда длина пакета больше длительности
одного временного кадра, частота подканала не
меняется до окончания передачи пакета. Основные
технические показатели протокола Bluetooth сведены в табл. 2.
Таблица 2. Основные технические показатели
протокола Bluetooth
|
Характеристика
|
Параметр
|
| Диапазон частот |
2400,0 – 2483,5 МГц |
| Способ передачи информации |
пакетная дуплексная передача с
временным разделением каналов TDD |
| Метод расширения спектра |
скачкообразная перестройка
частоты FHSS |
| Ширина полосы частотного
подканала |
1 МГц |
| Число каналов |
23 или 79 (в зависимости от
региона использования) |
| Скорость перестройки рабочей
частоты |
до 1600 скачков в секунду |
| Длина цикла псевдослучайной
последовательности |
227 |
| Длительность временного
сегмента |
625 мкс |
| Метод модуляции |
двухуровневая частотная
модуляция с фильтром Гаусса (binary Gaussian Frequency Shift
Keying) |
| Число устройств в пикосети |
до 8 |
Скорость передачи информации:
- в синхронном режиме
- в асинхронном режиме |
- 3 канала по 64 кбит/с в каждом направлении;
- до 723,2 кбит/с в прямом направлении и 57,6 кбит/с в
обратном направлении |
| Радиус действия устройств |
10 м (в перспективе 100 м) |
Стандартный пакет, передаваемый по
каналу Bluetooth, состоит из 72-битового кода доступа,
заголовка длиной 54 бита и информационного блока,
размер которого может изменяться от О до 2745 бит.
Код доступа предназначен для синхронизации
устройств, работающих в одной пикосети, с
одновременной идентификацией пакетов данных,
принадлежащих данной сети. Код доступа состоит
из преамбулы (4 бита), синхропоследовательности (64
бита) и контрольной суммы (4 бита). Заголовок
содержит информацию для управления связью.
Информационный блок разбивается на фрагменты. В
зависимости от типа пакета каждый фрагмент
представляет собой поле данных или
информационное поле голосового канала, которые
имеют различную структуру.
В соответствии со спецификацией Bluetooth должен
обеспечивать радиосвязь в радиусе до 10 м при
энергопотреблении устройства в пределах 100 мВт.
При этом по сравнению с некоторыми другими
стандартами (например, IrDA) Bluetooth нe требует прямой
видимости между передатчиком и приемником
сигнала. В перспективе планируется
предусмотреть возможность организации связи при
расстояниях до 100 м. Важным свойством протокола
Bluetooth является возможность его простой
интеграции с протоколами TCP/IP, используемыми в
Internet.
Bluetooth представляет хорошее средство для
организации локальных компьютерных сетей при
размещении приборов, оснащенных модулями Bluetooth,
на небольшом расстоянии друг от друга.
Пропускная способность радиоинтерфейса вполне
позволяет обеспечить высокую скорость обмена
информацией. Удобство беспроводного соединения
компьютеров с периферийными устройствами
наверняка привлечет к себе внимание многих
пользователей. Рано или поздно технология Bluetooth
должна найти применение в различных изделиях
бытовой электроники, телевизорах,
видеомагнитофонах, плеерах, видеокамерах и т.д.
Сторонники Bluetooth рисуют разнообразные картины
светлого будущего, в котором все бытовое
оборудование, находящееся в доме, объединено в
единую сеть и управляется с единого центра в виде
персонального компьютера или простого
органайзера. Причем станет возможно
дистанционное управление бытовыми приборами,
например, по каналам сотовых сетей связи.
При достижении малых габаритов
Bluetooth-устройства могут найти достаточно большое
применение и в интеллектуальных подвижных
объектах. Например, легко представить
автоматическое считывание пробега и маршрута
движения автомобиля после очередного рейса при
въезде в гараж. Технология Bluetooth может найти
применение в пунктах оплаты проезда по платным
дорогам. Вполне вероятно и создание беспроводной
локальной сети на основе системы Bluetooth,
объединяющей различные приборы транспортного
средства. Есть уверенность в том, что со временем
технология Bluetooth начнет широко использоваться в
торговле. Например, все торговые автоматы
некоторого торгового центра, находящиеся на
небольшой площади, могут быть связаны средствами
Bluetooth с центром управления. Этот центр может
передавать всем автоматам информацию об
изменениях цен и получать сведения об объемах
проданных товаров или о техническом состоянии
автоматов.
Надежный канал радиосвязи Bluetooth, реализованный
на базе программной перестройки рабочей частоты,
наверняка будет использоваться в системах
охранной сигнализации и контроля доступа.
Стандартные меры шифрования и аутентификации,
предусмотренные в протоколе Bluetooth, уже позволяют
достичь определенного уровня безопасности
связи. А структура передаваемых пакетов данных
не препятствует реализации собственных
оригинальных алгоритмов защиты информации для
достижения любого необходимого уровня
конфиденциальности передаваемых сообщений.
Технология беспроводной локальной связи Bluetooth
за последние несколько лет уже приобрела
огромную популярность. Разработкой устройств,
использующих протокол Bluetooth, занимаются более 2000
компаний, в настоящее время выпущено более 500 млн.
сотовых телефонов, портативных компьютеров,
цифровых камер, аудиосистем и других устройств,
поддерживающих протокол Bluetooth. Сегодня можно
уверенно констатировать, что технология Bluetooth
получила должное признание на рынке устройств
беспроводной связи. Учитывая все это, можно
сделать вывод о перспективности использования
рассмотренной технологии как в стационарных, так
и в мобильных интеллектуальных объектах.
Весьма перспективной, конкурирующей с Bluetooth в
настоящее время, является технология UWB (Ultra
Wideband). Идея технологии заключается в
использовании сверхширокополосного сигнала для
передачи информации при помощи
импульсно-кодовой модуляции. Длительность
излучаемого моноимпульса может колебаться в
пределах 0,2 – 2 нс, а период импульсной
последовательности составляет от 10 до 1000 нс.
Передача сверхкоротких импульсов без
высокочастотного заполнения, позволяет
рассматривать технологию UWB, как предельный
случай “гармонических” систем, в которых
длительность импульсов равна одному периоду
несущей.
Главные параметры, характеризующие
UWB-устройства, – частота повторения коротких
импульсов, средняя мощность в пересчете на 1 МГц и
пиковая мощность в любой полосе шириной 50 МГц.
Важна также относительная ширина полосы,
определяемая как отношение необходимой ширины
полосы к значению центральной частоты
(предполагается, что типичное значение этого
параметра должно превышать 0,25).
Для традиционных средств связи сигналы UWB не
доступны не только к приему, но даже и к
определению самого факта своего существования.
Поскольку передача в UWB-системах осуществляется
с очень малыми уровнями мощности, то принять
правильное решение по одному импульсу сложно. По
этой причине для надежной передачи информации в
UWB используются длинные серии моноциклов,
большая частота следования которых позволяет
использовать для передачи каждого бита
информации пачки из 100 и более импульсов, что и
обеспечивает их высокую защиту от помех.
Модуляция таких импульсов полезными данными
может осуществляться любым из известных методов
на основе изменения их амплитуды, длительности,
частоты следования и т. п. Однако на практике
сейчас чаще всего используется технология TM-UWD,
при которой сигналы формируются с помощью
времяимпульсной модуляции (Pulse-Position Modulation – PPM), т.
е. информационным параметром является временное
положение переднего фронта импульсов. При PPM, в
зависимости от мгновенного значения
модулирующего сигнала, позиция каждого рабочего
импульса изменяется во временной области по
отношению к положению периодических опорных
импульсов. Типовая величина временного сдвига
составляет 1/4 от длительности импульса. Период
повторения импульсов определяет скорость
передачи данных. Так при периоде повторения
импульсов 10 нс максимальная скорость передачи
составит 100 Мбит/с.
Образование ряда независимых каналов связи
может осуществляться методом временных скачков
(Time Hopping), основанном на вводе еще одного
дополнительного временного кодирования
положения импульсов с помощью
последовательности псевдослучайных кодов,
обеспечивающих сдвиг импульсов на величины в 10 –
100 раз большие, чем дает модуляция передаваемыми
данными. Для выделения сигнала в приемной части
должна использоваться такая же
последовательность псевдослучайных кодов. В
случае применения иной последовательности,
приемник будет открываться в другие временные
интервалы и приема информационных импульсов не
произойдет. Применение известных ортогональных
кодов для управления временными задержками
импульсов позволяет создать в одной полосе до 1000
и более дуплексных каналов связи на одной
станции.
Кроме временного кодирования для разделения
каналов могут применяться и другие методы,
например, дополнительные поднесущие. В этом
случае информационный сигнал предварительно
модулируется тем или иным традиционным методом
модуляции (АМ, FM, PM, FSK, PSK, PCM и т. д.), а далее
модулированные поднесущие используются для
выполнения временной модуляции рабочих
импульсов.
Еще одна интересная особенность UWB происходит
от радиолокации. А именно – потенциальная
возможность создавать сети, способные
определять геометрическое расположение
участников. Для этого могут быть применены
фазированные антенные решетки. Подобная
возможность полезна для адресации. Кроме того, в
этом случае возможно создание динамической
диаграммы направленности антенны, чтобы
наилучшим образом принимать сигналы, идущие от
конкретного устройства. Этот подход еще более
увеличит пространственную эффективность
использования эфира.
Все преимущества технологии UWB перед
“узкополосными” и “широкополосными”
системами следуют из самой физической сути
формирования, передачи и приема
сверхширокополосных сигналов. Наиболее значимые
преимущества приведены в табл. 3.
Таблица 3. Основные преимущества
технологии UWB
| № п/п |
Преимущества технологии UWB |
Примечание |
| 1 |
Большие скорости передачи
информации |
До 500 Мбит/c и выше |
| 2 |
Высокая пропускная способность |
До тысячи каналов
одновременного доступа к цифровому дуплексному
каналу на скорости 64 Кб/с |
| 3 |
Высокая помехозащищенность |
Влияние узкополосных помех
незначительно |
| 4 |
Устойчивая связь в условиях
многолучевого распространения радиоволн |
Используется очень большой
спектр сигналов |
| 5 |
Высокая степень защищенности
связи от перехвата |
Приемники обычных радиосистем
воспринимают UWB-сигналы как случайные помехи
Приемники обычных радиосистем воспринимают
UWB-сигналы как случайные помехи |
| 6 |
Высокая электромагнитная
совместимость |
Шумоподобная структура и
обычно довольно малые уровни сигналов UWB-систем
практически не создают помех для других
устройств |
| 7 |
Высокая проникающая
способность |
Может эффективно
использоваться, например, для целей
подповерхностной радиолокации и наблюдения
через стены, или связи в условиях преград |
| 8 |
Возможность измерения
расстояний с очень высокой точностью |
Весьма малая длительность
импульсов обусловливает возможность
определения расстояний с погрешностью до единиц
сантиметров |
| 9 |
Возможность работы с малой
излучаемой мощностью |
Малые энергозатраты |
| 10 |
Техническая простота и
относительная дешевизна аппаратурной
реализации |
Исследования в этом
направлении наряду с Intel ведут компании Fujitsu, Sony и
ряд других |
Результаты проведенного сравнения
различных технологий связи представлены в табл.
4.
Таблица 4. Сравнительные характеристики
сетевых технологий связи
| Название технологии
(стандарт) |
Дальность, м |
Частота, ГГц |
Ширина канала, МГц |
Пропускная
способность, Мбит |
| UWB |
10 |
;3,1 – 10,6 |
7500 |
До 500 |
| 802.11b |
100 |
2,4 |
80 |
До 11 |
| 802.11а |
50 |
5 |
200 |
До 54 |
| Bluetooth |
100 |
2,4 |
80 |
До 1 |
Области применения технологии UWB.
Технические и эксплуатационные преимущества
UWB-технологии позволяют уверенно прогнозировать
для такого оборудования широчайшие возможности
ее применений. Большинство нынешних применений
UWB-систем можно отнести к одной из двух категорий.
Первая – это средства радиосвязи малого
радиуса действия для передачи речи, данных или
сигналов управления, вторая – радарные системы и
системы идентификации и определения
местоположения объекта. К первой категории, в
частности, относятся высокоскоростные
радиолинии передачи на небольшие расстояния (до 1
км) для локальных и персональных беспроводных
сетей. В офисе UWB-станция способна заменить
провода, соединяющие компьютер с мониторами,
клавиатурой, мышью, громкоговорителями,
принтерами, локальной сетью. Технология UWB также
может быть использована для высокоскоростной
синхронизации между PDA, ноутбуками и мобильными
телефонами. Поскольку сигналы UWB сравнительно
устойчивы к многолучевому затуханию,
возникающему при отражении волны от стен,
потолка, зданий, транспортных средств и
интерферирующему с непосредственным сигналом.
UWB-технология особенно интересна для рынка
беспроводных мобильных систем с высоким уровнем
передачи данных.
Следующая сфера применения радиосвязи с малым
радиусом действия – системы безопасности,
оснащенные датчиками движения, например,
электронные заграждения и устройства
предупреждения о приближении объектов. UWB может
быть использован в медицинских приложениях,
таких как мониторинг работы сердца, органов
дыхания и т. п.
С помощью UWB-датчиков можно создать средства
защиты автомобильных систем, начиная от простых
систем предотвращения столкновений или
дистанционного управления замками до
значительно более сложных интеллектуальных
приложений для скоростных автодорог.
Возможность измерения расстояний с точностью до
сантиметров позволяет широко использовать
системы UWB для определения местоположения
различных объектов.
Совокупность таких свойств, как высокая
помехозащищенность, скрытность, малое
энергопотребление и простота реализации
позволяет реализовать скрытную беспроводную
связь, высокоскоростную передачу больших
массивов информации.
UWB-устройства могут найти применение и в
системах распознавания меток, идентификационных
карт, лицензионных марок для любых видов
имущества и оборудования, перемещение которого
по тем или иным причинам необходимо отслеживать,
а также в системах локации. В частности, могут
быть реализованы локационные системы, которые
способны обнаруживать неглубокие залежи
различных минералов, определять местонахождения
неметаллических труб, пластиковых мин,
археологических ценностей, трещин в мостах и
дорожном покрытии, находить людей под завалами
или снежными лавинами и т. д.
На базе технологии UWB можно создать устройства
передачи изображения, обеспечивающие
безопасность работ при строительстве и ремонте
зданий, устранении последствий стихийных
бедствий и др.
Перспективы развития технологии UWB. Первые
прототипы коммерческого сверхширокополосного
оборудования были продемонстрированы еще в
середине 2001 года. Очередной этап становления
технологии UWB наступил в феврале 2003 г., когда
международный Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
одобрил беспроводной стандарт 802.16a, основанный
на UWB и ориентированный на использование при
строительстве беспроводных сетей масштаба
города – Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN).
Основные производители, такие, как компании Intel,
Cisco, Fujitsu, Motorola, Siemens, Sony, Texas Instruments, Time Domain, Xtreme Spectrum
и др. вышли на рынок с оборудованием для UWB систем
уже в конце 2003 г. – начале 2004 г. Их появление
поставило под вопрос доминирующую позицию
стандарта WLAN (802.11x). Основным сектором рынка для
внедрения ультраширокополосной связи станут “Беспроводные
домашние сети”. В Соединенных Штатах
проводится тестирование в целях изучения
вопроса о промышленном использовании UWB в
диапазоне свыше 10 ГГц. В настоящее время рабочей
группой Ultra Wideband Working Group разрабатывается
спецификация на радиоинтерфейс для UWB-со
скоростью передачи110 – 480 Мбит/с на расстояния до
10 м.
Таким образом, по потенциальным пропускной
способности и удельной плотности передачи
данных технология UWB не имеет себе равных на
расстояниях до 10 м и может стать альтернативой
скоростным проводным стандартам.
Технологии обеспечения безопасности
В настоящее время для идентификации в
интеллектуальных объектах используются и
являются весьма перспективными такие технологии
обеспечения безопасности как биометрические,
радиочастотной идентификации (RFID, Proximity), DATA DOT и
др.
Благодаря высоким оперативно-техническим
характеристикам биометрические технологии защиты уже почти 20 лет пользуются заслуженным
вниманием специалистов. Эти средства нашли
применение, в основном, в государственных
учреждениях, требующих наиболее высоких уровней
защиты, в частности, в военных организациях,
вычислительных и научных центрах, в банковских
хранилищах и др. Однако основным сдерживающим
фактором до недавнего времени являлась высокая
стоимость биометрических средств защиты
(например, стоимость дактилоскопических систем 2
– 5 тыс. дол), которая ограничивала массовое их
использование.
И вот, наконец, то, чего давно ожидали
специалисты по обеспечению безопасности,
свершилось: в настоящее время после создания
миниатюрного микроэлектронного дактилосканера
стоимость биометрической защиты, например,
компьютеров снижена до 50 – 100 долл. США, что
предвещает широкое массовое использование
биометрических средств защиты в самое ближайшее
время. Эта тематика становится особенно
актуальной в условиях предстоящего введения в
международный паспорт таких персональных
биометрических идентификаторов, как отпечаток
пальца и рисунок сетчатки глаза.
Сегодня мировой рынок биометрических систем
формируют более 300 компаний, которые занимаются
разработкой, производством, продажей и
обслуживанием средств и систем безопасности.
Структура мирового рынка биометрических средств
защиты представлена на рис. 4.
Рис. 4. Структура мирового рынка биометрических
средств защиты
Анализируя распределение технических средств
по биометрическим признакам, нельзя не отметить высокие
темпы роста и перспективы развития средств
идентификации по рисунку кожи пальцев, которые
в настоящее время занимают 34% рынка
биометрических средств, а в ближайшей
перспективе к 2005 году достигнут 50%. По прогнозам
специалистов общий рынок биометрических средств
должен вырасти за пять лет с 58,4 млн. долл. в1999 году
до 1,8 млрд. долл. в 2004 году. По другим оценкам, его
объем к 2003 г. составил 1 млрд. долл., а прогноз на 2005
г. превышает 5 млрд. долл.
Анализ рынка четко показывает, что основной
интерес покупателя составляют технологии и
средства контроля доступа в здания и к
компьютерам, причем, наибольшие темпы роста
ожидаются в области технологий сканирования и
верификации отпечатков пальцев, голоса и
подписей. Средний годовой темп развития
биометрии составляет 40%, что является высоким
показателем даже для растущей экономики. При
сохранении таких темпов всего через 15 лет
население Земли будет обеспечено
биометрическими удостоверениями личности,
информация о которых будет храниться в
государственных базах данных, объединенных в
глобальную международную идентификационную
систему.
Рассматривая технологии безопасности
интеллектуальных объектов нельзя не отметить и
такую новую технологию как DATA DOT. Эта
технология использует тысячи информационных
точек, которые несут информацию, аналогичную
штрих-коду. Подобный прием впервые был
использован в устройстве персональной защиты
“ЭИР ТЭЙЗЕР”, однако в технологии DATA DOT
идентификационные метки наносятся путем
распыления и успешно используются, например, в
противоугонных системах.
Проведенный анализ показывает, что весьма
перспективной для использования в
интеллектуальных объектах является технология
радиочастотной идентификации (RFID, Radio-Frequency
Identification). Системы, использующие RFID-технологию,
состоят из электронных ярлыков (микросхем,
содержащих идентификационные данные и другую
информацию) и считывателей (устройств, которые
автоматически считывают данные с ярлыков и
декодируют их). Электронный ярлык, состоящий из
кремниевой микросхемы и плоской антенны, черпает
энергию из радиоволн, излучаемых считывающим
устройством. Получив электропитание,
идентификационный чип начинает обмениваться
информацией со считывателем. Получаемая от
считывателя энергия может также питать
встроенные датчики, измеряющие, например,
параметры окружающей среды. Одним из первых
применений RFID-технологии для персональной
идентификации стали Proximity-карты. Более подробно
принцип работы высокочастотной RFID-системы
представлен на рис. 5.
Рис. 5. Схема взаимодействия элементов в
высокочастотной RFID-системе
В отличие от штриховых кодов RFID-датчики могут
встраиваться в контролируемые объекты
(продуктовую оболочку, под кожу животных и людей
и т.п.) и допускают применение шифрования и других
средств, затрудняющих подделку. Кроме того,
некоторые ярлыки оснащены памятью, в которую
считыватели могут записывать новые данные,
например, время, дату, свой уникальный номер и др.
В качестве интеллектуальных объектов,
использующих RFID-технологию, сегодня могут
выступать такие объекты как предприятие, дом,
офис, магазин, коттедж, автомобиль и др. RFID-сеть,
например, в офисном здании способна решать
множество задач. Получая информацию от
считывателей, опрашивающих датчики в разных
помещениях, центральный компьютер будет
поддерживать требуемую температуру и влажность
во всем здании, на каком-то одном этаже или в
определенной группе комнат. Другие считыватели
будут сканировать жетоны персонала и
распознавать ярлыки на портативных компьютерах,
чтобы обеспечить сотрудникам безопасный доступ
к внутренней вычислительной сети и связать их с
коллегами в других частях здания.
Практическая реализация концепции
“умного” дома
Аспекты практической реализации концепции
“умного” дома рассмотрим на примере немецкой
программы VIMP (Распределенные разумные ИС для
частной сферы жизни). Целью программы являлась
разработка нового электронного оборудования и
программного обеспечения, снижающих расходы на
планирование, установку и ввод в эксплуатацию
оборудования “умного” дома, а также улучшающих
чувствительность и расширяющих функциональные
возможности существующих систем. В ходе проекта
были созданы устройства регистрации присутствия
и определения местоположения человека в доме,
обеспечения его безопасности, а также улучшение
общей комфортности жилища. Созданы новые типы
датчиков подсистем тревожной сигнализации,
разработаны алгоритмы идентификации,
усовершенствован интерфейс “человек-машина”.
Функциональные возможности расширились за
счет применения многокристальных модулей (МКМ),
которые, помимо схем обработки, содержат и
несколько типов датчиков, а также средства
сопряжения с шиной европейского стандарта EIB. Для
быстрой и правильной классификации сигналов
датчиков VIMP-программой предусмотрено применение
специализированных схем нечеткой логики. При
нажатии тревожной кнопки устройство генерации
сигнала тревоги (например, в виде наручных часов)
передает сигнал центральному пульту службы
оказания экстренной помощи. Возможная схема
системы жизнеобеспечения и безопасности
“умного” дома приведена на рис. 6.
Рис.6. Типовая схема системы
жизнеобеспечения и безопасности “умного” дома:
ЛС – линия связи, МКМ –
многокристальный модуль, СО – система охраны,
– средства подключения к шине
К сожалению, в настоящее время еще
никому не удалось реализовать концепцию
“умного” дома на все 100%, в том числе и Биллу
Гейтсу с его высокотехнологичным домом
стоимостью в 60 млн. долл., поэтому сегодня
приходится констатировать лишь практическую
реализацию “полуумного” дома (на 40 – 60%), в
хорошем смысле этого слова. Однако “есть
надежда, что будет он полным, наконец” (см.
прогноз на рис. 1). Концепция “умного” дома
предполагает, в первую очередь, создание
комфортных условий для жизни человека (как дома,
так и на работе), что отличает ее от концепции
кибернетических производств (полностью
автоматизированных заводов, роботы которых
могут функционировать во вредных для человека
условиях).
Таким образом, подводя итоги, можно
констатировать, что в сжатом виде основную
концепцию интеллектуального объекта (ИО) можно
условно выразить формулой:
где основными ключевыми словами,
формирующими сегодня понятие интеллектуального
объекта, являются Информатизация, Интеграция
и Интеллект. Новые информационные технологии,
такие как беспроводный компьютерный доступ,
биометрическая и радиочастотная идентификация и
др., обеспечивают создание интеллектуальных
объектов с высоким уровнем безопасности (Б) и
комфорта (К) при оптимальных эксплуатационных
затратах (ЭЗ). Основным сдерживающим фактором
при внедрении интеллектуальных объектов
являются в настоящее время лишь высокие
капитальные затраты при строительстве, снижение
которых прогнозируется в ближайшие годы.
