Кронос-СК

 

Автоматизированная система централизованного наблюдения "КРОНОС-СК" предназначена для поддержки двухстороннего обмена информацией между пультом централизованного наблюдения и охраняемыми объектами.

Система содержит следующие элементы:

  • Пульт централизованного наблюдения "Кронос-ЦП-СК" (ПЦН);
  • Приборы приемно-контрольные охранные различных типов (ППК), установленные на охраняемых объектах;
  • Ретрансляторы сигналов (РТР), являющиеся необязательными элементами системы и установленные  в служебных помещениях высоких зданий (радио ретрансляторы);
  • Стандартные устройства формирования телефонных каналов АТС, GSM и Интернета, являющиеся скорее элементами инфраструктуры.

Система поддерживает связь отдельных элементов с помощью различных каналов связи, в соответствии с рисунком.

 

ППК связывается с ПЦН либо напрямую через определенный канал связи, либо через промежуточное устройство (комплекс устройств), соединенное с ПЦН по служебному каналу связи.  Тип канала связи ППК определяется модемом связи, входящим в состав ППК. Служебные каналы связи, через которые к ПЦН подключается промежуточные устройства, тоже могут быть различными по типу. Система поддерживает любые комбинации указанных каналов связи, в том числе по несколько каналов одного типа. Все  каналы связи позволяют подключение множества ППК на каждый канал. Обмен информацией в системе производится в виде коротких сообщений, на которые следует подтверждение. 

Инициатором сообщения обычно является ППК. При отсутствии событий на объекте, посылается сигнал отметки (проверки работоспособности канала связи) с периодичностью, задаваемой программным способом. При возникновении события, о котором следует информировать ПЦН, прибором формируется сообщение не дожидаясь начала следующего периода отметки. После получения сообщения,  ПЦН посылает подтверждение получения. Получение этого подтверждения прибором заканчивает двухсторонний сеанс связи. При отсутствии подтверждения, прибором формироваться дублирующие сообщения.  Критические сигналы (тревога, нападение и т.д.) повторяются до тех пор, пока на ПЦН не будет получено сообщение или не будет сделан вывод о потере связи с прибором (сигналы повторяются до очередного времени отметки). Некритические сообщения (отметка, постановка под охрану и т.д.) повторяется несколько раз, после чего сигналы прекращаются и диагностируется сбой канала связи. Возможны случаи, когда инициатором обмена сообщениями является ПЦН (запрос оператора о состоянии объекта или телеуправление исполнительными устройствами прибора). В этом случае маршрут движения сообщений такой же, но движение происходит в обратном направлении.

1. Радиоканал

Передача информации производится на выделенной частоте диапазона 160МГц. Канал формируется между базовыми станциями (ПЦН или радио ретрансляторами) и ППК. Каналом поддерживаются ППК типа  «Кронос-4» и «Кронос-8». 

Государственным органом по распределению частот, в соответствии с запросом пользователя и законодательством Украины, должен быть выделен канал связи с частотным разнесением от соседних каналов 12,5кГц. Информация в канале переносится частотно-модулированными сигналами с девиацией до 2,5кГц. Ширина спектра излучения передатчиков менее 11кГц (по уровню -30дБ). Класс излучения – 11K0F1D. Режим работы – симплексный. В качестве базовых станций ПЦН и ретрансляторов используются радиостанции известных фирмы. Мощность радиостанций программируется от 1 до 25 Вт, индивидуально на каждой базовой станции. В ППК для формирования канала используются модемы типа М-R160 производства НПП «Кронос». Выходная мощность радиосигнала фиксирована и равна 4±1Вт. Модем и радиостанция базовой станции внесены в «Реестр радиоэлектронных средств и излучающих устройств, которые могут использоваться на территории Украины в полосах радиочастот общего применения».

В эфире формируются радиосигналы с вертикальной поляризацией. На базовых станциях, непосредственно связывающихся с приборами, устанавливаются антенны с круговой диаграммой направленности и возможно большим коэффициентом усиления. На базовых станциях ретрансляторов, служащих для связи с ПЦН, устанавливаются направленные антенны типа «волновой канал». На ППК используются штыревые или дипольные антенны – при установке внутри помещений, либо направленные антенны – при установке вне помещений. Один радиоканал может поддерживать до 15 радио ретрансляторов. Территория действия канала связи ограничена зонами покрытий базовых станций (ПЦН и ретрансляторов). Радиус зоны покрытия каждой базовой станции составляет 5…20 км, в зависимости от застройки, рельефа местности, применяемых антенн и т.д.

Покрытие каждой базовой станции зависит от следующих факторов:

  • высота установки антенны;
  • коэффициент усиления антенны;
  • длина кабеля снижения (потери в кабеле снижения);
  • характер места установки (низина или возвышение над остальной местностью);
  • высота окружающих строений;
  • значение уровня внешнего фона;
  • наличие расположенных рядом мощных источников радиоизлучения (даже не на рабочей частоте базовой станции);
  • значение мощности передатчика базовой станции.

Наличие таких факторов делает невозможным расчет реальной зоны покрытия в городских условиях даже для сигналов, распространяющихся вне зданий. Дополнительным неизвестным фактором является величина затухания сигнала при прохождении стен или окон, так как в связи со спецификой охраны, антенны ППК размещаются обычно внутри охраняемых помещений. В результате, значение предполагаемой зоны покрытия базовой станции, указанное как окружность радиусом 5…20км, можно считать весьма условным. Однозначно, зона покрытия в городских условиях не будет иметь форму круга, а будет, скорее всего, приблизительно повторять характер местности (на возвышенных местах большие уровни, в низинах – меньшие). Возвышения на местности или высокие близкорасположенные здания будут формировать в зоне покрытия теневые участки, расположенные за этими препятствиями, уровень сигнала в которых резко падает. Внутри зданий уровень тоже резко падает. В итоге возможна ситуация, когда сигналы от ППК, установленных в подвалах, не имеющих окон, не принимаются на расстоянии 1км, а связь с объектами, расположенными за городом на расстоянии 15...20км стабильна. Кроме этого, зона покрытия может изменяться (равномерно сжиматься или расширяться) в зависимости от изменения значения внешнего фона (помехи) на рабочем канале. В связи с невозможностью теоретического расчета зоны покрытия, одной из проблем является место установки ППК на объекте, обеспечивающее гарантированную связь с базовой станцией. Для решения проблемы предусмотрены механизмы измерения уровней сигналов и шума. Для приема сигнала, его уровень на входе приемника должен превышать уровень шума на 5…10дБ. При установке ППК, на объекте, без дополнительных инструментов, производится измерение уровня сигнала от базовой станции и уровня шума. Одновременно на мониторе ПЦН отображается уровень сигнала от ППК и уровень шума на входе базовой станции. Все это помогает определить места, где соотношение сигнал/шум соответствует заданному значению. Практика эксплуатации системы показала что, уровень сигнала на ПЦН с большинства объектов не является фиксированной величиной, а изменяется в каждом сеансе связи в пределах нескольких дБ, в худшем случае доходит до 20дБ. Объясняется это тем, что антенны, установленные внутри охраняемых помещений, не имеют прямой видимости с базовыми станциями и распространение сигнала происходит за счет отражения от окружающих зданий или предметов либо суммированием прямой и отраженной волн. Изменение характеристик отражения окружающих предметов (например, отъехавший от объекта автомобиль, от которого отражалась радиоволна или намокшая во время дождя поверхность стены, отражавшая ранее радиоволну) приводит к изменению уровня принимаемого сигнала. В связи с этим, средний принимаемый уровень от каждого объекта должен иметь запас по величине, значение которого определяется индивидуально.

Не рекомендуется контролировать системой объекты, средний уровень сигналов от которых на базовой станции менее 1мкВ (0дБмкВ) или соотношение уровня сигнала к шуму на базовой станции менее 20дБ. Максимальное количество приборов в канале ограничено интервалом отметки приборов на ПЦН и длительностью сигналов. При рекомендуемом интервале отметки, максимальное значение равно 400 (для ППК второго поколения) или 800 (для ППК третьего поколения). Алгоритм работы системы предусматривает случайный характер формирования сигналов в эфире, что вызывает периодические конфликты из-за столкновений и последующих разрушений сигналов в эфире. Конфликты устраняются дублированием сигналов. Увеличение количества сигналов в эфире ведет к увеличению количества столкновений, что в свою очередь ведет к еще большему количеству сообщений (за счет появления дублирующих сообщений). В связи с этим, загрузка эфира в зависимости количества контролируемых объектов происходит не по линейному закону, а по экспоненциальному. Поэтому, при превышении некоторого количества объектов, произойдет перегрузка системы, после которой каждое добавление одного объекта в систему будет приводить к эффекту загрузки эфира несколькими объектами, а при дальнейшем добавлении объектов даже несколькими десятками. Пользователь системы определит наличие перегрузки по увеличению времени постановки или снятия с охраны или даже отказу от постановки или снятия (при большой перегрузке). Максимальная пропускная способность канала передачи данных, организованного по такому принципу, реализуется при загрузке канала на 18%. Средняя длительность двухстороннего обмена примерно равна 0,5с (для ППК второго поколения) или 0,2с (для ППК третьего поколения). Исходя из этого, можно рассчитать общую загрузку канала для конкретного канала. Например, при интервале отметки каждым объектом равным 20 минут, в сутки формируется 72 сообщения отметки работоспособности и 3 сообщения (постановка, тревога при открытии двери и снятие с охраны) об изменения состояния объекта, т.е. среднее количество сообщений с одного объекта будет равным 75. Если в системе имеются только ППК второго поколения, то в среднем один объект будет занимать время в канале равное 0,5*75=37,5с в течении суток. Время, соответствующее 18% загрузке канала в течении суток равно 24*0,18 = 4,32ч = 15552с. Чтобы так загрузить канал необходимо 15552/37,5=414 объектов, что и является максимальным количеством для этого канала. Дальнейшее увеличение количества объектов в этом случае нежелательно и допустимо только при увеличении времени отметки каждого объекта уже установленного в системе. Расчет возможного количества объектов в системе, использующей ретрансляторы, а также контролирующей объекты, с разными интервалами отметок более сложен, но сводится в итоге к реализации загрузки каждого из каналов на 18%.

Для уменьшения загрузки канала в системе предусмотрено использование изменяемого интервала времени отметки в зависимости от состояния объекта (охрана или нет охраны). Это сделано исходя из соображения, что состояние не установленного в охрану объекта не представляет большого интереса для ПЦН. Такой прием эффективен при контроле объектов, охраняющихся в разное время. При примерно одинаковом количестве квартир, охраняющихся днем и офисов, охраняющихся ночью, а также при значительной разности в интервалах отметки в охране и без охраны (в более чем 10 раз) возможно увеличение количества объектов до 2 раз при сохранении той же загрузки канала. Предыдущие рассуждения сделаны исходя из равномерной загрузки канала связи сигналами во времени. Однако возможны интервалы максимальной загрузки канала (часы пик), во время которых производится массовая постановка или снятие объектов с охраны. Перегрузка системы наиболее полно проявляется именно в эти интервалы. Даже если средняя загрузка канала за сутки не превышает 18%, в часы пик могут возникать проблемы с увеличением времени постановки или снятия с охраны, а также появления сообщений на ПЦН о пропадании связи с некоторыми объектами. Наличие времен пик – индивидуальная характеристика каждой реальной системы, зависит от характера объектов и может быть выявлена только при эксплуатации системы.

2. Канал GPRS

Передача информации производится через сеть GSM с помощью технологии пакетной связи GPRS (General Packet Radio Service). В ППК должен быть установлен дополнительный модем M-GSM и произведено подключение к мобильному Интернету. Наличие статического IP адреса не обязательно. ПЦН должен быть подключен к Интернету и ему должен быть выделен статический IP адрес. Особенности принципа работы такого канала позволяют обнаруживать пропадание связи с ППК по каналу в течение 10с даже при установке большого времени отметки. Модем M-GSM отображает индикацию уровня сигнала сети GSM, что позволяет контролировать правильность места установке модема или его антенны. Программное обеспечение ПЦН позволяет отображать на мониторе ПЦН уровень сигнала сети GSM на входе модема ППК.

3. Канал LAN

Передача информации на первом этапе производится через сеть - LAN (Local Area Network) с помощью модема связи, установленного в ППК. Далее информация передается на ПЦН через Интернет. В ППК должен быть установлен дополнительный модем M-Ehernet. Этот модем поддерживает технологию Ethernet стандарта 10Base-T или 100Base-T (подключение по кабелю с витыми парами через разъем RJ-45). Через выходной разъем этого модема ППК подключается в стандартную локальную сеть, которая должна иметь выход в Интернет. ПЦН должен быть подключен к Интернету и ему должен быть выделен статический IP адрес. Для ППК наличие статического IP адреса не обязательно.

4. Служебные каналы радио ретранслятора

Передача информации между ПЦН и ретранслятором возможна по одному из нескольких возможных каналов.

- радиоканалу диапазона 160МГц;

Характеристики канала те же, что и для радиоканала с ППК. Канал формируется между базовыми станциями ПЦН и радио ретранслятора, в качестве которых используются стандартные узкополосные радиостанции диапазона 160МГц.

- проводному (выделенному телефонному) каналу;

Выделенная линия, хотя бы на оконечных участках, должна быть в виде двухпроводной медной линии. Для увеличения дальности линии допустимо использование стандартных усилителей, входящих в комплекты оборудования АТС при условии обеспечения полосы пропускания сигналов 0,3…3,4кГц. Соединение обеспечивается с помощью пары одинаковых стандартных модемов выделенной линии, подключенных на концах указанной линии. На ПЦН и ретрансляторе эти модемы подключаются через COM порты к обрабатывающим блокам ПЦН и ретранслятора.

- каналу GPRS;

В ретрансляторе, через COM порт, устанавливается стандартный модем GSM и производится подключение к мобильному Интернету с выделением статического IP адреса. ПЦН должен быть подключен к Интернету и ему должен быть выделен статический IP адрес.

- каналу LAN.

Ретранслятор подключается через разъем Ethernet стандарта 10Base-T или 100Base-T (подключение по кабелю с витыми парами через разъем RJ-45) в локальную сеть, имеющую выход в Интернет, со статическим IP адресом. ПЦН должен быть подключен к Интернету и ему должен быть выделен статический IP адрес.

Для повышения надежности возможно использование резервного канала, автоматически подключающегося при пропадании основного канала. Это реализуемо в следующих комбинациях каналов:

  • основной канал – проводной, резервный канал – LAN;
  • основной канал – проводной, резервный канал – GPRS;
  • основной канал – LAN, резервный канал – GPRS.

5. Служебные каналы интернета

Подключение ПЦН к Интернету производится через любую стандартизированную аппаратуру, выполняющую такую функцию, например через локальную сеть, содержащую шлюз и модем DSL – при подключении к Интернету телефонной линии, или через USB порт и GSM модем – при подключении к мобильному Интернету. В любом случае, для работы необходимо использование статического IP адреса.