Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Защита любого объекта включает несколько рубежей, число которых зависит от уровня режимности объекта. При этом во всех случаях важным рубежом будет система управления контроля доступом (СКУД) на объект.

Хорошо организованная с использованием современных технических средств СКУД позволит решать целый ряд задач. К числу наиболее важных задач можно отнести следующие:

При реализации конкретных СКУД используют различные способы и реализующие их устройства для идентификации и аутентификации личности.

Важной особенностью рынка СКУД является то, что потребители стали покупать более дорогие исполнительные устройства, причем иностранного производства. Другой особенностью современных СКУД является внедрение технологии смарт–карты, вместо классических проксимити–карт, технологии дальней идентификации (частоты 800–900 МГц и 2,45 ГГц) [1].

Актуальность

Правильное использование телекоммуникационной системы контроля доступа (ТСКД) позволяет закрыть несанкционированный доступ на территорию, в здание, отдельные этажи и помещения. В то же время они не создают препятствий для прохода персонала и посетителей в разрешенные для них зоны. Интерес к ТСКД неуклонно растет, что в недалеком будущем приведет к их широкому распространению. Следует помнить, что ТСКД не устраняет необходимость контроля со стороны человека, но значительно повышает эффективность работы службы безопасности, особенно при наличии многочисленных зон риска. ТСКД освобождает охранников от рутинной работы по идентификации, предоставляя им дополнительное время по выполнению основных функций: охране объекта и защите сотрудников и посетителей от преступных посягательств. Оптимальное соотношение людских и технических ресурсов выбирается в соответствии с поставленными задачами и допустимым уровнем возможных угроз. Однако в настоящее время процесс выбора подходящих ТСКД носит сложный характер, поскольку реально отсутствует какая–либо аналитическая информация по имеющимся сегодня в мире ТСКД [16].

Традиционные методы персональной идентификации, основанные на применении паролей или материальных носителей, таких как пропуск, паспорт, водительское удостоверение, не всегда отвечают современным требованиям безопасности.

Решением проблемы точной идентификации личности может быть применение радиочастотных систем идентификации (RFID).

Развитие компьютерных технологий, появление новых материалов и математических алгоритмов обеспечило возможность создания специализированных устройств идентификации – радиочастотных считывателей, которые и лежат в основе RFID систем идентификации.

Радиочастотная идентификации обладает рядом преимуществ по сравнению с другими технологиями идентификации. Самым большим преимуществом радиочастотной идентификации является, то что расстояние, на котором может происходить получение и запись идентификационной информации, варьируется до нескольких десятков метров [17].

Цель и задачи работы

Целью работы является исследование RFID–технологии для организации доступа к объектам с помощью телекоммуникационных технологий. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

1. Провести анализ современных беспроводных технологий с целью выявления их достоинств и недостатков при организации контроля доступа.

2. Разработать методику построения типовой архитектуры телекоммуникационной сети доступа к объекту.

3. Разработать алгоритм обеспечения работы ТСКД.

4. Провести имитационное моделирование сегментов беспроводной телекоммуникационной сети с целью анализа сетевых характеристик.

Предполагаемые практические результаты и научная новизна

В рамках магистерского исследования планируется разработать методику построения типовой архитектуры телекоммуникационной сети доступа к объекту с использованием технологии радиочастотной идентификации (RFID). Данная методика позволит решить проблему точной идентификации личности при входе/выходе на объект без необходимости прямой видимости личности, которая имеет RFID–метку и с необходимой дальностью считывания.

Предполагаемая научная новизна состоит в разработке методики построения типовой архитектуры ТКСД к объекту при помощи анализа и выбора характеристик дальности действия RFID–технологии.

Обзор исследований и разработок по RFID

В далёком 1935 году британский инженер Роберт Уотсон–Уатт разработал первый прототип системы опознавания IFF (Identification Friend or Foe; «свой–чужой») для самолётов. Она работала так: на самолёт устанавливался передатчик, который получал сигнал наземной радиолокационной станции и автоматически передавал ответ. Считается, что IFF стала прообразом всех будущих систем радиочастотной идентификации. Свою эффективность она доказала в ходе Второй Мировой Войны: системы IFF использовали Германия, Япония и США.

После войны американские учёные всерьёз занялись исследованиями и экспериментами, которые подтвердили широкие возможности использования радиочастотной идентификации в повседневной жизни.

Начиная с конца 50–х гг. эта технология легла в основу действующих во всем мире систем управлением воздушным движением.

В конце 60–х – начале 70–х гг. такие компании, как Sensormatic и Chechpoint System предложили новые способы использования FRID в менее сложных и более распространенных приложениях. Эти фирмы начали разработку оборудования для системы Электронного слежения за товарами для предотвращения краж одежды в универмагах и книг в библиотеках [13].

Первый патент на активную перезаписываемую RFID–метку выдан в США в 1973 году. В том же году запатентован пассивный транспондер для открывания двери без ключа.

В 80–е гг. появились первые системы учёта скота, идентификации персонала и дистанционного открывания дверей.

В начале 90–х компания IBM разработала и запатентовала UHF RFID–систему с высокой дальностью считывания (до 6 метров) и хорошей скоростью передачи данных. Инженеры IBM даже запустили пилотные проекты с сетевым ритейлером Wal–Mart, но широкого внедрения так и не случилось.

В середине 90–х IBM продала RFID–патенты американскому провайдеру систем штрихкодирования Intermec. Компания Intermec предложила качественное считывающее оборудование для внедрения RFID в разных отраслях.

В 1999 году развитие RFID вышло на качественно новый уровень. Uniform Code Council (США), EAN International (ЕС), Procter&Gamble (США) и Gillette (США) профинансировали создание «Центра Auto–ID» (центра изучения автоматической идентификации) в Массачусетском Технологическом Институте. Там работали профессора Дэвид Брок и Сэнджей Шарма, изучавшие возможности создания дешевых RFID–меток для маркировки товаров в цепях поставок. Идея была в том, чтобы чип метки нёс минимум информации – только её серийный номер. А все остальные данные хранились бы в онлайн базе. Это был революционный подход, невозможный до появления Интернета и мощных компьютеров.

За 4 года (с 1999 по 2003) «Центр Auto–ID» оказал поддержку сотне крупных компаний, Министерству Обороны США и многим ключевым игрокам рынка. Открылись исследовательские лаборатории в Австралии, Великобритании, Швейцарии, Японии и Китае. Центр разработал два протокола (Class 1 и Class 2), стандарт EPC (Electronic Product Code) и сетевую архитектуру для поиска в Интернете данных, привязанных к RFID–метке.

В октябре 2003 года «Центр Auto–ID» закрылся. Продвижением стандарта EPC занялось новое международное предприятие EPCglobal. Уже в декабре 2004 года EPCglobal утвердило стандарт второго поколения – Gen2 для более широкого применения RFID–технологии. С этого момента крупнейшие американские ритейлеры и Министерство Обороны США стали ещё более активно внедрять RFID.

В 2008 году темпы внедрения RFID снизились, а в прессе стали появляться негативные материалы: радиочастотные метки по–прежнему не могли работать на металлических поверхностях, качество считывания не всегда было достаточным, а сама технология оставалась дорогой и сложной. Тем не менее, интерес конечных потребителей оставался высоким.

В 2012 году Motorola Solutions поглотила производителя мобильных считывателей Psion, a компания Honeywell купила Intermec, что привело к появлению на американском рынке двух конкурирующих производителей RFID–оборудования для разных отраслей.

К началу 2016 года о внедрении RFID после проведения пилотных проектов сообщили такие американские ритейл–гиганты, как Macy’s, American Apparel, JC Penny and Target [12].

Несмотря на длительную историю развития RFID–технологии, ее внедрение в России до сих пор находится на начальной стадии. Активное продвижение технологии на отечественном рынке началось в 2005–2006 гг., когда компании–интеграторы стали не только предлагать решения на базе RFID, но и вести активную маркетинговую политику по их продвижению: публикации статей, создание интернет–порталов, участие и организация выставок и семинаров [14].

Перспективы в области применения RFID–технологии состоят в следующем:

1. Системы контроля доступа (СКД).

2. Учет и безопасность транспортных средств.

3. Техническое обеспечение спортивных и зрелищных мероприятий.

4. Защита компьютерных систем и телекоммуникаций от несанкционированного доступа.

5. Системы против краж для предприятий, квартир, магазинов.

6. Контроль и сопровождение объектов в технологических процессах.

7. В животноводстве, птицеводстве (вживление электронных меток под кожу).

8. Определение местоположения железнодорожных вагонов, автофургонов.

9. В метрополитене: пассажирские карты, учет рабочего времени кассиров, машинистов и т. п.

10. Лекарства – обработка заказов по кодам контейнеров.

11. Маркировка бочек в пивоваренной промышленности и винных заводах.

12. Выставочные экспонаты – «оживление» экспонатов при подходе гида.

13. Электронная подпись для лиц, работающих на опасных объектах (например, в нефтегазодобывающей и угольной промышленности).

14. Магазины – выдача и перемещение товаров и материальных ценностей.

15. Службы аварийного оповещения и спасения (например, МЧС)

Применение технологии радиочастотной идентификации ведет к улучшению учета, управления и безопасности ресурсов, снижению издержек, повышению производительности, снижению потерь времени и более эффективному использованию оборудования и персонала. На сегодняшний день – это ключевая технология в таких областях, как безопасность, транспортные перевозки, производство, торговля и др.

Таким образом, перспективы применения технологии радиочастотной идентификации – самые широкие: от учета изделий на производстве и ценностей в учреждениях культуры до защиты продукции от подделок. RFID–метки начали получать широкое внедрение и, по прогнозам, обещают стать самой популярной и массовой технологией в мире, способной конкурировать по распространению с мобильными телефонами [15].

Магистры ДонНТУ которые занимались исследованием RFID технологии:

1. Науменко Иван Александрович.

2. Велигурский Артем Александрович.

Аналитическое исследование технологий определения местоположения пользователя

Технология NFC

Near Field Communication (NFC) – это новая технология беспроводной связи с малой дальностью, которая развивается из комбинации существующих технологий бесконтактной идентификации и межсоединений.

NFC предназначен для обмена различными видами информации между двумя устройствами NFC, такими как мобильные телефоны, или между мобильным телефоном с поддержкой NFC и совместимой чип–картой RFID или считывателем, которые находятся близко друг к другу.

В NFC используется индуктивная связь. Подобно принципу трансформатора, магнитное ближнее поле двух проводящих катушек используется для соединения избирательного устройства (инициатора) и прослушивающего устройства (цели).

Рисунок 1: Конфигурация устройства опроса (инициатор) и прослушивающего устройства (цели)

Рисунок 1 – Конфигурация устройства опроса (инициатор) и прослушивающего устройства (цели)

Рабочая частота 13.56 МГц, скорость 106 Кбит/с (иногда 212 Кбит/с и 424 Кбит/с) [9].

Технология контроля доступа на основе биометрической система

Биометрическая система контроля доступа – это простой способ аутентифицировать человека для того, чтобы предоставить доступ или отказать в доступе в здание, помещение или комнату.

Биометрические системы контроля доступа представляют собой считыватель или сканер, программное обеспечение, которое преобразует собранную информацию в цифровую форму и базу данных, которая хранит информацию для сравнения с предыдущей записи.

Проверка представляет собой простой процесс для пользователей. В считыватель заранее вводится и хранится один из видов биометрической проверки. В результате получается шаблон, принятых биометрических данных человека на момент регистрации. В зависимости от типа считывателя, пользователь кладет руку на блок, или палец на стекло, или предоставляет другой тип биометрических входных данных. Если полученный шаблон соответствует сохраненному шаблону, человеку разрешается доступ.

Рисунок взят з сайта http://www.delta.kg/blog-videonablyudenie/66-chto-takoe-biometriya.html

Рисунок 2 – Биометрические параметры

Технология штрихового кодирования

Штрих–код – это последовательность черных и белых полос, которые прикрепляются к предметам розничного магазина, идентификационным карточкам и почтовым конвертам для идентификации определенного номера продукта, человека или местоположения.

Русунок взят с сайта https://www.vostok.dp.ua/infa1/shtrih-kod/shtrih_kod_1d_2d/

Рисунок 3 – Линейный штрих–код

Строки и дизайн штрих–кода является фактическим представлением чисел и данных, и такая их разработка позволяет легко считывать базовую информацию о продукте с помощью устройства оптического сканирования – сканера штрих–кода, и автоматически вводить ее в компьютерную систему [10].

Технология RFID

RFID–системы в основном состоят из четырех элементов: самих RFID–меток (тегов), считывателей RFID, антенны и выбора радиочастотных характеристик, а также компьютера, который используется для подключения считывателей и обработки данных с них.

Тег является основным строительным блоком RFID. Каждый тег состоит из антенны и небольшого чипа, который содержит радиоприемник, радиомодулятор для отправки ответа обратно считывателю, логики управления, некоторого объема памяти, и энергосистему.

Система питания может полностью быть построена на энергии от входящего радиосигнала, и в этом случае такой тег получил название пассивный тег. С другой стороны, система питания тега может иметь батарею, и в этом случае тег известен как активный тег.

Между активными и пассивными метками находятся полупассивные метки. Эти теги имеют аккумулятор, как и активные теги, но все еще используют мощность считывателя для передачи сообщения обратно к считывателю RFID с использованием метода обратного рассеяния.

Запись данных на метку может осуществляться следующими способами:

RFID–считыватель можно разбить на несколько основных элементов или подсистем:

RFID–считыватель посылает радиоимпульс тегу и слушает ответ тега. Тег обнаруживает эту энергию и отправляет ответ, который содержит серийный номер тега и, возможно, другую информацию.

На динамическом рисунке 4 показан принцип работы RFID технологии в системе контроля доступа.

Рисунок 4 – принцип работы RFID технологии в системе контроля доступа

Рисунок 4 – Принцип работы RFID технологии в системе контроля доступа
(анимация: 17 кадров, 8 циклов повторения, 61,2 килобайт)

Считыватели могут быть стационарными и мобильными.

Стационарные считыватели подключены к устройству обработки данных и закрепляются неподвижно. Они обладают высокими показателями дальности и быстродействия.

Для мобильных считывателей характерна меньшая по сравнению со стационарными считывателями дальность действия и, как правило, связь с устройством обработки данных у них отсутствует.

Антенны являются третьим основным компонентом в системе RFID. Они могут значительно варьироваться в зависимости от функциональности, применения и базовой рабочей частоты. Как и любая антенна, RFID–антенна соответствует основным правилам любой антенной системы.

Существует ряд параметров и определений для RFID–антенн:

Существует четыре частотных диапазона, в которых работают RFID–метки:

Главный контроллер обычно представляет собой настольный или портативный компьютер, расположенный рядом со считывателем. Этот контроллер выполняет две основные функции. Во–первых, он получает данные от считывателей и производит обработку данных, такую как фильтрация и сортировка. Во–вторых, он служит в качестве монитора устройства, который следит за тем, чтобы считыватель работал правильно, надежно и с последними инструкциями [8].

Дальности действия систем RFID

Одним из основных параметров систем RFID является дальность действия. В индуктивных или емкостных системах, функционирующих в ближней зоне поля, дальность действия невысока – она достигает единиц – десятков сантиметров. Причиной тому является резкое спадание напряженности электрического (обратная кубическая зависимость) и магнитного (обратная квадратичная зависимость) полей с расстоянием в совокупности с необходимостью соблюдения строгих требований по электромагнитной совместимости (регламентов) и санитарных норм. При этом возможности увеличения дальности таких систем практически уже исчерпаны.

Дальность действия систем RFID, функционирующих в дальней зоне электромагнитного поля в зависимости от типа метки – чиповая или бесчиповая, пассивная или полуактивная – может составлять от единиц до десятков метров. По сравнению с системами ближней зоны дальность увеличивается за счет менее резкого (линейного) уменьшения напряженности электромагнитного поля. Кроме положительного эффекта, увеличение дальности действия может приводить к нежелательным последствиям. Так, в частности, увеличение дальности действия приводит к расширению зоны считывания аппаратуры и может снижать ее быстродействие из–за необходимости разрешения коллизий сигналов от большого числа меток. Кроме того, могут появиться проблемы электромагнитной совместимости с другим радиоэлектронным оборудованием, например, с близко расположенными считывателями других систем RFID. Следовательно, грамотный выбор параметров, влияющих на дальность действия, может повысить эффективность функционирования систем RFID в целом [2],[5].

Энергетическое и модуляционное уравнения дальности

Рассмотрим зависимость дальности действия наиболее широко распространенного в мире типа аппаратуры – с совмещенной приемной и передающей антенной считывателя и пассивными чиповыми метками от характеристик и параметров этой аппаратуры. Дальность действия таких систем описывается двумя уравнениями.

Первое из них, так называемое «энергетическое» уравнение, характеризует прямую линию (forward line) – канал доставки энергии от считывателя к метке, необходимой для обеспечения энергопитания активных элементов чипа.

Именно это уравнение, как правило, ограничивает дальность действия систем RFID с чиповыми метками:

«энергетическое» уравнение

Второе – «модуляционное» уравнение, описывает обратную линию (reverse line), т.е. прием считывателем отраженного от метки сигнала, модулированного кодами идентификационного номера или данных метки:

«модуляционное» уравнение

Энергетическое уравнение (1) характеризует максимальную дальность действия аппаратуры RFID с пассивными чиповыми метками, которая достигается при угловом и поляризационном согласовании антенн считывателя и метки, а также при согласовании импедансов антенны и чипа метки. Модуляционное уравнение (2) характеризует максимальную дальность действия аппаратуры RFID с полуактивными метками, у которых энергопотребление чипа обеспечивается элементом питания [2],[4].

Зависимость дальности действия от несущей частоты

В настоящее время технологии RFID в UHF и микроволновом диапазонах выделены радиочастоты 433 МГц, 860 – 960 МГц, 2,45. ГГц и 5,78 ГГц. Анализ технических характеристик аппаратуры различных производителей показывает, что дальность ее действия существенно различается в зависимости от диапазона несущих частот. С целью лучшей ориентации системных интеграторов и конечных пользователей в процессе выбора конкретной аппаратуры целесообразно рассмотреть зависимость дальности действия систем RFID от несущей частоты или длины волны сигнала. Для этого примем два предположения:

Следовательно, при прочих равных условиях дальность действия систем радиочастотной идентификации с пассивными и полуактивными чиповыми метками приблизительно пропорциональна длине волны сигнала. Такой вывод соответствует данным из технических характеристик аппаратуры различных производителей: в диапазоне 900 МГц дальность действия составляет 5…6 м, а в диапазоне 2,45 ГГц – 1,5…2 м, при этом соотношение длин волн этих диапазонов близко к 3. С точки зрения достижения максимальной дальности предпочтителен диапазон 433 МГц. Однако здесь для обеспечения эффективности излучения требуются слишком большие габариты антенн. Кроме того, в связи с малой шириной выделенного диапазона частот могут возникать проблемы электромагнитной совместимости. По этим причинам в настоящее время наибольшее распространение находят системы RFID UHF диапазона 860 – 960 МГц [2],[3].

Зависимость дальности действия от глубины модуляции

Глубина модуляции сигнала в системах RFID не выступает в качестве основной технической характеристики аппаратуры. Этот параметр фигурирует лишь в описаниях радиоинтерфейсов – протоколов обмена командами и данными между считывателем и меткой. Однако глубина модуляции сигнала определяет величину энергетического коэффициента, который, согласно уравнению (1), непосредственно влияет на энергетическую дальность действия системы. От глубины модуляции зависит и вариация ЭПР антенны метки, что в соответствии с формулой (2) влияет на модуляционную дальность действия аппаратуры. Кроме того, глубина модуляции определяет ширину спектра сигнала, который является важным параметром при обеспечении административных норм электромагнитной совместимости (ЭМС) [2],[7].

Вывод

В данной работе был проведен анализ современных беспроводных технологий с целью выявления их достоинств и недостатков при организации контроля доступа. В результате было выяснено, что технология RFID имеет ряд преимуществ по сравнению с другими рассмотренными технологиями для организации системы контроля доступа. Также было кратко описано от чего зависит дальность действия RFID–технологии. Т.о., в данной работе были выполнены первая и частично вторая задачи магистерского исследования.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список используемой литературы

1. Ворона В. А., Тихонов В. А. «Системы контроля и управления доступом» – М.: Горячая линия – Телеком, 2010.

2. Шарфельд Т. «Системы RFID низкой стоимости» с Приложениями Девиля И., Дамура Ж., Чаркани Н., Корнеева С. и Гуларии А. Перевод с английского и научная редакция Корнеева С. Москва – 2006.

3. Корнеев С.В. «Оптимизация параметров технологии радиочастотной идентификации», Радиопромышленность, № 3, 2002.

4. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М., «Советское радио», 1975.

5. Марков Г.Т. Антенны. М.–Л., Госэнергоиздат, 1960.

6. Reynolds M. «Microwave RFID: Passive Scattering and Active Transponders», MIT, 2002.

7. Корнеев С.В., Рунге А.В. «К вопросу об управлении эффективной поверхностью рассеяния диполей в технологии радиочастотной идентификации». В кн.: Антенны / Под ред. Бахраха Л.Д. Вып. 6. – М.: Радио и связь, 2002.

8. RFID Radio Frequency Identification Technology Tutorial [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.radio-electronics.com/...

9. Near Field Communication (NFC) Technology and Measurements [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://cdn.rohde-schwarz.com/...

10. Технологии ШК и RFID [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.b-audit.ru/service/197/

11. О технологии радиочастотной идентификации RFID [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://it - programs.ru/articles/art_rfid.php

12. История развития технологии RFID в США [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://picxxx.info/...

13. История и Развитие RFID [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://books.google.com.ua/...

14. Какое будущее ждет RFID технологию в России? [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.aktivsb.ru/...

15. Технология радичастотной идентификации (RFID). Перспективы использования и возникающие проблемы [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/...

16. Выбор и применение систем контроля и управления доступом [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://allmedia.ru/...

17. Разработка системы контроля и управления доступом к охраняемым объектам [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://studbooks.net/...