Дипломная работа: Система контроля доступа мобильных пользователей на основе технологии Bluetooth

Дипломная работа: Система контроля доступа мобильных пользователей на основе технологии Bluetooth

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

высшего профессионального образования

Государственная морская академия имени адмирала С.О. Макарова

Кафедра автоматики и вычислительной техники

Радиотехнический факультет

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломной работе

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДОСТУПА МОБИЛЬНЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ Bluetooth

Дипломник: Калашников К.С.

Руководитель: Смоленцев С.В.

Санкт-Петербург 2007

Автореферат

Выпускная квалификационная работа содержит 70 стр., 13 рис., 12 табл., 14 источников, 1 прил.

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДОСТУПОМ, BLUETOOTH, JAVA.

Цель работы: Разработка системы контроля и управления доступом на основе технологии Bluetooth.

В ходе дипломной работы проведен анализ существующих систем контроля и управления доступом различных фирм-производителей и предложена своя наиболее оптимальная система с точки зрения технических и эксплуатационных характеристик, удобства, а также экономических показателей эффективности.

Проанализированы технические и эксплуатационные характеристики различных систем и на основе выбранных – разработана система контроля и управления доступом. Предложен план реализации системы.

В результате проведенного технико-экономического анализа, обоснована целесообразность внедрения системы. По прогнозам ожидается внедрение данной системы в качестве системы контроля и управления доступом.

Оглавление

ВСТУПЛЕНИЕ

1. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДОСТУПОМ

1.1 Компоненты СКУД

1.2 Принцип функционирования системы контроля и управления доступом

1.3 Классификация систем контроля и управления доступом

1.4 Охранная сигнализация в бизнес-центре

2. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ J2ME

2.1 Java API for Bluetooth

2.2 Использование Java APIs for Bluetooth

3. ТЕХНОЛОГИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ Bluetooth

3.1 Спецификации

3.2 Протоколы

3.3 Профили

4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ

4.1 Сервер

4.2 Клиент

4.3 Формат сообщений

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

6. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

7. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРАНСПОРТА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВСТУПЛЕНИЕ

Сколько лет существует человеческое общество, признавшее принцип частной собственности, столько лет существуют и средства защиты от посягательств на эту собственность со стороны. Люди всегда закрывали свою хижину, замок, квартиру, офис. Вряд ли и через пару сотен лет потребность в этом пропадет. Мы живем в материальном мире, и нас окружают живые люди, а людям, как известно, ничто материальное не чуждо. Системы для запирания того, что людям дорого, совершенствуются вместе с техническим прогрессом, и в век электроники самые современные запоры, конечно же, не могут обойтись без микроконтроллеров и компьютеров.

Лишних денег никогда не бывает, и если кто-то решил их потратить на безопасность офиса или дома, то стоит это делать со знанием дела, дабы не переплачивать за возможности, которые никогда не будут использоваться. Кроме того, не надо забывать, что при построении такого рода систем не должно оставаться «тонких» мест, и все компоненты системы должны быть сбалансированы.

Человек также является главным звеном любого производственного и интеллектуального процесса современного общества. Однако если большое количество индивидуумов объединить, например, для организации промышленного производства средних размеров, то практически всегда возникают сложности по управлению сформированным трудовым коллективом, негативно влияющие на производственный процесс. Причина возникающих сложностей заключается в том, что человек - это живое существо, которое не только осуществляет трудовую деятельность; человек хочет жить и должен поддерживать жизнедеятельность своего организма. Ясно, что люди болеют, опаздывают на работу, прогуливают и т.д. Ситуация осложняется тем, что никто из прогульщиков не хочет, чтобы его поймали, и использует все свои интеллектуальные возможности для сокрытия фактов нарушения трудовой дисциплины.

Во все времена человеческой истории для организации производственного процесса использовались дополнительные людские ресурсы, и только в последнее время появились электронные системы, позволяющие автоматизировать организацию процесса. Организация процесса труда и его учета посредством электронных систем позволяет отказаться от дополнительных затрат на содержание людей, осуществляющих контроль, и повысить рентабельность и эффективность производства. В качестве систем, осуществляющих пропускной режим, а так же управляющих людскими ресурсами предприятий, сегодня используются системы контроля доступа.

К сожалению, коммерческие организации, а тем более сами производители систем контроля и управления доступом не предоставляют никаких статистических данных о проникновениях посторонних на объекты и вызванных ими потерях. Это лишь говорит нам о том, что эти потери есть, и, причём, весьма существенные. В связи с этим, перед руководителями крупных и не очень организаций стоят прежде всего две основные проблемы:

-   контроль физического доступа в помещение организации (с разным уровнем доступа самих работников в различные помещения).

-   контроль за наличием и нахождением персонала в пределах офиса  компании (особенно актуально если офис располагается на нескольких этажах или в нескольких зданиях).

Целью данной дипломной работы является разработка доступной, недорогой и эффективной системы контроля и управления доступом (СКУД), способной отвечать современным требованиям безопасности. Целевым кругом потребителей я выбрал фирмы, арендующие офисные помещения в популярных в последнее время бизнес-центрах. У последних, как правило, уже есть централизованная охрана на проходных, обеспечивающая работу СКУД. Обычно там применяются наиболее распространённые системы и средства защиты и управления доступом, такие как: proximity/smart-карты или магнитные ключи с турникетами, домофоны, совместно с системами видеонаблюдения, и т.д. Это означает, что у каждого работника уже есть свой идентификатор (карта, ключ…), что даёт возможность прохода на территорию офиса. Но вот если есть необходимость наиболее чёткой организации рабочего процесса, например, иметь доступ к информации о местонахождению каждого сотрудника, и его перемещениях в течении рабочего дня, возникают неудобства. Можно, конечно, устанавливать контроллеры на каждой двери, но это делает передвижение по офису весьма затруднительным, не каждой фирме это подойдёт. Поэтому есть смысл упростить, а ещё лучше – автоматизировать эту систему.

Сейчас практически у каждого есть мобильный телефон с технологией Bluetooth. Эта технология наиболее подходит для реализации такой СКУД из-за своей доступности и низкой энергоёмкости. Идентификатором в данном случае является программа (клиент), зашитая в телефон при помощи этой же технологии, инфракрасного порта, или data-кабеля. Считыватель – компьютер, так же с программой (сервер) с модулем Bluetooth.

В качестве языка программирования выбран Java так же из-за своей простоты, и возможности переноса программы на разные платформы (с персонального компьютера на телефон в данном случае) без изменения программного кода.

1. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДОСТУПОМ

Определение СКУД

Системой контроля и управления доступом (СКУД) называется совокупность программно-технических средств и организационно-методических мероприятий, с помощью которых решается задача контроля и управления посещением отдельных помещений, а также оперативный контроль перемещения персонала и времени его нахождения на территории объекта. Действительно, СКУД это не только аппаратура и программное обеспечение, это продуманная система управления движением персонала.

1.1 Компоненты СКУД

Идентификаторы пользователя

Рисунок 1.1 Виды идентификаторов

В любой СКУД имеется некий идентификатор (ключ), который служит для определения прав владеющего им человека. Это может быть «далласовская таблетка», широко используемая в подъездных домофонах, бесконтактная (proximity) карточка или брелок, карта с магнитной полосой (сейчас практически не используется). Кроме того, в качестве идентификатора может использоваться код, набираемый на клавиатуре, а также ряд биометрических признаков человека — отпечаток пальца, рисунок сетчатки или радужной оболочки глаза.

Карту или брелок можно передать, их могут украсть или скопировать. Код можно подсмотреть или просто сказать кому-то. Биометрические признаки передать или украсть невозможно, хотя некоторые из них все же подделываются без больших усилий.

Тип используемого идентификатора во многом определяет защищенность системы от злоумышленников. Например, любой радиолюбитель по приводимым в Интернете описаниям может легко сделать имитатор «далласовской таблетки», а хранящийся в ней код всегда отштампован на обратной стороне.

Бесконтактные карты или брелки, стандартно используемые в системах доступа, подделываются немного сложнее, но также не защищены от этого. Сегодня есть карточки с высоким уровнем защищенности (используются мощные схемы криптографирования, где ключи для шифрования может назначать сам пользователь), но в стандартных СКУД эти решения, как ни странно, пока практически не применяются. Биометрические признаки подделать сложнее всего (среди них отпечатки пальцев наиболее легко воспроизводимы). Вообще, там, где требуется высокий уровень защищенности от взлома, как правило, используют одновременно несколько идентификаторов — например, карточку и код, отпечаток пальца и карту или код.

При утере механического ключа рекомендуется сменить замок или, как минимум, личину. В случае электронных идентификаторов утерянный «ключ» просто надо вычеркнуть из списка разрешенных, что намного проще и дешевле.

При выборе типа идентификатора необходимо учитывать:

-   В системе может быть единственная точка прохода (например, турникет на входе в здание), а пользователей может быть несколько сотен. В этом случае цена идентификатора, помноженная на количество, может превысить стоимость всего оборудования. А если учесть, что их теряют и ломают, то это запланированные затраты и на будущее.

-   Желательно, чтобы выбранные идентификаторы были широко доступны на рынке (то есть, чтобы они производились не единственной в мире компанией, а имели бы аналоги). Это залог того, что и через несколько лет будет возможность докупать нужное количество ключей.

Идентификатором пользователя называется некоторое устройство или признак, по которому определяется пользователь. При идентификации происходит проверка наличия пользователя (или его идентификатора) в списке зарегистрированных. При аутентификации проверятся принадлежность предъявляемого идентификатора конкретному пользователю. Доступ к защищенному объекту должен осуществляться исключительно после достоверной аутентификации, которую можно произвести только на основе уникальных признаков, присущих конкретному пользователю. Во всех иных случаях может быть произведена только идентификация, что не исключает несанкционированный доступ. Если идентификатор передан или известен другому пользователю, то он получает доступ к защищенному объекту. В случае биометрических СКУД, идентификация и аутентификация происходит одновременно, поскольку в качестве идентификатора выступают уникальные характеристика человека.

Каждый идентификатор характеризуются определенным уникальным двоичным кодом. В системе каждому коду ставится в соответствие информация о правах и привилегиях владельца идентификатора. Сейчас применяются следующие типы карт:

-   Бесконтактные радиочастотные (PROXIMITY) карты — наиболее перспективный в данный момент тип карт. Бесконтактные карточки срабатывают на расстоянии и не требуют четкого позиционирования, что обеспечивает их устойчивую работу и удобство использования, высокую пропускную способность. Считыватель генерирует электромагнитное излучение частотой 125 кГц и, при внесении карты в зону действия считывателя, это излучение через встроенную в карте антенну запитывает чип карты. Получив необходимую энергию для работы, карта пересылает на считыватель свой идентификационный номер на поднесущей частоте 62,5 кГц.

-   Магнитные карты — наиболее широко распространенный вариант. Существуют карты с низкокоэрцитивной и высококоэрцитивной магнитной полосой и с записью на разные дорожки.

-   Карты Виганда — названные по имени ученого, открывшего магнитный сплав, обладающий прямоугольной петлей гистерезиса. Внутри карты расположены отрезки проволоки из этого сплава, которые, при перемещении мимо них считывающей головки, позволяют считать информацию. Эти карты более долговечны, чем магнитные, но и более дорогие. Один из недостатков — то, что код в карту занесен при изготовлении раз и навсегда.

-   Штрих-кодовые карты — на карту наносится штриховой код. Существует более сложный вариант — штрих-код закрывается материалом, прозрачным только в инфракрасном свете, считывание происходит в ИК-области.

-   Ключ-брелок “Touch memory” — металлическая таблетка, внутри которой расположен чип ПЗУ. При касании таблетки считывателя, из памяти таблетки в контроллер пересылается уникальный код идентификатора.

Одна и та же карточка может открывать как одну дверь, так и служить «ключом» для нескольких дверей. Для временных сотрудников и посетителей оформляются временные или разовые «пропуска» — карточки с ограниченным сроком действия.

Считыватели (ридеры)

Рисунок 1.2 Считыватели

Устройство, предназначенное для считывания информации с идентификатора, и передачи этой информации в контроллер СКУД. В зависимости от принципов работы идентификатора меняется и технология считывания кода. Для «далласовской таблетки» это два электрических контакта, выполненных в виде лузы, для proximity карты это уже достаточно сложное электронное устройство, а для считывания, например, рисунка радужной оболочки глаза в состав считывателя входит миниатюрная телевизионная камера.

Считыватель, по определению, должен быть доступен снаружи помещения, проход в которое необходимо получить. Отсюда и комплекс требований. Если считыватель устанавливается на улице(въездные ворота, наружная дверь здания), то, как минимум, он должен выдерживать суровые климатические нагрузки -жару и холод, снег и дождь. А если прилегающая территория не находится под присмотром, то еще потребуется и дополнительная прочность для устойчивости против механических повреждений.

Самыми вандалостойкими могут быть сделаны считыватели бесконтактных карт. Если сплошной корпус из нержавеющей стали кажется вам недостаточно защищенным, вы можете замуровать считыватель в бетонную стену или поместить за слоем прочного пластика толщиной в пару сантиметров — при таком способе установки повредить считыватель без специального инструмента уже невозможно. А самому считывателю такая защита ничем не мешает.

Биометрические считыватели на сегодняшний день все еще очень дороги, поэтому их применение должно быть обосновано реальной необходимостью. Кроме того, им свойственны еще некоторые недостатки:

-   Сравнительно большое время идентификации — от десятых долей до единиц секунд. Для большого потока людей на заводской проходной это может оказаться неприемлемым.

-   Все они не рассчитаны на уличное применение.

-   Считыватели отпечатков пальцев вызывают у людей некоторый дискомфорт, хотя, по правде сказать, ни один из современных дактилоскопических считывателей не хранит сами отпечатки пальцев, а только некую их математическую модель, по которой отпечаток не восстанавливается.

-   Достоверность распознавания человека по биометрическим признакам еще ни один год будет отличаться от единицы, что также может создать определенные неудобства.

Контроллеры

Рисунок 2.3 Контроллер

Сердце СКУД. Устройство, предназначенное для обработки информации от считывателей идентификаторов, принятия решения, и управления исполнительными устройствами. По способу управления контроллеры СКУД делятся на три класса: автономные, централизованные (сетевые) и комбинированные. Это основная часть системы. Именно контроллер принимает решение, пропустить или нет человека в данную дверь. Контроллер хранит в своей памяти коды идентификаторов со списком прав каждого из них. Когда вы предъявляете идентификатор, считанный из него код сравнивается с хранящимся в памяти, на основании чего принимается решение о том, открыть дверь или ворота, либо не открывать.

Поскольку контроллер выполняет такие важные функции, его надо размещать в защищенном месте, как правило, внутри помещения, вход в которое он охраняет. Иначе не нужны никакие идентификаторы — злоумышленник найдет провода от электрозамка и откроет его, невзирая ни на какие «умственные способности» контроллера.

Контроллер для своей работы требует электропитания, поэтому очень важно, чтобы он мог работать даже в случае аварии электросети (а такую аварию может организовать и злоумышленник). Профессиональные контроллеры, как правило, имеют собственный аккумулятор, который поддерживает работоспособность контроллера от нескольких часов до нескольких суток. Если применяется совсем простой автономный контроллер без собственного блока питания, то лучше не запитывать его от обычного адаптера для электронных игрушек, включаемого в розетку, - есть смысл приобрести источник бесперебойного питания, специально для этого предназначенный.

Замки

Рисунок 2.4 Электронный замок

Если задача СКУД состоит в ограничении проходов через обычные двери, то исполнительным устройством будет электрически управляемый замок или защелка.

Защелки недороги, легко устанавливаются почти на все двери, а поскольку обычно ставятся в дверном косяке, то не требуют гибкой подводки питания к самой двери. По защищенности от взлома это наихудший из вариантов, поэтому рекомендуется использовать электрозащелки там, где вероятность взлома со стороны злоумышленника минимальна — обычно это двери внутри офиса. На ночь оборудованные электрозащелкой двери обычно запирают механическим ключом.

Следует отметить, что электрозащелки, как и другие типы замков, бывают открываемые напряжением (то есть дверь откроется при подаче напряжения питания на замок) и закрываемые напряжением. Последние открываются, как только с них снимается напряжение питания. По требованиям пожарного надзора, все двери, которые используются для выхода в случае пожара, должны оборудоваться запорными устройствами, запираемыми напряжением.

Электромагнитные замки также не являются идеальным вариантом запорного устройства, но тоже сравнительно недороги и в некоторых случаях очень удобны в установке. По возможности монтировать их лучше с внутренней стороны двери. Почти все они относятся к группе замков, запираемых напряжением, то есть пригодны для установки на путях эвакуации при пожаре.

Электромеханические замки бывают самых разных типов. Как правило, можно выбрать достаточно устойчивый к взлому замок (прочный механически, с мощным ригелем). Недостатки — это несколько более высокая цена (не считая простых и не очень надежных накладных замков производства Юго-Восточной Азии), а также необходимость гибкой подводки на саму дверь. Большинство из таких замков имеют механический перевзвод, то есть, если на замок подали открывающий импульс даже небольшой длительности, дверь будет в открытом состоянии до тех пор, пока ее не откроют и снова не закроют.

Турникеты

Рисунок 2.5 Турникеты

Такие устройства для разграничения прохода используют только на предприятиях. Турникеты бывают двух основных типов: поясные и полноростовые. Разница понятна из названия. Турникет при правильной настройке всей системы позволяет действительно пропустить по одной карте только одного человека. За счет этого, а также за счет высокой пропускной способности (на проход требуется минимум времени) они незаменимы на входе в крупное предприятие, где, к тому же, используется система учета рабочего времени.

Полноростовой турникет намного дороже поясного, но его нельзя перепрыгнуть, что и определяет область применения. В настоящее время на рынке имеются не только импортные, но и отечественные турникеты, выдерживающие серьезные нагрузки по «трафику» в течение длительного времени. Поскольку устройство это очень не дешевое, стоит присмотреться к турникетам российского производства.

Другие виды заграждающих устройств.

Шлюзовые кабины. Экзотическая вещь, используемая в банках и на других предприятиях с усиленными требованиями по безопасности. Выбирая кабину, стоит выяснить, в состоянии ли она работать с используемой СКУД — это требование выполняется далеко не всегда, так как шлюзовые кабины снабжаются автономными микропроцессорными блоками управления и не всегда имеют входы и выходы для сопряжения со стандартными контроллерами СКУД.

Ворота и шлагбаумы. Чаще всего используются на въездах на предприятие и на автомобильных парковках. Основное требование — устойчивость к нашим климатическим условиям и возможность управления от контроллера СКУД.

К системам доступа могут предлагать много разных «наворотов», полезность которых иногда вызывает сомнение. Например, если вам предлагают для серьезной СКУД предприятия купить GSM модуль, который пошлет SMS по любому из запрограммированных телефонных номеров, то подумайте, прежде чем согласиться. Такие СКУД обычно обслуживаются круглосуточной охраной, и GSM модем не повысит надежность охраны. В то же время для загородного дома такая недешевая вещь может оказаться весьма полезной.

Не кажется правильным для сетевой СКУД возможность управления ею через Интернет. Это модно, но, как взламывают через «всемирную паутину» обычные компьютеры, так же вскроют и вашу систему безопасности.

Автономные системы

Автономные системы дешевле, проще в эксплуатации (часто установка и настройка такой системы доступна даже не очень подготовленному человеку), а по эффективности иногда ничуть и не хуже. Автономные системы отличаютя от сетевых тем что они не умеют создавать отчеты по событиям, передавать информацию о событиях на другой этаж, и управляться дистанционно.

При этом автономные системы не требуют прокладки сотен метров кабеля, устройств сопряжения с компьютером, да и самого компьютера тоже. Это все прямая экономия денег, сил и времени при установке системы.

А по устойчивости к взлому «автономники» ничуть не уступают сетевым системам, поскольку элементы, за это отвечающие — идентификаторы, считыватели, запорные устройства — в обоих случаях могут использоваться одни и те же. Конечно же, есть некоторые исключения. При выборе автономной системы с высокими требованиями по устойчивости к взлому следует обратить внимание на следующие вещи:

-   Считыватель должен быть отделен от контроллера, чтобы снаружи цепи, по которым возможно открывание замка, были недоступны.

-   Контроллер должен иметь резервный источник питания на случай временного пропадания сети или умышленного ее отключения.

-   Считыватель предпочтительно использовать в вандалозащищенном исполнении.

-   И, естественно — надежное запирающее устройство.

Некоторые автономные системы имеют функции копирования базы данных ключей. Это может оказаться полезным, если у вас несколько дверей, в которые ходят одни и те же люди при численности, близкой к сотне или более. Также при большом количестве пользователей рекомендуется использование контроллера, имеющего развитую индикацию (например, жидкокристаллический дисплей), поскольку управление таким устройством намного нагляднее и удобнее. Разница в цене по сравнению с контроллером, имеющим только светодиодную и/или звуковую индикацию, с лихвой окупится в процессе эксплуатации.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8