سیستم های امنیتی و مشکلات آنها

بسیاری از مردم خانه را به عنوان امن ترین محل برای زندگی و حفاظت از دارایی های خود میپندارند. اما همواره تهدیداتی همچون سرقت، آتش سوزی و یا آسیب های مالی و جانی در کمین خانواده ها است. معمولا بیشتر افراد سعی میکنند با استفاده از انواع مختلفی از سیستم های امنیتی محل زندگی خود را ایمن تر کرده و حس امنیت را برای خود و خانواده شان فراهم کنند. یکی از راه های سنتی که بسیاری از افراد از آن استفاده میکنند، دوربین های مداربسته یا CCTV ها هستند. بر اساس تعریف ارائه شده توسط دانشنامه ویکیپدیا دوربین های مدار بسته یا CCTV ها شامل مجموعه ای از دوربین ها و تجهیزات امنیتی میشوند که اقدام به تصویربرداری و انتقال اطلاعات از طریق ارسال سیگنال به محل هایی مشخص میکنند. و دوربین های مداربسته بر اساس عملکرد و ویژگی های آن به دو دسته دیجیتال و آنالوگ تقسیم بندی میشوند. اما دوربین های مداربسته بطور کلی دو مشکل عمده دارند.

  1. عدم ارسال پیام هشدار یا اخطار: یکی از مشکلات عمده دوربین های مداربسته این است که وقتی دوربین ها فعال شده و شروع به ضبط مورد مشکوک میکنند هیچ نوع پیام هشدار یا اطلاعی برای کاربر سیستم امنیتی ارسال نمیشود. بنابراین زمانی که کاربران در محل حضور ندارند کاملا از وضعیت سیستم و اتفاقات محل بی اطلاع هستند.
  2. ضبط مداوم: یکی دیگر از مشکلات دوربین های مداربسته این است که بسیاری از آنها حتی زمانی که هیچگونه اتفاق مشکوکی در محل رخ نداده است اقدام به تصویربرداری میکنند. بسیاری از دوربین های مداربسته این قابلیت را ندارند که تفاوت اتفاقات مشکوک را از عادی تشخیص داده و در موارد ضروری اقدام به تصویربرداری کنند. تصویربرداری و ضبط مداوم اتفاقات موجب کاهش بهره وری سیستم، کاهش طول عمر آن، افزایش مصرف انرژی و افزایش حجم اطلاعات بدون کاربرد در حافظه سیستم خواهد شد.

استفاده از تکنولوژی اینترنت اشیاء به منظور بهبود عملکرد سیستم های امنیتی و برطرف کردن مشکلات آنها

تکنولوژی اینترنت اشیا (IoT) به کمک سیستم های امنیتی آمده و عملکرد آنها را بصورت قابل توجهی بهبود می بخشد. تکنولوژی اینترنت اشیا شبکه ای از تجهیزات الکترونیکی بهم متصل شده است که میتواند اطلاعات را بدون دخالت یا حداقل مداخله انسانی بین اجزاء مختلف سیستم و یا با سیستم مرکزی رد و بدل کند. این تکنولوژی یکی از زیرساخت های اصلی شهرهای هوشمند (Smart City) در آینده محسوب میشود. از این تکنولوژی بصورت گسترده ای میتوان در حیطه سلامت و بهداشت، آموزش، حمل و نقل، پتروشیمی و نفت و گاز، روشنایی های شهری و بزرگراه ها استفاده کرد. اما در حوزه سیستم های امنیتی و دوربین های مداربسته تکنولوژی اینترنت اشیا تاثیرات گسترده ای داشته است. این تکنولوژی قابلیت استفاده در انواع مختلفی از سنسورهای امنیتی مانند سنسور حرکتی مادون قرمز منفعلانه (PIR)، سنسورهای باز و بسته شدن در و پنجره، سنسورهای شکستن شیشه (glass break detector) و سایر انواع حسگرها را دارد. این تکنولوژی این امکان را برای کاربران فراهم میکند تا بتوانند در زمان فعال شدن سیستم و سنسورها پیام هشدار دریافت کنند. همچنین این تکنولوژی این امکان را فراهم میکند که موقعیت های مشکوک از عادی توسط سیستم متمایز شده و تشخیص داده شوند. در این روش سیستم مبتنی بر اینترنت اشیا حضور مزاحم و رفتار مشکوک در محیط را از روش های مختلفی مانند تمایز حرکتی یا تمایز اشیا تعیین خواهد کرد.

فرآیند تشخیص مزاحم و ارسال پیام هشدار در سیستم امنیتی مبتنی بر اینترنت اشیاء

فرآیند تشخیص مزاحم در محل و ارسال پیام هشدار توسط سیستم امنیتی مجهز به اینترنت اشیا روال مشخصی دارد. در ابتدا حرکات مشخص و غیرعادی توسط سنسورهای حرکتی مادون قرمز (PIR) تشخیص داده میشود. در مرحله بعد تصاویر توسط دوربین های مداربسته ضبط شده و در ادامه سیستم با استفاده از الگوریتم های هیستوگرام درجه شیب (HOG) یا ماشین بردار پشتیبانی (SVM) تصاویر را شناسایی میکند. تصاویر مشخص شده با پیش فرضهای سیستم مقایسه شده و وضعیت مشکوک از عادی متمایز میشود و در صورت نیاز پیام هشدار برای کاربر ارسال خواهد شد.  بنابراین در فرآیند طراحی سیستم امنیتی مبتنی بر اینترنت اشیا از سنسورهای PIR و الگوریتم های HOG و SVM استفاده خواهد شد. باید توجه داشت که برای بهبود عملکرد سیستم از بردهای الکترونیکی Arduino و Raspberry Pi 3 نیز استفاده میشود. چرا که برد Raspberry Pi 3 قابلیت تفکیک تصاویر با حداقل میزان مصرف انرژی را داشته و برد Arduino یک وسیله بسیار مناسب برای همگام سازی اجزای مختلف سیستم امنیتی در محل مورد نظر قلمداد میشود.

طراحی محیطی سیستم امنیتی مبتنی بر اینترنت اشیاء

طراحی محیطی یک سیستم امنیتی هوشمند نیازمند شناسایی تمامی سناریوهای ممکن برای ورود مزاحمان و چگونگی فعالسازی سیستم هشدار است. بر اساس شکل 1. فرض میکنیم که فرد مزاحم از در ورودی اصلی وارد محل میشود. بنابراین سنسور PIR در این محل نصب خواهد شد. بعد از فعال شدن سنسور، پیام هشدار از طریق برد های الکترونیکی Arduino و Raspberry Pi 3 به دوربین ها ارسال میشود. دوربین ها فعال شده و شروع به فیلمبرداری و ضبط تصاویر میکنند و این تصاویر در حافظه سیستم ذخیره میشوند. مشخصات حرکتی مربوط به فرد مزاحم که در تصاویر ضبط شده است از طریق الگوریتم HOG استخراج شده و الگوریتم SVM این مشخصات را دسته بندی میکند. در نهایت الگوریتم SVM مشخصات فرد مزاحم را با دیتا بیس موجود در سیستم مقایسه کرده و در صورت مغایرت پیام فعالسازی هشدار را به سیستم مرکزی ارسال خواهد کرد.

سیستم امنیتی مبتنی بر اینترنت اشیاء

طراحی سخت افزاری سیستم امنیتی مبتنی بر اینترنت اشیاء

در مورد طراحی سخت افزاری سیستم امنیتی مبتنی بر اینترنت اشیاء نیز لازم است که کاربران از مشخصات قطعات این سیستم آگاهی داشته باشند. مشخصات سخت افزاری اجزاء مختلف سیستم امنیتی به شرح زیر میباشد.

  1. سنسور PIR: از نوع سنسورهای تشخیص حرکت
  2. برد Arduino: برد های مخصوص از نوع Arduino Uno
  3. دوربین ها: استفاده از دوربین های وب کم با پورت USB 2.0 مدل Logitech c525 برای گرفتن تصاویر
  4. برد Raspberry Pi: استفاده از برد Raspberry Pi مدل Model B با پردازنده Cortex-A53 1.2 GHz و 1 گیگ رم و شبکه وای فای با مشخصات 11n wireless
  5. بازر (Buzzer): بازر منفعل برای هشدار

در این مقاله مشخصات و فرآیند طراحی یک سیستم امنیتی مبتنی بر اینترنت اشیاء را بیان کردیم. این سیستم امنیتی نسبت به مدل های قدیمی تر قابلیت های زیادی دارد که از جمله آن میتوان به توانایی تشخیص موقعیت با استفاده از الگوریتم های HOG و SVM و توانایی هشدار به کاربر در مواقع اضطراری با استفاده از بازر (Buzzer) اشاره کرد. بر اساس مطالعات انجام گرفته بر روی دقت و عملکرد سیستم امنیتی مبتنی بر اینترنت اشیاء باید گفت که این نوع از سیستم امنیتی قابلیت شناسایی افراد مزاحم با دقت 89% را داشته و میتواند در کمتر از 1 ثانیه فرد مزاحم را شناسایی کرده و پیام هشدار را به سیستم مرکزی ارسال کند.