Дипломная работа: Подсистема шифрования системы условного доступа

Разрабатываемое устройство выполнено на современной элементной базе, что обеспечивает модему надежность в работе и длительный срок службы. В конструкции нет блоков вредно влияющих на окружающую среду. Возникающие при работе электромагнитные поля незначительны и не несут пагубного действия.

Защита окружающей среды - это комплексная проблема, требующая усилий специалистов многих направлений науки. Наиболее активной формой защиты является полный переход к безотходным и малоотходным технологиям и производствам.

5.5 Выводы по разделу

Разрабатываемое устройство не оказывает значительных физических, биологических или психофизиологических воздействий на окружающую среду. Основным негативным явлением при изготовлении и эксплуатации данного устройства является опасность поражения электрическим током.

Таким образом, при правильной сборке и эксплуатации, устройство имеет довольно длительный срок службы и является почти экологически чистым, за исключением некоторых этапов сборки. Проектируемое устройство полностью отвечает современным требованиям экологичности.

6. Организационно-экономический раздел

6.1 Обоснование необходимости и актуальности разработки системы

Значительной долей инженерных разработок в условиях современной России является использование схем с программируемой структурой для создания требуемых устройств цифровой обработки сигналов. Последние годы характеризуются резким ростом плотности упаковки элементов на кристалле, ведущие производители выпускают ПЛИС с эквивалентной емкостью более 1 миллиона логических вентилей. Цены на ПЛИС неуклонно падают.

Современные алгоритмы обработки сигналов функционально можно разделить на следующие основные классы.

1. Алгоритмы цифровой фильтрации (в т.ч. алгоритмы нелинейной, оптимальной, адаптивной фильтрации, эвристические алгоритмы, полиноминальные фильтры, алгоритмы фильтрации изображений и др.).

2. Алгоритмы, основанные на применении ортогональных преобразований (быстрые преобразования Фурье, Хартли, Уолша, Адамара, преобразование Карунена - Лоэва и др.).

3. Алгоритмы, реализующие кодирование и декодирование, модуляторы и демодуляторы, в том числе сложных сигналов (псевдослучайных, хаотических и др.).

4. Алгоритмы интерфейсов и стандартных протоколов обмена и передачи данных.

Основными преимуществами ПЛИС при применении в средствах обработки сигналов являются:

- высокое быстродействие;

- возможность реализации сложных параллельных алгоритмов;

- наличие средств САПР, позволяющих провести полное моделирование системы;

- возможность программирования или изменения конфигурации непосредственно в системе;

- совместимость при переводе алгоритмов на уровне языков описания аппаратуры (VHDL, Verilog и др.);

- совместимость по уровням и возможность реализации стандартного интерфейса;

- наличие библиотек мегафункций, описывающих сложные алгоритмы;

- архитектурные особенности ПЛИС как нельзя лучше приспособлены для реализации таких операций, как умножение, свертка и т.п.

В настоящее время быстродействие ПЛИС достигло величин порядка 400 МГц, что позволяет реализовывать многие алгоритмы в радиодиапазоне.

В этой связи возникает необходимость в обучении студентов современным методам построения цифровых устройств на основе ПЛИС. Применение перепрограммируемых микросхем может принести большую пользу при обучении на кафедре.

С другой стороны, студенческие проекты требуют большой доработки исходных вариантов. На традиционных средствах (макетах) эту работу выполнить сложно из-за трудоемкости и дороговизны. Применение макетов на основе ПЛИС существенно упрощает ситуацию.

В настоящее время производители ПЛИС, а также сторонние инженерные организации выпускают так называемые отладочные комплекты, состоящие из платы с микросхемой программируемой логики (класса FPGA или CPLD) и различных внешних связей и интерфейса с персональным компьютером . C помощью таких отладочных комплексов осуществляется прототипирование различных цифровых устройств. Очевидно, что данное аппаратное обеспечение, целесообразно использовать в процессе обучения.

Необходимо отметить, что описанный в настоящей пояснительной записке вариант построения макета является универсальным, так как интерфейсную плату (пакетный контроллер) можно использовать без внешнего радиомодема в качестве базы для отработки высокоскоростных алгоритмов шифрования, модулей цифровой фильтрации и ортогональных преобразований. Можно использовать одно устройство в качестве источника высокоскоростного цифрового сигнала, а второе в качестве приемника и соответствующей обработки.

Описанные выше соображения позволяют сделать вывод об актуальности построения лабораторного стенда для учебных целей кафедры и создания на его основе комплекса лабораторных работ по следующим дисциплинам: цифровая схемотехника, цифровая обработка сигналов, передача дискретных сообщений, криптография, аппаратно программные комплексы, системы автоматического проектирования цифровых устройств.

Так как в дипломном проекте разрабатывался пакетный контроллер, то соответственно расчет себестоимости разработки будем производить без учета модуля радиомодема, тем более, как было сказано выше, интерфейсная плата является самостоятельным устройством.

6.2 Технические характеристики разрабатываемого устройства

В качестве макета с конфигурируемой структурой была выбрана система цифровой связи, которая включает в себя алгоритмы кодирования и декодирования, модуляции и демодуляции, шифрования и дешифрования, алгоритмы интерфейсов и стандартных протоколов обмена и передачи данных. Отработка реализации алгоритмов цифровой фильтрации и ортогональных преобразований также без труда может быть реализована в данной системе.

Представим основные технические характеристики и параметры разрабатываемого устройства в таблице 6.1.

Таблица 6.1. - Технические характеристики и параметры разрабатываемого устройства

6.3 Обоснование выбора аналога для сравнения

Передача данных по радиоканалу во многих случаях надежнее и дешевле, чем передача по коммутируемым или арендованным каналам, и особенно по каналам сотовых сетей связи. В ситуациях, характеризующихся отсутствием развитой инфраструктуры связи, использование радиосредств для передачи данных часто является единственно разумным вариантом организации связи. Сеть передачи данных с использованием радиомодемов может быть оперативно развернута практически в любом географическом регионе. В зависимости от используемых приемопередатчиков (радиостанций) такая сеть может обслуживать своих абонентов в зоне радиусом от единиц до десятков и даже сотен километров. Огромную практическую ценность радиомодемы имеют там, где необходима передача небольших объемов информации (документов, справок, анкет, телеметрии, ответов на запросы к базам данных и т.п.).

Радиомодемы часто называют пакетными контроллерами (TNC -- Terminal Node Controller) по причине того, что в их состав входит специализированный контроллер, реализующий функции обмена данными с компьютером, управления процедурами форматирования кадров и доступа к общему радиоканалу в соответствии с реализованным методом множественного доступа. Рассматриваемые здесь радиомодемы во многом похожи на интеллектуальные модемы для телефонных каналов КТСОП. Главное же их отличие в том, что радиомодемы ориентированы для работы в едином радиоканале со многими пользователями (в канале множественного доступа), а не в канале типа "точка-точка".

В таблице 6.2 приведена сравнительная характеристика проектируемого устройства с пакетным радиомодемом РК-900.

Таблица 6.2. - Сравнительная характеристика пакетного радиомодема РК-900 и проектируемого устройства

Как видно из таблицы проектируемое устройство обладает более лучшими характеристиками, чем его промышленные аналоги.

6.4 Обоснование выбора критериев сравнения разрабатываемого устройства с аналогом

При сопоставлении аналога и разработки необходимо выбрать наиболее важные и значимые критерии с позиции конечного потребителя.

Они должны быть с одной стороны значимыми и характеризовать аналог и разработку, с другой стороны должны иметь количественную оценку и с третей стороны должны быть некоррелируемыми.

Исходя из назначения разработки - передача конфиденциальной информации, наиболее важными и значимыми параметрами являются: быстродействие и конфиденциальность. Высокое быстродействие позволяет решать указанные задачи в режиме реального времени, а конфиденциальность обеспечивает надёжность передаваемых данных. Эти параметры являются значимыми, имеют количественную оценку и независимы.

Важным параметром в сопоставлении является такая обобщенная характеристика радиоэлектронной аппаратуры как надежность. Этот параметр определяется временем наработки на отказ и должен соответствовать требованиям области применения. Третий критерий для проведения сравнения имеет количественную оценку и независим.

Важными критериями сравнения могут стать весогабаритные параметры. Эти параметры имеют количественную оценку: масса, габариты.

Из качественных параметров следует отметить такие, как: удобство пользования и оперативность получения результата.

С учётом выбранной в пункте 6.3 базы для сравнения критерии для сравнения с предлагаемой разработкой будут следующие (таблица 6.3).

Таблица 6.3. - Перечень критериев для сравнения разработки и аналога

6.5 Расчет затрат на эскизное проектирование

Смета основной заработной платы (и материальных затрат) на эскизное проектирование, представлены в таблице 6.4. Трудоемкость работ определена экспертным путем.

Таблица 6.4. - Сметы основной заработной платы (и материальных затрат) на проектирование лабораторного стенда.