Стандарты транкинговой связи. IDEN - интегрированная система мобильной связи. Основные стандарты транкинговых коммуникаций
Раздел 4 Мобильные системы транкинговой связи
Лекция № 23
Что же такое «транк»? Давайте попробуем разобраться, что скрывается за этим «модным» словом? Вот какой перевод дает «Англо-русский словарь по радиоэлектронике» 1987 года издания:
Trunk (транк) – соединительная линия; магистральная линия связи; канал связи
Trunking (транкинг) – группообразование
Электронный словарь «PROMT» 1999 года более «образован»:
Trunking – предоставление свободных каналов
Trunked radio system – радиосистема с автоматическим перераспределением каналов
Как видно из перевода ничего особенного за словом «транк» не кроется. Всего-навсего «автоматическое предоставление канала».
Транковые принципы используются уже свыше 70 лет в телефонии. Любая автоматическая телефонная станция, мини АТС, сотовая связь использует в основе своей работы транкинг. Все мы практически ежедневно используем транкинг. Хотя не многие из нас догадываются о том, что когда мы поднимаем трубку телефона и набираем номер... мы используем транкинг. Ведь было бы непозволительной роскошью выделять каждому телефонному абоненту отдельную линию, особенно междугороднюю. Всем нам для проведения беседы выделяется линия только на время сеанса связи. В остальное время (свободное от наших бесед) по ней обслуживаются другие пользователи.
Представьте себе ситуацию, когда жители, предположим, одного из районов Ташкента одновременно решили бы позвонить своим друзьям. Что бы произошло в этом случае? А ничего. Они просто не смогли бы это сделать, так как количество телефонных линий (между АТС) ограничено и одновременно может проводить сеансы связи вполне определенное количество абонентов (сколько конкретно – это тема отдельного разговора).
А теперь представьте себе, что все телефонные аппараты заменены на радиостанции, а проводные линии на радиочастотные каналы. Как Вы уже наверняка догадались, мы получили транк – систему радиосвязи с автоматическим предоставлением свободного канала.
НЕСКОЛЬКО ПОЯСНЕНИЙ
Транковые системы НЕ регламентируют:
выход в телефонную сеть;
использование дуплекса («говорю и слушаю» одновременно, как в телефонии);
громадную дальность;
высочайший сервис;
бесплатный доступ;
и много чего еще...
Они просто позволяют Вам общаться друг с другом, не задумываясь о технических тонкостях и физических проблемах. Вы разговариваете – оборудование работает. Работает для того, чтобы Вы могли разговаривать.
Более научно – суть транковой связи состоит в том, что абонент не закрепляется за определенным каналом, а имеет равный доступ ко всем каналам в системе. А какой использовать для сеанса связи, решает специальное управляющее оборудование. При запросе абонента система автоматически предоставляет абоненту свободный канал.
О ТЕРМИНОЛОГИИ
В российских изданиях устоялись слова «транкинг» и «транкинговые системы». Оставим эти обороты на совести переводчиков и лингвистов. На наш взгляд слова «транк» и «транковые системы» более благозвучны в произношении и проще в написании. Как правило, их использование не вызывает неоднозначного понимания. Поэтому в дальнейшем мы, в основном, будем пользоваться «нашими» формулировками.
МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ
Десять соображений для охлаждения пыла оптимистов и поднятия духа пессимистов относительно «чудес» транковой связи:
Транк не чудо, а процесс развития средств радиосвязи.
Транк не заменяет сотовый телефон, не заменяет пейджер... транк вообще ничего не заменяет, а дополняет.
Транковая, значит: удобная, гибкая, расширяемая, универсальная, надежная, сложная, дорогая...
Транковые системы служат для связи между радиостанциями и еще раз радиостанциями, а не между радиостанциями и телефонными линиями.
Транковые системы могут много, но далеко не все.
Транковых систем много, а какую выбрать – зависит от задач.
Если транковая система не решает поставленную задачу, значит это неверная задача.
Если Вы не смогли выбрать подходящую транковую систему, значит транковая система Вам не нужна.
Поставщиков много, а денег мало – не платите дважды.
Не льстите себе! Доверьте выбор специалистам.
А если серьезно, то в чем же достоинства транковых систем по сравнению с традиционными, так называемыми, «обычными» сетями связи, с сотовой телефонией, с системами персонального радиовызова (пейджинг)?
Однозначно ответить на этот вопрос довольно сложно. Как и у любых систем здесь имеются как достоинства, так и недостатки.
Пожалуй, главным достоинством транковых систем является возможность интеграции разных служб с различными потребностями в рамках одной сети с минимальными (по сравнению с другими радиосистемами) материальными затратами.
ПРЕИМУЩЕСТВА ТРАНКОВЫХ СЕТЕЙ
По сравнению с сотовыми системами:
возможность связи одновременно с несколькими абонентами (групповые вызовы);
высокая оперативность установления соединения (0,2–1 сек);
организация очередей к ресурсам системы при занятости и автоматическое соединение после появления возможности доступа;
доступ к системе исходя из установленных приоритетов и экстренное предоставление канала связи абоненту с более высоким приоритетом;
меньшие затраты на развертывание и эксплуатацию систем.
По сравнению с «обычными» системами радиосвязи:
экономия частотных ресурсов;
более высокий уровень сервиса – индивидуальные вызовы, приоритеты, интеграция с другими сетями;
возможность передачи цифровых данных;
покрытие связью больших площадей благодаря многозоновой конфигурации.
По сравнению с сетями персонального радиовызова (пейджинг):
двухсторонняя связь;
возможность передачи коротких сообщений (аналогичных пейджинговым) по транковым каналам, с использованием имеющегося оборудования.
Это далеко не полный перечень имеющихся достоинств. И все же транк не является панацеей от всех бед. Наряду с транковыми системами имеется ряд пользователей, которым по разным причинам необходим сотовый телефон, кому-то достаточно пейджера, а ряд пользователей обходится (и будет обходиться) «обычными» системами связи.
Надо четко представлять, что транк не является универсальным решением всего множества задач радиосвязи. В любом, даже самом «транковом» государстве все равно остается ряд проблем, которые решаются другими системами связи, не имеющими ничего общего с транковыми.
К недостаткам транковых систем следует отнести:
низкую рентабельность при малом количестве абонентов;
относительно высокую стоимость оборудования (по сравнению с «обычными» системами радиосвязи);
потребность в линиях межзоновой связи (проводных, радиочастотных, радиорелейных, оптоволоконных) и, как следствие, усложнение и удорожание развертывания*;
потребность в профессиональном сервисном обслуживании.
* Нелишне заметить, что для охвата больших территорий большинство систем радиосвязи требуют многозоновой реализации и, естественно, линий межзоновой связи.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНКОВЫХ СИСТЕМ
Транкинговые системы можно классифицировать по многим признакам, например, по формату передаваемых данных (аналоговые, цифровые), по типам протоколов (LTR, MPT 1327, SmarTrunk II), по количеству обслуживаемых зон (одно- или многозоновые), по методам представления радиоканала («транкинг передач» или «транкинг сообщений»), по способам управления базовыми станциями (централизованное или распределенное), по типам каналов управления (выделенный или распределенный), и т.д.
Мы не будем останавливаться на подробной классификации транковых систем, тем более что в этой области не существует единой и общепринятой методики. Мы попытаемся охарактеризовать современные транковые системы, описать их возможности, отметить наиболее важные моменты, на которые стоит обратить внимание при выборе.
Архитектура транкинговых систем
Транкинговыми системами называются радиально-зоновые системы наземной подвижной радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов между абонентами. Это достаточно общее определение, но оно содержит совокупность признаков, объединяющих все транкинговые системы, от простейших SmarTrunk до современных TETRA. Термин "транкинг" происходит от английского Trunking, что можно перевести как "объединение в пучок".
Однозоновые системы
Рисунок 67 Структурная схема однозоновой транкинговой системы
Основные архитектурные принципы транкинговых систем легко просматриваются на обобщенной структурной схеме однозоновой транкинговой системы, представленной на рис. 67. Инфраструктура транкинговой системы представлена базовой станцией (БС), в состав которой, помимо радиочастотного оборудования (ретрансляторы, устройство объединения радиосигналов, антенны), входят также коммутатор, устройство управления и интерфейсы различных внешних сетей.
Ретранслятор. Ретранслятор (РТ) - набор приемопередающего оборудования, обслуживающего одну пару несущих частот. До последнего времени в подавляющем большинстве ТСС одна пара несущих означала один канал трафика (КТ). В настоящее время, с появлением систем стандарта TETRA и системы EDACS ProtoCALL, предусматривающих временное уплотнение, один РТ может обеспечить два или четыре КТ.
Антенны. Важнейший принцип построения транкинговых систем заключается в том, чтобы создавать зоны радиопокрытия настолько большими, насколько это возможно. Поэтому антенны базовой станции, как правило, размещаются на высоких мачтах или сооружениях и имеют круговую диаграмму направленности. Разумеется, при расположении базовой станции на краю зоны применяются направленные антенны. Базовая станция может располагать как единой приемопередающей антенной, так и раздельными антеннами для приема и передачи. В некоторых случаях на одной мачте могут размещаться несколько приемных антенн для борьбы с замираниями, вызванными многолучевым распространением.
Устройство объединения радиосигналов позволяет использовать одно и то же антенное оборудование для одновременной работы приемников и передатчиков на нескольких частотных каналах. Ретрансляторы транкинговых систем работают только в дуплексном режиме, причем разнос частот приема и передачи (дуплексный разнос) в зависимости от рабочего диапазона составляет от 3 МГц до 45 МГц.
Коммутатор в однозоновой транкинговой системе обслуживает весь ее трафик, включая соединение подвижных абонентов с телефонной сетью общего пользования (ТФОП) и все вызовы, связанные с передачей данных.
Устройство управления обеспечивает взаимодействие всех узлов базовой станции. Оно также обрабатывает вызовы, осуществляет аутентификацию вызывающих абонентов (проверку "свой-чужой"), ведение очередей вызовов и внесение записей в базы данных повременной оплаты. В некоторых системах управляющее устройство регулирует максимально допустимую продолжительность соединения с телефонной сетью. Как правило, используются два варианта регулирования: уменьшение продолжительности соединений в заранее заданные часы наибольшей нагрузки, или адаптивное изменение продолжительности соединения в зависимости от текущей нагрузки.
Интерфейс ТФОП реализуется в транкинговых системах различными способами. В недорогих системах (например, SmarTrunk) подключение может производиться по двухпроводным коммутируемым линиям. Более современные ТСС имеют в составе интерфейса к ТфОП аппаратуру прямого набора номера DID (Direct Inward Dialing), обеспечивающую доступ к абонентам транкинговой сети с использованием стандартной нумерации АТС. Ряд систем использует цифровое ИКМ-соединение с аппаратурой АТС.
Одной из основных проблем при регистрации и использовании транкинговых систем в России является проблема их сопряжения с ТфОП. При исходящих вызовах транкинговых абонентов в телефонную сеть сложность заключается в том, что некоторые транкинговые системы не могут набирать номер в декадном режиме по абонентским линиям в электромеханических АТС. Таким образом, необходимо использовать дополнительное устройство преобразования тонального набора в декадный.
Входящая связь от абонентов ТфОП к радиоабонентам оказывается также проблематичной но ряду причин. Большинство транкинговых сетей сопрягаются с телефонной сетью по двухпроводным абонентским линиям или линиям типа Е&М. В этом случае после набора номера ТфОП требуется донабор номера радиоабонента. Однако после полного набора номера абонентской липни и замыкания шлейфа управляющим устройством транкинговой системы телефонное соединение считается установленным, и дальнейший набор номера в импульсном режиме затруднен, а в некоторых случаях невозможен. Применяемый в системе SmarTrunk II детектор "щелчков" не гарантирует правильности импульсного донабора, так как качество приходящих из абонентской линии "импульсов-щелчков" зависит от ее электрических характеристик, длины и т.д.
Для выхода из сложившейся ситуации в лаборатории фирмы ИВП вместе со специалистами компании ELTA-R был разработан телефонный интерфейс (ТИ) ELTA 200 для сопряжения транкинговых систем связи разных типов с ТфОП. Такой интерфейс позволяет сопрягать транкинговые системы связи и ТфОП по цифровым каналам (2,048 Мбит с), трехпроводным соединительным линиям с декадным набором номера, а также по четырехпроводным каналам ТЧ с системами сигнализации различных типов при сопряжении с ведомственными телефонными сетями.
Соединение с ТфОП является традиционным для ТСС, но в последнее время все более возрастает число приложений, предполагающих ПД, в связи с чем наличие интерфейса к СКП также становится обязательным.
Терминал технического обслуживания и эксплуатации (терминал ТОЭ) располагается, как правило, на базовой станции однозоновой сети. Терминал предназначен для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, учета тарификационной информации, внесения изменений в базу данных абонентов. Подавляющее большинство выпускаемых и разрабатываемых транкинговых систем имеют возможность удаленного подключения терминала ТОЭ через ТФОП или СКП.
Диспетчерский пульт. Необязательными, но очень характерными элементами инфраструктуры транкинговой системы являются диспетчерские пульты. Дело в том, что транкинговые системы используются в первую очередь теми потребителями, чья работа не обходится без диспетчера. Это службы охраны правопорядка, скорая медицинская помощь, пожарная охрана, транспортные компании, муниципальные службы.
Диспетчерские пульты могут включаться в систему по абонентским радиоканалам, или подключаться по выделенным линиям непосредственно к коммутатору базовой станции. Следует отметить, что в рамках одной транкинговой системы может быть организовано несколько независимых сетей связи, каждая из которых может иметь свой диспетчерский пульт. Пользователи каждой из таких сетей не будут замечать работы соседей, и что не менее важно, не смогут вмешиваться в работу других сетей.
Абонентское оборудование транкинговых систем включает в себя широкий набор устройств. Как правило, наиболее многочисленными являются полудуплексные радиостанции, т.к. именно они в наибольшей степени подходят для работы в замкнутых группах. В большинстве своем это радиостанции с ограниченным числом функций, не имеющие цифровой клавиатуры. Их пользователи, как правило, имеют возможность связываться лишь с абонентами внутри своей рабочей группы, а также посылать экстренные вызовы диспетчеру. Впрочем, этого вполне достаточно для большинства потребителей услуг связи транкинговых систем. Выпускаются и полудуплексные радиостанции с широким набором функций и цифровой клавиатурой, но они, будучи несколько дороже, предназначены для более узкого привилегированного круга абонентов.
В транкинговых системах, особенно рассчитанных на коммерческое использование, применяются также дуплексные радиостанции, скорее напоминающие сотовые телефоны, но обладающие значительно большей функциональностью по сравнению с последними. Дуплексные радиостанции транкинговых систем обеспечивают пользователям полноценное соединение с ТФОП. Что же касается групповой работы в радиосети, то она производится в полудуплексном режиме. В корпоративных транкинговых сетях дуплексные радиостанции применяются в первую очередь для персонала высшего звена управления.
Как полудуплексные, так и дуплексные транкинговые радиостанции выпускаются не только в портативном, но и в автомобильном исполнении. Как правило, выходная мощность передатчиков автомобильных радиостанций в 3-5 раз выше, чем у портативных радиостанций.
Относительно новым классом устройств для транкинговых систем являются терминалы передачи данных. В аналоговых транкинговых системах терминалы передачи данных - это специализированные радиомодемы, поддерживающие соответствующий протокол радиоинтерфейса. Для цифровых систем более характерно встраивание интерфейса передачи данных в абонентские радиостанции различных классов. В состав автомобильного терминала передачи данных иногда включают и спутниковый навигационный приемник системы GPS (Global Positioning System), предназначенный для определения текущих координат и последующей передачи их диспетчеру на пульт.
В транкинговых системах используются также стационарные радиостанции, преимущественно для подключения диспетчерских пультов. Выходная мощность передатчиков стационарных радиостанций приблизительно такая же, как у автомобильных радиостанций.
Многозоновые системы
Ранние стандарты транкинговых систем не предусматривали каких-либо механизмов взаимодействия различных зон обслуживания. Между тем, требования потребителей значительно возросли, и хотя оборудование для однозоновых систем до сих пор производится и успешно продается, все вновь разрабатываемые транкинговые системы и стандарты являются многозоновыми.
Архитектура многозоновых транкинговых систем может строиться по двум различным принципам. В том случае, если определяющим фактором является стоимость оборудования, используется распределенная межзональная коммутация. Структура такой системы показана на рис. 2. Каждая базовая станция в такой системе имеет свое собственное подключение к ТФОП. Этого уже вполне достаточно для организации многозоновой системы - при необходимости вызова из одной зоны в другую он производится через интерфейс ТФОП, включая процедуру набора телефонного номера. Кроме того, базовые станции могут быть непосредственно соединены с помощью физических выделенных линий связи (чаще всего используются малоканальные радиорелейные линии).
Каждая БС в такой системе имеет свое собственное подключение к ТфОП. При необходимости вызова из одной зоны в другую он производится через интерфейс ТфОП, включая процедуру набора телефонного номера. Кроме того, БС могут быть непосредственно соединены с помощью физических выделенных линий связи.
Использование распределенной межзональной коммутации целесообразно лишь для систем с небольшим количеством зон и с невысокими требованиями к оперативности межзональных вызовов (особенно в случае соединения через коммутируемые каналы ТфОП). В системах с высоким качеством обслуживания используется архитектура с ЦК. Структура многозоновой ТСС с ЦК изображена на рис. 68.
Основной элемент этой схемы - межзональный коммутатор. Он обрабатывает все виды межзональных вызовов, т.е. весь межзональный трафик проходит через один коммутатор, соединенный с БС по выделенным линиям. Это обеспечивает быструю обработку вызовов, возможность подключения централизованных ДП. Информация о местонахождении абонентов системы с ЦК хранится в единственном месте, поэтому ее легче защитить. Кроме того, межзональный коммутатор осуществляет также функции централизованного интерфейса к ТфОП и СКП, что позволяет при необходимости полностью контролировать как речевой трафик ТС, так и трафик всех приложений ПД, связанный с внешними СКП, например Интернет. Таким образом, система с ЦК обладает более высокой управляемостью.
Рисунок 68 Структурная схема транкинговой сети с распределенной межзональной коммутацией
Рисунок 69 Структурная схема транкинговой сети с централизованной межзональной коммутацией
Итак, можно выделить несколько важнейших архитектурных признаков, присущих транкинговым системам.
Во-первых, это ограниченная (а значит, недорогая) инфраструктура. В многозоновых транкинговых системах она более развита, но все равно не идет ни в какое сравнение с мощью инфраструктуры сотовых сетей.
Во-вторых, это большой пространственный охват зон обслуживания базовых станций, который объясняется необходимостью поддержания групповой работы на обширных территориях и требованиями минимизации стоимости системы. В сотовых сетях, где инвестиции в инфраструктуру быстро окупаются, а трафик постоянно растет, базовые станции размещаются все более плотно, а радиус зон покрытия (сот) уменьшается. При развертывании транкинговых систем все обстоит несколько иначе - объем финансирования, как правило, ограничен, и для достижения высокой эффективности капиталовложений нужно обслужить с помощью одного комплекта оборудования базовой станции возможно более обширную территорию.
В-третьих, широкий набор абонентского оборудования позволяет транкинговым системам охватить практически весь спектр потребностей корпоративного потребителя в подвижной связи. Возможность обслуживания разнородных по функциональному назначению устройств в единой системе - это еще один путь к минимизации расходов.
В-четвертых, транкинговые системы позволяют на базе своих каналов организовать независимые выделенные сети связи (или, как принято говорить в последнее время, частные виртуальные сети). Это означает, что несколько организаций могут совместными усилиями развернуть единую систему вместо установки отдельных систем. При этом достигается ощутимая экономия радиочастотного ресурса, а также снижение стоимости инфраструктуры.
Все сказанное выше свидетельствует о прочности позиций транкинговых систем в корпоративном секторе рынка систем и средств подвижной связи.
Классификация транкинговых систем
Для классифицирования транкинговых систем связи можно использовать следующие признаки.
Метод передачи речевой информации
По методу передачи речевой информации транкинговые системы подразделяются на аналоговые и цифровые. Передача речи в радиоканале аналоговых систем осуществляется с использованием частотной модуляции, а шаг сетки частот обычно составляет 12,5 кГц или 25 кГц.
Для передачи речи в цифровых системах используются различные типы вокодеров, преобразующих аналоговый речевой сигнал в цифровой поток со скоростью не более 4,8 Кбит/с.
Количество зон
В зависимости от количества базовых станций и общей архитектуры различают однозоновые и многозоновые системы. Первые располагают лишь одной базовой станцией, вторые - несколькими БС с возможностью роуминга.
Метод объединения базовых станций в многозоновых системах
Базовые станции в транкинговых системах могут объединяться с помощью единого коммутатора (системы с централизованной коммутацией), а также соединяться друг с другом непосредственно или через сети общего пользования (системы с распределенной коммутацией).
Тип многостанционного доступа
В подавляющем большинстве транкинговых систем, включая и цифровые системы, используется многостанционный доступ с частотным разделением (МДЧР). Для систем МДЧР справедливо соотношение "одна несущая - один канал".
В однозоновых системах стандарта TETRA используется многостанционный доступ с временным уплотнением (МДВР). В то же время в многозоновых системах стандарта TETRA используется комбинация МДЧР и МДВР.
Способ поиска и назначения канала
По способу поиска и назначения канала различают системы с децентрализованным и централизованным управлением.
В системах с децентрализованным управлением процедуру поиска свободного канала выполняют абонентские радиостанции. В этих системах ретрансляторы базовой станции обычно не связаны друг с другом и работают независимо. Особенностью систем с децентрализованным управлением является относительно большое время установления соединения между абонентами, растущее с увеличением числа ретрансляторов. Такая зависимость вызвана тем, что абонентские радиостанции вынуждены непрерывно последовательно сканировать каналы в поисках вызывного сигнала (последний может поступить от любого ретранслятора) или свободного канала (если абонент сам посылает вызов). Наиболее характерными представителями данного класса являются системы протокола SmarTrunk.
В системах с централизованным управлением поиск и назначение свободного канала производится на базовой станции. Для обеспечения нормального функционирования таких систем организуются каналы двух типов: рабочие (Traffic Channels) и канал управления (Control Channel). Все запросы на предоставление связи направляются по каналу управления. По этому же каналу базовая станция извещает абонентские устройства о назначении рабочего канала, отклонении запроса, либо о постановке запроса в очередь.
Тип канала управления
Во всех транкинговых системах каналы управления являются цифровыми. Различают системы с выделенным частотным каналом управления и системы с распределенным каналом управления. В системах первого типа передача данных в канале управления производится со скоростью до 9,6 Кбит/с, а для разрешения конфликтов используются протоколы типа ALOHA.
Выделенный канал управления имеют все транкинговые системы протокола МРТ1327, системы фирмы Motorola (Startsite, Smartnet, Smartzone), система EDACS фирмы Ericsson и некоторые другие.
В системах с распределенным каналом управления информация о состоянии системы и поступающих вызовах распределена между низкоскоростными субканалами передачи данных, совмещенными со всеми рабочими каналами. Таким образом, в каждом частотном канале системы передается не только речь, но и данные канала управления. Для организации такого парциального канала в аналоговых системах обычно используется субтональный диапазон частот 0 - 300 Гц. Наиболее характерными представителями данного класса являются системы протокола LTR.
Способ удержания канала
Транкинговые системы позволяют абонентам удерживать канал связи на протяжении всего разговора, или только на время передачи. Первый способ, называемый также транкингом сообщений (Message Trunking), наиболее традиционен для систем связи, и обязательно используется во всех случаях применения дуплексной связи или соединения с ТФОП.
Второй способ, предусматривающий удержание канала только на время передачи, называется транкингом передач (Transmission Trunking). Он может быть реализован только при использовании полудуплексных радиостанций. В последних передатчик включается только на время произнесения абонентом фраз разговора. В паузах между окончанием фраз одного абонента и началом ответных фраз другого передатчики обоих радиостанций выключены. Некоторые транкинговые системы эффективно используют такие паузы, освобождая рабочий канал немедленно после окончания работы передатчика абонентской радиостанции. Для ответной реплики назначение рабочего канала будет произведено заново, при этом реплики одного и того же разговора будут, скорее всего, передаваться по разным каналам.
Платой за некоторое повышение эффективности использования системы в целом при применении транкинга передач служит снижение комфортности переговоров, особенно в часы высокой нагрузки. Рабочие каналы для продолжения начатого разговора в такие периоды будут предоставляться с задержкой, достигающей нескольких секунд, что приведет к фрагментарности и раздробленности разговора.
Термин «Транкинговая (или транковая) связь происходит от английского слова trunk (ствол) и отражает то обстоятельство, что «ствол связи» содержит несколько каналов, причем жесткое закрепление каналов за абонентами отсутствует. В литературе можно найти различные определения транкинговых систем, общим для которых является именно предоставление в распоряжение абонента одного из свободных на данный момент каналов. В частности, к данному классу относят:
Радиально - зоновые системы наземной мобильной радиосвязи, использующие автоматическое распределение ограниченного частотного ресурса ретранслятора среди большого числа абонентов;
Системы массового применения, позволяющие при ограниченном частотном ресурсе обслуживать максимальное число абонентов.
Типичной сферой применения транкинговых систем являются государственные, ведомственные, корпоративные организации и институты, такие как служба скорой помощи, пожарная служба, охрана правопорядка, органы безопасности, различные коммерческие структуры и др. По большей части транкинговые системы используются как средства оперативной связи с жестко лимитированным и постоянно контролируемым контингентом абонентов и пределах ограниченной территориальной зоны. Учитывая специфику применения транкинговых систем, их иногда называют профессиональными системами мобильной радиосвязи (PMR -Professional Mobile Radio), либо частными системами мобильной радиосвязи - Private Mobile Radio. Системы PMR, обеспечивающие соединение мобильных объектов с абонентами ТФОП, часто выделяются особо как Public Access Mobile Radio (PAMR).
Транкинговые системы связи (ТСС) могут строиться как системы с однозоновой или многозоновой структурой. Принимая во внимание специфический характер ТСС, т.е. ограниченность числа пользователей системы, переход от однозоновой к многозоновой структуре объясняется в первую очередь расширением географической зоны действия системы, а не стремлением к повышению числа абонентов (абонентской емкости) системы. При пересечении границ радиопокрытия ТСС отслеживают перемещение абонентов, обеспечивают их регистрацию, и назначение им нового частотного канала. Однако, как правило, подобный переход происходит с прерыванием связи, для восстановления которой абонентам необходимо произвести повторный вызов.
Транкинговые системы могут использовать как симплексные, так и дуплексные каналы радиосвязи, однако с целью упрощения и удешевления в них нередко применяется полудуплексный режим работы, при котором один и тот же канал поочередно используется для связи от центра управления (базовой станции) к абоненту и в обратном направлении.
Реализация принципа равного доступа к каналу связи может быть осуществлена децентрализовано либо при централизованном управлении. В первом случае функция нахождения свободного канала возлагается на абонентскую станцию, которая проводит последовательный поиск незанятого частотного канала во всем выделенном системе диапазоне. Во втором случае анализ занятости каналов связи осуществляет базовая станция либо непосредственно центр коммутации мобильной связи. Как правило, установление связи при последовательном сканировании частотного диапазона занимает достаточно большой интервал времени. Для обеспечения оперативности управления в современных ТСС предусматривается существование специального канала, посредством которого производится управление транкинговой системой, в том числе выполнение процедур установления и прекращения связи.
По способу организации канала управления различают ТСС с выделенным и распределенным каналом управления. В первом случае, как следует из названия, выделенный канал используется исключительно для управления работой системы. Во втором - в процессе сеанса связи сигналы управления передаются одновременно с речевым сигналом .
С учетом сказанного транкинговая система связи может быть представлена обобщенной структурной схемой (см. рис. 1), где использованы следующие обозначения:
МС - мобильная станция (мобильный абонент);
БС - базовая станция (центр управления);
УОР - устройство объединения радиосигналов;
Р - ретрансляторы;
ЦКМС - центр коммутации мобильной связи;
ТФОП -телефонная сеть общего пользования;
ДПУ - диспетчерский пункт управления.
Рис. 1 Обобщенная структурная схема ТСС
Следует отметить, что для ТСС наиболее характерно разделение каналов связи по частоте с индивидуальными ретрансляторами на разных частотах. Возможен и вариант ТСС с использованием широкополосных ретрансляторов, обслуживающих сразу все каналы. Назначение остальных блоков структурной схемы является очевидным и не требует дополнительных комментариев.
Стандарт МРТ 1327, разработанный министерством почт и телекоммуникаций Великобритании (Ministry of Post and Telecommunication (MPT)), определяет в основном протокол передачи информации управления и контроля состояния аппаратуры (иначе информации сигнализации) для транкинговых систем наземной и мобильной радиосвязи, причем информационные сообщения передаются по аналоговому радиоканалу. На его основе разработаны радиоинтерфейс МС (абонента), определяемый протоколом MPT 1343, и радиоинтерфейс БС - МРТ 1347. Стандартами предусматривается передача информации со скоростью 1,2 кбит/с по каждому из 500 каналов связи в диапазоне частот 201,2125...207,4875 МГц (МРТ 1347) и 193,2125...199,4875 МГц (МРТ 1343), причем каждый дуплексный канал занимает две полосы шириной 12,5 кГц с разносом каналов приема и передачи в 8 МГц .
Фирмой Ericsson разработана система транкинговой радиосвязи, получившая название EDACS (Enhanced Digital /Access Communications System - Усовершенствованная система связи с цифровым доступом). Системы EDACS выпускаются в различных модификациях, причем различают системы EDACS, сети EDACS и расширенные сети EDACS. Системы EDACS, объединенные между собой посредством контроллеров узлов связи и диспетчерских пунктов управления, образуют сети EDACS, которые, в свою очередь, с помощью некоторых интегрированных узлов связи могут объединяться в расширенную сеть для покрытия значительных территорий.
В системе EDACS применяются два типа радиоканалов - рабочий канал и канал управления. Канал управления служит для обмена цифровой информацией сигнализации между мобильными станциями и устройствами управления работой всей системы. Рабочие каналы используются для обмена собственно информацией (разговорной или данными) между мобильными станциями. Системы и сети EDACS рассчитаны на использование как аналоговых, так и цифровых станций, обеспечивающих передачу речевых сигналов в цифровой форме. Стандартная скорость передачи данных составляет 9,6 кбит/с по каждому из 20 каналов системы EDACS в диапазонах частот 30...300 МГц, 800 МГц или 900 МГц с разносом каналов связи 25, 30 и 12,5 кГц.
Общие тенденции, связанные с унификацией и интеграцией СМР идентичного назначения, привели к разработке под эгидой ETSI (European Telecommunications Standards Institute - Европейский институт стандартов связи) общеевропейского стандарта TETRA (Trans-European Trunked RAdio - Общеевропейская система транкинговой связи), изменившего свое название с апреля 1997 г. на Terrestrial Trunked Radio (Сухопутная система транкинговой связи) ввиду своего широкого распространения. ТСС на основе стандарта TETRA представляют собой новое поколение систем этого типа, следующее за аналоговым. В отличие от предыдущих, в стандарте TETRA осуществлен полный переход к цифровому представлению передаваемой информации и использовано не частотное, а временное разделение каналов. О результате этих и ряда других мер скорость передачи в системе достигла 36 кбит/с.
Для системы TETRA выделены два дуплексных участка спектра в полосе частот 380...400 МГц при разносе радиоканалов для приема и передачи в 10 МГц и разносе Соседних каналов в 25 кГц.
Транкинговые (транковые) системы являются видом систем подвижной связи, применяются в основном для обеспечения мобильной связи различными ведомствами (МВД, МЧС и др.). Под транкингом понимают метод свободного и равного доступа мобильных абонентов ко всем каналам сети связи. Транкинговая система радиосвязи представляет собой систему, обеспечивающую динамическое предоставление малого числа каналов связи большему числу абонентов (корреспондентов). В такой системе каждому абоненту может быть предоставлен любой из свободных каналов. Абонентская радиостанция может посылать запрос на сеанс связи на все базовые станции сети и при освобождении канала связи на любой из них, занимает этот канал на время переговоров. Такой способ связи позволяет обеспечить вероятность отказа в обслуживании гораздо ниже, чем в одноканальных или многоканальных радиотелефонных системах . Структурная схема транкинговой связи представлена на рис. 2.4.
Рисунок 2.4- Структурная схема транкинговой связи: РТ – радиотелефон сети транкинговой связи, МС- мобильная станция сети транкинговой связи, БПС – базовая передающая станция, ТК – транкинговый контроллер, ЦКС – центр коммутации связи, ТФОП – телефонная сеть общего пользования
Принципиальное отличие транкинговых систем от других систем мобильной связи заключается в том, что частотные каналы не закреплены за определенными абонентами. Система имеет свой определенный диапазон работы, который обеспечивается несколькими частотными каналами. Выбор свободного канала связи для сеанса осуществляется самой системой. По окончании сеанса связи этот же частотный канал может быть предоставлен другим абонентам системы.
Основной смысл транкингового способа организации связи заключается в том, что одновременные сеансы связи большого количества абонентов имеют определенную вероятность, поэтому количество рабочих частот можно подобрать таким, чтобы полная занятость каналов связи была не больше допустимой. Вышесказанное можно пояснить временной диаграммой работы 4-х канальной транкинговой системы (рис. 2.5), в которой занятость каждого из каналов связи составляет 40-60%. Как видно из диаграммы, занятость каждого канала связи в отдельности довольно высокая, а загрузка системы в целом низкая (10%). В случае занятости всех каналов связи новый запрос на обслуживание не теряется, а ставится в очередь до появления свободного канала.
| 1 канал | |||||||||||||||||||||||
| 2 канал | |||||||||||||||||||||||
| 3 канал | |||||||||||||||||||||||
| 4 канал | |||||||||||||||||||||||
| система |
Рисунок 2.5- Временная диаграмма работы системы транкинговой связи
В транкинговых системах связи выделение канала конкретному абоненту осуществляется двумя методами.
Первый метод предусматривает поиск свободного канала и подачу сигнала вызова мобильной абонентской станцией. Перед установлением связи мобильная станция осуществляет автоматический поиск свободного канала и на каждом определенном канале предпринимает попытку вхождения в связь с базовой станцией. При этом проявляется основной недостаток этого варианта, а именно, длительность цикла установления канала связи значительно превышает аналогичную длительность при фиксированном закреплении каналов за конкретными мобильными абонентами. Поэтому их использование эффективно при небольшом количестве каналов связи.
Второй метод построения транкинговой системы позволяет производить поиск свободного канала связи подсистемой управления базовой станции. Для решения этой задачи используется специальный канал управления базовой станции, через который обеспечиваются функции установления, обеспечения и прекращения связи.
Транкинговые системы предоставляют такие возможности, как автоматическое переключение установленного соединения на исправный канал при неисправности основного канала связи, оперативное переключение работающего канала связи на другую несущую частоту при появлении сильных помех.
Наиболее простой из существующих транкинговых систем является однозоновая аналоговая система стандарта Smar Trunk II, эксплуатируемая в диапазонах 146 – 174 МГц и 400 – 470 МГц. Базовая станция содержит один управляющий и пятнадцать рабочих каналов, которые обеспечивают работу до четырех тысяч абонентов.
Более современной аналоговой транкинговой системой является оборудование MPT 1327 с централизованным управлением (рис. 2.6).
В настоящее время имеет место тенденция перехода от аналоговых систем связи к цифровым. Полностью цифровой транкинговой системой является система стандарта TETRA.
Структура комплексов различных транкинговых систем примерно одинакова. Модульный принцип построения таких систем позволяет производить их наращивание до необходимой емкости.
Базовое оборудование каждого канала включает:
Дуплексный приемопередатчик (репитер);
Транкинговый контроллер;
Антенно-фидерное устройство.
Абонентские комплекты выполнены на базе популярных радиостанций Kenwood, Icom, Alinco, Motorola, Standard, Yaesu и др. с установленными в них специальными логическими платами, управляющими радиостанцией и реализующими определенные функции.
Радиостанции могут программироваться под функциональные задачи абонентов этой системы с помощью специального устройства – программатора.
Различные транкинговые системы обеспечивают аналогичный набор возможностей. Например, и однозоновые и многозоновые системы достигают увеличения радиуса действия связи. В однозоновой системе для этого требуется увеличение мощности передатчика базовой станции и применения более чувствительных антенн. В многозоновой системе тот же результат достигается использованием нескольких базовых станций пониженной мощностью передатчиков. Большое количество базовых станций в многозоновой системе позволяет снизить удаленность абонентской радиостанции от базовой, что повышает устойчивость связи. При перемещении абонента в соседнюю зону обеспечивается эстафетная передача сопровождения связи от одной базовой станции к другой, то есть установленное соединение не прерывается. Современные транкинговые системы обеспечивают возможность разделения общего числа абонентских радиостанций на группы (отряды), внутри которых осуществим индивидуальный и групповой вызов. Такую систему можно применить, например, в пределах муниципального образования, объединив в общую радиосеть несколько городских служб, в том числе подразделения местного гарнизона пожарной охраны, аварийно-спасательные формирования. При этом каждая служба может иметь вполне изолированную от других служб сеть связи, а взаимные вызовы между группами будут программно разрешены только конкретным радиостанциям.
В транкинговых системах реализуются следующие виды вызовов:
Индивидуальный вызов может быть адресован любой конкретной радиостанции, при этом каждой радиостанции присваивается определенный набор цифр;
Групповой вызов предназначен заранее определенной группе абонентов, имеющей свой идентификационный номер;
Общий вызов может быть направлен всем абонентам радиосети (группы);
Экстренный вызов позволяет прервать переговоры любых абонентов, ведущихся в радиосети;
Приоритетный вызов обеспечивает преимущество в соединении для главных радиостанций в соответствующей группе абонентов;
Посылка статуса позволяет радиостанция с алфавитно-цифровым дисплеем автоматически выбирать из памяти сообщения, соответствующие данному статусу и отражать его в виде строки текста;
Радиотелефонный вызов обеспечивает абоненту выход с радиостанции в телефонную сеть общего пользования, а также в сеть учрежденческой АТС, причем его подключение к таким сетям может происходить как по абонентской линии, так и по соединительной линии. Вызов абонента мобильной станции транкинговой системы из телефонной сети общего пользования осуществляется с помощью дополнительного номера;
Переадресация вызова позволяет перевести его с одной радиостанции на заранее определенную другую радиостанцию;
Прямой вызов обеспечивает переход радиостанции в симплексный режим работы для установления связи с другими радиостанциями сети без участия базовой станции.
Важными сервисными функциями современных транкинговых систем являются возможность передачи данных между радиостанциями и обеспечение беспроводного доступа к базам данных.
К дополнительным функциям этих систем следует отнести возможность передачи коротких буквенно-цифровых сообщений по каналу управления без занятия рабочего канала, а также обеспечение голосовой почты.
Существенным преимуществами транкинговой системы является индивидуальное программирование доступа к каждому виду возможностей, установка предельного времени разговора и приоритета абонента, наличие защиты от несанкционированного доступа в систему. Кроме этого, эти системы могут применяться в качестве транспортной среды для систем определения месторасположения подвижных объектов и систем телеметрии.
Широкие собственные возможности транкинговых систем, совместимость их работы с различными видами телефонных сетей позволяют эффективно использовать эти системы для обеспечения оперативной диспетчерской связи. Ограничивают их использование по сравнению с обычными (конвенциональными) радиостанциями более сложные процедуры эксплуатации.
Транкинговые сети радиосвязи находят широкое применение для решения задач управления РСЧС и гражданской обороны с использованием мобильной компоненты связи. В такие сети, как правило, включаются стационарные, автомобильные и переносные радиостанции начальников гражданской обороны субъектов РФ, административного центра, его городских районов, начальников органов управления ГОЧС субъекта Российской Федерации, административного центра и его районов, членов комиссии по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и обеспечению пожарной безопасности (КЧСПБ), начальников служб гражданской обороны, начальников поисково-спасательных отрядов, дежурных служб административного центра. Взаимное использование транкинговых сетей связи основано на внесении в их базы данных обшей нумерации радиостанций должностных лиц и оперативных групп, выделенных для использования в качестве взаимодействующих.
Транковая связь
В современном деловом мире всё больше внимание уделяется средствам мобильной связи: пейджерам, аппаратам сотовой и спутниковой связи, персональным коммуникаторам и тому подобным устройствам. В самом деле, для того чтобы быть конкурентоспособными, современным компаниям требуется постоянно поддерживать связь со своими клиентами, и, что не менее важно, между сотрудниками своей организации. В последнее время некоторые операторы мобильной связи предлагают так называемые "корпоративные" тарифы (например, корпоративная программа МТС), которые как раз предназначены для создания "виртуальной телефонной сети" для сотрудников компании. Однако подобные программы - это не самое дешёвое решение проблемы коммуникации, но, к счастью, не единственно возможное.
Для компании, решившей "соединить" своих мобильных сотрудников, существует альтернативное решение - использование транковой связи. Возможно, многие читатели словосочетание "транковая связь" видят впервые. Действительно, системам транковой связи сейчас уделяется меньшее внимание, чем даже пейджинговым системам. В какой-то мере это связано с тем, что системы транковой связи предназначены прежде всего для использования крупными организациями, а не массовыми пользователями. Несмотря на это, данная технология имеет свои достоинства и заслуживает того, чтобы быть рассмотренной в рамках данной статьи.
Итак, что же скрывается за термином "транковая система"? Как ни парадоксально, но мы пользуемся ею каждый день, даже не задумываясь об этом. Именно на принципе транкинга основано действие современных АТС. Давайте проследим, что же происходит, когда вы пытаетесь позвонить с домашнего телефона, допустим, своему другу. Вы снимаете трубку, дожидаетесь сигнала "линия свободна", затем набираете номер и ждёте ответа. Все остальные действия выполняет АТС: она выбирает один из свободных каналов связи и коммутирует (связывает) ваш телефонный аппарат с телефонным аппаратом друга. По окончании разговора линия, которая была использована, освобождается и становится доступной для использования уже другими людьми. Как вы догадываетесь, число линий связи ограничено и заведомо меньше необходимого для соединения всех телефонных аппаратов в городе. Таким образом, АТС контролирует распределение ограниченного числа линий между большим количеством абонентов. Предполагается, что ситуация, когда все абоненты вдруг решат одновременно связаться друг с другом, не возникнет. Следовательно, необходимо правильно рассчитать минимально необходимое число каналов связи, чтобы в процессе работы не возникали проблемы, связанные с их нехваткой. Этот вопрос эффективно решается с использованием математической теории систем массового обслуживания.
Рис. 1. В транковой телефонии абонент просто набирает номер, и АТС выделяет свободную линию, по которой можно вести разговор.
Что такое транковая радиосистема?
Транковые радиосистемы - это системы подвижной радиосвязи, которые основаны на тех же принципах, что и обычные телефонные сети. Иными словами, в системе транковой радиосвязи имеется ограниченное число радиоканалов (как правило, от двух до двадцати), которые по мере надобности выделяются центральным контроллером для ведения переговоров.
Рис.2. В транковых радиосистемах абонент запрашивает разрешение на разговор, а центральный контроллер (состоящий из нескольких репитеров) выделяет канал, по которому можно вести разговор.
В обычных системах радиосвязи пользователю приходится вручную перенастраиваться на свободный радиоканал, в системах транковой связи эту работу берёт на себя центральный контроллер, который сам выделяет двум радиостанциям свободный канал. Таким образом, пользователю нужно просто набрать номер вызываемого абонента, остальное система сделает сама. Транковой системе можно дать следующее определение: Автоматическое и динамическое распределение небольшого числа каналов среди большого числа радиопользователей.
Рис.3. Диаграмма загрузки пятиканальной транковой системы. Нижний график показывает случаи блокировки вызова, когда все пять каналов системы заняты.
Области применения систем транковой радиосвязи.
Теперь, зная основные принципы работы транковых систем, поговорим немного об областях их применения и преимуществах использования. Области применения - крупные коммерческие и государственные организации, например службы автоинспекции, различные ремонтные службы, компании, специализирующиеся в области промышленного альпинизма (обслуживание высотных зданий) и так далее. Систему транковой связи можно развернуть как в крупном городе, так и в удалённом, малонаселённом пункте, что особенно актуально в условиях нашей страны. Транковые системы эффективно используют полосу выделенных им частот, обеспечивают высокий уровень конфиденциальности (существуют даже средства, позволяющие кодировать речь в процессе её передачи), надёжны, предоставляют большое количество сервисных функций. Наконец, чуть ли не самым большим их достоинством является то, что организация может сама стать владельцем системы транковой радиосвязи, избавляя себя от абонентской платы и платы за траффик.
Виды транковой радиосвязи.
Настало время разобраться в видах транковой связи. Различными компаниями и организациями было разработано огромное число форматов транковой связи, многие из которых несовместимы друг с другом. В США наиболее популярными форматами являются Privacy Plus, разработанный компанией Motorola , Logic Trunked Radio - LTR , производитель - компания E.F. Johnson, а также SmarTrunk II от SmarTrunk Systems , ранее известная как Selectone. Также надо отметить проект iDEN компании Моторола, который предлагает цифровой формат транковой связи. В Европе широкое распространение получил стандарт MPT1327, разработанный в Англии для радиосетей общего пользования. Сейчас этот стандарт стал популярен в Азии, Австралии, странах Латинской Америки. В настоящее время в Европе ведутся работы по созданию нового европейского протокола цифровых транковых систем - TETRA (Trans European Trunked Radio).
В России наиболее известными протоколами являются SmarTrunk II, MPT1327, LTR.
Если классифицировать транковые системы по числу абонентов, то можно выделить три группы:
- малые, в которых число абонентов не превышает 300 человек. При построении таких систем используется протокол SmarTrunk II;
- средние, число абонентов которых не превышает 3000 человек. Чаще всего при создании таких систем применяется стандарт LTR;
- большие, с числом абонентов, превышающим 3000 человек. В этом случае чаще всего используется протокол MPT 1327.
MPT1327 и TETRA относят к классу открытых протоколов, в то время как LTR, SmartNet и т.п. - к классу закрытых, "фирменных", однако и те и другие работают по двум основным принципам, которые мы и рассмотрим в следующей части статьи.
Сравнение методов транкинга.
В настоящее время существует два метода управления транковыми системами. Первый - распределённое управление, второй - управление по выделенному каналу.
Метод выделенного канала имеет несколько недостатков по сравнению с методом распределённого управления. Один из них заключается в том, что при использовании выделенного канала все запросы осуществляются с его участием, следовательно, надо каким-то образом избегать коллизий при передаче данных. Другой недостаток заключается в том, что система с выделенным каналом должна обрабатывать запросы последовательно, и по мере увеличения загрузки и уменьшения числа доступных каналов число запросов растёт экспоненциально, так что мобильные устройства вынуждены бороться друг с другом за один канал.
Одним из преимуществ метода распределённого управления является то, что доступ можно получить по любому, свободному в данный момент каналу. Репитеры определяют свободный канал и передают эту информацию в потоке данных, который существует совместно с голосовой информацией. Это означает, что каждый репитер поддерживает свой поток данных и обрабатывает все запросы на своём канале. Обработка коллизий производится мобильными устройствами, что обеспечивает параллельную обработку вызовов.
Другое преимущество метода распределённого управления заключается в том, что голосовые данные передаются по всем каналам, тогда как в методе выделенного канала управляющий канал, как правило, не может быть использован подобным образом. На рисунке показана скорость блокировки пятиканальной системы в сравнении со скоростью блокировки четырёхканальной системы (один канал используется для управления). Видно, что время блокировки пятиканальной системы значительно меньше.
Рис.4. Сравнение времени блокировки.
Как правило, в транковых системах время простоя (время между двумя соседними передачами) не используется при переговорах. Канал удерживается только на время передачи, а время между передачами может быть использовано другими людьми, совершающими вызовы. И только при ведении телефонных переговоров канал удерживается постоянно.
Некоторые транковые системы используют время простоя в переговорах в периоды высокой загрузки. Это позволяет вызываемому абоненту практически всегда ответить на вызов без опасения быть заблокированным. Очевидный недостаток такого подхода - увеличение суммарного времени передачи и, следовательно, увеличение вероятности блокировок и времени ожидания других абонентов.
Приоритет доступа - это параметр, определяющий, кто первым получит доступ к занятой системе. Большинством систем с выделенным каналом управления используется метод, позволяющий всем мобильным устройствам пытаться получить доступ, но отказывающий в предоставлении канала аппаратам, имеющим более низкий уровень приоритета. В системах с распределённым управлением приоритеты всех мобильных устройств одинаковы, и ни одно из устройств не может получить доступ к системе, пока канал занят. Когда канал освобождается, доступ к нему получает тот аппарат, который первым попытается занять линию.
Мобильные устройства, применяемые в системах транковой связи, должны быть запрограммированы для работы на определённой частоте (как правило, 800 или 900 МГц); многие функции (например, выбор канала, проверка канала перед передачей) выполняются автоматически.
С каждым репитером может быть связано до 250 ID кодов. ID код и номер домашнего репитера образуют адрес мобильного устройства в сети. Таким образом, в системе, содержащей 20 репитеров, максимальное число абонентов составляет 5000. ID код может быть назначен либо одному мобильному устройству, либо сразу нескольким.
Структурная схема базовой станции для системы транковой радиосвязи.
На рисунке 5 приведена структурная схема базовой станции в случае использования одного канала.
Репитер состоит из ретранслятора, предназначенного для приёма сигналов абонентских радиостанций, его усиления и передачи, и контроллера транкового канала, который выполняет управляющие функции.
Дуплексный фильтр - устройство, позволяющее использовать одну антенну для приёма и передачи. В принципе, ничто не мешает использовать для приёма и передачи две разных антенны, но в этом случае может возникнуть ситуация, когда в некоторых местах будет возможен приём, но невозможна передача либо наоборот. Кроме того, излучаемая передатчиком мощность влияет на приёмник, поэтому при наличии двух антенн их нужно устанавливать на достаточном расстоянии друг от друга.
Источник питания предназначен для репитера. Как правило, он допускает возможность перехода на аккумуляторную батарею при отключении питания.
Рассмотренная схема является достаточно простой и эффективной, однако в реальных условиях одного транкового канала оказывается недостаточно. Поэтому применяют системы, содержащие два и более каналов. На рисунке показана схема системы, содержащей четыре независимых канала. Как видно, основное отличие от предыдущего варианта заключается в антенно-фидерном тракте, где появляются ещё два устройства: приёмная распредпанель и комбайнер.
Приёмная распредпанель обеспечивает одинаковый входной сигнал для каждого репитера в системе, как если бы репитер был подключен напрямую к антенне.
Комбайнер - это устройство, позволяющее комбинировать выходы определённого количества передатчиков без интерференции друг с другом.
Также отдельно вынесен источник бесперебойного питания, который просто обязан присутствовать в системе, ибо отсутствие связи в чрезвычайных обстоятельствах может привести к непредсказуемым последствиям.
Рассмотренную систему легко расширить, то есть в случае правильного проектирования число каналов можно увеличить достаточно безболезненно.
Обзор моделей радиотелефонов.
В настоящее время оборудование для базовых станций и абонентские устройства для систем транковой радиосвязи производит большое число компаний. Из них наибольшей известностью пользуются Motorola , Nokia , Ericsson , SmarTrunk Systems и другие. Для примера рассмотрим несколько моделей радиотелефонов, производимых компанией Nokia.
Nokia H85.
Nokia H85 - лёгкий (вес всего 345 г с аккумулятором, выходная мощность 1 Вт в дуплексном режиме), удобный радиотелефон для использования в системах MPT 1327. Аппарат имеет крупный высококонтрастный алфавитно-цифровой дисплей (содержит 3 строки по 10 символов) с индикаторами уровня напряжённости поля и заряда батареи. Доступ к многочисленным функциям и настройкам аппарата осуществляется при помощи меню. H85 поддерживает индивидуальные и групповые вызовы, звонки по телефонной сети общего пользования. Память радиотелефона способна сохранить до 99 имён и номеров абонентов. Имеется также одна программируемая кнопка, которой можно назначить либо наиболее часто набираемый номер, либо номер аварийного вызова.
Для этого аппарата предусмотрен широкий выбор аксессуаров, в том числе зарядное устройство от прикуривателя и держатель на приборную панель. Имеется два типа зарядных устройств: настольное и походное.
Nokia R40.
Nokia R40 - универсальная полудуплексная радиостанция для пользователей транковых систем (вес 1,8 кг, выходная мощность 10 (15) Вт). Радиостанция соответствует спецификациям стандарта MPT 1327 и MPT 1343, кроме того, R40 поддерживает интерфейс передачи данных MAP 27.
Радиостанция может использоваться как в автомобильном, так и в настольном варианте. Алфавитно-цифровая консоль CU 43 имеет 22 клавиши и трёхстрочный ЖК-дисплей на 100 символов и позволяет выполнять все возможные типы вызовов в радиосети. Дополнительно консоль позволяет принимать и передавать статусные сообщения и данные. Для управления станцией используется экранное меню. В памяти можно хранить до 43 имён и номеров абонентов.
Коммуникатор CU 45 имеет встроенный цифровой ЖК дисплей, микрофон и громкоговоритель. Управление осуществляется при помощи четырёх функциональных клавиш.
Через интерфейс MAP 27 к радиостанции могут быть подключены периферийные устройства, например модем для передачи данных.
Nokia R72.
Nokia R72 - радиотелефон для работы в сетях MPT 1327/1343 (вес 1,8 кг, выходная мощность 10 Вт в дуплексном и 15 Вт в полудуплексном режиме). Радиотелефон помимо речевой связи предоставляет возможности передачи и приёма кодированных сообщений и данных.
Телефон удобно использовать в автомобиле. При подключении зарядного провода к гнезду прикуривателя происходит автоматическая зарядка батареи. Телефон имеет память на 97 имён и номеров абонентов, а также позволяет запрограммировать до девяти номеров быстрого набора. Помимо этого, телефон обладает целым рядом других возможностей, среди них передача тональных сигналов для подключения к аппаратуре телефонной сети, использование кодового порядкового номера (ESN) и кодов блокировки для защиты от несанкционированного доступа.
Возможно, вы заметили, что R72 выглядит точно так же, как и знаменитый Nokia 720 - мобильный телефон для использования в сетях NMT 450. Да и названия этих двух аппаратов показывают, что они имеют много общего.
Заключение.
Определив основное назначение транковой радиосвязи, рассмотрев и сравнив ее стандарты, изучив принципы построения центрального контроллера и, наконец, ознакомившись с некоторыми моделями радиостанций, мы получили общее представление о том, что такое системы транковой радиосвязи. Необходимо отметить, что в настоящее время они продолжают активно развиваться, разрабатываются новые стандарты и оборудование. Число спроектированных и запущенных в эксплуатацию систем транковой связи растёт с каждым годом. Безусловно, у них есть будущее.
Для тех, кого рассмотренная тема заинтересовала, я привожу ссылки на некоторые ресурсы в Интернете, посвящённые вопросам транковой связи. В конце статьи также приведён глоссарий терминов, употребляемых при описании систем транковой радиосвязи.
Ссылки.
http://members.dingoblue.net.au/~activemedia/trnklinks.htm - Коллекция ссылок на ресурсы, посвящённые транковым системам.
http://www.sotovik.ru/analit.htm - Библиотека на Сотовике, содержит очень большое количество материалов по мобильной связи, в том числе раздел, посвящённый транковым системам.
Глоссарий.
Базовая станция - группа репитеров, подключенных к одной шине данных и расположенных в одном месте.
Домашний репитер - все радиостанции в системе транковой радиосвязи имеют один из репитеров, расположенных на базовой станции, в качестве "домашнего". Радиостанция следит за этим репитером, чтобы принимать звонки и получать информацию о том, какие репитеры свободны.
Дуплекс - режим, в котором можно одновременно говорить и слушать (то есть принимать и передавать).
Контроллер (Центральный контроллер) - компьютер, который обеспечивает совместную работу всех репитеров. Каждый репитер содержит контроллер. Между собой они объединяются с помощью шины данных.
Мобильное устройство - приёмопередатчик, установленный в автомобиле, или переносная радиостанция.
Репитер - устройство, которое принимает и ретранслирует радиосигнал. Если вы используете пятиканальную транковую систему, потребуется пять репитеров. Одновременно один репитер может обслуживать только один разговор.
Симплекс - режим, в котором возможна либо передача, либо приём.
Транкинг - Автоматическое и динамическое распределение небольшого числа каналов среди большого числа пользователей радиостанций.
Управляющий канал - один из радиоканалов, который используется для связи со всеми мобильными устройствами и для рассылки служебной информации.
Практически в каждом салоне сотовой связи, витрины которого ломятся от мобильных телефонов, находится охранник с обязательной громоздкой рацией. Тут невольно задаешься вопросом: «Почему этот человек не использует для службы простой мобильный телефон?»
Сегодня наряду с привычной сотовой связью существуют так называемые системы профессиональной мобильной радиосвязи (ПМР ) (Professional Mobile Radio - PMR ), или транкинговой подвижной радиосвязи . Они занимают свой сектор рынка оборудования мобильной связи для корпоративных пользователей, различных ведомств и социальных служб, выполняя функции, необходимые именно этим пользователям.
Транкинговая подвижная радиосвязь (от англ. trunking - предоставление свободных каналов, trunk - магистральная линия связи) - система двусторонней подвижной радиосвязи, которая использует диапазон ультракоротких волн. На практике система ПМР устроена аналогично сотовой: пользовательские терминалы и базовые станции (БС), оборудование для увеличения дальности связи - ретрансляторы и контроллер, который управляет работой станции, обрабатывает каналы ретрансляторов (коммутирует их) и обеспечивает выход на городскую телефонную сеть. Сети транкинга могут быть однозоновыми (содержать одну БС) или многозоновыми (несколько БС). Существуют аналоговые и цифровые системы транкинговой связи.
Лучше чем сотовый?
Чем же транкинговая связь отличается от сотовой, если, не считая разницы между пользовательским терминалом (рацией/телефоном), все устроено одинаково?
Сотовая связь позиционируется как «телефон в кармане», а транкинговая предназначена для решения узкого круга профессиональных задач. Сотовая связь, к примеру, предоставляет разнообразные мультимедийные услуги, однако нефтяник, дежурящий на буровой платформе в Балтийском море, или спасатель МЧС навряд ли уповают на возможность загрузить новый альбом Мадонны. Транкинговую связь выбирают такие организации, как МЧС, охранные агентства, таксомоторные компании и др. Для рядовых же офисных работников вполне подойдет вариант «сотовый телефон + корпоративный тарифный план».
Система связи, которой пользуются профессионалы, должна поддерживать такие функции, как:
Осуществление моментальной связи (0,2-0,5 сек) внутри группы абонентов, которая может быть задана заранее;
Возможность перераспределения участников групп во время сеанса связи;
Система приоритетов вызовов (мобильный оператор не делает различий между абонентами);
Сохранение связи даже при выходе из строя базовой станции;
Передача широковещательного сигнала абонентам сети;
Возможность быстро переконфигурировать сеть.
Эти требования невыполнимы в системах сотовой связи, зато в полной мере поддерживаются транкинговыми системами. Стоит отметить, что участники рынка мобильной связи сложа руки не сидят и предлагают услугу Push-To-Talk с возможностью установления группового вызова и быстрым установлением соединения. Однако новация в любом случае не отвечает требованиям профессионалов. Подробнее о Push-To-Talk можно прочесть здесь.
Мы предлагаем сравнительную таблицу на примере двух версий TETRA - популярного стандарта цифровой транкинговой радиосвязи, и GSM-сетей.
Режимы и функциональные возможности, стандарты связи TETRA (Rl) TETRA (R2) GSM Групповой вызов + + +/- Широковещательный вызов + + - Аварийный вызов + + +/- Приоритетный вызов + + +/- Приоритетный доступ + + - Дуплексная связь + + + Задержанный вызов + + - Задержанное вхождение в связь + + - Режим прямой связи (без базовой станции) + + - Режим - «только прием» - + - Возможность расширения зоны связи - + - Выбор зоны + + - Статусные сообщения + + - Передача коротких текстовых сообщений + + + Вызов диспетчера + + - Предоставление по запросу абонента широкой полосы + + - Возможности шифрования сигнала и радиоинтерфейса + + +/- Одновременная передача речи и данных + + + Высокоскоростная передача данных - + + Избирательное прослушивание абонентов диспетчером + + - Дистанционное прослушивание акустической обстановки + + - Динамическая перегруппировка + + - От стимпанка к киберпанку
Профессиональная аналоговая связь существовала чуть ли не с начала XX века и за это время успела немало измениться, придя к цифровым технологиям с внушительным багажом.
Каждому известно, что радиосвязь началась в 1895 году, когда А.Попов (и только годом позже Г. Маркони) создал первый приемник. С 1897 по 1915 гг. Г. Маркони организует первые связные компании и разворачивает производство оборудования; появляются регламенты радиосвязи, в том числе по распределению частот между различными службами. Зародилась профессиональная радиосвязь в пероид с 1915 по 1950-х гг.
В первой половине 20-века исследовались возможности осуществления связи на разных длинах волн. До 1920 г. связь осуществляли с использованием волн длиной от сотен метров до десятков километров. В 1922 г. стало известно свойство коротких волн распространяться на любые расстояния, преломляясь в верхних слоях атмосферы и отражаясь от них, - идеальное средство для осуществления дальней связи. 1930-е годы стали временем метровых волн; а 1940-е - дециметровых и сантиметровых, распространяющихся прямолинейно на 40-50 км в пределах прямой видимости. Популяризация радиосвязи напрямую зависела от достижений техники. До появления миниатюрных полупроводников приёмники оставались громоздкими и в лучшем случае умещались в чемодан, что накладывало определённые ограничения.
Историю сетей профессиональной радиосвязи обычно делят на ступени. Первым этапом считаются сети конвенционального типа (от англ. conventional - обычный, традиционный). Их небогатые возможности следующие: симплексный режим работы (нажал на кнопку - задал вопрос - отпустил кнопку - получил ответ - нажал на кнопку - ...), совершение индивидуальных и групповых вызовов (до нескольких десятков абонентов) В конвенциональных системах канал связи (частота) жестко закрепляется за определенной группой абонентов. При этом гарантируется высокая оперативность связи (необходимо только настроить частоту), но служит причиной малой пропускной способности сети (частот мало).
Второй этап - транкинговые сети. Подобные сети сделали возможным обслуживание до нескольких сотен абонентов и позволили более эффективно использовать радиочастотный ресурс. Подобные системы связи стали системами с общим доступом абонентов к частотному диапазону, в отличие от конвенциональных систем. Это обеспечивает повышенную пропускную способность и большую зону охвата.
Многозоновые транкинговые сети стали третьим этапом . Зона обслуживания в них увеличилась еще больше за счет нескольких базовых станций. Количество обслуживаемых абонентов стало практически неограниченным, появилась система приоритетов вызовов, возможность дуплексного режима вызова (кнопку жать не требуется, связь аналогична телефонной с поправкой на куда большую скорость совершения вызова), выход на телефонные сети общего пользования, передача данных.
Симплекс, полудуплекс и дуплексНет, это не названия сиквелов к комедии "Дуплекс", в которой снялись голливудские звёзды Бен Стиллер и Дрю Берримор. В заголовок вынесены имена трёх базисных режимов беспроводной радиосвязи.
1. Симплексная связь использует одну частоту - для приёма и передачи. Возможен только обмен репликами. По причине ограничений, которые накладывает физика, пользоваться этим, самым экономичным видом беспроводных радиокоммуникаций, получится на дистанции не более 5 км. Для устойчивого сигнала крайне желательна открытая местность. Связь осуществляется посредством пользовательских терминалов.
2. Полудуплексная связь также задействует две частоты, однако общаться придётся, как и в симплексном режиме. Базовая станция (БС) на одной частоте постоянно принимает сигналы абонентов, а затем на другой частоте транслирует то, что приняла. Рация использует для приёма частоту, на которой вещает БС, и должна содержать радиочастотный переключатель. Принцип полудуплекса лежит в основе недорогих сетей, которые связывают десятки абонентов в различных точках города и открытой местности.
3. Дуплексная связь задействует две частоты - одну на приём, другую- на передачу и предназначена, чтобы вести привычный диалог. Естественно, задействованы базовые станции для ретрансляции сигналов. Аналоговые системы дуплекса требуют два канала (4 радиочастоты) для соединения абонентов. Терминал оснащают габаритным дуплексным фильтром, чья роль дать приёмнику и передатчику одновременный доступ к антенне. Цифровой дуплекс реализован иначе и не требует громоздкого фильтра - в каждый момент времени аппарат абонента принимает либо передаёт. К примеру, в стандарте TETRA переключение происходит 18 раз в секунду.
Современные цифровые транкинговые сети (ЦТС ) являются вершиной эволюционной цепочки профессиональной связи. Помимо возможностей, доступных пользователям аналоговых систем, добавляются надёжная защита от несанкционированного доступа (к тому же прослушивание переговоров с помощью аналоговых устройств становится невозможным) и пакетная передача данных (доступ в Интернет). Аппарат абонента опознается с помощью различных идентификационных механизмов или SIM-карт. По сути, цифровые транкинговые системы являются универсальными сетями связи, обеспечивающими конфиденциальность контактов абонентов, и способны к одновременной передаче больших потоков данных по каналам связи, будь то данные телеметрии или видеоинформация (в последних редакциях стандартов подобные возможности предусматриваются).
Существует большое количество различных стандартов транкинговых систем подвижной радиосвязи, различающихся по многим признакам. В нашей стране, как и во всем мире, до сих пор распространены аналоговые системы различных версий и стандартов. Однако в силу своей моральной устарелости они не столь интересны к рассмотрению, сколько их цифровые собратья. Пятерку самых популярных и признанных во многих странах мира стоит рассмотреть подробней.
EDACS (Enhanced Digital Access Communication System)
Фирма Ericsson (Швеция) раньше других (пока ее не купила Sony в 1980-х годах) озаботилась проблемой устаревания аналоговых технологий и недостаточной степенью защищенности переговоров в подобных системах и занялась разработкой корпоративного закрытого стандарта EDACS (Enhanced Digital Access Communication System). Изначально стандарт предусматривал передачу речи по аналоговым протоколам, позднее стандарт модифицировали и появилась цифровая версия системы под названием EDACS Aegis . Системы EDACS работают на частотах 138-174 МГц, 403-423 МГц, 450-470 МГц и 806-870 МГц; сеть может быть раскинута на более чем 16000 абонентов. В России в этом стандарт не слишком популярен в силу его закрытости и скорого устаревания (фактически это цифровой стандарт для передачи аналоговых сигналов). Все права принадлежат разработчику, и просто так выпускать оборудование вам не позволят. Вдобавок Ericsson прекратила поставки оборудования для развертывания новых сетей этого стандарта и занимается только поддержкой существующих.
Технология iDEN (integrated Digital Enhanced Network ) - закрытый корпоративный стандарт, разработка которого была начата компанией Motorola в начале 1990-х годов. В 1994 г. в США компанией NEXTEL на базе этой технологии развернута первая сеть коммерческого применения. Сегодня подобные сети развернуты во многих странах Северной и севера Южной Америки, Азии. Сегодня подписчиками iDEN являются более 3 000 000 человек (90% из них приходится на США). Такую популярность iDEN обрела благодаря тому, что является неким компромиссом между транкинговыми и сотовыми системами (предоставляет возможности отправки сообщений, факсимильной связи, передачи данных по протоколу TCP/IP со скоростью до 36 кбит/с, невысокая стоимость). Каждой организацией, использующей стандарт iDEN, может быть создано до 10 000 виртуальных сетей, в каждой из которых может быть до 65 500 абонентов. iDEN использует частотный диапазон 805-821/855-866 МГц. В России систем iDEN нет - вероятнее всего, из-за неудобства использования подобного диапазона частот при решении задач, на которые рассчитаны системы профессиональной связи. Примечательно, что компанией Motorola выпускаются различные iDEN-аппараты с функциями современных мобильных телефонов. К примеру, Motorola ic502 - CDMA/iDEN-телефон с GPS и Motorola i290 с MP3-плеером.
Tetrapol PAS (Tetrapol)
Разработан французской фирмой Matra Communication . Создание этого закрытого стандарта было начато в 1987 г. фирмой Matra Communications по заказу французской жандармерии. Сеть связи стандарта Tetrapol функционирует на половине территории Франции с 1994 г. и обслуживает более 15 000 абонентов. Системы связи стандарта Tetrapol работают начиная с частоты 70 МГц и имеют потолок функционирования в 520 МГц, что не способствует популяризации в других странах, где подобным системам традиционно могут отводиться другие диапазоны частот. В России созданы опытные зоны функционирования сети Tetrapol.
TETRA (Terrestrial Trunked Radio)
TETRA - открытый стандарт профессиональной радиосвязи, разрабатываемый с 1994 года ETSI (European Telecommunications Standards Institute - Европейский институт телекоммуникационных стандартов). TETRA означает Terrestrial Trunked Radio - «наземное транкинговое радио». Изначально, пока стандарт не обрел популярность за пределами Европы, TETRA расшифровывалось как Trans-European Trunked RAdio - «трансъевропейское транкинговое радио». В Европе ПМР стандарта TETRA работает в диапазонах частот 380-385/390-395 МГц, 410-430/450-470 МГц. В Азии - 806-870 МГц.
В спецификациях TETRA значится как открытый стандарт, а значит каждый, кто пожелает производить аппаратуру для связи, может не задумываться о проблемах совместимости с оборудованием других компаний и о дележе авторских прав. Чтобы выпускать продукцию, поддерживающую этот стандарт, необходимо вступить в организацию MoU TETRA - Меморандум о содействии стандарту TETRA. Nokia , Motorola , RohdeSchwarz и другие крупные компании, занимающиеся производством оборудования для связи, поддерживают этот стандарт. Сети TETRA развернуты практически по всей Европе, в странах Азии, Африки и Южной Америки. TETRA Release 2 - новая версия стандарта, которая позволяет осуществить плотную интеграцию с мобильными сетями третьего поколения и значительно повысить скорость передачи данных. Проект по развертыванию сетей данного стандарта в России называется «Тетрарус». О многом говорит хотя бы тот факт, что «в рамках Федеральной целевой программы «Развитие г. Сочи как горноклиматического курорта до 2014 г.» в местах проведения спортивных соревнований и по всему Краснодарскому краю будет функционировать радиосвязь стандарта TETRA».
APCO Project 25 (APCO 25)
Открытый стандарт APCO 25 создан организацией Association of Public S afety Communications Officials- international -Ассоциацией представителей служб связи органов общественной безопасности. Стандарт создавался и совершенствовался (построение радиоинтерфейса, протоколы шифрования, методы речевого кодирования) в период с 1989 по 1995 гг. Одним из основных преимуществ APCO 25 является то, что он позволяет работать в любом из диапазонов частот, доступных для систем подвижной радиосвязи: 138-174, 406-512 или 746-869 МГц. В одну сеть могут быть объединены до двух миллионов человек и до 65 тысяч групп. С 2003 г. в Санкт-Петербурге функционирует подобная сеть на несколько сотен абонентов в целях МВД России.
Транкинг может использовать не только для связи:
Новейшая система транкинга JRC Trunked Radio System
с функцией автоматического определения местонахождения автомобиля на основе GPS и стандартов MPT 1327/1343. Кроме, собственно, обеспечения коммуникаций между абонентами, стандарт обеспечивает автоматическую передачу данных о местонахождении и статусе каждой машины на терминал в центре управления.
Пример двух способов организации сети транкинга:
Более полно характеристики стандартов отражены в таблице:
Функциональные возможности, стандарты цифрового транкинга APCO 25 EDACS IDEN TETRA Tetrapol Индивидуальный, групповой, широковещательный вызовы + + + + + Выход на ТфОП + + + + + Полнодуплексные абонентские терминалы - + + + - Передача данных и доступ к базам данных + + + + + Режим прямой связи + + ? + + Автоматическая регистрация мобильных абонентов + + + + + Персональный вызов + - + + + Доступ к IP-сетям + + + + + Передача статусных сообщений + + + + + Передача коротких сообщений + - + + + Передача данных о местоположении абонента от приемника GPS ? + ? + + Факсимильная связь + - + + + Возможность установки открытого канала? - - + + Множественный доступ с использованием списка абонентов + - + + + Режим ретрансляции сигналов + ? ? + + Режим «двойного наблюдения» ? - ? + + Приоритет доступа/вызова + + - + + Динамическая перегруппировка + + - + + Избирательное прослушивание + + - + + Дистанционное прослушивание? - - + + Идентификация вызывающей стороны + + - + + Вызов, санкционированный диспетчером + + - + + Передача ключей по радиоканалу (OTAR) + - - + + Имитация активности абонентов - - - - + Дистанционное отключение абонента + ? - + + Аутентификация абонентов + ? - + +
В России, одновременно с внедрением, успешным использованием и развитием цифровых сетей различных транкинговых стандартов, широко распространены аналоговые системы на базе старого МРТ1327 . И это отнюдь не плохо. Цифровой транкинг удобен там, где нужна не только оперативная связь, но и передача данных и телефония. Часто заказчикам оказывается вполне достаточно симплексной голосовой связи и функции отправки сообщений. Использование аналоговых систем экономит время и деньги.
В целом же ситуация с профессиональной мобильной радиосвязью напоминает переход от использования сотовых сетей второго поколения стандарта GSM к стандартам 3G . Сотовые сети, несмотря на темпы их роста, в ближайшем будущем не смогут полностью заменить сетей профессиональной радиосвязи по причине того, что выполняют другие функции.
