4.6 Транкинговая связь
Системами транкинговой (транковой) связи (ТСР) называют системы наземной подвижной связи, в первую очередь - радиотелефонной, работающие, в отличие от конвенциальных, без закрепления радиочастот за абонентами. Они обеспечивают высокую мобильность абонентов в пределах достаточно большой зоны обслуживания и используются, в основном, для организации ведомственных систем радиосвязи (полиция, пожарные, строители и т.д.).
Название транкинговой связи происходит от английского слова trunk (ствол, пучок) и отражает то обстоятельство, что ствол связи в такой системе содержит несколько физических (как правило, частотных) каналов, каждый из которых может быть предоставлен любому из абонентов системы. Решение о выделении того или иного канала принимается каждый раз автоматически исходя из наличия свободных каналов. И только если на момент прихода вызова все каналы заняты, то формируется сигнал отказа в обслуживании. В связи с этим ТСР, по сравнению с конвенциальными системами, обладают значительно более высокой пропускной способностью при тех же показателях качества обслуживания.
В ТСР, способной обслужить большое число абонентов, обычно стремятся предельно увеличить зону действия. Радиус ячейки ТСР может достигать 40...50 км и более. Это предопределяет то особое внимание, которое уделяется в этих системах точке расположения базовой станции и выбору правильного места для размещения антенн.
Иногда ТСР строится в виде нескольких ячеек (многозоновая система), это делается в первую очередь ради расширения зоны действия, а не ради повышения емкости, и размеры этих ячеек (зон) остаются достаточно большими. Централизованное управление совокупностью зон остается при этом ограниченным, равно как и передача обслуживания из зоны в зону, которая, если она вообще реализуется, приводит к кратковременному прерыванию связи.
Для упрощения и удешевления ТСР в ней чаще всего используется полудуплексный режим работы. Наиболее распространенный в транкинговых системах метод множественного доступа - с разделением каналов по частоте (FDMA), хотя известны и примеры с использованием временного разделения (ТDМА).
Можно сказать, что первыми транкинговыми системами были проводные системы связи между АТС. Канал ИКМ является ярко выраженным примером организации транкинга с временным разделением каналов. Преимущество создания группового канала над индивидуальными было настолько велико, что как только успехи микроэлектроники позволили создавать электронные схемы контроллеров таких размеров, чтобы они поместились сначала в автомобильной, а затем и в ручной станции – транкинг стал завоевывать радиоэфир. Одной из первых ТСР в мире стала известная в Советском Союзе система связи «Алтай», первая автоматическая система дуплексной радиотелефонной связи, созданная в 60-х годах и прослужившая более 30 лет.
Для повышения пропускной способности в ТСР обычно накладываются ограничения на длительность разговора, а специфика корпоративной связи находит отражение в системе приоритетов пользователей, учитываемых при предоставлении канала связи в условиях очереди, и в объединении абонентов в группы с возможностью диспетчерского вызова одновременно всех абонентов группы. Та же специфика обусловливает требования к оперативности и надежности установления связи. Кроме речи, в ТСР возможна передача и некоторых других видов информации, в частности, цифровой - управления, телеметрии, охранной сигнализации и др.
Среди протоколов (стандартов) ТСР наиболее известны открытые европейские протоколы - МРТ 1327, TETRA и специализированные (лицензируемые) протоколы - LTR, SmartNet, EDACS и др. Открытые протоколы не защищены патентами, и оборудование, реализующее их, производится многими компаниями. Эти протоколы допускают внесение изменений, связанных, например, с национальными особенностями отдельных стран. Аналоговый протокол МРТ 1327 с уточнениями МРТ 1343, МРТ 1347, МРТ 1352, МРТ 1318, MAP 27 широко распространен в Европе.
Достаточно перспективный цифровой протокол TETRA (Trans European Trunked Radio), внедрение которого началось с 1997 г., предназначен, в частности, для корпоративных сетей полиции и таможенных служб, и должен сменить протокол МРТ с обеспечением сопряжения и преемственности соответствующих систем транковой связи. К категории ТСР, по сути, относится и известная система «Алтай», Современные ТСР работают в диапазонах частот 136...174, 330...380, 403...480, 806...825, 851...870, 896...901, 935...940 МГц; характерные полосы частотных каналов составляют 12,5 или 25 кГц.
4.6.1 Возможности транкинговых систем. Прежде всего, это увеличение радиуса действия системы, поскольку даже в простейшей ТСР связь радиостанций между собой осуществляется через ретрансляторы базовой станции (далее БС). Кроме того, многозоновые ТСР имеют в своем составе несколько (от единиц до сотен БС), каждая из которых обслуживает свою зону. При этом система установит соединение между радиостанциями не зависимо от их месторасположения и, как правило, совершенно прозрачно для пользователей вызываемой и вызывающей радиостанций.
Кроме вызова группы радиостанций (имеется во всех ТСР), почти все системы обеспечивают индивидуальный вызов конкретной радиостанции. При этом многие современные ТСР обеспечивают разделение всего парка радиостанций на отдельные отряды. Отряд - это совокупность радиостанций, принадлежащих одной организации, внутри которой осуществим индивидуальный и групповой вызов. Предполагается, что вызовы между отрядами в большинстве случаев запрещены (хотя могут быть разрешены конкретным радиостанциям). Таким образом, каждая из организаций, пользующихся ТСР, может иметь как бы свою изолированную систему связи.
Как правило, ТСР обеспечивают связь радиостанции с абонентами городской и нескольких учрежденческих телефонных сетей, причем их подключение к таким сетям может осуществляться как простейшим способом по абонентским линиям (аналогично офисным АТС), так и по соединительным линиям. В последнем случае, с точки зрения нумерации абонентов, ТСР становится частью телефонной сети города или учреждения.
Доступ к каждому виду услуг, предоставляемых системой, обычно программируется индивидуально для каждого абонента. Кроме того, программируется предельное время разговора и приоритета абонента. ТСР также имеют защиту от несанкционированного доступа в систему.
При работе радиостанции в ТСР могут возникнуть ситуации, в которых необходимо обойтись без ее услуг (связь с обычной радиостанцией, отказ БС, выход за зону действия всех БС системы). На этот случай все радиостанции, рассчитанные на работу в ТСР, имеют возможность переключения в режим обычной радиостанции. Разумеется, эту возможность можно заблокировать при программировании.
Оборудование любой ТСР рассчитано на коммерческую эксплуатацию, поэтому обязательно обеспечивает учет времени использования системы каждым абонентом (тарификацию).
Сканирующие ТСР. Часто, подобные системы несправедливо именуют псевдотранкинговыми. В таких системах радиостанция при вызове сама ищет незанятый канал и занимает его. В дежурном режиме радиостанция непрерывно перебирает (сканирует) все каналы системы, проверяя, не вызывают ли ее на одном из них. К таким ТСР относится и некогда распространенная в СССР система «Алтай», и ранее популярная, в силу своей дешевизны, ТСР SMARTRUNK II фирмы «Моторола».
Сканирующие ТСР просты и дешевы. В этих системах возможна полная независимость каналов БС друг от друга, поскольку их объединение в общую ТСР происходит на уровне абонентской радиостанции. Это обусловливает высокую надежность и живучесть сканирующих ТСР.
Однако, таким ТСР присущ ряд принципиальных недостатков. С ростом количества каналов быстро возрастает длительность установления соединения в такой системе, т.к. она соизмерима с длительностью полного цикла сканирования. Реально к этому добавляется еще и длительность поиска свободного канала вызывающей радиостанцией. Кроме того, в сканирующих ТСР затруднена реализация многих современных требований, в числе которых многозоновость, гибкая и надежная система приоритетов, постановка в очередь при занятости системы или вызываемого абонента, и т.д.
Таким образом, сканирующая ТСР идеально подходит в качестве небольшой (1..8 каналов, до 200 абонентов) однозоновой системы связи, которой предъявляются минимальные требования по сервису. Это и обусловило в последние годы широкое распространение систем SMARTRUNK II в странах СНГ.
ТСР с распределенным управляющим каналом. Такими являются распространенная в США система LTR, разработанная еще в конце семидесятых годов фирмой E.F. Johnson, и ее современная модификация ESAS, предлагаемая фирмой UNIDEN. В этих ТСР управляющая информация передается непрерывно по всем каналам, в том числе и по занятым. Это достигается использованием для ее передачи частот ниже 300 Гц. Каждый канал является управляющим для радиостанции, закрепленной за ним. В дежурном режиме радиостанция прослушивает свой управляющий канал. В этом канале БС непрерывно передает номер свободного канала, который радиостанция может использовать для передачи. Если же на каком - либо канале начинается передача, адресованная одной из радиостанций, то информация об этом передается на ее управляющем канале, в результате чего эта радиостанция переключается на канал, где происходит вызов.
Такие ТСР обладают рядом достоинств, присущих ТСР с управляющим каналом, не требуя, в то же время, выделения специальных частот для него. В системе LTR установление соединение происходит настолько быстро, что оно осуществляется каждый раз при включении передатчика станции, т. е. паузах разговора канал не занят.
Однако, при выходе из строя какого - либо канала в системе LTR происходит отказ всех радиостанций, для которых он является управляющим. Кроме того, в таких ТСР скорость передачи управляющей информации крайне ограничена. Это затрудняет реализацию многих требований, предъявляемых к современным ТСР, в том числе и многозоновости. Передача информации на частотах ниже 300 Гц одновременно с речью делает такие системы весьма критичными к точности регулировки. Все это привело к тому, что ТСР с распределенным управляющим каналом в настоящее время не разрабатываются. Исключение составляет лишь ESAS, в котором используется данный принцип ради совместимости с LTR.
Необходимо отметить одну специфическую особенность, присущую системам LTR. Эта особенность заключается в том, что при установлении соединения в данной ТСР не происходит жесткого закрепления канала за абонентами на весь период разговора, как в подавляющем большинстве иных транкинговых систем. Абонент, отпустивший тангенту радиостанции, чтобы прослушать ответ, нажав ее следующий раз, может уже работать на другой частоте. Этим достигается максимально возможная эффективность использования каналов, но и затрудняется управление каналами.
ТСР с выделенным управляющим каналом. Для аналоговых систем речь идет о частотном канале, для цифровых с временным разделением каналов - о временном слоте. В таких ТСР радиостанция непрерывно прослушивает управляющий канал ближайший к ней БС. При поступлении вызова, БС передает информацию об этом по управляющему каналу, вызываемая радиостанция подтверждает прием вызова, после чего БС выделяет один из разговорных каналов для соединения и информирует об этом по управляющему каналу все участвующие в соединении радиостанции. После этого они переключаются на указанный канал и остаются на нем до окончания соединения. В то время, когда управляющий канал свободен, радиостанции могут передавать туда свои запросы на соединения. Некоторые типы вызовов (например, передача коротких пакетов данных между радиостанциями) могут осуществляться вообще без занятия разговорного канала.
ТСР с выделенным разговорным каналом в наибольшей степени отвечают современным требованиям. В них легко реализуется многозоновость, (радиостанция выбирает БС с лучше всего слышимым управляющим каналом) и другие функции.
Среди них - постановка вызовов на очередь при занятости системы или вызываемого абонента. А это, в свою очередь, переводит такие ТСР из класса систем с отказом при занятости в класс систем с ожиданием. Тем самым не только повышается комфортность работы пользователя, но и, главное, увеличивается пропускная способность системы. В системах с отказом, при занятости для обеспечения приемлемого качества сервиса в любой момент времени должен простаивать хотя бы один канал, чтобы абонент мог произвести вызов. В системе с ожиданием, загруженными могут быть все каналы. При этом правда, вызываемому абоненту придется немного подождать в очереди.
Однако выделение отдельного управляющего канала имеет и свои недостатки. Во - первых, это худшее использование частотного ресурса. В большинстве систем этот недостаток смягчается возможностью перевода управляющего канала в разговорный режим при перегрузке системы.
Во - вторых, выделенный управляющий канал является уязвимым местом ТСР - при отсутствии специальных мер отказ оборудования БС этого канала означает отказ всей БС. К тому же результату приводит, и появление помехи на частоте приемника управляющего канала БС. По этой причине при разработке ТСР с выделенным управляющим каналом автоматическому контролю за работой оборудования БС уделяется особое внимание. При обнаружении отказа или длительной помехи на частоте приема БС делает управляющим, другой исправный канал.
Выделенный управляющий канал предусматривается большинством современных стандартов на ТСР - как закрытых, так и открытых (MPT1327), а также перспективным стандартом TETRA.
В пользу ТСР говорят следующие параметры выбора, на которые должен обращать внимание будущий пользователь системы:
1. Существенно более низкая стоимость стационарного оборудования ТСР (в десятки раз) по сравнению с сотовой при создании зон связи на одной и той же территории с гарантированным качеством связи.
2. Существенно менее длительное время установления связи между двумя подвижными абонентами (что является определяющим в экстремальной ситуации). В ТСР (менее секунды) по сравнению с сотовыми (до нескольких минут с учётом времени набора и посылки определённого номера корреспондента, а также получения сигнала об установлении связи). В ТСР возможно практически мгновенное установление радиосвязи между абонентами одной разговорной группы, что соответствует требованию к оперативности установления связи.
3. В транкинговых сетях возможно установление связи между одним подвижным абонентом и группой абонентов для передачи им циркулярной информации (что чрезвычайно важно в экстремальной ситуации и при выполнении технологических операций).
К числу возможностей ТСР, не осуществляемых сотовыми системами, относятся:
- создание очередей к занятому ресурсу системы с учетом динамически изменяемых приоритетов;
- реализация экстренного перехвата канала абонентом с более высоким приоритетом;
- экономичная передача коротких блоков данных и статусных сообщений без занятия трафикового канала;
- объединение абонентов в группы, позволяющее осуществлять групповой вызов, (вызов одновременно всех абонентов группы, а также одностороннее оповещение группы абонентов).
Благодаря повышенной мощности передатчиков базовых и абонентских станций зоны обслуживания каждой из базовых станций ТСР в несколько раз больше, чем у сотовых систем. Как следствие этого меньше расходов на коммутационное оборудование, линии привязки, аренду помещений и т.д.
Рисунок 4.19. Абонентская емкость в ТСР
С другой стороны, необходимо учитывать, что стоимость абонентских радиостанций для радиотелефонной связи в ТСР в несколько раз более высокая, чем аналогичных сотовых системах (рис. 4.19). Кроме того, радиотелефонный режим приводит к резкому уменьшению абонентской емкости в системе и себестоимости базового оборудования в расчете на одного абонента.
На диаграмме (рис. 4.20) представлена типовая зависимость себестоимости базового оборудования от числа каналов (абонентов). К = 0,3...2,0 - коэффициент, учитывающий тип используемого оборудования. Анализ этих зависимостей показывает:
1. Наиболее целесообразными, с точки зрения себестоимости, будут ТСР с числом абонентов более 300...400 и числом каналов более 4;
2. Малоканальные системы должны быть ориентированы на обеспечение абонентов оперативной радиосвязью, выход в телефонные сети целесообразно минимизировать.
Рисунок 4.20. Зависимость себестоимости базового оборудования от числа каналов
Отсюда следует, что наиболее оптимальным путем, позволяющим осуществить строительство транкинговой системы связи, ориентированной, в первую очередь, на решение задач управления административно - хозяйственной деятельностью, является объединение предполагаемых пользователей для создания административно – хозяйственной сети связи под эгидой региональной (районной, городской, областной) администрации.
Подобный подход вполне оправдан, поскольку обеспечение ведомственных (корпоративных) интересов может быть реализовано благодаря гибким возможностям современных транкинговых систем связи:
создание групп абонентов со своими внутренними приоритетами;
защита от несанкционированного доступа;
защита передаваемой информации от прослушивания.
Кроме того, создание на базе транкинговых систем «сетей двойного применения (назначения)» с определением для них «особых условий операторской деятельности» позволяют осуществлять их коммерческое использование в соответствии с лицензией. Сети двойного применения могут использоваться как для организации сетей связи общего пользования, так и для организации на коммерческих условиях ведомственной и производственной связи сторонним организациям. При этом набор, качество услуг, а также порядок их предоставления могут отличаться от тех, которые предусматриваются в сетях общего пользования.
Однако на пути реализации подобного решения возникает ряд проблем, например для МВД - запрещение коммерческой деятельности на выделенных частотах.
Региональные ведомственные сети технологической радиосвязи помимо общих требований характеризуются еще и специфическими, например:
более жесткими требованиями по оперативности и достоверности доведения сообщений;
специальными требованиями к радиооборудованию (взрывобезопасность, влагостойкость и т.д.);
необходимость сопряжения с различными по принципам построения, используемым способам и протоколам обмена информацией технологическими подсистемами.