ПТСМС / Tema_16

Тема 16. Транкинговые системы радиосвязи. Классификация. Принципы построения

Транкинг – метод равного доступа абонентов к выделенным каналам с автоматическим их распределением между абонентами. Этот принцип давно используется в телефонных сетях, откуда в радиосвязь и пришло слово «trunk» (пучок, т.е. пучок равнодоступных каналов).

Транкинг – метод множественного доступа к каналам с частотным разделением (FDMA). Концепция транкинга основана на предположении, что каждый пользователь системы использует радиоканал в течение небольших интервалов времени, и большинство пользователей не используют систему одновременно.

На рынке мобильной радиосвязи транкинговые системы занимают нишу между «обычными» радиостанциями и сотовыми системами связи. С технической точки зрения современные транкинговые системы близки к сотовым, а основные отличия заключаются в их функциональном назначении.

Конкуренция между сотовыми системами и транкинговыми идет за сегмент корпоративных клиентов рынка услуг связи. Транкинговые системы разрабатывались специально для организаций, которым необходимо управлять персоналом, как на собственной территории, так и на выезде.

Косновным преимуществам транкинговых систем относятся:

−мгновенное соединение (0.1–0.3 сек);

−минимальная вероятность занятой линии (не более 0.5 %);

−возможность организации группового или индивидуального вызова;

−администрирование с расстановкой приоритетов;

−вне зоны действия сети возможен режим обычной радиосвязи между радиостанциями;

−быстрота развертывания и надежность систем.

Косновным недостаткам систем транкинговой связи следует отнести:

−наличие мелких систем, не связанных друг с другом;

−проблема выбора частотного диапазона;

−проблема «двойников»;

−проблема роуминга.

Взависимости от назначения транкинговые системы можно разделить на две категории:

−коммерческие (общего пользования) – PARM;

−специального применения (профессиональные) – PRM.

Ккоммерческим системам предъявляются следующие требования:

−высокая пропускная способность,

−сопряжение с ТфОП одновременно для большого числа абонентов,

−поддержка дуплексного режима в абонентских радиостанциях.

Ккоммерческим системам можно отнести системы стандартов MPT 1327, TETRA, iDEN.

Профессиональные системы должны обеспечивать в особые периоды (аварийная ситуация, мероприятия сил общественной безопасности и т.д.) одновременную работу большого числа абонентов на максимально возможной или на ограниченной территории.

К профессиональным системам можно отнести системы EDACS, SmartSone, TETRAPOL, APCO 25.

По способу передачи голосовых сообщений системы транкинговой связи подразделяются на:

−аналоговые;

−цифровые.

Ваналоговых системах речевые сообщения передаются в аналоговом виде, а служебная информация – в цифровом. (LTR, MPT 1327, SmarTrunk II).

Вцифровых системах и речевая, и служебная информация передаются в цифровом виде (iDEN, APCO 25, TETRA, TetraPol).

По организации доступа к системе транкинговые системы связи подразделяются на системы:

−без канала управления (SmarTrunk II);

−с распределенным каналом управления (LTR);

−с выделенным каналом управления (EDACS, MPT 1327, iDEN, TETRA,

APCO 25).

Транкинговые системы без канала управления – это наиболее простые транкинговые системы. 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. Поэтому подобные системы называют еще сканирующими.

В системах без канала управления обеспечивается полная независимость каналов базовых станций друг от друга, поскольку их объединение в общую сеть происходит на уровне абонентской радиостанции. Это обуславливает высокую надежность, и живучесть транкинговых систем без канала управления.

Система работает следующим образом. При вызове абонента радиостанция последовательно сканирует все каналы системы и, найдя свободный, передает сигнал занятия канала. Данный сигнал содержит индивидуальные номера вызывающей и вызываемой радиостанции. Базовая станция проверяет права вызывающей радиостанции и производит вызов вызываемой станции или игнорирует вызов. Если вызываемая радиостанция и абонент откликаются, базовая станция организует сеанс связи. Среднее время установления соединения составляет несколько секунд и определяется количеством каналов в системе и скоростью их сканирования.

Сканирующим транкинговым системам присущ ряд принципиальных недостатков. Так, с ростом количества каналов в такой системе быстро возрастает длительность установления соединения, которая не может быть меньше длительности полного цикла сканирования. Реально к этому добавляется еще и длительность поиска свободного канала вызывающей радиостанцией. Кроме того,

в этих системах затруднена реализация многих современных требований, в том числе многозоновость, гибкая и надежная система приоритетов, постановка на очередь при занятости системы или вызываемого абонента и т. д.

Ксистемам данного класса относятся распространенная еще в СССР система «АЛТАЙ», а также популярная сейчас в России и СНГ система SmarTrunk II.

Втранкинговых системах с распределенным каналом управления управляющая информация передается от базовой станции к радиостанциям непрерывно по всем каналам. Это достигается использованием для ее передачи частот ниже 300 Гц. Каждый канал является управляющим для радиостанций, закрепленный за ним. В дежурном режиме радиостанция прослушивает свой управляющий канал.

Базовая станция состоит из ретранслятора с контроллером транкового канала на каждый радиоканал. Контроллеры транкового канала соединены между собой высокоскоростным каналом связи.

На каждом управляющем канале передается информация о состоянии всех каналов системы – свободен или занят. Перед началом передачи радиостанция проверяет состояние канала, за которым она закреплена. Если канал свободен, то радиостанция занимает его. Если канал занят, то радиостанция выбирает любой свободный канал. Если свободных каналов нет, то станция извещает об этом абонента. Если найден свободный канал, то по нему передается запрос, содержащий адрес вызываемой радиостанции, на установление соединения. После проверки легальности вызывающей радиостанции ей передается подтверждение занятия канала, после чего она может начинать передачу.

Адрес радиостанции состоит из двух полей: номера ретранслятора, за которым закреплена радиостанция и уникального идентификатора в пределах этого ретранслятора. По адресу вызываемой радиостанции определяется за каким каналом она закреплена. На этом канале передается вызов с указанием адреса и номера канала, на который должна перейти вызываемая радиостанция.

После окончания передачи вызывающая станция передает ретранслятору сигнал отбоя и возвращается в режим прослушивания канала управления, за которым она закреплена. Ретранслятор передает сигнал отбоя вызываемой станции, которая также возвращается на канал, за которым закреплена.

Таким образом, в транкинговых системах с распределенным каналом управления канал выделяется на время одной передачи.

При выходе из строя какого-либо канала в системе происходит отказ всех радиостанций, для которых он является управляющим. Кроме того, в таких системах связи скорость передачи управляющей информации невысока. Это затрудняет реализацию многих требований, предъявляемых к современным транкинговым системам, 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 системы с распределенным каналом управления настоящее время не разрабатываются.

Кданному классу систем относятся аналоговые системы стандарта LTR.

Втранкинговых системах с выделенным каналом управления предусмотрен специальный управляющий канал, который осуществляет обработку всех вызовов,

поступающих от абонентских радиостанций. Для аналоговых систем речь идет о выделенном частотном канале для цифровых с временным разделением каналов – о выделенном временном слоте.

Втаких системах радиостанция непрерывно прослушивает управляющий канал ближайшей к ней базовой станции. При включении питания радиостанция передает через управляющий канал информацию о регистрации в системе. С данного момента центральный контроллер определяет права данной радиостанции

изнает о ее местонахождении в системе. При вызове информация от радиостанции передается по управляющему каналу в центральный контроллер. Контроллер, зная о местонахождении необходимых абонентов, посылает по каналу управления сообщение вызова. После получения подтверждения контроллер выделяет необходимое количество голосовых каналов и информирует об этом участвующие в соединении радиостанции. Радиостанции переключаются на указанный канал и остаются на нем до окончания соединения.

На управляющем канале возможна передача коротких пакетов данных между радиостанциями без занятия разговорного канала. В некоторых системах при загрузке, близкой к предельной, канал управления переключается на обслуживание речевого трафика и блокирует очередь вызовов. В зависимости от режима работы системы разговорный канал предоставляется либо на время сеанса связи, либо на время одной передачи.

Транкинговые системы связи с выделенным управляющим каналом в наибольшей степени отвечают современным требованиям. В них легко реализуются многозоновость (радиостанция выбирает базовую станцию с лучше всего принимаемым управляющим каналом) и другие функции. Среди них – постановка вызовов на очередь при занятости системы или вызываемого абонента. А это, в свою очередь, переводит такие системы 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.

Всистемах 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 загружены могут быть все каналы. При этом, правда, вызывающему абоненту придется немного подождать в очереди.

Выделение отдельного управляющего канала имеет и недостатки:

−худшее использование частотного ресурса (в большинстве систем этот недостаток смягчается возможностью перевода управляющего канала в разговорный режим при перегрузке системы);

−выделенный управляющий канал является уязвимым местом всей транкинговой системы, т.к. при отсутствии специальных мер отказ оборудования базовой станции для этого канала означает отказ все базовой станции (к тому же результату приводит и появления помехи на частоте приемника управляющего канала базовой станции).

По этой причине при разработке транкинговых систем с выделенным управляющим каналом особое внимание уделяется автоматическому контролю

работы оборудования базовой станции. При обнаружении отказа или длительной помехи на частоте приема базовая станция делает управляющим другой, исправный канал.

Выделенный управляющий канал предусматривается большинством современных стандартов – как закрытых, так и открытых. Наиболее известными представителями систем с выделенным цифровым каналом управления являются системы стандарта МРТ 1327 и MPT 1343.

По способу удержания канала связи транкинговые системы подразделяются на системы:

−с удержанием канала на весь сеанс переговоров (Message Trunking);

−с удержанием канала на время одной передачи (Transmission Trunking).

Впервом случае в сети обеспечивается постоянный канал связи с абонентом

втечение всего сеанса (оборудование стандартов SmarTrunk II и МРТ 1327). Такой способ, обычно называемый транкингом сообщений (message trunking), наиболее традиционен для обычных систем связи и применяется при дуплексной связи и подключении к ТфОП.

Во втором случае в сети канал связи переназначается во время сеанса (LTR, TETRA). Такой способ называется транкинг передачи (transmission trunking) и реализуется только в полудуплексном режиме. При его использовании канал освобождается почти сразу же после окончания работы передатчика абонента; во время следующего включения занимается любой другой свободный канал, выделяемый базовой станцией. Плата за высокую эффективность данного способа

– увеличение задержки при высокой загрузке сети, и как следствие

фрагментарность и раздробленность разговора.

По конфигурации радиосети транкинговые системы подразделяются на:

−однозоновые (односайтовые) системы;

−многозоновые (многосайтовые) системы.

Однозоновая система – это система, состоящая из одной базовой станции. Радиус зоны обслуживания главным образом зависит от высоты размещения антенн базовой станции.

Для расширения зоны охвата однозоновой системы очень часто применяют разнесенный прием, когда помимо основного мощного приемопередающего ретранслятора образующего зону обслуживания, к системе подключают несколько приемников, разнесенных по территории. Данный метод применяется при использовании маломощных портативных радиостанций для получения хорошего качества радиосвязи по всей территории. Приемники могут быть установлены в отдаленных районах или зданиях, которые находятся вне уверенной зоны приема системы. Также в систему добавляется компаратор сигнала, который выбирает наилучший сигнал от всех приемников и направляет его на приемопередающий ретранслятор.

Типичным примером однозоновой системы, популярной во всем мире, является система SmarTrunk. Можно упомянуть также отечественную разработку 60-х годов систему «Алтай».

Рис. 16.1. Структурная схема транкинговой сети с распределенной межзональной коммутацией

Многозоновая система состоит из нескольких базовых станций (БС). Каждая базовая станция обслуживает свою территорию. Объединение базовых станций в единую систему может выполняться двумя способами:

−с помощью центрального коммутатора;

−с помощью распределенной межзоновой коммутации.

Каждая БС в системе с распределенной межзоновой коммутацией 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).

Основным элементом системы с централизованной коммутацией является межзональный коммутатор. Он обрабатывает все виды межзональных вызовов, т.е. весь межзональный график проходит через один коммутатор, соединенный с БС по выделенным линиям. Это обеспечивает быструю обработку вызовов, возможность подключения централизованных диспетчерских пультов (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 внешний трафик системы. Таким образом, система с ЦК обладает более высокой управляемостью.

Рис. 16.2. Структурная схема транкинговой сети с централизованной межзональной коммутацией

В многозоновых ТСС осуществляется отслеживание текущего местоположения абонентов. При перемещении абонента из одной зоны в другую обеспечивается регистрация и назначение новых каналов доступа. В системах с распределенной коммутацией каждая БС самостоятельно осуществляет коммутацию поступающих вызовов. В системах с ЦК роуминг более надежен, а скорость обработки межзональных вызовов выше.

Для большинства ТСС характерно прерывание связи при перемещении абонента из одной зоны обслуживания в другую, связанное с отсутствием механизма эстафетной передачи (ЭП). Для продолжения разговора абонент вынужден повторять вызов. При полудуплексном режиме работы, когда каждая новая реплика передается с помощью отдельного вызова, межзональный переход практически незаметен. Так как требования пользователей ТСС растут, в новейших цифровых системах обеспечивается эстафетная передача.

Возможность построения многозоновых систем реализована в системах MPT 1327, EDACS, TETRA, SmartZone.

По назначению системы транкинговой связи подразделяются на:

−ведомственные;

−общего пользования;

−смешанные.

По применяемым протоколам системы транкинговой связи подразделяются на:

−открытые;

−закрытые (корпоративные).

Примерами протоколов первого типа являются спецификации MPT 1327, TETRA, APCO; ко второму типу относятся протоколы LTR фирмы E.F. Johnson, EDACS фирмы Ericsson и семейство SmartNet – SmartZone компании Motorola.

Открытые протоколы доступны для любого производителя и рекомендованы для применения во многих странах. Системы, базирующиеся на таких протоколах, производятся многими фирмами, поэтому в них применяется серийное оборудование, которое, как правило, дешевле производимого на заказ для специализированных систем.

Закрытые протоколы используются, как правило, только фирмамиразработчиками, которые являются одновременно и производителями оборудования. Это оборудование обычно более дорогое, т. к. отсутствует конкуренция.

По количеству обслуживаемых абонентов транкинговые системы подразделяются на три группы:

−малые (до 300 абонентов);

−средние (до 3000 абонентов);

−большие (более 3000 абонентов).

Транкинговые сети связи характеризуются широким спектром услуг, основными из которых являются:

− внутренние вызовы;

oиндивидуальный – вызов одного абонента;

oгрупповой – вызов нескольких абонентов.

−приоритетные вызовы;

oприсвоение вызовам абонентов, уже начавших и продолжающих разговор, более высокий приоритет, чем вызовам абонентов, только

устанавливающих соединение оптимизации обработки трафика;

oвытесняющий вызов. При поступлении такого вызова в ситуации, когда все ретрансляционные ресурсы заняты (т.е. в ситуации блокирования), одно из текущих соединений прерывается, а освободившийся ресурс отводится для обслуживания поступившего

вызова со сверхвысоким приоритетом;

oпредоставление так называемого открытого канала, заключающееся во временном переключении одного из каналов в монопольное владение одной группы абонентов.

−доступ к ТфОП;

−роуминг – при перемещении из одной зоны в другую в многозоновых сетях происходит регистрация радиостанции и назначение новых каналов;

−передача данных;

oв аналоговых системах со скоростью 0.6-4.8 кбит/c;

oв цифровых системах до 28.8 кбит/с.

−режим непосредственной связи за пределами зоны действия сети;

−тарификация;

−удаленное управление абонентскими радиостанциями.