Транкинговые сети связи

Транкинговые  сети связи

1.                         Введение.

    Одной из основных тенденций  развития систем связи является  поиск наиболее эффективных путей  использования частотного диапазона.  Это положительно скажется как  на удобстве пользования, так  и на положении дел с возможностью выделения частот.

    Слово «транк» происходит от  английского trunk – пучок, символ, в телефонии этот термин означает  «магистраль».

    Транкинг – это совокупность  каналов связи, автоматически  распределяемых между пользователями. В обычной системе за группой пользователей «А» закреплен канал А, за группой «В» – канал В и т.д. Если пользователь из группы «А» обнаруживает, что канал А занят, то с этим ничего нельзя поделать, даже если канал В свободен. В результате этого пожарная машина или скорая помощь, оснащенная такой системой, приезжает на сорок минут позже, а милицейская не приезжает вообще, потому что ловить преступника уже поздно.

    В транкинговых системах вместо  одного канала, к которому обращается  несколько пользователей, содержится группа каналов (символ), доступных всем пользователям данной системы. Когда кто-либо из них захочет провести сеанс связи, он автоматически получает доступ к любому свободному каналу. По окончании соединения канал может быть автоматически предоставлен другому.  

 2. Разновидности транкинговых систем.

    Выпускается большое количество систем транкинговой связи подходящих под самые разнообразные задачи заказчиков. Всех их можно разделить по следующим параметрам:  

По способу  передачи голосовых сообщений:

 аналоговые (Smartrunk II,Smartlink, EDACS, LTR, MPT 1327)

 цифровые (EDACS, APCO 25, TETRA, Tetrapol)

По организации  доступа к системе:

 без  канала управления (Smartrunk II)

 с  распределенным каналом управления (LTR, Smartlink)

 с  выделенным каналом управления (MPT 1327)

По способу  удержания канала:

 с  удержанием канала на весь  сеанс переговоров (Smartrunk II, MPT)

 с  удержанием канала на время  одной передачи (LTR, Smartlink)

По конфигурации радиосети:

 однозоновые  системы (Smartrunk)

 многозоновые  системы (MPT, LTR, Smartlink, TETRA, APCO, EDACS, tetrapol)

По способу  организации радиоканала:

 полудуплексные (Smartrunk II, MPT 1327, LTR, Smartlink, TETRA, APCO25, TETRAPOL)

 дуплексные (TETRA, APCO25, TETRAPOL)  

1.    Без канала управления.

В этом случае свободный канал “помечается”  специальным сигналом – маркером. Центральная станция такой системы периодически передает определенную последовательность, автоматически распознаваемую станцией абоненты. В случае вызова радиостанция занимает любой из свободных каналов. Все это происходит незаметно для пользователя – не нужно беспорядочно нажимать клавиши и прислушиваться к шумам эфира. Достоинства таких систем – это дешевое базовое и периферийное оборудование, простота установки и эксплуатации.

    Недостатки этих систем:

1.    при увеличении количества каналов  и загрузки системы существенно  увеличивается время поиска свободного  радиоканала для установления  связи;

2.    время установления связи больше, чем у других систем;

3.    невозможность создания многозоновых систем;

4.    сокращенный набор функций и  сервиса. 

2. Вторая разновидность транкинговых систем имеет канал управления. Присутствие его сводит к минимуму время ожидания соединения. В этом случае система сама определяет наличие незанятых каналов и переключает на них станцию абонента.

А. Система с выделенным каналом.

    Многие крупнейшие компании используют  при построении сети управление  на основе выделенного канала.

    Микропроцессорный блок управления  контролирует все базовые станции в зоне обслуживания. Один из каналов выделяется для использования исключительно в целях правления и представляет собой своеобразное «руководящее звено» данной системы. Его основная функция – установления соединения между двумя абонентами сети.

   Работа  этой системы осуществляется так: Предположим, что диспетчер хочет выйти на связь со всеми пользователями какой то группы, например, транспортного отдела. Он нажимает кнопку, после чего передатчик центральной станции посылает короткую последовательность цифровых данных. Эти данные однозначно определяют вызывающее устройство и вводят в центральный системный контроллер заявку на использование канала. По ее получении определяется свободный канал и посылает всем пользователям интересующей диспетчера группы соответствующее сообщение. Пользователи автоматически переключаются на выбранный контроллером канал. Пользователи других групп при этом продолжают сканирование выделенного контрольного канала.

    К системам с выделенным каналом  управления относятся SmartNet, SmartZone фирмы Motorola и все системы, построенные на основе протокола MPT 1327 – ACCESSNET, ActioNet, TaitNet.

    У таких систем наличие выделенного  канала управления увеличивает  общее количество радиоканалов  системы.

    При использовании выделенного канала управления все запросы на доступ к системе осуществляются через этот канал. При этом максимальное использование ресурсов, обеспечиваемое методом ALOHA, применяемом в системах с выделенным каналом управления, составляет около 37%. В результате ресурсы системы ограничены даже при передаче по управляющему каналу копотких пакетов.

    Система обрабатывает все поступающие  запросы только последовательно.  При увеличении загрузки и  уменьшении числа свободных каналов  время ожидания увеличивается  экспоненциально. 

    Б. Транкинговые системы без  выделенного контрольного  канала.

    В системах такого рода в  место специально выделенного  канала используется один из  приемопередатчиков центральной  станции. За той или иной  группой нажестко закрепляется  один из каналов, который он не занял. В противном случае блок управления (контроллер), распределяющий каналы системы, переключает пользователя на любой свободный. Если заняты все каналы, аппарат сообщает об этом при попытке начать сеанс связи.

    Постоянное обновление информации достигается посредством того, что не занятый в сеансу связи приемопередатчик и определенной частотой передает короткие пакеты данных закрепленным за ним лобильным устройствам и центральным станциям. Таким образом постоянно имеется информация о свободных на данный момент канала. Эти данные используются при атоматическом переключении устройств.

ТРАНКИНГОВАЯ  СИСТЕМА SMARTRUNK II  

 Система  на основе SmarTrunk II используется для  организации оперативной радиотелефонной  связи с возможностью использования полу дуплексных и полнодуплексных радиостанций. Поддерживает от одного до шестнадцати радиочастотных каналов. Для радиостанций может быть организован выход в телефонную сеть, каждый контроллер может быть подключен к одной телефонной линии (ГАТС, местной или ведомственной линии).  

 Связь  между контроллерами по шине  данных позволяет осуществлять  удаленное администрирование всей  системы по одному модему.  

 СОСТАВ  ТРАНКИНГОВОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ SMARTRUNK II  

 Базовая  станция состоит из ретрансляторов, количество которых равно количеству каналов в системе. Каждый ретранслятор управляется контроллером ST853. Пара “ретранслятор контроллер” обслуживают один радиочастотный канал системы. Каждый контроллер может быть подключен к телефонной линии. При отсутствии необходимости выхода в телефонную сеть линии подключать необязательно. С помощью коммутационной станции “ВербаТ” части абонентов системы могут быть присвоены прямые телефонные номера. Контроллеры соединяются по общей шине данных. При этом к любому из контроллеров может быть подключен внешний модем для оперативного удаленного управления всей системой. Ретрансляторы подключаются к антенно-фидерной системе.  

 ПРИНЦИП  РАБОТЫ СИСТЕМЫ SMARTRUNK II  

 Каждая  радиостанция, работающая в системе,  имеет собственный абонентский номер (от 1 до 4 знаков), используемый для идентификации абонента в системе и вызова радиостанции внутри системы и из телефонной сети. Для вызова радиостанции с другой абонентской радиостанции достаточно знать присвоенный ей номер. Для вызова абонента системы из телефонной сети необходимо знать телефонный номер системы и присвоенный номер радиостанции внутри системы.  

 Процесс  установления связи происходит  следующим образом: при включении  питания радиостанция переходит  в режим последовательного сканирования каналов. При поступлении вызова контроллер системы формирует вызывной сигнал. При получении вызывного сигнала радиостанция прекращает сканирование и выдает владельцу сигнал вызова. Канал связи остается занятым до окончания сеанса связи.  

 Абонент  системы SmarTrunk II может также выйти  в телефонную сеть. После прохождения  процедуры идентификации радиостанция  выдает телефонный гудок и  абонент системы может набрать  желаемый телефонный номер.  

 Если  абонент телефонной сети желает  вызвать абонента системы SmarTrunk II, ему необходимо набрать телефонный номер системы, и после установления соединения донабрать добавочный номер абонента (от 1 до 4 знаков) внутри системы.  

 Для  полнодуплексных радиостанций существует  возможность подключения факса или модема для передачи данных.  

 Система  SmarTrunk II обладает достаточно развитым  уровнем сервиса по объединению  абонентов системы в группы, организации  экстренных вызовов, установки  уровней приоритета, ведения учета  времени переговоров и т.п.  

 Система SmarTrunk II относится к классу однозоновых систем. 

3.   Построение транкинговых  систем.

    При построении крупных межрегиональных  систем в транкинговых сетях  может быть предусмотрена возможность  роуминга, т.е. использование радиостанций  в других пунктах. Если вы приехали из Москвы в Сибирь, пожалуйста, используйте свою родную радиостанию для связи с региональным отделением где-нибудь в Минусинске.

1.    Однозоновая система 

    Первоначально транкинговые системы  строились по однозоновому принципу, когда весь канальный ресурс закреплялся за одной центральной станцией. Антенна такой станции обычно располагалась по принципу маяка – в наиболее высокой точке предполагаемой зоны обслуживания.

LTR

Управление  системой осуществляется с помощью  непрерывного обмена цифровыми данными между абонентскими радиостанциями и базовым оборудованием одновременно с передачей речевых сообщений. 

Чтобы избежать помех речевому обмену, для  управляющей информации выделена полоса частот за пределами «слышимости» –  в частотном диапазоне ниже 300 Гц (так называемые субтональные частоты). При радиообмене эти сигналы обрабатываются встроенной в радиостанцию схемой транкинга. Так как управляющие сигналы удаляется из аудиотракта радиостанций специальными фильтрами, то передача цифровой информации одновременно с голосом не ухудшает качество радиопереговоров. 

Важное  отличие систем LTR от других транковых систем в том, что они используют так называемый «транкинг передач». Это значит, что частотный канал закрепляется за абонентом только на время передачи, в отличие от систем других протоколов, где радиоканал закрепляется на весь сеанс связи («транкинг сообщений»). Во время пауз в разговоре канал может использоваться для других сеансов связи. При повторном выходе на передачу абоненту назначается другой канал (из числа свободных). Закрепление рабочего канала на весь сеанс имеет место только в случае телефонных вызовов. 

Благодаря тому, что при каждом выходе в  эфир (нажатие клавиши PTT) радиостанции выделяется другой канал, обеспечивается дополнительная защита радиопереговоров от прослушивания. 

Из-за того, что в системе отсутствует  канал управления на отдельной частоте, абонентская радиостанция не может  перейти в режим передачи до тех  пор, пока не освободится хотя бы один канал. У радиостанции блокируется клавиша «передача» и он не может послать сообщение базовой станции. Следовательно, система «не знает», что абонент пытается получить доступ. 

При освобождении одного из каналов, абонентом, который  первым получит доступ, будет тот, кто первым сделает попытку связи. Этот метод доступа называется: «первым пришел – первым обслужен». То есть у всех абонентов равный уровень приоритета доступа к системе (не путать с приоритетами доступа к сеансам связи, где их может быть несколько, см. далее). 

В системах LTR, при занятости всех каналов, радиостанция может только принимать управляющую информацию, но не может послать сообщение базе. По сравнению с системами с выделенным каналом управления, это создает ряд ограничений в реализации некоторых функций. Например, организацию очередей вызовов – одна из наиболее важных возможностей МРТ 1327 (выделенный управляющий канал), позволяющая повысить оперативность соединения и увеличить количество абонентов на канал.

ПРИНЦИП РАБОТЫ 

Базовая станция и абонентские радиостанции обмениваются управляющей информацией, организованной в виде пакетов (слов данных) со скоростью 300 бод. 

Управляющие сигналы содержат идентификационные  коды, по которым проверяется право  доступа к системе, вызовы абонентам, информация о доступности системы и т.д. В следующих таблицах приведен состав слова управляющих данных (длина 40 бит) и назначение отдельных меток в слове.Базовая станция – абонентской радиостанции / 

АЛГОРИТМ  ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ВЫЗОВА

Прием вызова 

Абонентская радиостанция постоянно принимает  управляющую информацию и анализирует  пакеты данных своего «домашнего» канала. Станция анализирует метки «AREA», «НОМЕ», «ID» и «ERROR». В случае приема меток с адресом данной радиостанции («НОМЕ» + «ID»), она обрабатывает относящуюся к ней информацию и переходит на указанный меткой «GOTO» канал. 

Радиостанция  будет оставаться на канале до тех пор, пока: не получит код отбоя; не потеряет несущую частоту канала; не потеряет адресованные ей данные более чем на одну секунду.

Организация вызова 

После того, как абонент выбрал на радиостанции необходимую комбинацию «системы»  и «группы» он нажимает клавишу РТТ (передача). В случае доступности «домашнего» канала запрос посылается по нему. Если он занят, то радиостанция ищет свободный канал. Номер свободного канала указывает метка «FREE» (свободный) в управляющем потоке данных. Если все каналы заняты, то радиостанция выдает сигнал «занято» и запрещает передачу до тех пор, пока в потоке данных не появится метка «FREE». Если базовая станция не отвечает, то радиостанция повторяет посылку данных еще максимум пять раз и, в случае отказа, выдает абоненту сигнал «вне зоны обслуживания». 

Если  в системе есть свободный канал, то радиостанция переключается на него и базовая станция посылает по эфиру запрос вызываемому абоненту. 

Во время  сеанса связи, радиостанция продолжает непрерывно посылать управляющие данные до тех пор, пока не будет осуществлен «отбой» сеанса. После этого радиостанция посылает базовой станции код освобождения канала (метка «FREE») и переключается в режим приема на «домашнем» канале.

ПРИМЕРЫ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ

Наиболее  простая схема организации связи 

В радиостанциях  всех членов рабочей группы программируется  один и тот же идентификатор как  передаваемый, так и приемный. Причем используется один идентификатор на всю группу пользователей, вне зависимости  от их количества. 

Подобная  реализация системы практически идентична «обычной» системе связи, за исключением того, что абоненты используют транковый метод доступа (т.е. все каналы автоматически «равнодоступны»). Эта реализация позволяет обслужить гораздо большее количество абонентов по сравнению с аналогичной системой, где абоненты должны выбирать свободный канал самостоятельно.

Пример  схемы связи для таксопарка (ВАРИАНТ 1) 

В наиболее простом варианте данная схема требует  два идентификатора вне зависимости  от количества абонентов. 

Идентификатор 1 программируется:

Как передаваемый в радиостанции диспетчера;

Как приемный во всех автомобильных радиостанциях (с наибольшим приоритетом). 

Идентификатор 2 программируется:

Как передаваемый в автомобильных радиостанциях;

Как приемный в радиостанции диспетчера. 

При работе диспетчер принимает информацию от любого водителя и все водители принимают сообщения диспетчера. Водители не могут связываться между  собой.

Пример  схемы связи для таксопарка (ВАРИАНТ 2) 

Другая  реализация может быть более сложной. Она обеспечивает те же функции, что и предыдущая схема и в дополнение позволяет диспетчеру связываться с каждым из водителей персонально:

Первый  идентификатор программируется  в каждой автомобильной радиостанции как передаваемый, так и приемный. При этом номера должны быть уникальными для каждой радиостанции и составлять возрастающую последовательность без промежутков (для создания блока приемных идентификаторов).

Второй  идентификатор программируется  в качестве второго приемного  во всех автомобильных радиостанциях и используется для общего вызова автомобилей диспетчером. (Номер не должен входить в блок упоминавшихся идентификаторов).

В радиостанции диспетчера программируется соответствующее  число «групп» (по одной на каждый автомобиль). Их можно назвать «персональными группами», так как по сути, это «группа» состоящая из одного абонента (она же идентификатор определенной автомобильной радиостанции). В каждой «персональной группе» в качестве приоритетного приемного и передаваемого идентификатора программируется идентификатор конкретного автомобиля.

Дополнительно в диспетчерской радиостанции программируется  отдельная «группа» для общего вызова. В которой в качестве передаваемого  записывается отдельный номер, а  приемный может быть любым или  вообще отсутствовать.

В диспетчерской радиостанции программируется блок приемных идентификаторов низшего приоритета. Этот блок соответствует перечню всех идентификаторов автомобильных радиостанций.

Работа  данной схемы. 

Если  диспетчер выбирает «группу» общего вызова, то его сообщения будут слышны всем водителям одновременно. Это обусловлено тем, что передаваемый идентификатор диспетчерской станции совпадает со вторым приемным идентификатором всех автомобильных станций. 

Диспетчер, в свою очередь, также будет слышать  ответ любого из водителей. В силу того, что все их передаваемые идентификаторы лежат в пределах блока приемных идентификаторов (низшего приоритета), запрограммированных в диспетчерской радиостанции. 

Если  диспетчер выберет «группу», соответствующую  конкретному автомобилю, то его услышит только водитель конкретной машины. Это связано с тем, что передаваемый идентификатор диспетчера (в данном случае) совпадает только с первым приемным идентификатором данной автомобильной радиостанции. 

В процессе персональной связи с конкретным водителем, диспетчер услышит вызовы (в паузах) других водителей. Но вызванный им автомобиль будет иметь приоритет в беседе. Это связано с тем, что блочный приемный идентификатор имеет более низкий приоритет по сравнению с приоритетом персонального идентификатора, принадлежащего выбранной машине. 

Как видно  из приведенных примеров, схема идентификации  и методы организации работы в  системах LTR достаточно развиты. Можно  создавать весьма сложные структуры  с разбивкой на группы, с перекрестными  вызовами, с многоуровневыми приоритетами и т.п. Возможности создаваемых систем зависят только от поставленных задач и фантазии оператора. 

Системы LTR в стандартном варианте рассчитаны на создание однозоновых сетей связи  с выходом в телефонную сеть. Для  этого в каждом канальном контроллере предусмотрены телефонные интерфейсы. Системы могут насчитывать до 20 каналов. Начав, предположим, с 2-х канальной системы в дальнейшем ее можно легко расширить приобретением дополнительных каналов и перепрограммированием контроллеров. При этом имеющееся оборудование не требует замены. 

Оборудование LTR, в основном, реализуется (и функционирует) на рынке США, где данный протокол является преобладающим. Соответственно подавляющее большинство моделей  оборудования рассчитано на традиционный для Америки частотный диапазон 800 МГц. И хотя существуют разработки на другие частотные диапазоны, ассортимент предложений 800 МГц техники гораздо шире*. 

* Некоторые  производители предлагают оборудование  исключительно на диапазон 800 МГц.  Например, системы компании Uniden, абонентское оборудование Maxon. 

Следует отметить, что из-за специфики организации  управления в системах LTR, для достижения наилучшего качества связи разнос между  частотными каналами должен составлять не менее 1 МГц. 

На рисунке  показана структурная схема построение системы LTR:

ПОСТРОЕНИЕ  СЕТЕЙ Tetrapol

Архитектура цифровой транковой системы Tetrapol чем-то напоминает МРТ 1327: каждая базовая станция управляет определенным числом каналов, один из которых является управляющим (контрольным), а остальные служат для передачи информации абонентов. Пожалуй на этом сходство и кончается. Так как Tetrapol относится к полностью цифровым системам, то проводить какие-либо параллели будет не совсем верно. 

Система Tetrapol основывается на множественном доступе с временным разделением (FDMA). Это значит, что для каждого сеанса связи выделяется отдельный частотный радиоканал. 

Стандартно  Tetrapol использует частотные каналы шириной 12,5 кГц, хотя по заказу может быть предложен 10 кГц вариант. 

Используемый метод доступа FDMA, (в силу технологических и физических особенностей) оказывает заметное влияние на размер зон охвата одной базовой станции, позволяя уменьшить их количество и, следовательно, снизить стоимость системы. Более эффективно (по сравнению с TETRA) использование FDMA в условиях сложного рельефа местности, поскольку метод частотного доступа устойчивее к интерференции и задержкам при прохождении сигналов. 

Tetrapol с начала разработки был ориентирован на использование службами общественной безопасности, что не могло не сказаться на решении вопросов надежности и защищенности связи. 

У истоков  разработки Tetrapol стояла французская компания Matra Communications (в настоящее время Matra Nortel Communications). Первыми пользователями систем стали службы охраны правопорядка и армия. Затем системы стандарта Tetrapol стали использовать и другие корпоративные пользователи. 

По определению  Форума Tetrapol: «Ключевыми отличиями Tetrapol и TETRA является ориентация на разные секторы рынка. Системы Tetrapol прежде всего предназначены для связи служб общественной безопасности, в то время как TETRA создавалась, в основном, по инициативе операторов коммерческих сетей связи (...). Таким образом, TETRA и Tetrapol скорее дополняющие, чем конкурирующие решения. Аналогичная ситуация наблюдается и на американском рынке, где проект APCO 25 (FDMA) и iDEN (TDMA) – являются соответствующими цифровыми решениями для служб общественной безопасности и для коммерческих сетей» .