Система ELETTRA

Радиооборудование, в той или иной степени поддерживающее стандарт TETRA, выпускают многие крупнейшие производители средств связи. Назвать только тех поставщиков, которые уже тестируют свои системы на "полигоне TETRA" в Дании, - значит, упустить из виду компании, намеренные в ближайшее время присоединиться к конкурентам, чтобы подтвердить соответствие своей системы этому стандарту. Список таких разработчиков содержит не меньше дюжины имен, хорошо известных на рынке систем радиосвязи. И если ранжировать этот список по степени "зрелости" систем TETRA, то в одном ряду с Motorola и Nokia (см.: Сети, № 6, с. 21) следует поставить крупную телекоммуникационную корпорацию OTE SpA (Италия), входящую в группу Marconi.

Под фирменной маркой ELETTRA выпускается радиосистема OTE Marconi, соответствующая спецификациям стандарта TETRA V+D. Как известно, стандарт TETRA включает в себя две спецификации, TETRA V+D (Voice+Data) и TETRA PDO (Packet Data Optimized). Первая из них описывает цифровую транкинговую систему интегрированной передачи речи и данных, а вторая - мобильную радиосеть пакетной передачи данных. Заметим сразу, что пока все фирмы-производители, подписавшие TETRA MoU (меморандум о взаимопонимании TETRA), предлагают реализации только первой составляющей этого стандарта. Системы, построенные по спецификации TETRA PDO, до сих пор даже не анонсированы.

Цифровая транкинговая система связи ELETTRA позволяет создавать сети различного масштаба - от однозоновых до общенациональных, обеспечивая широкий спектр услуг речевой связи и передачи данных. Хотелось бы сразу отметить одно важное для потребителя качество ELETTRA: в комплект поставки входит набор аппаратно-программных средств для создания и настройки производственно-технологических сетей.

Как известно, потребителю нужна не система связи как таковая, а технология, которая повышает эффективность профессиональной работы. Основой технологии системы ELETTRA является метод управляемого информационного обмена. Оператор получает инструмент для организации и координации процедур обмена - пакет готовых решений для установки и настройки диспетчерских центров.

Любого оператора и абонента сети в первую очередь интересует, каким набором служб она располагает. Поэтому подробное рассмотрение системы ELETTRA начнем с состава предоставляемых услуг.

Услуги

Речевые вызовы

Оборудование ELETTRA позволяет реализовать традиционные для транкинговых систем типы речевых вызовов - групповые и индивидуальные. Групповые вызовы могут передаваться в двух режимах - широковещательном и так называемом режиме с откликом. В транкинговой сети (если только она не заменяет сотовую) самый распространенный тип вызова - групповой с откликом. В противном случае самым популярным является индивидуальный вызов с подключением к телефонной сети общего пользования (ТфОП).

Групповой вызов, предусматривающий возможность ответа, больше всего соответствует требованиям внутренней радиосвязи в рамках небольших (до 30 абонентов) рабочих групп. Однако при взаимодействии различных подразделений (например, для координации действий служб безопасности или спасения в чрезвычайных обстоятельствах) могут потребоваться более крупные (до нескольких сотен абонентов) группы. Диспетчер "сверхгруппы" рискует утонуть в море откликов на собственные слова, поэтому в системе ELETTRA предусмотрены вещательные однонаправленные групповые вызовы (их получатели не могут послать ответный отклик инициатору вызова). При этом стандарт TETRA позволяет пользователям быть членами нескольких групп одновременно, и абоненты сверхгруппы сохраняют возможность привычного взаимодействия в рамках своих рабочих групп.

Передача групповых вызовов в системе ELETTRA производится в симплексном (полудуплексном) режиме. Для индивидуальных вызовов поддерживаются как симплексный, так и дуплексный режимы. Корреспондентом индивидуального вызова может стать абонент системы ELETTRA или любой внешней сети, например ТфОП.

Передача данных

Абоненту системы ELETTRA гарантируется предоставление всех услуг передачи данных, предусмотренных стандартом TETRA V+D. В набор услуг входят службы коротких сообщений и пакетной передачи данных с коммутацией пакетов или каналов.

Данные любого содержания, размер которых не превышает 2048 бит, считаются короткими сообщениями и передаются по каналам служебной информации. Поэтому даже если в системе по каким-либо причинам отключены службы пакетной передачи данных, короткие сообщения все равно дойдут до адресата. Как правило, на базе соответствующей службы организуется передача статусных сообщений, а также текстовых сообщений небольшой (до 127 символов) длины.

Служба передачи данных в режиме коммутации каналов прежде всего предназначена для пересылки по эфиру за ограниченное время больших объемов информации - например, файлов изображений. Эта служба полностью освобождает администратора системы от необходимости поддерживать транспортный протокол собственными средствами, что особенно удобно при передаче квазинепрерывных потоков. Для достижения требуемой степени надежности связи абонент способен воспользоваться встроенным сервисом помехоустойчивого кодирования. Кроме того, трафик службы передачи данных с коммутацией каналов может передаваться не только в одном, но и в нескольких (вплоть до четырех) временных интервалах кадра TDMA. Скорость передачи данных зависит от вида используемого кодирования и числа выделенных временных интервалов (табл. 1).

Таблица 1. Скорость передачи данных, кбит/с в режиме коммутации каналов

Служба передачи данных в режиме коммутации пакетов поддерживает сетевые протоколы X.25, IP, CLNP (Connectionless Network Protocol), SCLNP (TETRA Specific Connectionless Network Protocol), CONP (Connection Oriented Network Protocol).

Для сопряжения системы ELETTRA с внешними сетями предусмотрены шлюзы к каналам на базе протоколов X.25 и IP. Это позволяет создавать гетерогенные территориально-распределенные сети передачи данных, в которых сама ELETTRA является лишь одним из сегментов.

В качестве внутеннего протокола системы наиболее эффективны CLNP, CONP и SCLNP. На самом деле, внутренним сетевым протоколом любой системы стандарта TETRA служит SCLNP. Перед отправкой пакетов любых других протоколов сетевого уровня в путешествие по среде TETRA система преобразует их в пакеты SCLNP.

Протокол SCLNP, оптимизированный для стандарта TETRA, открывает доступ к некоторым внутренним службам сети, которые недоступны при использовании любого другого протокола (например, к службам групповой адресации и управления приоритетами). Функции выбора зоны обслуживания, сохранения пакетов и контроля времени прохождения пакетов также можно применять только при работе с SCLNP.

Следует отметить, что в системе ELETTRA речь и данные передаются одновременно по различным независимым каналам. Это означает, что обмен информацией с удаленной базой данных через подключенный к радиостанции портативный компьютер ничуть не помешает любым речевым вызовам.

Кроме служб передачи речи и данных система ELETTRA обеспечивает и другие услуги. Некоторые из них обязательны для систем, поставляемых в страны Европейского сообщества, и носят название шенгенских служб (частично доставшихся "в наследство" ЕС от стандарта MPT1327 ).

Коммутация трафика

В системе ELETTRA передача речевых сигналов и данных может осуществляться в трех режимах - транкинговом, открытого канала и непосредственной связи.

Обслуживание полудуплексных индивидуальных вызовов может быть организовано в рамках режима транкинговой связи: передача речевых сообщений (транкинг сообщений) и голосовых сигналов (с задержкой и без нее). Для групповых вызовов передача сообщениий не поддерживается.

Как известно, для абонентов наиболее удобен транкинг речевых сообщений, в процессе которого канал связи резервируется на все время разговора, включая паузы (аналогично дуплексному вызову). Более "экономным" с точки зрения пропускной способности канала является транкинг голосовых сигналов, при котором канал связи предоставляется только на время реплик абонентов. В этом случае после каждой фразы канал немедленно возвращается в общий пул свободных ресурсов.

Платой за пропускную способность становится некоторая вероятность того, что абонент получит отказ в обслуживании во время разговора из-за занятости всех каналов (т.е. их блокировки). Если нагрузка на систему очень высока, вероятность блокировки может оказаться достаточно высокой (до 0,7). Для первого установления связи это допустимо, но в процессе разговора совершенно неприемлемо.

Режим передачи голосовых сигналов с задержкой, реализованный в системе ELETTRA, позволяет сохранить экономное распределение ресурсов ретранслятора и даже повысить качество обслуживания до уровня, свойственного транкингу сообщений. Этот режим предусматривает, что после окончания передачи фразы, в ожидании ответной реплики, канал связи освобождается с некоторым запаздыванием. Фактически, введение задержки эквивалентно незначительному увеличению трафика. "Быстрый" разговор с короткими паузами будет протекать в данном режиме так же, как при транкинге сообщений, т. е. без каких-либо перерывов.

Очевидно, что поддержка трех режимов транкинга в системе ELETTRA позволяет оператору сбалансировать поток вызовов в сети и определить тарифные ставки по каждому из них, так как размер оплаты трафика зависит от типа транкинга.

Следует отметить, что при проектировании системы ELETTRA в значительной мере были учтены требования к сетям связи для силовых структур. Отличительной особенностью радиосвязи при работе абонентов этих служб является крайне неравномерный трафик: его интенсивность имеет вид кривой с редкими высокими всплесками при достаточно низком среднем значении. Всплески чаще всего соответствуют проведению специализированных мероприятий, при которых особенно важна оперативная связь.

Режим открытого канала, в котором одной или нескольким группам пользователей без какой-либо задержки предоставляется доступ к каналу связи, предусмотрен именно для таких переговоров. В этом режиме обеспечивается симплексная связь на двух частотах. Разумеется, его использование приводит к снижению пропускной способности системы.

Режим непосредственной связи применяется при выходе абонентов из зоны обслуживания базовой станции. Он обеспечивает обслуживание как групповых, так и индивидуальных вызовов. Для любой системы стандарта TETRA такой режим весьма актуален, поскольку радиус зон покрытия в городских условиях очень невелик - до 4 км. В данном случае абонентские радиостанции работают в режиме одночастотного симплекса. Как правило, все поставщики абонентской аппаратуры стандарта TETRA поддерживают режим непосредственной связи, он предусмотрен и в абонентской станции PUMA/T компании OTE.

Безопасность

В соответствии со стандартом TETRA система ELETTRA поддерживает несколько механизмов защиты информации.

Во-первых, оборудование пользователя и оборудование сети "распознают друг друга". Это происходит автоматически при радиорегистрации абонента в системе, а также по запросу любой из сторон. Таким образом, абонент может быть уверен, что работает именно в той сети, которой он доверяет. Со своей стороны, оператор транкинговой системы всегда способен удостовериться, что его услугами пользуются только зарегистрированные абоненты.

Во-вторых, в системе ELETTRA реализованы два независимых вида шифрования трафика: на участке радиоканала и сквозное. Весь трафик и сигнальная информация радиоканала обязательно шифруются. Алгоритмы шифрования могут использовать:

• статические ключи (фиксированный набор не более чем из 32 ключей, загружаемых в радиостанцию и зафиксированных в списках сетевой службы защиты);
• выведенные ключи, используемые для индивидуальных вызовов (вычисляются отдельно ПО радиостанции и сетевого оборудования как результат аутентификации). Стандарт TETRA предусматривает поддержку специальных идентификаторов пользователя и сети;
• групповые ключи, применяемые при групповых вызовах, которые периодически генерируются и автоматически распределяются ПО сети после проведения процедуры аутентификации члена группы.

Начальный уровень защиты информации обеспечивается шифрованием трафика только в пределах радиоканала. Более высокий уровень безопасности предусматривает сквозное шифрование, т.е. передачу закрытого трафика на всем маршруте. Абоненты, предпочитающие сквозное шифрование, могут генерировать новые ключи с помощью ПО центра аутентификации системы и рассылать их в зашифрованном виде через службу коротких сообщений.

Архитектура

Технологические и структурные решения, на которых базируется архитектура системы ELETTRA (см. рисунок), позволяют строить сети с различной площадью покрытия из ограниченного набора элементов. В число обязательных входят только узел коммутации и управления (SCN - Switching and Control Node), базовая станция (БС) и станция управления сетью (NMS - Network Management Station). Эти три элемента должны присутствовать даже в однозоновой сети. Необязательный элемент инфраструктуры - диспетчерский пульт.

К SCN могут подключаться не только БС и диспетчерские пульты, но и все внешние сети (в том числе другие сети TETRA и ТфОП). Абонентский сегмент сети - это портативные, автомобильные, авиационные и стационарные радиостанции. Обычно в системе предусматривается также центр управления. NMS позволяет контролировать всю транкинговую сеть, поскольку ее узлы объединены внутренней сетью сигнализации, построенной на базе протокола X.25.

Информация об абонентах собственной и внешней сетей обычно хранится в том узле коммутации и управления, через который осуществляется сопряжение с другой сетью TETRA. Эту базу данных в радиосетях называют опорным и визитным регистрами местонахождения (HLR/VLR). Остальные узлы поддерживают только одну базу данных, которая описывает абонентов, находящихся в контролируемых зонах обслуживания, - текущий регистр местонахождения (PLR).

Узел коммутации и управления обеспечивает не только коммутацию каналов и пакетов данных, но и управление ресурсами сети. В список "обязанностей" SCN входят распределение ключей шифрования, загрузка ПО в базовые станции, мониторинг отказов оборудования и сбор статистики, а также ведение абонентских журналов. SCN выпускается в двух модификациях: стандартной (для производственно-технологических систем) и расширенной (для работы в крупных территориально-распределенных системах связи с широким спектром услуг, в том числе обеспечивается подключение к ТфОП и ЛВС). Поддерживаемые SCN интерфейсы представлены в табл. 2.

Таблица 2. Число интерфейсов узла коммутации и управления для разных типов SCN

Для создания узла коммутации и управления в стандартной поставке использована архитектура общей шины. "Сердце" SCN - коммутатор каналов G.703, реализованный как устройство коммутации с неблокируемой матрицей. Часть узлов сети и некоторые БС можно подключить к коммутатору через преобразователь LTR через интерфейс G.703. Низкоскоростные каналы (64 кбит/с) от базовых станций связаны с коммутатором через преобразователь CODIR. Сопряжение с внешней сетью передачи данных осуществляется через стандартный интерфейс Ethernet 10BaseT.

Речевой трафик внутри системы ELETTRA передается и коммутируется в виде CELP-кодированных потоков, поэтому между коммутатором SCN и модулями сопряжения с внешними цифровыми (ISDN BRI) и аналоговыми (CDA E/M) сетями устанавливается транскодер TRAC.

Еще один важный элемент SCN - многопроцессорный модуль TSU (TETRA Signalling Unit), в функции которого входят обслуживание вызовов и обработка сообщений внутреннего протокола сигнализации. Обмен с другими SCN и управление встроенной БД осуществляет модуль управления элементами системы TEM (TETRA Element Manager), оснащенный интерфейсом X.25. Для оперативного контроля работоспособности в SCN предусмотрены блок Alarm Display (обеспечивает светодиодную индикацию на наружной панели) и интерфейс RS-232 (позволяет подключать локальный терминал).

Узел коммутации и управления - один из важнейших элементов. Его надежность гарантируется механизмом обеспечения отказоустойчивости, позволяющим дублировать ряд ответственных функций SCN. Так, в случае отказа каких-либо каналов связи поддерживается альтернативная маршрутизация. Иногда резервируется узел в целом, причем переключение на "горячий" резерв производится автоматически.

Базовые станции системы ELETTRA включают в себя устройства объединения радиосигналов, ретрансляторы, контроллер сигналов и процессор. Обеспечиваются необходимые параметры связи в рамках радиоинтерфейса TETRA, мультиплексирование трафика и передача сигнальной информации на SCN. В случае нарушения связи с узлом коммутации и управления БС осуществит необходимую обработку и коммутацию вызовов.

Одна базовая станция ELETTRA способна обслужить до 8 несущих частот. Как известно, в соответствии со стандартом TETRA V+D на каждой из них организуются четыре логических канала, при этом по крайней мере один из каналов отводится для передачи сигнальной информации. Таким образом, одна БС может работать не менее чем с 31 абонентами.

Отличительная особенность базовых станций ELETTRA - возможность их самотестирования в процессе работы. Проверяются такие параметры, как чувствительность приемника (по вероятности ошибки на символ и наличию пропуска кадров), выходная мощность передатчика, соответствие уровня принимаемых сигналов параметрам измерителя.

При отказе ретранслятора несущей частоты (канал управления) процессор БС идентифицирует отказ и немедленно переключает канал управления на один из оставшихся ретрансляторов. При выходе из строя линии связи "базовая станция-узел коммутации" поддерживаются следующие типы вызовов: индивидуальный полудуплексный (речь или данные), групповой полудуплексный (речь или данные), службы коротких сообщений (в том числе в режиме открытого канала). Но из всего спектра дополнительных услуг остается только одна - вытесняющий приоритетный (экстренный) вызов. Следует отметить, что перечисленный набор механизмов отказоустойчивости является вполне обычным для имеющихся на рынке систем стандарта TETRA.

Абонентское оборудование

В составе системы ELETTRA может работать абонентское оборудование любого производителя, главное условие - соответствие стандарту TETRA. Тем не менее компания OTE выпустила собственную радиостанцию этого стандарта - PUMA/T. Защищенное портативное устройство снабжено цифровой клавиатурой, текстовым ЖК-дисплеем (2х10 символов) и интерфейсом передачи данных.

Предназначена PUMA/T для организаций, чья деятельность связана с транспортом и охраной правопорядка. Радиостанция поддерживает все режимы защиты информации, предусмотренные стандартом TETRA, включая возможность установки абонентского ПО сквозного шифрования, непосредственную связь и двойное сканирование. Выходная мощность передатчика PUMA/T составляет 1 Вт, вес радиостанции - 470 г, габаритные размеры - 158х57х40. Эксплуатационная температура от -20о до +55оС. Время автономной работы со стандартной батареей в цикле 5-5-90 составляет 8 ч. Для радиостанции выпускается множество аксессуаров (даже столь экзотический, как беспроводная гарнитура).

Автомобильное абонентское оборудование стандарта TETRA, созданное OTE, представлено радиостанцией MT3000. Она работает в дуплексном режиме и обеспечивает скорость передачи данных 28,8 кбит/с - максимальную для стандарта TETRA. Выходная мощность передатчика MT3000 - 10 Вт.

Не только теория

Фирма OTE - одна из немногих, которые могут похвастаться существующими соглашениями о поставке систем стандарта TETRA. В 1998 г. компанией Marconi Communications (в нее, напомним, входит OTE) были заключены контракты на развертывание системы связи ELETRA для полиции Португалии, вооруженных сил Германии, а также для предприятий энергетического комплекса Хорватии и для одного из государств Ближнего Востока. Еще один контракт с NEC Systems Integration & Construction Limited (NESIC) на поставку системы связи для обслуживания 20-километровой линии метро в Сингапуре. Развертываемая радиосистема будет предоставлять услуги связи не только служащим метрополитена, но и пассажирам. Этот контракт особенно интересен для российских заказчиков OTE, поскольку в метрополитене Санкт-Петербурга будет развернута первая в нашей стране цифровая транкинговая система стандарта TETRA. (Нельзя не отметить, что именно фирма OTE начала внедрение технологии TETRA в России.) Основу подземной сети подвижной связи Санкт-Петербурга под названием "Радиосвязь-2000" составит оборудование ELETTRA, включающее в себя 4 центра коммутации и управления, 60 базовых станций, а также абонентские радиостанции - как размещаемые на подвижном составе, так и портативные.

Для системы "Радиосвязь-2000" разрабатывается специальное ПО, которое обеспечит получение отклика от любого поезда менее чем за 1 с. В тоннелях метро будет смонтирована специальная антенная система на базе излучающих кабелей Radiax фирмы Andrew Kommunikationssysteme (Швейцария). Генеральным подрядчиком сети является НИИ точной механики (Санкт-Петербург). Заметим, что разрешение на частоты для "Радиосвязи-2000" уже получено.

Пока не завершатся исследования по использованию частот наземных систем стандарта TETRA, петербургский метрополитен будет первым и единственным в нашей стране "оазисом" этой технологии.

Службы системы ELETTRA

Шенгенские:

• диспетчерское подтверждение вызова - вызов разрешается только после одобрения диспетчера;
• приоритетный доступ - обеспечивается возможность ускорения передачи (повышения приоритета) в случае перегруженности системы;
• приоритетный вызов - позволяет обслуживать вызов с высоким приоритетом в первую очередь, даже за счет разрыва соединения с более низким приоритетом (вытесняющий вызов);
• присоединение к текущему вызову - подключение пользователя к вызову после его поступления (если в момент вызова радиостанция была выключена);
• скрытое прослушивание - обеспечивает прослушивание вызова без информирования об этом корреспондентов;
• тихое прослушивание - дает возможность дистанционно включить абонентскую станцию в режим прослушивания обстановки у абонента;
• динамическое переопределение групп - позволяет динамическии создавать, изменять или расформировывать группы абонентов;
• идентификация вызывающего абонента - обеспечивает отображение идентификационного номера вызывающего абонента.

Дополнительные:

• выбор района - абонент самостоятельно задает район зоны покрытия, в который необходимо направить вызов; если адресат окажется вне назначенного района, он не будет оповещен о вызове;
• идентификация вызывающего/вызываемого абонента - на дисплей выводится идентификатор радиостанции абонента-собеседника;
• запрет идентификации вызывающего/вызываемого абонента;
• отчет о вызовах - абоненту B после включения радиостанции предоставляется информация о том, пытался ли его вызвать абонент A; одновременно абонент A может получить сигнал о доступности абонента B;
• перенаправление вызова - поддержка переадресации вызовов при занятости адресата (безусловное перенаправление), его недоступности или отсутствии ответа адресата;
• вызов по списку - рассылка вызовов абонентам списка согласно определенной последовательности;
• сокращенный набор - вызов нескольких заранее определенных абонентов с помощью укороченного набора номера;
• ожидание вызова - пользователь, принимающий вызов, получает сигнал о поступлении другого входящего вызова; последний может быть принят, проигнорирован или отвергнут;
• удержание вызова - текущий вызов прерывается, а затем восстанавливается;
• вызов занятого или не отвечающего абонента - вызов абонента A задерживается сетью до тех пор, пока вызываемый абонент B не освободится или не отправит/примет другой вызов;
• передача управления вызовом - инициатор группового вызова передает права управления этим вызовом другому абоненту;
• подключение вызова - абонент A с согласия абонента B подключает к текущему вызову абонента C;
• частичный запрет исходящих/входящих вызовов - запрещаются отдельные категории исходящих/входящих вызовов (например, международные вызовы);
• сообщения тарификации - коммерческий пользователь информируется о размере оплаты текущего вызова.

Технические характеристики базовых станций системы ELETTRA

Диапазоны рабочих частот: 380-390/390-400; 410-420/420-430; 450-460/460-470 МГц (по отдельному заказу)

Диапазон температур: от -10 до +550 C (в помещении)

Напряжение питания: 48 В постоянного тока

Потребляемая мощность: 50 Вт + 200 Вт ? число ретрансляторов

Выходная мощность передатчика: 10 Вт