|
На сегодняшнем рынке
подвижной беспроводной связи доминируют сотовые системы и стандарты. Появление
беспроводных систем третьего поколения (3G), по прогнозам специалистов, еще более
расширит круг их пользователей. В тени при этом остаются профессиональные
(PMR/PAMR) или специализированные (SMR) мобильные радиосети, которые у нас
предпочитают называть транкинговыми. Однако все более широкое
распространение новых цифровых транкинговых стандартов и протоколов,
предусматривающих, прежде всего, интеграцию различных услуг внутри
одной сети и на базе общего абонентского оборудования, заставляет
вновь заговорить о перспективах крупносотовой профессиональной
мобильной радиосвязи.
Как разделить частоты
Профессиональная подвижная радиосвязь всегда отличалась
путаницей в определениях и классификациях. Определения типа Professional
(Private) Mobile Radio (PMR) или Public Access Mobile Radio (PAMR),
принятые в Европе, или Specialized (Shared) Mobile Radio (SMR),
распространенные в США, оставляют в стороне техническую сторону вопроса.
Японское название Trunked Radio Service, напротив,
специально подчеркивает форму реализации сети связи. Наконец, самый
любопытный подход к сложному терминологическому вопросу
продемонстрировала Международная ассоциация мобильных телекоммуникаций
(IMTA), предложив новый термин – Commercial
Trunked Radio, CTR. При этом “коммерческим транкинговым радио”
предлагается именовать не только собственно транкинговые системы, но и
сети связи, построенные на основе нетранкинговых (conventional)
радиостанций.
Так или иначе, ключевым понятием стало все же слово “транкинг”. Сам
термин trunking появился в то время, когда телефонные
станции стали автоматически подключать абонента, желающего
соединиться с другим городом, к свободной линии в магистральном канале.
В 50-х годах на рынок вышли первые многоканальные радиостанции,
позволяющие в автоматическом режиме искать для связи свободный радиоканал.
Уже в 60-х годах в Советском Союзе появилась знаменитая система “Алтай”
– персональная ”связь для начальников”, тоже использующая
транкинговые принципы. Когда к началу 80-х годов миниатюризация
микропроцессорной техники позволила размещать чипы в недорогом
оборудовании, появились общедоступные сотовые и транкинговые системы связи.
Отличительная особенность сотовых и транкинговых систем – наличие
центрального управляющего компьютера, входящего в состав контроллера,
взаимодействующего с микропроцессорами абонентского оборудования при распределении
ресурсов системы.
Сегодняшние транкинговые системы позволяют автоматически и динамически
распределять малое число физических радиоканалов среди большого числа
абонентов за счет автоматического назначения свободного канала при
каждом запросе на вхождение в связь. Это обусловливает и существенно
большую, чем в “конвенциональных” системах абонентскую емкость, и одно из
основных преимуществ транкинговых сетей перед современными сотовыми –
возможность общаться в пользовательских группах. Однако если
рассматривать применение транкинговых систем для передачи не только
голосовых сообщений, но и пакетов данных, ситуация становится не столь
однозначной. Протоколы, обеспечивающие управление каналами, усложняют
интерфейс с протоколами обмена данными, а главное – при обеспечении коротких
транзакций типа запроса к базе данных, необходимость ожидания вхождения в
канал (в зависимости от загруженности системы время ожидания может
колебаться от долей секунды до нескольких секунд) существенным
образом замедляет обмен данными и затрудняет проверку прохождения
пакетов.
Зоопарк
На сегодняшнем рынке мобильной
персональной связи присутствует великое множество стандартов и
протоколов транкинговой связи – цифровых и аналоговых, многозоновых и
однозоновых. Поскольку в России нам никто не указ, а никакого “естественного
монополиста” в области профессиональной связи здесь нет и не
предвидится, на рынке представлены такие системы, которые на Западе давно
уже считаются антикварной техникой. (Связисты называют такую устаревшую технику
“зоопарком”.)
Отчасти это объясняется дилеммой, которую можно сформулировать
следующим образом: должна ли фирма или организация подключиться к уже
имеющейся коммерческой сети, или следует развернуть у себя собственный (private)
“маленький транк”. По второму пути традиционно идут спецслужбы, городские
“службы с нулем” (01, 02, 03), и иногда – крупные предприятия. А в качестве
“маленького транка” у нас до сих пор применяются однозоновые аналоговые системы
типа SmarTrunk/SmarTrunk II (в диапазоне 160, 330 или 450 МГц), где ни о какой
передаче данных разговор не идет. Да и транкинговыми их можно называть
условно, прибавляя приставку “псевдо”. В таких системах абонентская
радиостанция не получает частоту, назначенную центральным контроллером,
а сканирует весь отведенный частотный диапазон в поисках свободного канала
базовой станции.
Чуть получше
обстоит дело с более развитыми аналоговыми протоколами, прежде всего,
с созданными на базе LTR. Сам LTR (для диапазонов 450 и 800/900 МГц) и его
многозоновая разновидность ESAS (800 МГц) считаются довольно
эффективными с точки зрения “нарезки частот”, поскольку в них отсутствует
отдельный управляющий канал – вся сигнализация, связанная с
конфигурацией сети и управлением устройствами, проходит в субтональной
области частот. Однако из-за отсутствия цифрового “канальчика” для того,
чтобы предоставлять потребителям дополнительные услуги, компаниям-операторам
приходится идти на дополнительные технические ухищрения. Так компания “Регионтранк”
в Москве включила в список дополнительных услуг передачу данных и
отсылку факсов, а раз есть обмен данными – значит, и AVL передавать можно.
Достигнуто это было посредством подключения телефонного эмулятора к дуплексной
автомобильной радиостанции. Через телефонный эмулятор GSM-Ready модемы US Robotics
“пробивались” в эфир, уверенно выходя на 14.400 кбит/с, а при хорошей “погоде” – подолгу
работали и на 21.600 кбит/с.
Наконец, третья
разновидность современных транкинговых систем – системы с
выделенным цифровым каналом управления. Наибольшее распространение получили
MPT-1327 (открытый протокол в диапазоне 160-450 МГц для построения сетей класса private
– прежде всего, для служб правопорядка и наземного транспорта), а также
многодиапазонный протокол EDACS
(Enhanced Digital Access
Communications System)
от Ericsson. По
основным “голосовым” параметрам,
протокол EDACS
сопоставим с ESAS, однако здесь имеется выделенный цифровой управляющий канал. Для работы
в этом канале существуют и радиомодемы, и AVL-устройства.
Заметное отличие MPT
от ESAS и EDACS – открытость. Поскольку протокол разрабатывался по заказу британских
правительственных органов, коммерческой тайны его спецификация не
представляет, а MPT-оборудование (как базовое, так и абонентское)
выпускается многими фирмами (Tait, Fylde, Motorola и др.).
Более того, различные системы связи на базе MPT-1327
продаются под разными фирменными наименованиями (например, Accessnet от
Rohde&Schwarz).
Как это делается в транке
Рассмотрим особенности транкинговых протоколов и специфику передачи данных
по транкинговым сетям подвижной связи на примере открытого стандарта MPT-1327
(при этом будем пользоваться переводом на русский язык соответствующих
документов, выполненным компанией Condor Communications).
Весь обмен сигналами, необходимыми для управления транкинговой сетью,
происходит на служебном канале системы. При этом время на контрольном канале
делится на слоты по 128 бит (продолжительностью около 106,7 мс). В каждом из таких
слотов может быть послано одно сообщение. Структура сигнала на контрольном
канале показана на рис.2
В состав каждого слота входит по два 64-битовых кодовых слова. Обычно это
кодовое слово контрольного канала системы (КСКК) и адресное кодовое слово
(АКС).
КСКК идентифицирует системы для абонентов и осуществляет
синхронизацию для следующего адресного кодового слова. АСК, в свою
очередь, является первым кодовым словом любого сообщения и определяет
тип сообщения. Оба этих кодовых слова перемещаются при передаче транковым
контроллером системы длинных сообщений, а “информационные” кодовые
слова присоединяются к главному.
Абонентская станция принимает сообщение от транкового контроллера
системы (ТКС) в один слот, помещает ответ в следующий слот, а затем
перенастраивается на прямой канал, чтобы расшифровать сообщение
контроллера.
Виды сообщений контрольного канала:
 | Типовые ALOHA-сообщения
– посылаются транковым контроллером
для вызова и контроля случайного
доступа. |
| Запросы – посылаются абонентами для
организации вхождения в связь. |
| Типовые AHOY-сообщения
– посылаются транковым контроллером с
требованием ответа от вызываемого
абонента. |
| Соглашения – посылаются транковым
контроллером и абонентскими
радиостанциями. |
| Сообщения вида “Перейди на канал” –
посылаются транковым контроллером
как сигнал наличия свободного канала
в системе. |
| Одноадресные сообщения – в
настоящий момент отправляются только
абонентскими станциями. |
| Короткие информационные сообщения –
отправляются транковым контроллером
и абонентскими станциями. |
| Прочие сообщения – посылаются
транковым контроллером для
управления системой. |
Одним из ключевых элементов стандарта является протокол
произвольного доступа, определяющий порядок доступа к системе с “конкурирующих”
абонентских устройств и решающий “проблему столкновений”. В MPT-1327
этот протокол основан на слотовом протоколе типа ALOHA
с последовательной кадровой структурой.
При реализации протокола произвольного доступа транковый
контроллер передает синхронизирующий сигнал (ALH), предлагая абонентским станциям
посылать сигналы произвольного доступа. В состав сообщения ALH входит параметр N,
обозначающий число свободных для доступа слотов, которые составляют кадр.
Если запрос на звонок посылается абонентом в момент, когда кадр уже обрабатывается,
абонентская станция автоматически помещает сигнал в следующий слот. В противном случае,
сообщение передается в произвольный слот следующего по порядку кадра. Если
абонентская станция повторяет передачу из-за непрохождения сообщения,
слот также выбирается из нового кадра.
Основным содержимым транкинкового трафика на основных каналах в MPT-1327
являются голосовые сообщения. Порядок использования транкинговой системы
для передачи данных различного вида определяется стандартом MAP27
(Multiple Access Protocol).
В рамках стандарта MAP27 предусмотрены следующие форматы и виды
сообщений, включающих данные:
| Статусные сообщения на контрольном
канале. В качестве статусного
сообщения может передаваться число от
0 до 31. |
| Короткие сообщения на контрольном
канале. Короткое сообщение может
включать 176 или 184 бита данных
свободного формата (то есть 25 символов
ASCII). |
| Расширенные сообщения на
контрольном канале. Расширенное
сообщение может включать до 704 бит
свободного формата или 100 ASCII-символов. |
| Стандартные сообщения на выделенном
канале для передачи данных. При этом
пакеты данных передаются со скоростью
1200 бит/c,
однако возможна и более быстрая
передача. |
В рамках MPT-1327
короткие сообщения передаются как односегментные транзакции (SST),
а расширенные сообщения (предусмотренные только расширением исходного
стандарта MPT-1343)
– как многосегментные транзакции (MST).
Следует отметить, что помимо определенных особенностями протокола
видов пакетов передаваемых данных, существует возможность передачи так
называемых непредписанных данных (NPD) посредством модемов, включаемых в
основные “голосовые” каналы. В этом смысле существует некая аналогия с
телефонными аппаратами с радиотрубками, когда информация, закодированная
последовательностью нажатых клавиш, может трактоваться как статусная, а переданная
посредством подключенного к телефонной линии модема – как “непредписанная”.
В рамках MAP27
определены несколько вариантов использования опции обмена данными. К
ним относятся:
| Обмен посланиями с подтверждением. |
| Обмен хранимыми посланиями и
поддержание “почтовых ящиков”. |
| Передача файлов. |
| Организация интерактивных
терминалов. |
| Организация связи между модемами. |
| Автоматизированное управление
голосовыми вызовами. |
Используемый в протоколе обмена данными MAP27 многоуровневый стек основан на
семиуровневой OSI-модели Международной организации по стандартизации (ISO),
в соответствии с которой определяются три основных уровня протокола:
Уровень 1 - уровень физического интерфейса.
Уровень 2 - протокол передачи данных.
Уровень 3 - сетевой протокол.
На уровне физического интерфейса описывается, как можно догадаться,
физическое сопряжение и формат обмена между терминальным оборудованием
системы передачи данных (DTE) и радиостанцией при конфигурации “точка-точка”.
При этом каждый терминал DTE подключается к радиостанции по отдельности.
Протокол передачи данных описывает организацию обмена информацией на
локальном уровне с использованием пакетной структуры.
Сетевой протокол описывает обмен информацией между узлами радиосети.
При этом устройства DTE или соответствующие приложения могут
реализовывать логическое соединение непосредственно друг с другом или
через шлюз. Кроме того, сетевой протокол определяет порядок
локального взаимодействия при управлении радиостанциями.
Общая модель сети и структура стека MAP27 представлены на рис.4 и 5.
При этом используются следующие сокращения:
APP (Application of Higher layers) - Приложение, запущенное на высоких слоях;
UA3 (User Access Network Layer)
- Определяемый MAP27 уровень абонентского доступа к сети;
UA2 (User Access Data Link Layer)
- Определяемый MAP27 уровень абонентского доступа к линии
передачи данных;
UA1 (User Access Physical Layer)
- Определяемый MAP27 уровень абонентского физического доступа;
RA3 (Radio Access Layer 3)
- Третий уровень радиодоступа,
определяемый MPT-1327;
RA2 (Radio Access Layer 3)
- Второй уровень радиодоступа,
определяемый MPT-1327;
RA1 (Radio Access Layer 3)
- Первый уровень радиодоступа,
определяемый частотными присвоениями;
GA3 (Gateway Access Layer 3)
- Третий уровень шлюзового доступа
(X или ISDN);
GA2 (Gateway Access Layer 2)
- Второй уровень шлюзового доступа
(X или ISDN);
GA1 (Gateway Access Layer 1)
- Первый уровень шлюзового доступа
(X или ISDN).
Жизнь в iDEN’е
При использовании цифровых управляющих каналов для передачи
данных различного вида скорость передачи колеблется от 1200 до 9600 бит/c.
Поскольку большинство транкинговых абонентских устройств отнюдь не
предназначено для обеспечения обмена данными в базовой комплектации (в
отличие от современных цифровых аппаратов GSM),
нужен еще радиомодем и транкинговый контроллер. Что касается радиомодемов,
то они на рынке представлены неплохо, но вот транкинговые контроллеры почему-то
до сих пор остаются “тайной за семью печатями”, быть может, потому, что
фирмы, владеющие “закрытыми” протоколами, сами контроллеры не
всегда и выпускают, а раскрывать особенности сигнализации сторонним
производителям не стремятся.
Но даже не проблема с передачей данных побуждает производителей применять новые
стандарты и протоколы с “комплексными” свойствами. Основных проблем две. Во-первых,
конкуренция с “сотовиками”. Соревноваться с сотовыми системами и
стандартами становится труднее; все, что можно было придумать, – уже,
пожалуй, придумано. Во-вторых, растет дефицит частот, на которых работают
различные системы радиосвязи. Недавняя “частотная война” между “Вымпелкомом”
и МТС – яркий тому пример. Причем в нашей стране эта проблема еще не так
остра, поскольку часть диапазонов, отведенных под персональную
радиосвязь, до конца не освоена.
С Запада же, начиная с середины 90-х годов, к нам движутся два новых
стандарта-“гиганта”, претендующие практически на совмещение функций
сотовой и транкинговой (читай – потребительской и профессиональной)
радиосвязи. Это построенные на базе TDMA (Time Division Multiple Access)
система TETRA (Terrestrial- European Trunked RAdio), продвигаемая под эгидой
Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI)
в качестве единой европейской технологии для специальных систем
подвижной связи с расширенным набором услуг, и любимое детище Motorola
– iDEN (integrated Digital Enhanced Network). Правда, Motorola участвует и в работе
над TETRA, а также в продвижении еще одного стандарта – APCO-25,
но наиболее популярны (и в мире, и у нас) проекты на основе iDEN.
Что же предлагается сегодня в рамках технологии iDEN? Во-первых, существенно более
эффективное использование частотного диапазона даже по сравнению с
ближайшими конкурентами. В стандартной полосе в 25 кГц можно разместить 6
голосовых каналов iDEN–по сравнению с 1-2 каналами аналоговых
транкинговых систем или 4 каналами для систем на базе TETRA.
Во-вторых, по утверждению специалистов по маркетингу фирмы Motorola,
технология iDEN впервые позволяет полностью реализовать принцип all-in-one
– мечту всех связистов-“подвижников”. Абонентские терминалы этой системы
могут работать и как радиостанции в режиме групповой и диспетчерской связи,
и как сотовые телефоны с типовым набором возможностей, и как терминалы
системы мобильной передачи данных. При этом универсальные терминалы iDEN
подключаются к портам RS-232 напрямую и обеспечивают передачу
данных со скоростью до 9600 бит/с в режиме коммутации каналов и со скоростью до 64
кбит/c – в пакетном режиме. Для эффективной работы с Internet, конечно, маловато,
однако для обмена электронной почтой, факсами и доступа к базам данных –
вполне достаточно. Помимо того, как водится, хозяева iDEN>
продвигают услугу “пейджинга” – обмен короткими символьными сообщениями,
передаваемыми на ЖКД абонентского устройства.
Технология TETRA, в свою очередь, развивается примерно в тех же регионах и
используется теми же фирмами и организациями, которые ранее
внедряли MPT-1327. Поэтому эти две системы, как правило,
сравнивают между собой.
|
|
MPT 1327 |
TETRA |
|
Технология |
аналоговая |
цифровая |
|
Метод доступа |
FDMA |
TDMA |
|
Модуляция |
FM |
P/4DQPSK |
|
Скорость передачи "брутто" (бит/с) |
1200 |
36,000 |
|
Количество независимых
коммуникационных каналов в полосе 25
кГц |
2 |
4 |
|
Шаг сетки каналов |
12,5 кГц |
25 кГц |
|
Шифратор/дешифратор голоса |
отсутствует |
ACELP |
|
Однозоновый вариант |
Да |
Да |
|
Многозоновый вариант |
Да |
Да |
|
Дуплексная передача голоса и
данных |
Да* |
Одновременная передача голоса и
данных |
|
Групповой вызов |
Да |
Да |
|
Широковещательный вызов |
Да |
Да |
|
Одиночный вызов |
Да |
Да |
|
Приоритетный вызов |
Да (3 уровня) |
Да (8 уровней) |
|
Срочный вызов |
Да |
Да |
|
Передача коротких данных |
Да |
Да |
|
Передача данных с высокой
скоростью (28.8 Кбит/с) |
Нет |
Да |
|
Цифровое кодирование (защита от
подслушивания) |
Нет |
Да |
* Некоторые производители предлагают
дуплексные мобильные радиоустройства MPT 1327. Однако эти устройства имеют либо
сравнительно большие размеры, так как требуют приспособления для дуплексирования
антенн и защитный экран между передатчиком и приемником, либо малую
мощность передатчика.
“Мобила” для
бюджетников, или связь для мегаполиса
Несмотря на все разнообразие транкинговых стандартов и протоколов,
применяющихся на российских просторах, а также на разногласия специалистов
относительно направления дальнейшего развития, сердце Москвы отдано iDEN’у.
В нескольких постановлениях московского правительства это детище
“Моторолы” названо основной технологией для развертывания второго
этапа московской городской интегрированной системы радиотелефонной связи (ГИСРС).
В последнем постановлении, датированным 1 декабря 1998 года, речь идет о
согласованиях по поводу дополнительного частотного ресурса. Тема частотного ресурса
и согласований выходит за рамки данной статьи. Одно следует отметить, что из-за
крупномасштабности и универсальности “втиснуть” новый стандарт на
российский рынок будет нелегко, но будучи “втиснутым”, iDEN может поглотить весь
российский “зоопарк” – прежде всего, в силу своей универсальности.
На подступах к iDEN московское правительство намерено развернуть цифровую сигнальную
систему передачи данных для определения местоположения подвижных
объектов с последующей реализацией функции защиты транспортных средств от
угона. Систему планируется реализовывать в протоколе EDACS с
выделенным цифровым каналом управления и сопряжением с системами
автоматизированного определения местоположения (AVL).
К сожалению, в нынешних российских условиях реализации того или иного
крупномасштабного телекоммуникационного проекта –
вопрос, прежде всего, политический. Несомненно, московский рынок весьма
перспективен с точки зрения традиционных пользователей транкинга.
Проблема заключается прежде всего в правильной оценке платежеспособного
спроса.
Жизнь после iDEN’а
Следует отметить, что традиционные аналоговые и цифровые транкинговые
стандарты пока не собираются сдавать позиции. Очень долго будет сохраняться
спрос на private-системы, реализуемые в интересах министерств и
ведомств на более “скромных” стандартах, не требующих развертывания
дорогостоящей инфраструктуры. Сомнения по поводу недоступного
частотного ресурса сторонники традиционного транкинга парируют
ссылками на последние технические новинки.
Например, на протяжении уже нескольких лет техасская ComSpace
Corporation использует для подвижной радиосвязи
свою технологию DC/MA (Digital Compression/Multiple Access),
позволяющую существенно (в ряде случаев – в восемь раз!) повысить
канальную емкость уже существующих радиосистем. Встраивая в абонентские
устройства и базовые станции DC/MA-чип на базе RISC-процессора
и DC/MA плату, оператор подвижной связи может разместить в той же 25 кГц полосе восемь
голосовых каналов вместо одного. Сегодня ComSpace заключает OEM-соглашения
с крупнейшими производителями радиосистем, такими, как Kenwood,
Uniden и др.
Время покажет, останется ли “зоопарк” после iDEN и TETRA.
Однако уже сегодня понятно, что развитие профессиональной подвижной
радиосвязи зависит от состояния экономики страны. Это – не сотовые
телефоны для всех и каждого, а нечто профессиональное.
Дмитрий Пайсон
руководитель
группы стратегического планирования
ООО “Регионтранк”. Его электронный
адрес: pm@glasnet.ru
|
