Принципы построения транкинговых (транковых) систем

Транкинговые системы связи

Задание

Цель лекции

Общая схема подключения транкинговой сети

ЛЕКЦИЯ 7 Транковые сети

 

 

 

Дать представление о принципах построения, функционирования и типах транкинговых систем.

1. Изучить принципы построения односайтовых и многосайтовых транкинговых систем, структуру базовых станций.

2. Изучить принципы построения транкинговых систем с распределенной межзональной коммутацией.

3. Изучить принципы построения транкинговых систем централизованной межзональной коммутацией

4. Ознакомиться с комплексом документов регламентирующих работу

транкинговых сетей связи Российской Федерации.

5. Использование отдельного канала управления в транкинговых

системах

6. Изучить стандарты транкинговых систем:

6.1 Системы стандарта EDACS

6.2 Системы стандарта APSO 25

6.3. Системы стандарта Tetrapol;

6.4. Система IDEN;

7. Иметь полное представление о режимах функционирования стандарта TETRA

 

 

Транковые принципы используются уже свыше 70 лет в телефонии. Любая автоматическая телефонная станция, мини АТС, сотовая связь использует в основе своей работы транкинг. Все мы практически ежедневно используем транкинг. Всем нам для проведения беседы выделяется линия только на время сеанса связи. В остальное время (свободное от наших бесед) по ней обслуживаются другие пользователи.

Представьте себе ситуацию, когда жители, предположим, одного из районов большого города одновременно решили бы позвонить своим друзьям. Что бы произошло в этом случае? Они не смогли бы это сделать, так как количество телефонных линий (между АТС) ограничено и одновременно может проводить сеансы связи вполне определенное количество абонентов.

 

 

 

Рисунок 7.1 – Телефонная сеть

 

А теперь представьте себе, что все телефонные аппараты заменены на радиостанции, а проводные линии на радиочастотные каналы. В этом случае мы получаем транк – систему радиосвязи с автоматическим предоставлением свободного канала.

Теперь следующее. Как известно, для увеличения дальности связи в профессиональной мобильной радиосвязи используются ретрансляторы, устанавливаемые на высоких точках местности. При большом количестве абонентов или высокой интенсивности связи может потребоваться установка нескольких ретрансляторов в одной точке. При закреплении каждого ретранслятора за определенной группой абонентов часто может создаваться ситуация, когда один ретранслятор перегружен, в то время как другой не используется. Увеличения эффективности использования каналов связи и пропускной способности группы ретрансляторов можно добиться на основе использования принципа свободного доступа абонентов к общему частотному ресурсу, получившему название "транкинг (или транк)" (Trunking - объединение в пучок).

Более строгое определение можно дать следующим образом: под термином "транкинг" понимается метод доступа абонентов к общему выделенному пучку каналов, при котором свободный канал выделяется абоненту на время сеанса связи. В соответствии с этим транкинговыми системами называются радиально - зоновые системы сухопутной подвижной УКВ радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов (базовых станций) между абонентами.

Транкинговые системы являются классом систем подвижной связи, ориентированным, прежде всего, на создание различных ведомственных и корпоративных сетей связи, в которых предусматривается активное применение режима связи абонентов в группе.

Развернуть на своем предприятии беспроводную систему радиотелефонной связи (например, стандарта GSM) может себе позволить далеко не каждый управленец, умеющий считать деньги. Но без связи, как известно, страдают все процессы производства, поэтому и были созданы транкинговые системы связи

Архитектура построения "транка" достаточно демократична, но всегда содержит базовую станцию, контроллер, антенно-фидерное устройство и абонентские терминалы.

Развернув транк, владелец системы (он же и абонент), не платит абонентской платы за эфирное время. Это существенная экономия для любого предприятия, ведь не секрет, что больше половины переговоров сотрудников по копроративной мобильной связи являются частными. Таким образом, один раз включившись в транкинговую систему связи Вы потом экономите на разговорах.

К недостаткам транковых систем следует отнести:

· низкую рентабельность при малом количестве абонентов;

· относительно высокую стоимость оборудования (по сравнению с «обычными» системами радиосвязи);

· потребность в линиях межзоновой связи (проводных, радиочастотных, радиорелейных, оптоволоконных) и, как следствие, усложнение и удорожание развертывания*;

· потребность в профессиональном сервисном обслуживании.

* Нелишне заметить, что для охвата больших территорий большинство систем радиосвязи требуют многозоновой реализации и, естественно, линий межзоновой связи.

 

Выпускается большое количество систем транкинговой (транковой) радиосвязи, подходящих под самые разнообразные задачи заказчиков. Все их можно разделить по следующим параметрам и стандартам радиосвязи:

  • По способу передачи голосовых сообщений:
    • аналоговые (SmarTrunk II, SmrLink, EDACS, LTR, MPT1327)
    • цифровые (DMR, IDAS, NEXEDGE, EDACS, APCO 25, TETRA, Tetrapol)
  • По организации доступа к системе:
    • без канала управления (SmarTrunk II)
    • с распределенным каналом управления (LTR, SmrLink, APCO 25)
    • с выделенным каналом управления ( MPT1327, DMR, IDAS, NEXEDGE)
  • По способу удержания канала:
    • с удержанием канала на весь сеанс переговоров (SmartrunkII, MPT)
    • с удержанием канала на время одной передачи (LTR, Smrlink)
  • По конфигурации радиосети:
    • однозоновые системы (Smartrank)
    • многозоновые системы (DMR, NEXEDGE, IDAS, MPT, LTR, Smrlink, TETRA, APCO, EDACS, Tetrapol)
  • По способу организации радиоканала:
    • полудуплексные (SmartrankII, MPT1327, LTR, Smrlink, TETRA, APCO25, TETRAPOL, DMR, IDAS, NEXEDGE)
    • дуплексные (TETRA, APCO25, TETRAPOL, DMR, NEXEDGE, IDAS)

Цифровые транкинговые системы по сравнению с аналоговыми имеют ряд преимуществ за счет реализации требований по повышенной оперативности и безопасности связи, предоставления широких возможностей по передаче данных, более широкого спектра услуг связи (включая специфические услуги связи для реализации специальных требований служб общественной безопасности), возможностей организации взаимодействия абонентов различных сетей.

Несмотря на разнообразие транкинговых систем принципы их построения во многом совпадают. Как любые сети подвижной радиосвязи сети транкинга включают наземную инфраструктуру (стационарное оборудование) и абонентские станции. Основным элементом наземной инфраструктуры сети транкинговой радиосвязи является базовая станция (БС), включающая несколько ретрансляторов с соответствующим антенным оборудованием и контроллер, который управляет работой БС, коммутирует каналы ретрансляторов, обеспечивает выход на телефонную сеть общего пользования (ТфОП) или другую сеть фиксированной связи.

Сеть транкинговой радиосвязи может содержать одну БС (однозоновая сеть) или несколько базовых станций (многозоновая сеть). Многозоновая сеть обычно содержит соединенный со всеми БС по выделенным линиям межзональный коммутатор, который обрабатывает все виды межзональных вызовов. В каждой зоне установлена базовая станция (БС), через которую обеспе­чивается радиосвязь с абонентами системы. В качестве абонентских устройств в транкинговых системах используют автомобильные или портативные радио­станции.

Основные архитектурные принципы транкинговых систем легко просматриваются на обобщенной структурной схеме однозоновой транкинговой системы, представленной на рис. 7.2, 7.3.

Однозоновые (односайтовые) системы.В односайтовых системах все разговорные группы сосредоточены на относительно небольшой территории, находящейся в зоне радиовидимости базового и полевых ретрансляторов[1].

Система состоит из базовой станции (БС) и помимо радиочастотного оборудования включает коммутатор, устройство управления и интерфейс различных внешних сетей. К радиочастотному оборудованию относятся ретранслятор, антенна и устройство объединения радиосигналов.

Ретранслятор – набор приемопередающего оборудования, которое обслуживает одну пару несущих частот. К последнему времени в подавляющем большинстве транкинговых систем одна пара несущих означала один канал трафика. В данное время, с появлением систем стандарта TETRA и системы EDACS ProtoCALL, которые предусматривают временное уплотнение, один ретранслятор может обеспечить 2 или 4 канала трафика.

Антенны. Важнейший принцип построения транкинговых систем заключается в том, чтобы создавать зоны, с как можно большей зоной радиопокрытия. Поэтому антенны базовой станции, как правило, размещаются на высоких сооружениях или мачтах, имеют круговую диаграмму направленности.

 

 

 

Рисунок 7.2 – Однозоновая (односайтовая) транкинговая система

Рисунок 7.3 – Односайтовая структура:

РГ- разговорная группа, АФУ – антенно-фидерное устройство

Понятно, что при расположении базовой станции на краю зоны применяются направленные антенны. Базовая станция может быть оборудована как единой приемопередающей антенной, так и раздельными антеннами для приема и передачи. В некоторых случаях на одной мачте могут размещаться несколько приемных антенн для борьбы с замираниями, которые вызваны многолучевым распространением радиоволн.

Устройство объединения радиосигналов разрешает использовать одно и то же антенное оборудование для одновременной работы приемников и передатчиков на нескольких частотных каналах. Ретрансляторы транкинговых систем работают только в дуплексном режиме, причем разнос частот приема и передачи (дуплексный разнос) в зависимости от рабочего диапазона составляет от 3 Мгц до 45 Мгц.

Коммутатор в однозоновой транкинговой системе обслуживает весь ее трафик, включая соединение подвижных абонентов с телефонной сетью общего пользования (ТфОП ) и все вызовы, связанные с передачей данных.

Устройство управленияобеспечивает взаимодействие всех узлов базовой станции. Оно также обрабатывает вызовы, осуществляет аутентификацию абонентов, которые вызывают (проверку «свой-чужой»), ведение очередей вызовов и внесение записей в базы данных почасовой оплаты. В некоторых системах это устройство регулирует максимально допустимую продолжительность соединения с телефонной сетью. Как правило, используются два варианта регулирования: уменьшение продолжительности соединений в заранее заданные часы наибольшей нагрузки, или адаптивное изменение продолжительности соединения в зависимости от текущей нагрузки.

Интерфейс ТфОП реализуется в транкинговых системах разными способами. В недорогих системах (например, SmarTrunk) подключение может реализовываться по двухпроводным коммутируемым линиям. Более современные ТСС имеют в составе интерфейса к ТфОП аппаратуру прямого набора номера DID (Direct Inward Dialing), что обеспечивает доступ к абонентам транкинговой сети с использованием стандартной нумерации АТС. Ряд систем использует цифровое ИКМ – соединениес аппаратурой АТС. Соединение с ТфОП (телефоны общего пользования) является традиционным для транкинговых систем, но в последнее время все более возрастает число приложений, предполагающих передачу данных, в связи с чем, наличие интерфейса сети с коммутацией пакетов становится обязательным.
Терминал технического обслуживания и эксплуатации (терминал ТОЭ) располагается, как правило, на базовой станции однозоновой сети. Терминал предназначен для контроля за состоянием системы, проведение диагностики неисправностей, учета тарификационной информации, внесение изменений в базу данных абонентов. Подавляющее большинство транкинговых систем, которые выпускаются и разрабатываются имеют возможность отдаленного подключения терминала ТОЭ через ТфОП или СКП.

В транкинговых системах могут быть установлены при необходимости и диспетчерские пульты (ДП), которыми, как правило, пользуются силовые ведомства, скорая медицинская помощь, пожарная охрана и т.д. Транкинговая система может организовать несколько независимых сетей, поэтому в ней могут работать несколько ДП, различным образом подключенных к ней. Пользователи каждой из таких сетей не будут замечать работы соседей, и что не менее важно, не смогут вмешиваться в работу других сетей.

Диспетчерские пульты могут включаться в систему по абонентским радиоканалам, или подключаться по выделенным линиям непосредственно к коммутатору базовой станции.

Рассмотрим теперь многозоновую (многосайтовую) систему (рис.7.6,7.7).

 

 

Рисунок 7.4 - Многосайтовая система / TETRA с указанием связей

 

 

 


Рисунок 7.5 – Структура многозоновой (многосайтовой) ТСРС

 

Благодаря использованию распределенной архитектуры, а не одного центрального коммутатора основные функции системы в случае каких-либо отказов могут выполняться любым из сайтов. В небольших системах с целью сокращения стоимости собственного оборудования может применяться магистраль Е1 частичного использования с мультиплексорами провайдера магистрали Е1.

Зоновый коммутатор предназначен для обеспечения процедур адресации вызовов от абонента к абоненту/системе. Использует высокоскоростные соединительные линии для связи с базовым оборудованием сайтов. Зоновый контроллер (ЗК) обеспечивает обработку вызовов и управление ресурсами системы. Зоновый интерконнект (ЗТИ) обеспечивает стык с телефонными линиями общего пользования (ТФОП). Зоновый аудиокоммутатор(ЗКПД) обеспечивает передачу аудиоданных со скоростью 2.048 Мбит/с.

На рисунке 7.6 приведена структурная схема базовой станции в случае использования одного канала.

 

 

Рисунок 7.6 - Структурная схема базовой станции 1

 

 

Репитер состоит из ретранслятора, предназначенного для приёма сигналов абонентских радиостанций, его усиления и передачи, и контроллера транкового канала, который выполняет управляющие функции.

Дуплексный фильтр - устройство, позволяющее использовать одну антенну для приёма и передачи. В принципе, ничто не мешает использовать для приёма и передачи две разных антенны, но в этом случае может возникнуть ситуация, когда в некоторых местах будет возможен приём, но невозможна передача либо наоборот. Кроме того, излучаемая передатчиком мощность влияет на приёмник, поэтому при наличии двух антенн их нужно устанавливать на достаточном расстоянии друг от друга.

Источник питания предназначен для репитера. Как правило, он допускает возможность перехода на аккумуляторную батарею при отключении питания.

Рассмотренная схема является достаточно простой и эффективной, однако в реальных условиях одного транкового канала оказывается недостаточно. Поэтому применяют системы, содержащие два и более каналов. На рисунке 7.7 показана схема системы, содержащей четыре независимых канала. Как видно, основное отличие от предыдущего варианта заключается в антенно-фидерном тракте, где появляются ещё два устройства: приёмная распредпанель и комбайнер.

 

 

Рисунок 7.7 - Структурная схема базовой станции на 4 канала

 

Приёмная распредпанель обеспечивает одинаковый входной сигнал для каждого репитера в системе, как если бы репитер был подключен напрямую к антенне.

Комбайнер - это устройство, позволяющее комбинировать выходы определённого количества передатчиков без интерференции друг с другом.

Также отдельно вынесен источник бесперебойного питания, который просто обязан присутствовать в системе, ибо отсутствие связи в чрезвычайных обстоятельствах может привести к непредсказуемым последствиям.

Рассмотренную систему легко расширить, то есть в случае правильного проектирования число каналов можно увеличить достаточно безболезненно.

Самый широкий набор устройств в транкинговых системах, относится к абонентскому оборудованию. Из них наиболее многочисленными являются полудуплексные радиостанции (рис. 7.8), которые в наибольшей степени подходят для работы в замкнутых группах. Такие радиостанции в большинстве своем имеют ограниченные функциональные возможности и поэтому не имеют цифровую клавиатуру. Их пользователям достаточно связываться с абонентами внутри группы или посылать вызов диспетчеру. Некоторые полудуплексные радиостанции обладают более широкими функциональными возможностями и имеют цифровую клавиатуру, но при

этом они заметно дороже.

В транкинговых системах в настоящее время все больше используется дуплексные радиостанции, обладающие большей функциональностью, по сравнению даже с сотовыми терминалами и позволяют осуществлять подключенное соединение с ТФОП, а также обеспечивать групповую работу в полудуплексном режиме.
Абонентское оборудование выпускается не только в портативном, но и в автомобильном исполнении, в последних выходная мощность выше.

 

 

Рисунок 7.8 - Работа полудуплексом(а) и дуплексом(б)

Новым классом абонентского оборудования являются терминалы передачи данных, которые представляют собой специализированныерадиомодели, поддерживающие соответствующий протокол радиоинтерфейса. Для подключения используются стандартные радиостанции, аналогичные автомобильным.

Выпускаются и дуплексные радиостанции с широким набором функций и цифровой клавиатурой, но они, будучи немного дороже, предназначены для более узкого привилегированного круга абонентов.

В корпоративных транкинговых сетях дуплексные радиостанции применяются в первую очередь для персонала высшего звена управления. Как полудуплексные, так и дуплексные транкинговые радиостанции выпускаются не только в портативном, но и в автомобильном выполнении. Как правило, исходная мощность передатчиков автомобильных радиостанций в 3…5 раз выше, чем у портативных радиостанций.

Применение дуплексной радиосвязи накладывает существенное ограничение на выбор частоты рабочих каналов в сети, так как абонентские радиостанции (радиотелефоны) должны иметь раз­вязку между приемником и передатчиком. Развязку можно выполнить лишь ис­пользуя радиостанции в 2-диапазонном варианте (например, 160 и 450 МГц) либо при большом «дуплексном разносе» в диапазоне 450 МГц (например, пе­редача в диапазоне 403- 430 МГц), прием в диапазоне (450- 470 Мгц). Здесь не­избежны трудности в назначении частот.

Современные транкинговые системы разрабатываются в основном как многозоновые, их архитектура строится по двум принципам:
- с распределенной межзональной коммутацией;
- с централизованной коммутацией;
Первый принцип (структурная схема приведена на рис. 7.9) используется, если определяющим фактором является стоимость оборудования.

Рисунок 7.9 - Обобщенная структура транкинговой системы с распределенной межзональной коммутацией

В этом случае каждая БС имеет свое собственное подключение к ТФОП. Вызов из одной зоны в другую производится через интерфейс с ТФОП, включая процедуру набора телефонного номера. Соединение между БС могут осуществляться с помощью физических внешних линий связи, с коммутацией каналов или сети Интернет. Такая коммутация, как правило, используется для систем с небольшим количеством зон и с невысокими требованиями к оперативности трансзональных вызовов.

Многозоновая система с централизованной коммутацией используется в системах с высоким качеством обслуживания. Структура такой системы приведена на рис.7.10.

 

Рисунок 7.10 - Обобщенная структура транкинговой системы с централизованной межзональной коммутацией.

Основной узел в этой схеме, центральный коммутатор, который обрабатывает все виды межзональных вызовов, что позволяет ускорить обработку вызовов и подключить централизованный диспетчерский пункт. В свою очередь вся информация о местонахождении абонентов будет находится в одном месте и в большей сохранности.

Кроме того, взаимодействие ТФОП и СКП с сетью осуществляется через центральный коммутатор, поэтому во первых полностью контролируется весь трафик, а во вторых система будет обладать более высокой управляемостью. Однако стоимость такого коммутатора достаточно высокая

Таким образом, особенностями транкинговых систем является ограниченная инфраструктура по сравнению с сотовыми сетями, большой пространственный охват зон обслуживания БС. Объясняется это тем, что необходимо поддерживать групповую работу на обширных территориях, при минимизации стоимости системы.

Обеспечение связью в заданной зоне обслуживания с высокой вероятностью, независимо от местоположения подвижного абонента, обеспечивается путем совершенствования способов вхождения в связь и использование вынесенных приемопередающих станций и различных радиотрансляторов.
Безопасность связи в системе обеспечивается путем шифрования или ключевой маскировки передаваемых сообщений. Кроме того, установление связи осуществляется через режим аутентификации абонентов и идентификации абонентских станций. Для взаимодействия групп абонентов, т.е. радиопереговоров по принципу шифрования "каждый с каждым", используется общий частотный диапазон, общие ключи и маскировки.
Автоматическое и динамическое распределение малого числа каналов между большим количеством пользователей, как известно, называется "Транкинг" (Trunking). Существует два основных способа реализации транкинговой связи, которые основываются на различных подходах к поиску свободного канала связи. В первом случае поиск свободного канала и вызов осуществляет абонентская станция путем сканирования незанятого канала во всем выделенном диапазоне частот. Во втором случае подобный поиск осуществляется подсистемой управления транкинговой системы.
При поиске свободного канала абонентской станции, на каждом канале осуществляется вся процедура вхождения в связь, включая попытку тактовой и цикловой синхронизации, что многократно увеличивает время установления связи относительно фиксированного. Поэтому этот способ поиска незанятого канала целесообразно использовать при небольшом (5 -8) количестве каналов связи.
В современных транкинговых системах управления, для оперативности анализа занятости канала связи, используют специальный канал, через который осуществляется полное управление функционированием сети. В этом случае время установления связи существенно сокращается.
В транкинговой системе связи без канала управления, все функции "Транка" возлагаются на саму абонентскую радиостанцию. В этом случае при выходе на связь абонент не знает о наличии свободных каналов, о состояние ближайшего ретранслятора и доступности вызываемого абонента. Если при вызове получен сигнал "занято", то делать вывод о состоянии системы в целом не возможно. Может оказаться заняты все каналы, абонент не описан в системе или отключена электроэнергия (неисправна) на базовой станции. Единственный выход - повторный набор. При запросе соединения абонентская радиостанция последовательно сканирует все радиоканалы системы. При нахождении свободного, она занимает его, после чего ретранслятор передает в эфир сигнал вызова корреспондента. Если вызываемая станция откликается, то организуется сеанс связи. Среднеевремя соединения составляет от одной до нескольких секунд и зависит от числа каналов в системе.
Использование отдельного канала управления в транкинговых системах связи считается перспективным.

Фирма Motorola, в своих транкинговых системах, централизованное управление использует как в многофункциональных аналоговых однозоновых, так и в многозоновых системах с цифровым доступом и управлением типа "СМАРНЕТ", "СТАРТСАЙТ" и "СМАРТЗОН". Например, система "СТАРТСАЙТ" обеспечивает одновременную работу на 5 каналах, один из которых является каналом управления. Отличительной особенностью ее является возможность работы как в режиме с каналом управления, так и режиме с временным использованием его в качестве разговорного. В режиме с каналом управления этот канал можно использовать для передачи экстренных важных сообщений, например, аварийных вызовов. Канал управления используется как разговорный, если при поступлении запроса все остальные каналы оказываются занятыми. В этом случае система теряет все преимущества, связанные с наличием канала управления. При освобождении одного из каналов, который может использоваться для управления (в 5-ти канальном варианте 4 канала) система автоматически переводится в этот режим. Смена режима может осуществляться и оператором системы.

В системах без канала управления используются различные аналоговые и цифровые протоколы управления, со­единение в которых устанавливается на любом свободном радиоканале и опре­деляется путем сканирования со стороны абонентской станции.

Системы с аналоговыми протоколами управления по отношению к сис­темам с цифровыми протоколами менее эффективны, так как требуют на уста­новление соединения больше эфирного времени. В таких системах число ра­диоканалов приходится ограничивать из-за относительно большого времени ус­тановления соединения. В них обычно имеет место неравномерная загрузка приемопередающего оборудования, которая отрицательно сказывается на каче­стве работы приемопередатчиков. Системы без канала управления более деше­вы по сравнению с системами, имеющими канал управления. Системы с каналом управления более совершенны, чем без него. При этом способ выделения канала управления (закрепленный или распределенный) не принципиален.

В системах с закрепленным каналом управления имеется специально вы­деленный канал управления (т.е. один канал управления выделен для передачи и приема сигналов управления, а остальные для передачи информации). В сис­темах с распределенным каналом управления выделение для него конкретного канала динамическое, т.е. в разные моменты времени используются разные час­тотные каналы. В системах с каналом управления могут использоваться раз­личные внутренние протоколы управления.