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 гельзя 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.
Существует несколько базовых разновидностей транкинговых систем. Без канала управления.
В этом случае свободный канал “помечается” специальным сигналом –маркером. Центральая станция такой системы периодицески 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. К таким системам относятся SmarTrunk II фирмы “SmarTrunk System inc. ” и Larcer фирмы “CES”.
Достоинства таких систем –это дешевое базовое и периферийное оборудование, простота установки и эксплуатации. Недостатки этих систем:
при увеличении количества каналов и загрузки системы существенно увеличивается время поиска свободного радиоканала для установления связи; время установления связи больше, чем у других систем; невозможность создания многозоновых систем; 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. 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. 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. Построения однозоновой системы:
Приемопередатчик каждого канала контролируется специальным блоком управления – контроллером. Максимальное число каналов на центральной станции –24, причем один из них управляющий. Для приведения сеанса связи он предоставляет любой из свободных каналов системы. Общее взаимодействие системы осуществляется через блок сопряжения.
По общей шине передачи данных он соединен с контроллерами каналов, обеспечивая функциональное управление, учет и тарификацию соединений, а так же контроль ее состояния и конфигурацию через терминал управления SYSCON. Терминал может подключаться непосредственно через порт RS 232 или, если вы хотите заслужить репутацию прогрессивного молодого специалиста, по модему.
Несмотря на сравнительную простоту однозоновых систем как при установке, так и в эксплуатации, они имеют два существенных недостатка:
А. Единственным способом увеличения числа обслуживаемых абонентов является увеличение число рабочих каналов. При ограниченной зоне обслуживания это приводит к увеличению числа радиостанций, работающий со значительной мощностью, что, в свою очередь, делает эфир похожим на рыночную площадь, т. е. ведет к сильным помехам. Но даже если решится увеличить число каналов, следует иметь в виду, что их число все равно не бесконечно.
Б. Другой недостаток – это невозможность расширения зоны обслуживания. Построение однозоновой системы практически не зависит от рабочего диапазона частот и определяется требованиями к числу каналов, минимально возможным разносом частот приема и передачи, а также шагом сетки приемных и передающих частот. Также важно назначение системы, т. е. какой стандарт, выбран для работы в системе (SmarTrunk, MPT-1327, LTR и т. п. ) будет ли организовано подключение к телефонной сети общего пользования (ТфОП) и предполагается ли дальнейшее расширение системы по числу каналов или зоне обслуживания.
Для упрощения систему можно разделить на две части: антенно-фидерные устройства и базовое приемопередающее и коммутационное оборудование. Возможные варианты построения антенно-фидерного тракта.
А. Наиболее простой и дешевой станции (БС) системы, в которой каждый передатчик и каждый приемник имеет свою антенну. Он относительно дешев, по этому получил распространение на заре развития транкинговых систем. Приемлем только для малоканальных (на 1-2 канала) систем с малым радиусом обслуживания, поскольку трудно установить рядом много антенн.
Поскольку разнести антенны в пространстве на необходимое расстояние довольно сложно, приходится использовать малоэффективные, уменьшающие радиусы действия, антенны и включать на выходе передатчиков
дополнительные устройства, для устранения интермодуляционных помех. Обычно это полосовые фильтры на основе объемных резонаторов. Если шаг сетки частот достаточно мал (
Если применять качественные фильтрующие устройства, стоимость такого варианта построения резко возрастает, т. е. теряется единственное его преимущество. К тому же развивать систему можно, только устанавливая дополнительные антенны. Поэтому в настоящиее время этот вариант не используется.
Б. Технически значительно лучший способ, позволяющий оптимизировать число антенн и оптимальный по соотношению цена / качество для систем имеющих четыре– шесть каналов. В этом варианте каждый передатчик работает на свою антенну, а приемники работают на одну антенну через распределительную панель с преселектором и предварительным усилителем (для компенсации затухания в антенном кабеле и преселекторе). В результате появляется возможность применять высокоэффективные многоэлементные вибраторные антенны или фазированные антенные решетки и устанавливать предварительный усилитель непосредственно у антенны с дистанционным питанием по коаксиальному кабелю, что позволяет получить наилучшее соотношение сигнал / шум.
Применение только одного селектора минимизирует стоимость системы при достаточно высоких параметрах.
В этом случае, как и в первом варианте нужны дополнительные фильтрующие устройства на выходе передатчиков для устранения интермодуляционных помех. Требования к ним аналогичны описанным выше. Так как каждый передатчик работает на свою антенну, снижаются требования к подбору их частот, т. е. шаг сетки частот передачи может быть большим или нерегулярным. Но при шаге менее 200–300 Кгц могут потребоваться изоляторы в тракте передатчика. Они обеспечат необходимую степень развязки и устранят интермодуляцию, но это может сильно повысить стоимость системы.
Из недостатков можно отметить необходимость размещения достаточно большого числа антенн, то может оказаться затруднительным при необходимости установки их на мачте и работе в диапазоне VHF. Тем не менее, это один из самых популярных вариантов для систем емкостью до 4 каналов и работе в диапазонах VHF и UHF. Многозоновая система.
Предположим, что появилась большая группа пользователей, желающих воспользоваться услугами такой системы, но находящимся на расстоянии, как минимум в два раза превышающим радиус действия системы.
Для решения этой проблемы было предложено разделить предполагаемую территорию обслуживание на несколько зон большого или малого радиуса действия. Эта связь получила наименование сотовой. Далее речь пойдет не о системах сотовой связи, а лишь о способе организации системы. Среди построенных по такому принципу систем наибольшее распространение получили системы на основе спецификации MPT-1327. Этот стандарт хорош тем, что:
А. Как открытый стандарт, он позволяет снизить цены на продукцию за счет конкуренции большого числа производителей.
Б. Модульный принцип построения позволяет плавно улучшать систему от простой однозоновой до многозоговой с
большой обслуживаемой территорией. Добавление и закрытие каналов и центральных станций не требуют
внесения изменений в программное обеспечение или выключения питания существующего оборудования.
В. Гибкость системы, обуславливающая легкость конфигурирования –в том числе с помощью обычной или портативной ЭВМ через встроенный порт обмена данными. Вы берете свой ноутбук… и все. Больше для изменения конфигурации ничего не нужно.
Г. Возможность полного учета и, если необходимо, тарификации всех соединений. Д. Технические параметры управления могут быть заданы для каждой конкретной центральной станции. Они могут автоматически изменятся, в зависимости от времени суток или для недели, оптимизируя тем самым функционирование системы. Построение многозоновой системы:
Строится путем объединения центральных станций. Ее сердце –центральный узел, на который возложены все функции управления. В состав узла входят центральный процессор и коммутатор разговорных каналов. При этом центральный процессор может управлять до 10 центральными станциями по обычным проводным линиям через порты RS 232. Коммутатор осуществляет соединение разговорных каналов в соответствии с командами, поступившими из центрального процессора.
Многозоновые системы могут иметь либо радиальную, либо линейную структуру. Линейные многозоновые системы.
Изначально имеют ярко выраженный производственно –технологический характер, поэтому выполняются в малоканальном варианте (обычно не более 4-х каналов). Так как протяженность подобных систем составляет до нескольких сотен километров, в них применяется чередование частот (как правило, трех).
Для построения многозоновых систем используется кабельная или радиорелейная линия связи со сквозным телефонным каналом. Причем зоновое приемопередающие оборудование располагается в месте установки регенераторов в кабельных линиях связи или в местах переприема в случае радиорелейных линий связи. Построение многозоновых линейных систем возможно в двух вариантах.
Первых предназначен для одно-, двухканальных систем с небольшой нагрузкой. Его отличительной особенность является использование одного контроллера для все линии связи. В результате получается одноканальная система большой протяженности, в которой абоненты могут связаться друг с другом независимо от местоположения и имеют возможность для выхода на АТС или диспетчера. По сигналу с контроллера включаются передатчики по всей линии связи, аналогично НЧ сигналу с контроллера подается одновременно на все передатчики. Сигнал, появляющийся на любом из базовых приемником, подается на вход контроллера.
Как дополнительное достоинство данного варианта можно отметить возможность контроля разговоров диспетчером, что необходимо в аварийных ситуациях. Применение данной системы оптимально при обеспечении связью аварийных бригад на нефтепроводах или линиях электропередачи.
Второй вариант технически более совершенен и позволяет стоить системы большей емкости. Здесь линия связи используется только для можзогового обмена, что позволяет объединить зоны с произвольной конфигурацией и числом каналов. Число каналов в каждой зоне выбирается по числу работающих в ней абонентов, а число межзоговых линий связи–по числу абонентов, которым требуется связь между зонами. В такой системе может существовать деление на две группы абонентов–с правом роуминга и работающих только в своей зоне. В качестве достоинства можно отметить возможность организации выхода абонентов на АТС каждой зоны. Третий вариант аналогичен построению линейной системы с одним контроллером на несколько зон, но в отличии от него имеет не линейную, а звездообразную структуру с сохранением той же идеологии построения.
Здесь также как и в первом варианте, существует возможность автоматического роуминга с использованием только зонового оборудования, но при переезде из зоны в зону связь прерывается. Так же в соседствующих зонах необходимо использовать разные частоты. Можно объединить достаточно удаленные друг от друга зоны, которые нельзя перекрыть одним передатчиком. Построение крупных межрегиональных систем.
Можно объединить через межрегиональный процессор до 16 систем MPT-1327, осуществляя коммуникацию разговорных каналов через дополнительный коммутатор. Стандарт MPT-1327 удовлетворяет всем основным требованием, предъявленным к стандартам подобного рода: он обеспечивает вам возможность широкого выбора аппаратного обеспечения различных производителей и объединение разразненых сетей в единую. Кроме того, системы, основанные на данном стандарте, не просто эффективны, но и выгодны экономически. Во многих системах предусмотрена проверка каждой радиостанций на право пользование связью при каждом вызове, что обеспечивает достаточно эффективную защиту информации. 4. Заключение.
Для российских условий наиболее пригодным являются LTRt + SMRlink системы. По совокупности технико–эксплуотационых и ценовых параметров, эти системы превосходят аналоговые транкинговые системы.
Развертывание LTRt + SMRlink систем позволит не только устанавливать многофункциональные недорогие транкинговые системы, но и с их помощью объединять уже существующие системы других протоколов.
Все системы, использующие открытый протокол LTRt по определению обеспечивают работу обычных LTRt радиостанций любого изготовителя, а их отличие между собой заключается в основном методами объединения базовых станций в многозоновых системах, общим управлением системами, методами поиска и регистрации абонентов в зонах и вариантами связи с сетями общего пользования.
Системы на базе протокола LTRt + SMRlink, по сравнению с системами на базе протокола MPT-1327 обеспечивают:
Возможность построения мультипротокольных систем, позволяющих любой базовой станции в многозоновой системе обеспечивать связью с радиостанциями стандарта LTRt, ARCnet, а так же с обычными не транкинговыми радиостанциями. Это позволяет абонентам, имеющим радиостанции различных протоколов, работающие в разных диапазонах частот связывается между собой, как будто они работают в одной системе с единым протоколом.
Возможность построения мультичастотных систем, когда часть каналов работает в одном частотном диапазоне (например, 800 Мгц), другая часть во втором (900 Мгц, 400 Мгц, 300 Мгы, 147-174 Мгц) и т. д. Возможна так же организация связи с радиостанциями КВ диапазона (3-30 Мгц) при установки дополнительного оборудования. Для связи с телефонной сетью общего пользования абонент системы может по своему желанию выйти в любую зону и соответственно на любую зоновую АТС, используя только межзоновые линии связи.
Транкинговые системы стандарта MPT-1327 –и многозоновые предназначены для организации оперативной и радиотелефонной связи в городах и населенных пунктах с возможностью практически неограниченного наращивания количества абонентов и охватываемой территории.