Система транковой связи SmarTrunk II

2. ТРАНКИНГОВЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ С ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

К транкинговым системам с децентрализованным управлением мы относим системы, где процедура поиска свободного канала реализуется за счет абонентских радиостанций, которые непрерывно последовательно сканируют рабочие каналы транкинговой системы в поисках вы­зывного сигнала от базовой станции (БС) или свободного канала, на котором можно было бы вызвать БС.

Одной из первых транкинговых систем с децентрализованным управлением была отече­ственная система "Алтай", до сих пор использующаяся в диапазоне 330 МГц.

Но наибольшую известность в классе транкинговых систем с децентрализованным управ­лением приобрели системы с протоколом управления SmarTrunk, который был разработан в 1992 году американской фирмой Selectone Corporation (ныне SmarTrunk Systems, Inc.). За ко­роткий срок со дня своего появления технология SmarTrunk стала мировым стандартом для не­дорогих радиотелефонных транкинговых систем.

Протокол SmarTrunk прошел уже несколько циклов развития, от аналогового с высокоско­ростной DTMF манипуляцией до цифрового SmarTrunk II с двухпозиционной фазовой манипуля­цией (BPSK), и продолжает развиваться.

Отметим, что с разрешения фирмы SmarTrunk Systems транкинговые системы с протоко­лом SmarTrunk могут поставляться и под другими названиями: ALTrunk на аппаратуре Alinco, VX-Trunk (Yaesu 1 Vertex) или SmarTrunk-R (зарегистрированная торговая марка ТОО "Фирма РКК", Москва).

На фоне SmarTrunk как-то отошли в тень другие протоколы транкинга с децентрализован­ным управлением, такие как Е-Trunk или Lancer. Поэтому ниже мы рассмотрим функционирова­ние транкинговых систем с децентрализованным управлением именно на примере SmarTrunk 11.

 

2.1.СТРУКТУРА И ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ SMARTRUNK

Системы SmarTrunk, а впоследствии и SmarTrunk 11 были разработаны как дешевая аль­тернатива более сложным транкинговым системам МРТ 1327, Smartnet или LTR. Основное при­менение системы SmarTrunk нашли в странах Юго-Восточной Азии, в Китае, а в последние го­ды и в России.

Для России с ее недостаточно развитой телефонной сетью и дефицитом в области услуг мобильной радиотелефонной связи, особенно на периферии, SmarTrunk стал реальным сред­ством "радиотелефонизации" конкурентом "Алтаю", а в некоторых случаях и сотовым сетям.

Главными достоинствами систем SmarTrunk являются широкий ассортимент аппаратуры, простота переделки обычных радиостанций в транкинговые, неприхотливость в выборе рабочих частот.

Для реализации систем SmarTrunk II фирма SmarTrunk Systems в настоящее время выпус­кает контроллеры ST-853 (ранее выпускались ST-852 и ST-850), а также логические модули для многих типов абонентских радиостанций. Выбор тех или иных моделей ретрансляторов и або­нентских радиостанций должен производиться на этапе проектирования системы в зависимо­сти от потребностей и финансовых возможностей заказчика.

Основные эксплуатационные характеристики

Технология SmarTrunk обычно применяется для создания относительно дешевых транкинговых систем в диапазонах частот 146-174 МГц и 403-470 МГц, хотя известны и примеры соз­дания систем SmarTrunk в диапазоне 33-48 МГц. В настоящее время фирма SmarTrunk Systems прилагает усилия для внедрения протокола SmarTrunk в диапазоне частот 330 МГц (300-344 МГц), выделенном в свое время в России для транкинговых систем "Алтай", а также в диапазо­не 800 МГц.

Количество радиоканалов SmarTrunk определяется, исходя из количества абонентов в системе и планируемого трафика. В составе одной системы может быть использовано от двух до 16 дуплексных радиоканалов, что может обеспечить одновременное обслуживание от 50 до 1000 абонентов.

Максимальное количество абонентов в системах SmarTrunk ранее определялось объемом баз данных контроллеров ST-850 или ST-852 и ограничивалось цифрой 1100.

В современных контроллерах ST-853 объем базы данных расширен до 4096 записей, что позволяет регистрировать абонентов не только основной зоны обслуживания, но и заранее предусмотреть регистрацию абонентов SmarTrunk, временно прибывающих из других населен­ных пунктов.

Цифровой протокол сигнализации, примененный в системах SmarTrunk II, обеспечивает большую дальность связи, повышенную защиту от несанкционированного доступа и конфиден­циальность переговоров. Предусматривается дистанционное отключение абонентских радио­станций с диспетчерского пункта в случае их хищения, а также для предотвращения доступа в систему нелегальных пользователей.

Для дополнительной защиты от помех и несанкционированного доступа в SmarTrunk мо­жет использоваться система шумоподавления с непрерывными тонально-кодированными сиг­налами CTCSS (Continues Tone Ceded Squelch System).

Индикация занятости канала в SmarTrunk осуществляется по наличию несущей или по на­личию несущей и пилот-тона. Система SmarTrunk позволяет организовать:

- радиосвязь между подвижными абонентами в индивидуальном или групповом режиме (без выхода в телефонную сеть);

- связь между подвижными абонентами и абонентами АТС или УАТС.

Для абонентов системы гарантируется приватность связи, т.е. невозможность прервать или подслушать телефонный разговор или радиосвязь, ведущуюся в индивидуальном режиме.

В SmarTrunk могут быть организованы несколько типов вызовов: индивидуальный, груп­повой, общесистемный, а также экстренный. Современные системы SmarTrunk II обеспечивают до 100 уровней приоритета абонентов, причем высокоприоритетным абонентам рабочие кана­лы предоставляются по их первому требованию.

Системы SmarTrunk предусматривают возможность учета продолжительности сеансов связи и формирование счетов за использованное эфирное время.

 

Состав и структура системы SmarTrunk

Транкинговые системы SmarTrunk состоят из базовых станций и абонентских радиостан­ций. В состав каждой базовой станции входят транкинговые контроллеры, ретрансляторы, фильтрующее оборудование (дуплексные фильтры, комбайнеры и т.п.) и антенна-фидерные устройства. Транкинговые контроллеры, собственно, и реализуют все основные алгоритмы ра­боты SmarTrunk, а также выполняют функции интерфейса телефонного канала.

В качестве абонентских устройств в SmarTrunk используются обычные полудуплексные или дуплексные ЧМ радиостанции различных производителей, оснащенные дополнительными логическими модулями.

Привлекательной чертой систем SmarTrunk является возможность их постепенного мо­дульного наращивания. Базовая станция может вначале быть двух- или трехканальной и посте­пенно развиваться вплоть до 16 каналов.

Структурная схема базового оборудования 4-канальной системы SmarTrunk II с контрол­лерами ST-853 приведена на рис. 2.1.

В данном случае применена классическая схема с использованием одной передающей и одной приемной антенны и, соответственно, устройства сложения радиосигналов передатчиков (комбайнера) и устройства разделения радиосигналов для приемников (распределительной па­нели).

 

Транкинговые контроллеры ST-853

Центральным элементом системы SmarTrunk является транкинговый контроллер, подклю­ченный к ретранслятору рабочего канала. Он отвечает за загрузку своего канала, вырабатывает все управляющие сигналы, определяет, может ли радиоабонент пользоваться данным каналом, каковы его привилегии, в том числе по выходу в телефонную сеть.

В отличие от прежних вариантов систем, где контроллеры ST-850 или ST-852 работали отдельно, не будучи как-либо связаны друг с другом, в современных системах SmarTrunk II кон­троллеры ST-853 связаны общей шиной данных, работающей в реальном масштабе времени. Наличие общей шины данных позволяет исключить потери вызовов, которые имели место в прежних версиях систем, предотвращает дробление групп связи при групповых вызовах.

Управляющий компьютер подключается к одному из контроллеров ST-853 базовой стан­ции по стандартному стыку RS-232. Связь с остальными контроллерами той же базовой стан­ции осуществляется без дополнительных переключений по общей шине данных.

 

Компьютер может подключаться к ST-853 как непосредственно, так и дистанционно, че­рез высокоскоростной внешний модем (именно этот вариант изображен на рис. 2.1). Дистан­ционное управление контроллерами базовой станции обычно осуществляется через телефон­ную сеть с использованием второго аналогичного внешнего модема, подключенного к управ­ляющему компьютеру. Фирма SmarTrunk Systems рекомендует использовать в качестве внеш­них модемов модель Sportster производства US Robotics.

 

Базы данных

Каждый транкинговый контроллер SmarTrunk содержит две базы данных - об абонентах транкинговой системы и о сеансах связи, имевших место на соответствующем рабочем канале.

В базе данных абонентов содержатся добавочные номера и системные коды тех, кто мо­жет пользоваться данным радиоканалом, и основные ограничения для каждого абонента, такие как максимальная разрешенная продолжительность сеанса связи, разрешение или запрет на использование телефонных линий, на выход в междугородную сеть и т.п.

Объем этой базы данных в контроллере ST-853 доведен до 4096 абонентов и 320 тысяч различных системных кодов. Это сделано в целях обеспечения "административного роуминга", дающего возможность абонентам SmarTrunk пользоваться услугами нескольких различных сис­тем, расположенных в разных населенных пунктах.

Первоначально содержимое базы данных абонентов формируется при помощи компьюте­ра, причем в современных системах SmarTrunk II это делается без продолжительного отключе­ния базовой станции. При формировании или исправлениях базы данных система прекращает обслуживание абонентов лишь на короткое время, необходимое для загрузки информации в один из контроллеров ST-853. Данные по абонентам будут затем автоматически перезагружены во все остальные контроллеры базовой станции через общую шину данных. Такой подход по­зволяет менее чем за минуту загрузить данные о 4000 абонентов во все контроллеры 16-канальной базовой станции.

Для упрощения перехода от систем SmarTrunk II с контроллерами ST-852 на системы с контроллерами ST-853 разработан специальный программный конвертер.

База данных о сеансах связи через ретранслятор, к которому подключен данный контрол­лер, содержит добавочные номера и коды обращавшихся абонентов, отметки о характере связи ("город-абонент", "абонент-город", "абонент-абонент''), дату, время и продолжительность се­анса связи. Содержимое базы данных о сеансах связи необходимо для учета абонентской пла­ты и тарификации. На основании этих данных подготавливаются счета за пользование услугами связи.

Усовершенствованные алгоритмы передачи данных позволили существенно уменьшить время, необходимое для выгрузки данных о сеансах связи (до 20-40 раз по сравнению с ST-852), и исключить ошибки и искажения. Выгрузка данных производится через один из кон­троллеров ST-853, который последовательно опрашивает все остальные контроллеры базовой станции, используя общую шину данных. При этом работа системы в целом не прерывается. На время выгрузки данных для абонентов недоступен только один из контроллеров, тот, с которого в данный момент считывается информация.

 

Выход в городские АТС

Каждый контроллер допускает подключение к нему до двух абонентских телефонных ли­ний. Обычно один из выходов контроллера подключается к городской АТС, а второй - к местной АТС, либо к спутниковой линии связи и т.д.

Привилегии в части выхода в телефонные сети задаются в базе данных абонентов и включают разрешения или запреты пользоваться линиями Ne 1 и No 2, запреты на набор опре­деленных комбинаций цифр (например, запрет на набор первой цифры "8" т.е. запрещение междугородных звонков), и т.д.

В контроллерах ST-853 улучшена обработка сигналов "занято", в результате чего разъе­динения происходят значительно быстрее и рабочие каналы освобождаются раньше, чем в сис­темах с контроллерами ST-852.

Для обеспечения более надежной работы на телефонных сетях с импульсным набором в контроллерах ST-853 применен усовершенствованный детектор "щелчков", который требует набора дополнительной цифры "О" перед добавочным номером вызываемого абонента. Эта цифра "О" используется контроллером как обучающая последовательность и обеспечивает вы­сокую достоверность распознавания последующих цифр даже на телефонных линиях низкого качества.

В целях обеспечения каждому абоненту системы SmarTrunk прямого городского номера в составе базовой аппаратуры должно быть специальное устройство - конвертер двухпроводных абонентских линий в 3-проводные соединительные линии. При этом оператор системы SmarTrunk должен арендовать на местной АТС соответствующую номерную емкость.

 

Организация связи

Связь между подвижными абонентами в системе SmarTrunk организуется следующим об­разом. После включения питания каждая абонентская радиостанция начинает последовательно просматривать (сканировать) все заложенные в нее радиоканалы в поисках вызывного сигнала. При обнаружении своего вызывного кода она прекращает сканирование и подает звуковой сиг­нал, оповещая владельца о поступлении вызова. После этого начинается диалог между абонен­тами.

При необходимости вызвать какого-либо из абонентов сети по радиоканалу или выйти в городскую телефонную сеть нужно набрать на клавиатуре номер радиоабонента или телефон­ный номер, а также маршрутный код вызова (два символа, показывающие системе, какой вид вызова требуется). Вся эта информация затем "выстреливается" в эфир одним пакетом. В дис­петчерском режиме для связи со своей группой достаточно нажать на тангенту.

Абонентская радиостанция последовательно сканирует доступные радиоканалы и, найдя свободную частоту, обеспечивает связь с ретранслятором базовой станции. Сразу же после этого производится набор городского телефонного номера или излучается в эфир добавочный номер подвижного абонента. После ответа абонента можно вести разговор. Чтобы позвонить подвижному абоненту с городского телефона, надо набрать телефонный

номер одного из ретрансляторов системы и после звукового сигнала соединения набрать до­бавочный номер нужного абонента (желательно в тональном режиме). После ответа можно вес­ти обычный телефонный разговор.

Если абонент не отвечает, или если у него выключена радиостанция, то звонящий услы­шит сигнал "занято". Контроллеры ST-853 обеспечивают различные по длительности сигналы "занято", позволяющие понять, занят ли нужный абонент, либо он недоступен (находится за пределами зоны обслуживания, не включил свою радиостанцию и т.п.).

Если система SmarTrunk имеет несколько мест расположения базовых станций и место­положение вызываемого абонента заранее неизвестно, в случае сигнала недоступности можно попытаться найти его в зоне действия других ретрансляторов.

 

Процедуры установления связи

В случае, когда инициатором вызова в системе SmarTrunk 11 является базовая станция (например, когда абонент АТС пытается вызвать мобильного абонента), процедура установле­ния связи выглядит следующим образом.

Базовая станция посылает в эфир цифровой "кадр вызова", структура которого приведе­на ниже:

Синхросигнал 1400 Гц длит. 275 мс + [(п+1)*150 мс]

Тип вызова

Системный код абонента

Идентификатор системы

Контрольная сумма (КC)

Длительность синхросигнала частотой 1400 Гц зависит от числа рабочих каналов "n" и может составлять от 725 мс для 2-канальной системы до 2825 мс для 16-канальной системы.

Синхросигнал заставляет все абонентские радиостанции, принявшие его, остановить ска­нирование на время до получения остатка "кадра вызова". После этого на канале остается только радиостанция, имеющая нужный системный код абонента, а остальные продолжают ска­нирование.

Эта радиостанция посылает на базовую станцию ответный пакет данных, содержащий ее системный код, и подает мобильному абоненту звуковой сигнал о поступившем вызове. Або­нент должен отреагировать нажатием клавиши * (звездочка) на клавиатуре радиостанции, в ре­зультате чего та передает в эфир цифровой "кадр ответа", и соединение считается установ­ленным. Далее два абонента системы начинают переговоры в полудуплексном или дуплексном режиме.

По окончании переговоров мобильный абонент должен нажать клавишу # (решетка), в результате чего его радиостанция передаст в эфир цифровой "кадр отбоя" и продолжит скани­рование каналов.

Если инициатором вызова в системе SmarTrunk II является абонентская радиостанция, она пытается найти свободный радиоканал (по отсутствию на нем несущей или пилот-тона) и передает цифровой "кадр запроса", имеющий следующую структуру:

Синхросигнал

Системный код абонента

Идентификатор системы

Маршрутный код

Телефонный номер или добавочный абонента

KC

Базовая станция, приняв "кадр запроса" от абонентской радиостанции, передает в ответ "кадр рукопожатия", подтверждающий установление связи, а далее все происходит, как было описано выше для вызовов, инициируемых базовой станцией.