Применение сетей транкинговой радиосвязи при построении систем оповещения населения

Использование радиоканалов для построения каналов связи для систем оповещения населения достаточно часто применяется не только в местности, где насыщенность проводными каналами связи относительно невелика, но и в условиях городской инфраструктуры и достаточно крупных населённых пунктов. Помимо использования конвенциональной радиосвязи применяются также надстройки в виде цифровых стандартов радиосвязи с использованием инфраструктуры сетей такие как GSM/LTE, сети связи DMR, сети транкинговой радиосвязи TETRA. О применении последних как раз и пойдёт речь в этой статье.
 
В чём же отличие цифровых сетей радиосвязи, использующих инфраструктуру от аналоговой радиосвязи? Всё очень просто: аналоговая связь работает по принципу одного передатчика и достаточно большого количества приёмников, и ее работа не сопряжена с переключением каналов при их занятости или недостаточном качестве связи, также не осуществляется помехоустойчивое кодирование. То есть, один передающий центр и множество терминальных оконченных устройств, расположенных на средствах оповещения населения. Иногда часть из этих терминальных устройств могут являться ретранслятором для расширения зоны покрытия. При работе в условиях инфраструктуры сети цифровой связи существует система, которая является синхронизирующей для всей сети связи, что позволяет реализовывать как переключение каналов в зависимости от загруженности, так и осуществлять более точную (адресную) маршрутизацию.

Работа в условиях инфраструктуры сети связи имеет свои преимущества и недостатки. Основными преимуществами, очевидно, является более широкая зона покрытия, более высокая скорость передачи данных и наибольшая гарантированность доставки сигнала, путём использования альтернативных маршрутов, в случае если целостность каких-то из них нарушается. Недостатками же работы в условиях инфраструктуры является, собственно, само наличие этой инфраструктуры или её отсутствие, особенно если на территории инфраструктура сети оператора связи развита слабо, или не развита вовсе.

Зачастую развитие инфраструктуры сети связи, например сети TETRA для целей построения системы оповещений населения экономически невыгодно. Потому как построение сети связи инфраструктуры TETRA достаточно дорогостоящий и длительный по времени процесс.

Экономическая составляющая, которая позволила бы компенсировать затраты на построение сети, при предоставлении коммерческих услуг связана с организацией достаточно сложной инфраструктуры по реализации и оказании дополнительных услуг связи, что в условиях построения сети для систем оповещения населения не всегда возможно, а зачастую может быть связано с нецелевым использованием средств, выделяемых на её построение. Вследствие вышеозначенных факторов при использовании систем цифровой радиосвязи в режиме существующей инфраструктуры применятся сети связи операторов, оказывающих, помимо оказания услуг связи, услуги для построения систем оповещения. В этом случае оказание коммерческих услуг связи позволяет поддерживать и развивать сеть связи оператора.

Однако, как было сказано ранее, само наличие инфраструктуры является уязвимым местом для эксплуатации системы оповещения в условиях отличных от повседневной жизнедеятельности, например в условиях ЧС, на особый период или во время ведения боевых действий. Вследствие этого, необходимо обеспечить не только функционирование этой сети путём обеспечения работы персонала оператора связи на особой период (наличие мобилизационного задания у оператора связи — см сатью) но и в условиях частичного или полного разрушения инфраструктуры сети связи оператора. Очевидным плюсом в данном случае систем транкинговой радиосвязи стандарта TETRA становится дуальный принцип их работы, то есть режим работы как в условиях инфраструктуры называемой TMO, так и режим работы в условиях прямой радиосвязи называемый DMO.

Каждый из этих режимов работы имеет свои преимущества и недостатки, в частности преимуществом работы в режиме ТМО является более высокие скорости передачи данных, более высокая надежность доведения этих сигналов вследствие резервирования путей распространения и организации каналов связи, получения подтверждения о доставке или недоставке сообщения.

Так же самым очевидным преимуществом является кратное увеличение зоны покрытия, при которой зона работы в режиме TMO определяется площадью охватываемой инфраструктурой сети, которая, несомненно, гораздо больше площади покрытия, которую можно сформировать с использованием одной передающей радиостанции в режиме прямой связи.

Обратной стороной использования режима TMO является само наличие этой инфраструктуры, которая во-первых: подлежит содержанию, а во-вторых, имеет большую уязвимость и большее время восстановления при аварии, например вследствие ЧС или введению боевых действий. Нарушение работы инфраструктуры сети связи снижает работу сети вплоть до ее полной остановки. Таким образом, доставка сигналов оповещения от пунктов управления до оконечных средств оповещения не осуществляется, что ведет к частичной или полной неработоспособности системы оповещения населения.

Режим прямой связи DMO подразумевает работу всех радиостанций на одной частоте. При этом на передачу работает только станция, транслирующая сигналы оповещения от пунктов управления к оконченным средствам оповещения. Такая станция называется диспетчерской. Иногда, на передачу также может работать ретранслятор, который применяется для расширения зоны покрытия, но это менее распространенный случай.

Ввиду того, что на передачу, в большинстве случаев, может работать только одна станция, а также отсутствие возможности синхронизации ответов оконечных станций, способность работы на передачу у оконечных станций заблокирована, в противном случае при передаче своего состояния или квитанции об исполнении команды, оконечные станции будут занимать канал в случайные промежутки времени, что может явиться причиной невозможности передачи сигналов оповещения диспетчерской станцией или сбоев в обработке квитанций от нескольких оконечных станций.

Эта особенность формирует первый недостаток работы станций в режиме прямой связи — отсутствие или существенное ограничение в обратной связи от оконечных устройств. Вторым недостатком является существенно менее широкая зона покрытия ввиду меньшей высоты подвеса антенны диспетчерской станции, а также меньшей мощности излучаемого сигнала. Также существенным недостатком работы режиме DMO является безальтернативность частоты передачи, которая, как правило жестко привязана к группе, в которой работают станции сети оповещения и без смены группы на диспетчерской и всех приемных станциях переключение на другую частоту представляет из себя весьма нетривиальную задачу.
 
Наряду с вышеозначенными недостатками режим прямой связи имеет ряд неоспоримых преимуществ перед работой в режиме TMO. Первым, и по списку, и по значению можно отметить работу DMO вне инфраструктуры. То есть можно говорить о независимости как от обслуживающего персонала оператора, так и о функционировании его сети. Из первого преимущества следует второе — быстрое развертывание сети или быстрое ее восстановление при авариях и разрушениях.

Следствием из второго преимущества является возможность развертывания сети связи для системы оповещения населения в районах, где инфраструктура TETRA еще не создана, и использование режима DMO в качестве временного решения до момента создания инфраструктуры сети связи для работы в режиме TMO. Еще одним немаловажным фактором, в свете скорости развёртывания сети для работы в режиме DMO является ее невысокая стоимость при наличии у оператора TETRA лицензии и частотно ресурса на развертываемой территории.

Очевидно, что каждый из представленных режимов имеет свой набор преимуществ и недостатков, наиболее ярко проявляющиеся как в режиме повседневного функционирования, так и в режиме воздействия мешающих факторов (ЧС, боевые действия). Для повышения устойчивости функционирования целесообразно рассматривать их комбинированное использование. Именно такой опыт дуального использования стандарта профессиональной транкинговой связи стандарта TETRA был у одного из субъектов РФ при создании и эксплуатации систем оповещения населения на региональном, муниципальном и объектовом уровне.

Была создана сеть диспетчерских станций по числу муниципальных образований 2-го уровня (муниципальных районов) и диспетчерских станций в некоторых муниципальных образованиях 1-го уровня (городских и сельских поселениях). Оконечные средства оповещения были укомплектованы приемо-передающими станциями, у которых в режиме DMO был программно отключен передающий тракт.

Вопрос обеспечения телесигнализации и телеуправления решался почти одинаково, но с разным приоритетом использования, в зависимости от режима работы станции. В режиме TMO телесигнализация и телеуправление передавалось в служебном канале посредством SDS кодированных АТ-команд. При этом имитозащита обеспечивалась средствами самой сети профессиональной транкинговой связи TETRA. В режиме DMO применялось только телеуправление без телесигнализации, которое также было реализовано посредством SDS и АТ-команд. В режиме DMO для исключения несанкционированного запуска ввиду отсутствия возможности регулирования политики безопасности сетью связи, проверка на допустимость управления оконечным средством оповещения осуществлялась только на принимающей стороне, по номеру передающей станции. С целью дополнительной имитозащиты применялось избыточное поле кодирования команд, и при регулярном периодическом обновлении ключей в процессе проведения эксплуатационно-технического обслуживания существенно увеличивалось противодействие брут-форсу.

Также большое поле команд позволяло использовать различные коды запуска для нескольких диспетчерских станций, а на приемной стороне устанавливать приоритет обработки кодов в зависимости от диспетчерской станции их передающей. Таким образом, одно оконечное средство могло работать одновременно в составе двух, а иногда и в трех систем оповещения, например, быть в составе системы оповещения объекта в месте массового пребывания людей, также входить в состав внешней зоны действия локальной системы оповещения потенциально опасного объекта и быть включённой в состав муниципальной системы оповещения. Установка приоритета обработки сигналов от разных пунктов управления в зависимости от балансовой принадлежности и выполняемой задачи обеспечивали высокую гибкость использования системы за счет включения технических средств оповещения в состав систем различных уровней.

Одна из дополнительных особенностей системы — это возможность управления минимальным набором команд без использования служебного канала. Реализована путем возможности дополнительного кодирования команд запуска систем оповещения DTMF сигналами. Такой вариант управления мог рассматриваться как «последний способ» запуска системы при выходе из строя и инфраструктуры сети связи TETRA и частичной постановке помех и невозможности использования служебного канала связи для передачи SDS посылок.

Выбор между режимами работы TMO и DMO осуществляется по следующему алгоритму: в повседневном режиме функционирования и при наличии инфраструктуры сети система работает в режиме TMO, осуществляется двусторонний обмен, передающая станция работает в режиме изменяемой мощности излучения в зависимости от уровня сигнала сети в точке расположения диспетчерской станции. В случае пропадания инфраструктуры сети диспетчерская и абонентские станции оценивают отсутствие сигнала базовых станций и через определённый промежуток времени автоматически переключаются в режим DMO. При этом у диспетчерской станции мощность увеличивается до максимальной в пределах заранее заданных лимитов.

Далее система продолжает работать в режиме DMO. Увеличение зоны покрытия обеспечивается на этапе построения путем открытия лицензий и программирования части приемных станций в качестве ретранслятора. Периодически диспетчерская станция переключается в режим TMO для оценки восстановления сигнала сети и при его наличии возвращается в режим DMO и отправляет на все оконечные станции команду на переключение в режим TMO.

Таким образом осуществляется возврат в режим работы инфраструктуры в автоматическом режиме. Та часть оконечных станций, которая по какой-то причине не перешла в автоматическом режиме в режим TMO может быть переведена оператором объекта вручную или путем повторной отправки сигнала в режиме DMO с диспетчерской станции.

В настоящее время есть и положительный и отрицательный опыт эксплуатации сети профессиональной транкинговой связи стандарта TETRA в качестве сети для передачи сигналов оповещения. В отдельных регионах ее использование частично или полностью свернуто, в других, с некоторыми изменениями алгоритма функционирования продолжается.

Накопленный опыт эксплуатации сетей TETRA в качестве каналов связи для систем оповещения населения позволяет осуществить развертывание системы оповещения в подходящем регионе, а также комбинированное использование ее вместе с каналами связи других стандартов для построения систем оповещения населения различных уровней.