Многозоновые решения стандарта TETRA

Автор: Чивилев С.В., кандидат технических наук

Компания: "Интегра Про"

Стандарт TETRA (TErresstrial Trunked RAdio) не содержит рекомендаций и требований к базовой инфраструктуре. Обязательным является выполнение радиоинтерфейса TETRA, что делает возможным использование терминалов различных производителей в пределах одной инфраструктуры. Именно по этой причине некоторые производители специализируются на выпуске только радиостанций, в то время как другие выпускают только базовую инфраструктуру.

Когда информации недостаточно

В настоящее время в России реализованы десятки проектов стандарта TETRA как государственными учреждениями и министерствами, так и частными инвесторами в различных отраслях промышленности, транспорта. Многие согласятся, что далеко не все проекты и решения получили высокую оценку заказчика после реализации. Это произошло по нескольким причинам. Во-первых, на этапе подготовки технического задания вопрос детально не изучался, а во-вторых, представители заказчика не проходили соответствующее обучение. В некоторых случаях отказ элементов инфраструктуры систем TETRA приводил к существенным затратам заказчика и вынуждал производителей производить полную замену центрального коммутационного оборудования. Ограничения в предоставлении технической информации и недостаточное количество деталей в предметной области приводили к ошибкам уже на этапе проектирования.

Нередко производители соглашались на условия OEM-партнерства на российском рынке, что привело к появлению "отечественных систем" стандарта TETRA, не имеющих сертификата TETRA IOP (TETRA Interoperability Certificate). Кроме того, ориентация на системные продукты с нечеткой OEM-стратегией не профессионально, так как производитель старается отмежеваться от сторонних программных ошибок и может просто отказаться от поддержки в постгарантийный период.

Многие производители предлагают поверхностную информацию о технических параметрах и алгоритмах работы инфраструктуры, поэтому в обзор включены лишь популярные или детально изученные системы.

Возможности TETRA

Стандарт TETRA позволяет реализовать как централизованную, так и распределенную архитектуру. К системам с централизованной архитектурой можно отнести Motorola Dimetra IP Compact и Rohill TetraNode, Hytera Accessnet-T, Selex Elettra и др. Противовесом этим решениям является DAMM TetraFlex с полностью распределенной архитектурой.

Важными при построении сети стандарта TETRA являются интерфейсы базовых радиостанций, от которых зависит опорная транспортная инфраструктура. Если интерфейс от центрального коммутирующего оборудования к удаленным узлам основан на IP, то стоимость комплексного решения снизится при этом повышается устойчивость сети на уровне IP, а в случае применения интерфейсов, кратных E1 (G.703) резервирование транспортной инфраструктуры осложнится на фоне увеличения стоимости.

Стандарт TETRA позволяет реализовать множество голосовых сервисов (индивидуальные и групповые вызовы, приоритетные и аварийные вызовы и т.д) и приложений на базе стандартных функций по передаче данных (короткие сообщения SDS, пакетные данные, телеметрия).

Существуют два способа реализации сервисов в системах стандарта TETRA: программный (в виде процессов и приложений) и аппаратно-программный (в виде дополнительных системных модулей и плат). Способ реализации функций в системе стандарта TETRA влияет на формат и надежность решения. Известно, что если вероятность отказа одного аппаратного модуля составляет какую-то постоянную величину, то вероятность отказа многомодульного решения пропорционально увеличивается, снижая среднестатистическую наработку на отказ.

Учитывая вышесказанное, рассмотрим несколько различных решений, в том числе Motorola Dimetra IP Compact, Rohill TetraNode и DAMM Tetraflex.

Motorola Dimetra IP Compact

Система Dimetra IP Compact сохранила идеологию постоянно модернизируемой системы Dimetra IP, и представляет собой ее усеченную версию, со следующими ограничениями: максимальное число поддерживаемых базовых станций – 60; максимальное число абонентов – 20000; максимальное число абонентских групп – 500; максимальное число подключаемых диспетчерских консолей – 8.

Система Dimetra IP Compact комплектуется лишь одним Зоновым контроллером, обслуживающим все подключаемые базовые станции.

Основным элементом центра управления и коммутации системы Dimetra IP Compact (рис. 1) служит высокопроизводительный 48-портовый коммутатор третьего уровня (Layer 3) с поддержкой виртуальных сетей (VLAN) компании HP. Поддерживая стандартные для сетей Ethernet-сервисы, коммутатор может также резервироваться и расширяться.

Следующим компонентом системы является центральный сервер, выполненный на платформе SUN. На базе центрального сервера устанавливаются пять виртуальных серверов для управления и обработки голосовых вызовов в системе, ведения абонентской базы, хранения статистики, оценки нагрузки системы, конфигурации инфраструктуры.

Функционал, возложенный компанией Motorola на центральный сервер столь высок, что требует обязательного резервирования. При отказе одного из виртуальных серверов происходит существенная деградация сервисов всей системы.

Центральный шлюзовой маршрутизатор на базе Motorola S6000 направляет голосовую и управляющую информацию от центрального сервера к удаленным диспетчерским пунктам и базовым радиостанциям MTS2 (MTS4) посредством WAN-распределительной панели.

Базовые станции Motorola MTS2 (MTS4) не поддерживают полноценный режим автономной работы базовой станции Fallback mode.

Кроме того, система Dimetra IP Compact может комплектоваться дополнительными серверами HP реализующими отдельные сервисы:

сервер центра аутентификации (AuC) – аутентификация абонентов в системе;
сервер центра передачи коротких сообщений (SDS), для реализации сервиса передачи коротких сообщений;
сервер телефонного шлюза MTIG, для соединения с телефонной сетью;
сервер шлюза радиосети (RNG);
сервер маршрутизатора передачи пакетных данных (PDR), предназначенный для организации пакетной передачи данных.

В связи с тем, что телефонный шлюз MTIG не адаптирован к отечественным телефонным сетям он комплектуется отдельным устройством – эхоподавителем фирмы Tellabs.

В полной конфигурации с резервированием центр коммутации и управления может насчитывать более 17 отдельных устройств. Такое число серверов требует их синхронизации, что достигается посредством ввода дополнительного устройства.

Каждое из этих устройств работает по своему алгоритму и под своей операционной системой, поэтому сетевая нагрузка внутри центра коммутации и управления вынудила компанию Motorola установить центральный коммутатор с пропускной способностью в несколько гигабит в секунду. Напомним, что скорость передачи полезной информации одного логического канала (разговора) в радиоэфире составляет всего лишь 7,2 кбит/с. Остальная нагрузка создается самой системой Dimetra IP Compact.

Интерфейс к удаленным базовым станциям и маршрутизаторам – фреймированный (фракционный) E1 G.703. Одна базовая радиостанция MTS2 с двумя частотными несущими (на 8 логических каналов) занимает 2 временных интервала (128 кбит/с) из всего потока E1 (2048 кбит/с). С одной стороны это позволяет производителю сохранять симметричность трафика, а с другой -- обратная конвертация трафика в IP посредством центрального шлюзового маршрутизатора отнимает дополнительное время и производительность системы.

Рис. 1. Структурная схема Dimetra IP Compact

Rohill TetraNode

Компания Rohill – динамично развивающийся производитель, реализовавший несколько проектов на территории Европейского союза и в других регионах, достаточно скромно представлена в России.

Компания Rohill представляет следующие решения:

TetraNode UltraLite – однозоновое решение, поддерживающее 1--2 несущих TETRA (4--8 логических каналов);
TetraNode-EL -- до 8 базовых радиостанций (до 16 несущих);
TetraNode-IP – до 47 базовых радиостанций (до 128 несущих) с возможностью объединения нескольких коммутирующих узлов в единую сеть.

Интересная маркетинговая стратегия компании приводит к тому, что появляются новые названия системных продуктов с сохранением старой идеологии.

Накладываемые на каждую из представленных систем ограничения, позволяют производителю четко разделить сегменты рынка, на которых следует представлять решения. Тип интерфейсных карт идентичен. Во всех случаях в качестве элемента базовой радиостанции применяется приемопередатчик R-8060, подключаемый к центральному коммутирующему оборудованию.

Наиболее рациональным и расширяемым решением является TetraNode-EL (Entry Level), к которому может быть подключены дополнительные коммутаторы TNX-EL.

Система TetraNode-EL, это система с централизованным управлением и архитектурой, схожей с системой Motorola Dimetra IP Compact и комплектуется лишь одним Зоновым контроллером.

Основным устройством является центр управления и коммутации TNX-EL. Центральный контроллер выполняет функции сервера с операционной системой Linux. Посредством программного пакета TETRA реализуются базовые голосовые функции стандарта TETRA и услуги передачи коротких сообщений SDS. TNX-EL поддерживает те же периферийные интерфейсные платы, что и ранее выпускаемая CompactPCI-версия. Центральный контроллер содержит 2 интерфейсных места для подключения расширительных модулей, поддерживающих до 4 каналов к базовым радиостанциям или телефонным сетям.

Подключение к локальным приемопередатчикам R-8060, к телефонной сети через канал E1 PR ISDN (EDSS1, QSIG) или к другим центрам коммутации TNX-EL осуществляется через распределительную панель R-820 с соответствующими расширительными модулями R830 – R840.

Удаленная базовая радиостанция может подключаться по ISDN-линиям или E1-каналам и состоит из распределительной панели R-820 в качестве опции возможно подключение по IP. Структурная схема представлена на рис. 2.

Максимальное количество подключаемых базовых радиостанций – 8 (с расширением), количество несущих – 16, число абонентов – 10 000.

При необходимости подключения более 8 базовых радиостанций к главному серверу TNX-EL может подключаться дополнительный TNX-EL.

При необходимости включения аутентификации и шифрования система TetraNode пополняется AKS-сервером, отвечающим за эти процессы.

Обилие коммутационных узлов и встраиваемых механических модулей и интерфейсных карт может служить причиной неисправностей и неустойчивых контактов, возникших после транспортировки или длительной эксплуатации.

В целом архитектура Rohill TetraNode может называться централизованной, так как все сервисы реализуются центральным коммутатором. Автономные контроллеры зоны подключаются на удаленных базовых радиостанциях при потере связи с центральным сервером, реализуя усеченную версию режима Fallback mode.

Рис. 2. Структурная схема системы TetraNode-EL

DAMM TetraFlex

DAMM Cellular Systems A/S (DCS) был известен в профессиональных кругах еще до появления стандарта TETRA. Компания DAMM выпускала радиооборудование для сетей сотовой связи. Годами наработанный опыт позволил ей выйти на рынок инфраструктуры стандарта TETRA достаточно быстро и успешно. Эффективная стратегия OEM-партнерства позволила ознакомиться заказчикам в различных частях света с качеством этого производителя. Впервые система TetraFlex попала на российский рынок в 2005 г. и с тех пор сумела зарекомендовать себя как самое бюджетное однозоновое решение со встроенным программным обеспечением Thales Digicom 25. Со временем было разработано собственное программное обеспечение, реализующее уникальный набор сервисов и функций, не доступный в первом приближении у других производителей.

В 2008 г. компания DAMM представила собственное многозоновое решение в несколько раз ниже по цене, чем аналогичные системы.

В основу системы положены несколько принципов:

каждый узел (зона) или базовая радиостанция абсолютно идентичны с программной точки зрения и могут выполнять функции основного (главного) сайта;
полноценная IP-архитектура, связь между приемопередатчиком и контроллером построена на IP, равно как и связь между соседними узлами;
полностью программная реализация сервисов и функций стандарта TETRA, в отличие от других производителей, реализующих отдельные функции (например, передачи пакетных данных или SDS-сообщений, аутентификации) с помощью аппаратных модулей с дополнительной программной оболочкой.

Применение IP-соединения между базовой радиостанцией BS421 и блоком управления и коммутации SB421 при их пространственном разносе позволяет сэкономить на высокочастотных кабелях. Базовые радиостанции не содержат подвижных элементов и выполнены в IP65-исполнении, а специальные термочехлы расширяют рабочий температурный диапазон до -70^оС.

В состав типичного зонового комплекта (узла) во внешнем исполнении входит блок управления и коммутации SB421 с подключаемыми к нему по IP-сети базовыми радиостанциями BS421. Внутрь блока управления и коммутации встроен аккумуляторный модуль для автономной работы (до 4 часов). SB421 имеет исполнение IP65 и управляет 4 базовыми радиостанциями BS421, обеспечивая 16 логических каналов в зоне.

Второй вариант исполнения – для помещений. Он особенно актуален при необходимости поддержки более 16 логических каналов в зоне (максимально 64 логических канала в зоне). В данном случае контроллер зоны встроен в базовую радиостанцию вместе с приемопередатчиками.

Максимальное количество подключаемых зон – 254, число абонентов (в том числе групп) – 65 000, Количество подключаемых диспетчерских консолей в узле – 20, количество одновременных телефонных соединений – до 30 на зону.

Структурная схема представлена на рис. 3.

Набор представленных программно реализованных сервисов, помимо стандартных функций, включает в себя:

пакетную передачу данных, делая возможным создания разнесенной сети сбора данных;
передачу коротких сообщений, при этом пользователь получает возможность назначения до 3 дополнительных каналов управления в зоне при большом объеме передаваемых коротких сообщений (SDS);
аутентификацию и шифрование радиоэфира по алгоритмам TEA1-TEA3;
доступ к группам радиоабонентов из телефонной сети;
подключение к ведомственной телефонной сети как напрямую посредством SIP (Session Initiation Protocol) или H.323, так и через телефонные шлюзы с различными интерфейсами (E1 PR ISDN, FXS, FXO).

В отличие от рассмотренных выше Dimetra IP Compact и TETRANODE, где существует лишь один зоновый контроллер на сеть в системе DAMM TetraFlex зоновый контроллер установлен в каждом узле, что повышает надежность и стабильность работы всей инфраструктуры.

Рис. 3. Структурная схема DAMM TetraFlex

Оценка решений

В таблице представлены сервисные пакеты на рассмотренные системы.

Как видно, функциональный набор, реализуемый рассмотренными решениями примерно одинаковый. Отличаются пути реализации этого набора. Понятно, что аппаратное наращивание сервисов ведет к удорожанию всей системы и снижению наработки на отказ, в этом смысле DAMM TetraFlex выгодно отличается. Тем не менее, решение Dimetra IP Compact и Rohill TetraNode могут найти своих почитателей.

Motorola Dimetra IP Compact -- Зачастую пусконаладка системы выполняется специалистами производителя, а техническая поддержка в постгарантийный период требует от заказчика наличия высококвалифицированных системных администраторов, способных оперативно диагностировать и проводить отладку системы.

Rohill TetraNode – новый игрок на рынке TETRA в России и это настораживает заказчиков. Считается, что решение TetraNode может получить положительные перспективы при реализации различных сетей стандарта TETRA.

DAMM Tetraflex. Эффективное решение от надежного партнера. В отличие от предыдущих производителей, DAMM производит практически все компоненты на своем заводе в Дании, что позволяет снизить стоимость элементов в разы. Доступная и масштабируемая система с расширенным набором функций и распределенной IP-архитектурой.

Таблица "Сервисные пакеты для основных систем"

Характеристика	Motorola Dimetra IP Compact	Rohill TetraNode	Damm TetraFlex
Индивидуальный вызов (абонент – абонент)	•	•	•
Телефонный вызов (абонент – телефонная сеть)	•	•	•
Аварийный вызов (обслуживание вне очереди)	•	•	•
Групповой вызов (абонент – группа абонентов)	•	•	•
Групповой вызов (абонент ведомственной телефонной сети – группа абонентов)	--	--	•
Диспетчерская связь	•	•	•
Установка приоритетов определенной категории абонентов	•	•	•
Организация очередей в часы наибольшей нагрузки	•	•	•
Передача текстовых сообщений SDS	•	•	•
Определение статуса абонента (вкл. / выкл. / занят)	•	•	•
Определение номера вызывающего	•	•	•
Динамическая перегруппировка (дистанционное объединение абонентов в группы)	•	•	•
DTMF-донабор	•	•	•
Интеграция в ведомственную телефонную сеть по SIP / H.323	--	--	•
Поддержка прямой нумерации	•	•	•
Аутентификация абонентов (по TEI номеру)	•	•	•
Шифрование E2E / индивидуальных / групповых вызовов	• / • / •	• / • / •	• / • / •
Пакетная передача данных	•	•	•