Транкинговые системы SmarTrunk

Введение

К транкинговым системам с децентрализованным управлением мы относим системы, где частотные каналы транкинга назначаются в абонентских радиостанциях, которые непрерывно последовательно сканируют рабочие каналы транкинговой системы в поисках вызывного сигнала или свободного канала.

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.

Структура и принципы функционирования систем SmarTrunk

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

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.

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 базы 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.

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 антенно-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. 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 стыку RS232. 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 внешние модемы (именно этот вариант изображен на рис. 1).

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 пейджинговые 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 междугороднюю сеть и т.п.

Объем этой базы данных в контроллере ST-853 доведен до 4096 абонентов и 320 тысяч различных пейджинговых 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.

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.

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 телефонную сеть

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 № 1 и № 2, запреты на набор определенных комбинаций цифр (например, запрет на набор первой цифры "8", т.е. запрещение междугородних звонков), и т.д.

Для обеспечения более надежной работы на телефонных сетях с импульсным набором в контроллерах ST-853 применен усовершенствованный детектор "щелчков", который требует набора дополнительной цифры "0" перед добавочным номером вызываемого абонента. Эта цифра "0" используется контроллером как обучающая последовательность и обеспечивает высокую достоверность распознавания последующих цифр даже на телефонных линиях низкого качества.

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 II 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:

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 пейджинговый код абонента, а остальные продолжают сканирование.

Эта радиостанция посылает на базовую станцию ответный пакет данных, содержащий ее пейджинговый 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 субтона) и передает цифровой "кадр запроса", имеющий следующую структуру:

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.

Базовое оборудование

Как уже было сказано, фирма SmarTrunk Systems производит для систем SmarTrunk только Транкинговые контроллеры и логические модули для нескольких моделей абонентских радиостанций. Таким образом, не приходится говорить о каких-то комплектных поставках системного оборудования со стороны SmarTrunk Systems.

Понятно, что заказчики, выбирающие SmarTrunk, заботятся о дешевизне системы. Однако в случае многоканальных транкинговых систем стремление предельно удешевить базовое оборудование может, в конечном счете, сыграть злую шутку с заказчиком, еще раз продемонстрировав справедливость поговорки "скупой платит дважды".

Дело в том, что недорогое базовое оборудование, в том числе и известные ретрансляторы GR500 фирмы Motorola, выпускаются в расчете на использование в системах двухчастотного симплекса (или, как теперь иногда говорят, в системах "конвенциональной" радиосвязи). Активность абонентов в таких системах не очень высока, а ретрансляторы, как правило, располагаются в помещениях базовых станций поодиночке, т.е. случаи, когда по-соседству излучает другой ретранслятор, крайне редки.

В случае транкинговых систем ретрансляторы сознательно группируются вместе в помещении базовой станции, причем сама система следит, чтобы каждый из ретрансляторов работал с полной нагрузкой. Таким образом, ситуации, когда одновременно работают на передачу несколько ретрансляторов, становятся правилом, а не исключением.

Понятно, что электромагнитную обстановку в помещениях базовых станций транкинговых систем (не только систем SmarTrunk) следует характеризовать как тяжелую. В этих обстоятельствах применение дешевых ретрансляторов, а также отсутствие добротных фильтров, комбайнеров и т.п. может привести к неприятным последствиям.

Поэтому нужно со всей серьезностью относиться к выбору ретрансляторов для транкинговых систем и не пренебрегать предложениями приобрести тот или иной ретранслятор "со 100-процентным рабочим циклом", т.е. способный продолжительно работать в режиме передачи, хотя такие ретрансляторы могут стоить в 2-3 раза дороже дешевых моделей.

Наиболее разумным выбором для систем SmarTrunk, имеющих 4 канала и более, представляются ретрансляторы Motorola MTR3000; Tait T850 или Kyodo KG-110 (другое его название Forward MS-101).

Для малоканальных систем, не имеющих перспектив дальнейшего развития, можно рекомендовать те же Motorola GR500.

Абонентское оборудование

В транкинговых системах с децентрализованным управлением абонентские радиостанции играют главную роль в реализации транкового протокола.

Пригодность тех или иных моделей абонентских радиостанций для использования в системах SmarTrunk определяется наличием для них логических модулей, разрабатываемых фирмой SmarTrunk Systems. Будучи установлен в радиостанцию, логический модуль берет на себя управление всеми ее основными функциями, включая сканирование, включение на передачу и управление работой шумоподавителя. Программирование логических модулей абонентских радиостанций выполняется владельцем системы или поставщиком.

Естественно, что в числе радиостанций, для которых имеются модули SmarTrunk, в первую очередь следует упомянуть достаточно дешевые модели японских фирм Alinco, Yaesu/Vertex, Kenwood и Standard. Однако чрезвычайная популярность радиостанций Motorola GP300 и GM300 заставила SmarTrunk Systems с первого дня существования систем SmarTrunk иметь в ассортименте логические платы для этих радиостанций, а в настоящее время и для Motorola CP140; CP160; CP180; GM140 и GM160.

В составе одной и той же системы SmarTrunk могут одновременно использоваться абонентские радиостанции различных производителей. Все они будут реализовать основные функции протокола SmarTrunk.

В логических модулях нового поколения реализована идея наличия не двух, а трех различных пейджинговых кодов у каждого абонента, что позволяет обеспечить не только индивидуальные и групповые вызовы, но и общесистемные вызовы на случай передачи каких-либо важных сообщений.