Sawomir Gajewski
Politechnika Gdaska, Wydzia Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki
NOWE KIERUNKI ROZWOJU SYSTEMÓW
TRANKINGOWYCH W ZASTOSOWANIACH
TRANSPORTOWYCH
Rkopis dostarczono, kwiecie 2013
Streszczenie: W referacie wskazano kierunki rozwoju systemów trankingowych do zastosowa
dyspozytorskich, np. dla policji i transportu. W chwili obecnej gównym standardem jest TETRA, jednak coraz czciej s proponowane rozwizania oparte na gotowej infrastrukturze systemów komórkowych. Przedstawiono take sposób integracji systemu TETRA z LTE z zachowaniem niezalenoci obu systemów oraz zaproponowano architektur poczonego systemu.
Sowa kluczowe: TETRA, LTE, systemy trankingowe
1. WPROWADZENIE
Problematyka dyspozytorskich systemów radiokomunikacyjnych dla potrzeb bezpieczestwa, sub oraz instytucji, w tym transportowych, nabiera w ostatnich latach duego znaczenia. Szybki rozwój ogólnodostpnych systemów komórkowych zmieni cakowicie oblicze wspóczesnej radiokomunikacji i wymusi, w szczególnoci na subach mundurowych, nowe podejcie do radiokomunikacji. W zasadzie równolegle ze standaryzacj takich systemów jak GSM (ang. Global System for Mobile Communications) czy pó niej UMTS (ang. Universal Mobile Telecommunications System) i obecnie LTE (ang. Long Term Evolution), zaproponowano i rozwijano system dyspozytorski – trankingowy TETRA (ang. Terrestrial Trunked Radio), jako bezpieczne narzdzie dla sub, przeznaczone gównie do przesyania sygnaów mowy. Jak kady system profesjonalny, TETRA posiada wiele zalet bardzo istotnych z punktu widzenia prac sub, jednak stawiajc w zamian liczne ograniczenia. W rezultacie szybkiej migracji usug oferowanych przez GSM do UMTS, a obecnie do LTE, okazuje si, e rozwój technologiczny TETRY nie nada za wspóczesnymi systemami ogólnodostpnymi.
Wdroenie TETRY wie si z budow bardzo kosztownej infrastruktury technicznej, czemu budety sub mundurowych w Polsce i innych krajach najczciej nie s w stanie sprosta . Z tego powodu tempo rozwoju TETRY i jej unowoczeniania jest bardzo
powolne. Przez to TETRA narzuca zbyt due ograniczenia, zwaszcza w zakresie efektywnoci widmowej i osiganych szybkoci transmisji.
Pomimo wielu zalet TETRY jako bezpiecznego systemu dla sub, o bardzo ograniczonym dostpie z zewntrz, wiele podmiotów telekomunikacyjnych od lat dostrzega jej sabo aplikacyjn. Dlatego w ostatnich latach znacznie wicej czasu powica si próbom wykorzystania ogólnodostpnych systemów komórkowych na potrzeby zastosowa specjalnych. Rozwizania te pozwalaj na wydzielenie pewnych zasobów systemowych na potrzeby rozwiza o charakterze dyspozytorskim. Rozwizania te zwykle oferuj o wiele wiksze pasmo czstotliwociowe, efektywno widmow oraz osigane szybkoci transmisji i umoliwiaj wykorzystanie gotowej infrastruktury.
W Polsce uyteczno TETRY dla policji ma wci wycznie charakter lokalny (w kilku duych miastach) i jest to ogromna wada, która wynika oczywicie z braku rodków finansowych na pokrycie caego kraju. Na dzie dzisiejszy policja staje si raczej zwolennikiem zakupu usug dostpu do systemu TETRA, którego operatorem jest firma komercyjna. Daje to policji znaczn przewag, poniewa nie wymusza na niej jednorazowej ogromnej inwestycji, a jednoczenie daje moliwo atwiejszej rezygnacji z usugi w przypadku pojawienia si innych rozwiza. Nie ma jednak pewnoci czy rozwizanie to znajdzie zwolenników wród operatorów telekomunikacyjnych.
Próby adaptacji systemów komórkowych na potrzeby bezpieczestwa trwaj ju od kilku lat i w ogólnoci polegaj na wykorzystaniu gotowej infrastruktury technicznej innych systemów. Prekursorem tego rozwizania jest system amerykaski CDMA2000 (ang. Code Division Multiple Access 2000). Rozwizanie takie posiada jednak wad w zakresie bezpieczestwa polegajc na styku oferowanej usugi dyspozytorskiej z usugami oferowanymi publicznie. Z drugiej strony wiadomo, e wspóczesne technologie bezpieczestwa transmisji w sieciach IP (np. prywatne sieci APN (ang. Access Point
Name), protokoy IPsec (ang. Internet Protocol Security) itd.) umoliwiaj zapewnienie
relatywnie wysokiego poziomu bezpieczestwa transmisji w sieciach teleinformatycznych [1, 4]. Wic wada ta moe nie mie a tak duego znaczenia.
Wszystko wskazuje na to, e rozwizania systemowe dla potrzeb sub mundurowych oparte na technologiach ogólnodostpnych, mog jednak, cho by moe z pewn szkod dla bezpieczestwa, by dominujce w najbliszych latach, szczególnie w krajach uboszych. Aczkolwiek wcale nie musi to oznacza eliminacji TETRY. Dowodem na tak tez jest to, e organizacja TETRA Forum od duszego ju czasu monitoruje rozwój systemu TETRA w kierunku jego integracji z systemami komórkowymi opartymi na technologii LTE. Na dzie dzisiejszy, moe to by integracja przede wszystkim na poziomie realizacji niektórych usug, wymagajcych szerokiego pasma transmisyjnego (np. transmisji sygnaów obrazu, filmów itp.). Natomiast wszystkie usugi i funkcje TETRY mog pozosta na jej poziomie, z zachowaniem hermetycznoci systemu i duego poziomu bezpieczestwa transmisji. Podejcie takie moe by zasadne, bo pozwala zachowa znaczn niezaleno TETRY, przy jednoczesnym uwolnieniu jej od koniecznoci realizacji usug szerokopasmowych, do których nie jest przystosowana i rozszerzeniu funkcjonalnoci terminali. Wprawdzie w ramach standardu TETRA rozwija si obecnie technologia TEDS (ang. TETRA Enhanced Data Service), umoliwiajca przesyanie danych z wikszymi szybkociami transmisji, jednak oferowane tam usugi nigdy nie bd konkurencj dla systemu LTE.
dyspozytorskich systemu CDMA2000 z systemem LTE i z pominiciem TETRY. Z pewnoci i to rozwizanie zasuguje tu na uwag.
2. TETRA JAKO KLUCZOWE ROZWIZANIE SYSTEMU
BEZPIECZE STWA PUBLICZNEGO W EUROPIE
W chwili obecnej na wiecie s tylko dwa rozwizania zawierajce peny zestaw funkcjonalny usug dedykowanych dla policji – system TETRA oraz system amerykaski P25 (ang. Project 25). Pozostae znane rozwizania stanowi jedynie „nieco uproszczone uzupenienie” tych dwóch systemów dyspozytorskich, chocia ich znaczenie stale ronie.
2.1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA
TETRA stanowi standard otwarty cyfrowej radiokomunikacyjnej, trankingowej cznoci dyspozytorskiej, w caoci oparty na cyfrowej transmisji danych i koncepcji systemu komórkowego [2], w którym transmisja sygnaów mowy i/lub danych odbywa si, w ogólnym przypadku, za porednictwem stacji bazowych BTS, co pokazano na rys. 1.
W systemie TETRA wykorzystuje si klasyczne rozwizania w zakresie wielodostpu do kanau radiowego, oparte na wielodostpie TDMA (ang. Time Division Multiple
Access) oraz FDMA (ang. Frequency Division Multiple Access). Rozwizanie to
umoliwia udostpnienie w kadym kanale radiowym o szerokoci pasma 25 kHz, czterech szczelin czasowych, przeznaczonych dla uytkowników systemu i/lub do transmisji danych sterujcych. Podstawowy rodzaj modulacji to kwadraturowa, rónicowa modulacja
fazy S/4 DQPSK (ang. Differential Quadrature Phase Shift Keying).
Infrastruktura komutacyjna i zarzdzajca sieci TETRA Loklana centrala systemu (LSC) Rejestr lokalizacji stacji Gówna centrala systemu (MSC) Blok sterowania lokalnego Centrum zarzdzania i utrzymania sieci TETRA (OMC) Bramy do innych sieci Zarzdzanie sieci TETRA Sie tranzytowa Inne sieci PSTN/ISDN/PDN/PTN Sie tranzytowa Uytkownicy mobilni (tryb DMO) Uytkownicy mobilni (tryb TMO) (…) TETRA BTS Uytkownicy stacjonarni Rejestr lokalizacji stacji Blok zarzdzania sieci Rejestr abonentów Inne sieci TETRA Oznaczenia:
OMC – Operation and Maintenance Centre, MSC – Main Switching Controller, LSC – Local Switching Controller, BTS – Base Transceiver Station.
W chwili obecnej standard TETRA rozwija si w kierunku uelastycznienia sposobu wykorzystania kanaów radiowych oraz poprawienia moliwoci realizacji usug transmisji danych za pomoc podsystemu TEDS. W podsystemie tym zdecydowano si na poczenie kilku kanaów czstotliwociowych w krotno 25 kHz, osigajc tym samym szeroko 50, 100 lub 150 kHz. Jest to realizowane poprzez wykorzystanie podstawowej modulacji S/8 D8PSK oraz modulacji QAM (ang. Quadrature Amplitude Modulation) realizowanej na wielu podnonych FMT (ang. Filtered Multi-Tone modulation). Modulacja FMT jest modulacj wielotonow podobn do OFDM (ang. Orthogonal Frequency Division
Multiplexing), w której dokonuje si dodatkowej filtracji symboli przesyanych w
podkanaach. Dziki tej filtracji uzyskuje si zwikszon odporno sygnau na zakócenia, zwaszcza zwizane z efektem dopplerowskim, przy jednoczesnym osiganiu nieco lepszej zwartoci widma w porównaniu do OFDM.
TEDS stanowi obecnie najnowoczeniejszy wariant pracy systemu, który umoliwia realizacj usug przesyania danych z szybkociami sigajcymi kilkuset kb/s. Podsystem TEDS obejmuje cz nowych standardów opracowywanych w ramach drugiego wydania i zachowuje zgodno wstecz, dziki czemu teoretycznie jest moliwe dokonywanie aktualizacji oprogramowania w stacjach bazowych oraz terminalach mobilnych, co zaley jednak od waciwoci sprztu i wie si z ogromnymi kosztami uaktualnienia.
Rozwizanie to ma na celu gównie zwikszenie szybkoci transmisji osiganych
w interfejsie radiowym dla transmisji danych w trybie komutacji pakietów oraz
dostosowanie interfejsów sieciowych do realizacji tych usug i komunikacji z sieciami zewntrznymi. Cech charakterystyczn podsystemu TEDS jest elastyczno w zakresie przydziau zasobów dla usug, co uatwia jego dostosowanie do potrzeb rónych odbiorców, a przy tym konfiguracja usug moe odbywa si z poziomu administratora.
Wród gównych zalet podsystemu TEDS naley wymieni w szczególnoci: du efektywno widmow i dostarczanie usug o znacznej szybkoci transmisji, dostosowanie pasma do krotnoci standardowej szerokoci kanaów,
zapewnienie wysokiego stopnia ochrony informacji, poprzez wykorzystanie kompatybilnych mechanizmów zabezpieczenia kryptograficznego i ochrony informacji, atw aktualizacj oprogramowania, co upraszcza dziaanie i utrzymanie sieci,
elastyczno w zakresie doboru szerokoci pasma, zasigu i przepustowoci.
Standard TEDS wprowadza bardzo nowoczesne podejcie do sposobu przydziau pasma czstotliwociowego. Operator sam moe decydowa o stosowanej szerokoci kanau od 25 kHz do 150 kHz i uwzgldniajc zaleno midzy szybkociami transmisji, zasigiem i szerokoci kanau, moe dokonywa adaptacji parametrów systemowych do wasnych potrzeb i moliwoci. Jednak wykorzystanie kanaów o szerokociach 100 czy 150 kHz nie jest atwe ze wzgldu na konieczno przydzielenia a od 4 do 6 kanaów po 25 kHz. Dlatego najczciej wykorzystuje si wariant wykorzystania jednego kanau 25 kHz lub dwóch skadajcych si na 50 kHz. Jednak ju przy kanaach 50 kHz oraz modulacji 64 QAM (i FMT) mona osiga szybko transmisji ponad 150 kb/s przy niskim poziomie zabezpieczenia kodowego przed bdami w transmisji, a przy wysokim stopniu zabezpieczenia ok. 80 kb/s.
2.2. PRZEWAGA TETRY NAD INNYMI ROZWIZANIAMI
Gówne tryby pracy systemu TETRA obejmuj prac w najstarszym wariancie, tzw. TETRA V+D (ang. Voice + Data), w którym mamy moliwo jednoczesnej lub niezalenej realizacji usug transmisji sygnaów mowy oraz danych. Dalszy rozwój TETRY umoliwi wprowadzenie tzw. trybu pakietowego PDO (ang. Packet Data
Optimised mode) oraz wprowadzenie moliwoci pracy systemu zarówno w trybie
trankingowym (ang. Trunking Mode Operation – TMO), z wykorzystaniem stacji bazowych, jak i pocze bezporednich pomidzy terminalami, bez porednictwa stacji bazowej (ang. Direct Mode Operation – DMO).
W trybie PDO stacje bazowe i terminale TETRY mog pracowa w tzw. trybie jednoszczelinowym, kiedy do transmisji w trybie komutacji pakietów jest wykorzystywana tylko jedna sporód czterech dostpnych szczelin czasowych lub w trybie wieloszczelinowym, kiedy wykorzystuje si maksymaln dostpn liczb szczelin czasowych, czyli od 1 do 4, w zalenoci od ich chwilowej dostpnoci.
Tryb DMO stanowi niezwykle wany atut TETRY, poniewa umoliwia ochron systemu przed np. zniszczeniem stacji bazowych. Polega on na zapewnieniu moliwoci komunikacji bezporednio pomidzy terminalami, bez porednictwa stacji bazowych. Ma to ogromne znaczenie z punktu widzenia bezpieczestwa, ale równie wane jest powikszenie zasigu systemu. W takim przypadku kady terminal ruchomy moe by retransmiterem poredniczcym w poczeniu midzy terminalem znajdujcym si poza zasigiem stacji bazowej a t stacj, lub te pomidzy terminalami, co pokazano na rys. 2.
Rys. 2. Ilustracja pracy systemu TETRA w trybie transmisji bezporedniej DMO i trankingowej TMO: a) tryb trankingowy TMO oraz bezporedni DMO, b) tryb DMO
Sporód wielu atutów TETRY moemy wymieni w szczególnoci:
usugi podstawowe: poczenia gosowe w rónych trybach, usugi transmisji danych w trybie komutacji kanaów, transmisja krótkich wiadomoci SDS (ang. Short Data
Service) – realizowana w rónych wariantach i trybach, np. dla uytkowników, do
pocze telemetrycznych itp., transmisja danych w trybie komutacji kanaów i pakietów, usugi mieszane – transmisja sygnaów mowy i danych (tzw. tryb V+D) i in., moliwo realizacji wielu usug charakterystycznych dla systemów bezpieczestwa
oraz dyspozytorskich, a w tym pocze indywidualnych i grupowych, bez potwierdze i z potwierdzeniami, o rónym stopniu poufnoci, z moliwoci uwierzytelniania, priorytetyzacji i przerywania pocze o mniejszym priorytecie, swobodnego tworzenia
grup abonentów itp., a take pocze rozsiewczych i alarmowych, usugi lokalizacyjne w oparciu o GPS,
poczenia bezporednie w trybie DMO i odporno na zniszczenie infrastruktury sieciowej (stacji bazowych, instalacji antenowych itp.),
wprowadzenie usug podsystemu TEDS,
wysoki poziom zabezpiecze kryptograficznych i ogólnego bezpieczestwa oraz hermetyczno systemu,
krótki czas zestawiania poczenia, który w tym systemie trwa nie wicej ni 0,3 s (np. w systemie UMTS/GSM czas ten wynosi od kilku do nawet 10 s – jest to bardzo wane z punktu widzenia bezpieczestwa np. policji).
3. SYSTEM CDMA2000 W PA MIE 450 MHz
W Polsce usuga dyspozytorska moe by zrealizowana równie w oparciu o system CDMA2000 pracujcy w Polsce w pamie okoo 450 MHz (tzw. CDMA450), który obecnie jest wykorzystywany gównie do dystrybucji usug internetowych. System CDMA2000 jest rozwijany przez organizacj standaryzacyjn 3GPP2
(ang. 3rd Generation Partnership Project 2) i stanowi amerykaski odpowiednik systemu
UMTS. System ten rozwija si równie dynamicznie jak UMTS i równie jest oparty na technice bezporedniego rozpraszania widma (ang. Direct Sequence Code Division
Multiple Access – DS-CDMA)).
System CDMA2000 nie jest wic systemem dyspozytorskim przeznaczonym dla sub, a raczej ogólnodostpnym systemem komórkowym. Zrodzi si jednak pomys na jego wykorzystanie do celów dyspozytorskich, co zaowocowao implementacj niektórych funkcji takiego systemu i udostpnieniem tego rodzaju usug. Rozwizanie to jest obecnie bardzo popularne w Stanach Zjednoczonych i w Europie.
W wariancie dyspozytorskim, a take w roli systemu bezprzewodowej transmisji danych, system CDMA2000 rozwija si równie w Polsce, np. pod nazw Systemu Cyfrowej cznoci Dyspozytorskiej. Posiada on w Polsce obecnie niemale 95% pokrycie. System ten, który moe by równie wykorzystywany przez suby mundurowe, umoliwia realizacj podstawowych usug dyspozytorskich w zakresie zblionym do TETRY. Nie umoliwia on jednak takiego stopnia profesjonalizacji usug jak TETRA. Z tego powodu nie jest to system rekomendowany dla sub policyjnych. Umoliwia on jednak realizacj pocze rozsiewczych, indywidualnych, grupowych, alarmowych, swobodne tworzenie grup i zarzdzanie dyspozytorskie, a wic pod tym wzgldem jest
podobny do TETRY. Jego przewag jest wiksza elastyczno w realizacji usug
szerokopasmowych.
Wielk wad systemu dyspozytorskiego CDMA2000 jest brak moliwoci realizacji pocze w trybie bezporednim (DMO w systemie TETRA). Powoduje to, e nie ma moliwoci poszerzenia zasigu sieci trankingowej z uyciem terminali poredniczcych i z pominiciem stacji bazowej. System ten jest wic wraliwy na ataki zmierzajce do eliminacji stacji bazowych. Wprawdzie producenci zapewniaj moliwo wykorzystania terminali awaryjnie w trybie bezporedniej pracy analogowej, ale praca policji na kanaach
analogowych, bez szyfrowania, to w dzisiejszych czasach raczej niezbyt byskotliwe rozwizanie. Przewaga TETRY w tym zakresie jest wic oczywista.
Naley te zauway , e rozwizania w zakresie bezpieczestwa transmisji, stosowane w systemie CDMA2000, nie s zgodne z wymaganiami europejskimi. Ze wzgldu na dedykowane z zaoenia wane cechy systemu TETRA, to ten system jest w Europie jedynym rozwizaniem rekomendowanym dla sub mundurowych przez Komisj Europejsk. Raczej nie ma na razie szans na przejmowanie tej roli przez system CDMA2000 lub inne rozwizania oparte na technologiach ogólnodostpnych sieci komórkowych. Mimo to sukces przyszych wdroe TETRY bdzie z pewnoci zalea od jej uelastycznienia i otwarcia na wspóprac z innymi systemami radiokomunikacyjnymi.
4. LTE, JAKO SYSTEM DO CELÓW DYSPOZYTORSKICH
LTE to standard sieci komórkowych nowej generacji, bdcy rezultatem ich rozwoju w kierunku sieci 4G (np. tzw. LTE Advanced), opracowywany przez konsorcjum 3GPP. System LTE zapewnia znacznie wiksze osigane szybkoci transmisji w porównaniu z systemem UMTS, dziki zastosowaniu wydajnych technik przetwarzania sygnaów, technik wieloantenowych MIMO (ang. Multiple Input Multiple Output) i szerokiego pasma kanau, które moe wynosi 1.4, 3, 5, 10, 15 i 20 MHz, a dla LTE-Advanced nawet 100 MHz (5 kanaów po 20 MHz).
4.1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA SYSTEMU LTE
System LTE zapewnia moliwo bardzo elastycznego przydziau pasma dla uytkowników i osiganie bardzo duych szybkoci transmisji. W standardzie stosowana jest technika wielodostpu OFDMA (ang. Orthogonal Frequency Division Multiple
Access) w czu w dó, w trybie dupleksu czstotliwociowego FDD, oraz pokrewna jej
technika SC-FDMA dla cza w gór (ang. Single Carrier – Frequency Division Multiple
Access), równie w trybie FDD. Natomiast w trybie dupleksu czasowego TDD, jest
moliwe uycie techniki OFDMA w obu kierunkach transmisji. System LTE moe zapewni osignicie przepywnoci nawet ponad 140 Mb/s (przy uyciu techniki MIMO 2x2 (2 anteny nadawcze i 2 odbiorcze), natomiast w czu w gór nawet ponad 80 Mb/s. Ostatecznie osigane przepywnoci zale jednak od szerokoci pasma i szczegóów implementacyjnych poszczególnych operatorów i dostawców sprztu. W chwili obecnej oferowane szybkoci transmisji w czu w dó w Polsce sigaj 140 Mb/s. Teoretyczne przepywnoci [3] w rónych wariantach pracy systemu LTE pokazano na rysunku 3.
W technice OFDM transmisja sygnaów odbywa si z wykorzystaniem wielu ortogonalnych podnonych, które s niezalenie modulowane przez róne strumienie sygnaów. Podnone te w systemie LTE s oddalone od siebie o 15 kHz, co oznacza, e w
pasmie np. 10 MHz moe si zmieci kilkaset wzajemnie ortogonalnych podnonych. Rónorodno osiganych szybkoci transmisji moemy osign poprzez dobór techniki modulacji (np. QPSK, 16 QAM, 64 QAM) oraz dobór sprawnoci kodowania kanaowego, a take poprzez przydzia dla danego uytkownika odpowiedniej liczby podnonych, co stanowi realizacj wielodostpu OFDMA. Pomidzy kadym nadawanym symbolem OFDM wystpuje czasowy przedzia ochronny, stosowany w celu wyeliminowania interferencji midzy kolejno odbieranymi symbolami OFDM, w czasie którego jest nadawany tzw. przedrostek cykliczny, który umoliwia zwikszenie jakoci transmisji.
W czu w gór (tryb FDD) zastosowano technik przesyania sygnaów na jednej nonej, przy rónej szerokoci pasma przesyanego na niej sygnau. Pasmo to zaley od liczby przydzielonych bloków zasobów dla kadego uytkownika. Sygnay kadego uytkownika s wic przesyane w oddzielnym pasmie (FDMA), ale s one skonstruowane, zgodnie z technik OFDM, z wielu podnonych, a cilej twierdzc z wielu bloków zasobów. W penym dostpnym pamie czstotliwociowym kanau (np. 10 MHz) mog wic by przesyane sygnay jednego lub wielu uytkowników.
Rys. 3. Maksymalne przepywnoci Rp osigane dla rónych wariantów transmisji w systemie LTE
4.2. INTEGRACJA SYSTEMU TETRA Z LTE
System LTE jest stale wzbogacany rónymi mechanizmami i technikami, które nie tylko zwikszaj jego efektywno , ale równie ksztatuj go w sposób niezwykle uniwersalny. System ten z powodzeniem bdzie móg w przyszoci realizowa funkcje dyspozytorskie na potrzeby bezpieczestwa. Niezalenie od rozwoju TETRY jako systemu dedykowanego dla sub, wykorzystanie technologii LTE do tych celów z pewnoci jest moliwe. Z punktu widzenia osiganych szybkoci transmisji TETRA nigdy nie bdzie moga by nawet porównywalna z LTE i nigdy nie osignie te takiego stopnia nowoczesnoci, poniewa potencja firm zajmujcych si wdraaniem LTE, jest sumarycznie o wiele wikszy ni potencja firm wdraajcych TETR. Coraz czciej jednak firmy zajmujce si LTE wykazuj równie spore zainteresowanie adaptacj tego
systemu na potrzeby rónych sub. Ju w chwili obecnej niektórzy potentaci na rynku TETRY, majcy take swój udzia w LTE, projektuj i testuj urzdzenia, które mog jednoczenie obsugiwa zarówno TETR, jak i LTE. Przy takim podejciu TETRA ewoluowa bdzie w kierunku integracji z LTE. Jedn z koncepcji rozwoju procesu integracyjnego jest oferta realizacji usug TETRA za porednictwem sieci LTE (ang.
TETRA Communications over LTE) [5]. Rozwizanie to miaoby polega na udostpnieniu
w sieci LTE penego zbioru usug dla TETRY, z uyciem odpowiednich terminali. Nie mona wykluczy , e w miar upywu czasu LTE moe wyprze TETR cakowicie.
W zamyle projektantów pierwotna droga ewolucji TETRY w kierunku LTE obejmuje przede wszystkim usugi wymagajce szerokiego pasma transmisyjnego. Mog to by np. usugi multimedialne, zoona obsuga baz danych, transmisja obrazów, sygnaów audiowizualnych itp. Natomiast rdze obsugi pocze gosowych moe na dugo pozosta domen TETRY. W takim ujciu istot wspópracy obu systemów jest postawienie wyra nej granicy pomidzy oprogramowaniem terminala wspierajcym TETR a oprogramowaniem LTE. Dziki temu mona zachowa dostp do usug LTE bez naruszania integralnoci i hermetycznoci TETRY, a wic z zachowaniem wysokiego poziomu bezpieczestwa i izolacji obu systemów. Tym samym TETRA moe pozosta zamknita dla policji i nie musi by naraona na ewentualny dostp osób niepowoanych z sieci publicznej. Tworzenie sieci zamknitych stanowi te czsty sposób zabezpieczania specjalnych systemów komputerowych od wiata zewntrznego.
Oznaczenia: MME – Mobility Management Entity (modu zarzdzania mobilnoci), HSS – Home
Subscribtion Server (baza danych u ytkowników), P-GW – Packet Data Network Gateway (brama wyjciowa), S-GW – Serving Gateway (podstawowy serwer usugowy), eNodeB – stacja bazowa, PCRF - Policy and Charging Resource Function (modu zarzdzania usugami i parametrami QoS
Rys. 4. Architektura systemu integrujcego systemy TETRA i LTE z zachowaniem ich niezalenoci infrastrukturalnej
Proponowany sposób realizacji procesu integracyjnego TETRY z LTE pokazano na rys. 4. Jak wida , ogólna koncepcja obejmuje cakowite rozdzielenie obszarów zarzdzania sieciami (rozdzielenie sieci szkieletowych) oraz dostpu do sieci zewntrznych. Dla obszaru dziaania TETRY moliwy jest tylko dostp do komputerowych sieci zamknitych (np. wewntrznych sieci policyjnych). Natomiast dostp do sieci publicznych jest moliwy
tylko poprzez sie LTE. Z porednictwem tej sieci mog by realizowane zarówno usugi gosowe, jak i szerokopasmowe. Dwusystemowy, inteligentny terminal TETRA/LTE posiada dwie cakowicie rozdzielne domeny, w których zdefiniowano wycznie moliwo niezalenej realizacji usug podstawowych TETRY albo moliwo realizacji usug szerokopasmowych poprzez sie LTE. Dziki temu nie ma moliwoci dotarcia do danych przesyanych w sieci TETRA z sieci LTE i odwrotnie. Cao funkcjonalna poczona jest jedynie interfejsami uytkownika.
5. PODSUMOWANIE
Przedstawiony przegld rozwiza i wskazane kierunki rozwoju systemów trankingowych pokazuj wyra nie, e coraz wikszego znaczenia nabieraj rozwizania polegajce na integracji systemu TETRA z publicznymi systemami komórkowymi. Dziki takim rozwizaniom bdzie moliwe zachowanie wysokich standardów bezpieczestwa TETRY, przy jednoczesnym zapewnieniu dostpu do sieci publicznych i usug szerokopasmowych, które nigdy nie bd moliwe do realizacji w oparciu o sam TETR. Na szczególn uwag zasuguje integracja TETRY z systemem LTE, którego rozwój bdzie z pewnoci bardzo dynamiczny w kolejnych latach.
Naley podkreli , e LTE jest systemem, który moe w przyszoci przej wszystkie funkcje systemu trankingowego na potrzeby bezpieczestwa, jeli tylko bdzie taka wola waciwych instytucji, wzbogacajc go o usugi szerokopasmowe, bez wykorzystania TETRY. Dotyczy to zarówno strony architektonicznej systemu LTE, szybkoci dostpu do usug, która jest stale elementem optymalizacji, jak i konstrukcji jego interfejsów komunikacyjnych i caociowej filozofii dziaania systemu. Jeli za jaki czas LTE obejmie swoim zasigiem dziaania cae kraje, to jego wykorzystanie przez suby stanie si bardziej realne. Wówczas TETRA moe zosta niemale cakowicie wchonita przez LTE. Na dzie dzisiejszy jednak bardziej realne jest wykorzystanie bezpiecznych rozwiza hybrydowych, które zaprezentowano w referacie.
Bibliografia
1. Brewka M., Gajewska M., Gajewski S., Staszkiewicz L., TETRA jako system sensorowy do monitorowania i raportowania pracy urzdze zdalnych. XIII Konferencja Automatyzacji i Eksploatacji Systemów Sterownia i cznoci ''ASMOR 2011”, Zeszyty Naukowe AMW, nr 185A. Gdynia 2011. 2. Dunlop J., Girma D., Irvine J.: Digital Communications and the TETRA System. Wiley 2000.
3. Gajewski S., Capacity Estimation of the OFDMA and SC-FDMA Radio Interface for UMTS-LTE. Polish Journal of Environmental Studies, Vol. 18, No. 5A. Hard Olsztyn 2009.
4. Gajewski S., Sokó M., Gajewska M., Data Protection and Crypto Algorithms' Performance in RSMAD. IEEE 73rd Vehicular Technology Conference, VTC Spring 2011, Budapest, Hungary, May 2011, strony 1-5.
5. Hartman D. i in.: Initial Development of a SIP-/RTP-based Core Network for the TETRA Mobile Radio System Aiming at Transparent Availability of its Features in LTE. 16 VDE/ITG Fachtagung Mobilkommunikation, Osnabruck 2011.
NEW DEVELOPMENT DIRECTIONS OF TRUNKING SYSTEMS IN TRANSPORT APPLICATIONS
Summary: Paper presents trends of the development of trunking systems for dispatching applications, i.e. for
the police and transport. Nowadays, the main standard is TETRA, but more often the proposed solutions are based on the infrastructure of existing cellular systems. The paper presents the way of development of TETRA and LTE with independence of such solutions and proposes architecture of integrated system.