Мобильная связь для служб ЧС

Службы чрезвычайных ситуаций (ЧС ) традиционно использовали собственные системы радиосвязи, что гарантировало им безопасную и надежную работу. Однако по мере того как мобильная телефония общего пользования (сотовая связь) пополнялась все более сложными коммуникационными сервисами, возникла идея ее применения в интересах служб ЧС. Начал активно обсуждаться вопрос, способна ли в данном случае сотовая связь заменить специализированную в экстренных условиях?

СЛУЖБЫ ЧС И МОБИЛЬНАЯ СВЯЗЬ

Профессиональные системы мобильной радиосвязи (ПМР)

Сети ПМР, используемые службами ЧС могут быть как предельно простыми (например, радиоканал между двумя абонентами), так и очень сложными, вплоть до транкинговых многозональных радиосетей.

Системы ПМР позволяют реализовывать ряд специализированных сценариев, включая прямую связь между двумя радиостанциями без всякой инфраструктуры (или с минимальным ее использованием) и ограниченную работу одного сайта при отказе инфраструктуры.

По своим задачам такие мобильные радиосистемы целиком и полностью ориентируются на требования конкретного заказчика, которому предлагаются эксклюзивные преимущества. Именно это в корне отличает эти радиосистемы от сотовых систем, услуги которых предоставляются клиентам на коммерческой основе.

Преимущества систем ПМР:

  • Полный контроль над радиосетью Tahoma»>.
  • Распределение права доступа и привилегий.
  • Возможность развертывания диспетчерских центров.
  • Высокая скорость соединения абонентов.
  • Возможность управляемого и «интеллектуального» перехода на аварийный режим в случае отказа системы.

Нужны ли службам ЧС сотовые сети?

Ведомственные мобильные радиосети, как правило, имеют солидный возраст, реже меняются на более современные системы. В США более трети, 37%, или около 20 000 подразделений безопасности при правительствах штатов и непосредственно на местах в ближайшие пять лет собираются заменять уже развернутые системы на новые.

Системы общего пользования, за счёт массового использования, имеют продуманный дружественный интерфейс, насыщенность дополнительными,  в том числе развлекательными сервисами, используются более совершенные и высокоскоростные технологии передачи данных, ну и, наконец, огромный выбор абонентского оборудования. Кроме того, ключевыми вопросами при выборе коммуникационных решений может стать открытость технологии, ее соответствие стандартам, совместимость и доступность оборудования по приемлемой цене.

Таким образом, необходимость определённого использования сотовых сетей диктует объективная ситуация.

ТРЕБОВАНИЯ СЛУЖБ ЧС К МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Отказоустойчивость

Одним из ключевых требований к мобильной инфраструктуре является ее устойчивость к техническим сбоям при достаточном уровне резервирования. Нельзя допустить, чтобы выход из строя одного-единственного элемента повлек за собой нарушение работы всей сети. Защиту от перебоев в электроснабжении, например, обеспечивают аккумуляторные батареи большой емкости или резервные источники питания, позволяющие сохранить работоспособность коммуникационной системы при временном прекращении подачи электроэнергии как в обычных, так и – что еще важнее – в экстремальных условиях.

Необходимо встроенное резервирование элементов системы, обеспечивающее поддержание связи при катастрофах  любого масштаба. Незначительное повреждение оборудования, вызванное, скажем, землетрясением или наводнением, не должно оказывать серьезного влияния на региональную связь. Следует предусмотреть различные способы взаимодействия отдельных элементов сети, но если передача информации все же будет прервана, локальная базовая станция должна по-прежнему обеспечивать связь в своей рабочей зоне. Данному требованию полностью соответствует предусмотренный в системах транкинговой связи режим аварийной работы «Fall Back», в котором базовая станция продолжает обслуживание мобильных радиотерминалов внутри локальных ячеек.

На крайний случай у абонентов с мобильными станциями должна оставаться возможность поддерживать прямую связь между собой – как минимум, в местном масштабе — без участия сетевой инфраструктуры.

Зона обслуживания

Сотрудникам ЧС важно, чтобы мобильная связь обеспечивалась на больших площадях. Катастрофы, как правило, не ограничиваются одним районом и зачастую происходят в отдаленной местности. Поэтому необходимо обслуживание на максимально  большой территории.

Существует также ряд стратегических и потенциально опасных объектов, которые не могут оставаться вне зоны обслуживания, таких как медицинские учреждения, торговые центры, промышленные объекты повышенной опасности (включая химические предприятия и атомные электростанции) и т.д.

Обеспечение качественного радиопокрытия  сводит к минимуму опасность работы в таких местах.

Доступность и пропускная способность

Другое ключевое требование служб ЧС – доступ пользователей к услугам с гарантированно высоким качеством. Обслуживание, предлагаемое мобильной системой связи, должно оставаться на приемлемом уровне даже в часы пик и вместе с тем обладать достаточно гибкой функциональностью для поддержания связи в экстренных условиях, когда объем трафика резко возрастает.

Для этого могут использоваться следующие механизмы:

• преимущественное право на связь – когда сеть перегружена, у пользователя должна оставаться возможность устанавливать приоритетную голосовую связь за счет принудительного высвобождения сетевых ресурсов;

• закрепление полосы пропускания за службами ЧС и предоставление им права управлять ею при сетевых перегрузках, как бы это ни было сложно реализовать при локальных и кратковременных скачках трафика;

• обход возникающих «узких мест» сети за счет управляемого перехода на прямую связь локального уровня.

Быстрая организация вызовов

Для срочной связи в интересах служб ЧС важно обеспечить оперативность вызова абонента. Время подключения в такой системе мобильной связи не может превышать 0,3 — 1 сек как внутри «ячейки», так и в локальной зоне.

Приоритетность

В мобильных коммуникационных системах должна быть предусмотрена структура приоритетного обслуживания абонентов ЧС при любой перегрузке сети. Приоритет при этом может предоставляться как отдельным абонентам, так и в рамках служб. При пожаре, например, экстренная связь нужна, в первую очередь, пожарной команде, однако к ликвидации его последствий могут привлекаться и другие службы, для эффективной работы которых также потребуется гарантированная связь. Таким образом, на первый план выходит гибкость распределения приоритетов и управления ими.

Для служб ЧС очень важна также способность обслуживания «экстренных вызовов», поэтому во всех системах ПМР, есть возможность предоставления наивысшего приоритет.

Прямая связь / ретрансляторы и шлюзы

Концепция прямой (непосредственной) связи предусматривает возможность вызова абонента по радио независимо от степени доступности развернутой инфраструктуры. Это очень важно для служб ЧС при работе в районах, где сеть мобильной связи еще не создана, слабо развита либо в аварийных режимах.

Если базовая станция, обслуживающая радиосвязь в конкретной зоне, становится недоступной, у ее абонентов должна оставаться возможность непосредственной связи друг с другом без подключения к основной коммуникационной инфраструктуре. Прямая связь нужна и там, где не гарантирован доступ к радиосети – в подвалах зданий, других замкнутых пространствах, вне зоны действия базовой станции.

Поддерживать прямую связь помогают специальные шлюзы и ретрансляторы. Шлюзы используются для охвата таких «затененных» мест, как здания, туннели, ущелья и т. д. Они создают своеобразный «мостик» между инфраструктурой и теми, кто действует вне зоны ее обслуживания, но в пределах прямой связи со шлюзом. Ретрансляторы же расширяют зону прямой связи внутри группы, выводя ее за пределы области обслуживания сетевой инфраструктуры.

Интеграция с пунктом управления

И для повседневной работы, и для действий в чрезвычайных ситуациях важно наличие пункта управления системой. Принимая вызов от абонентов и сотрудников организации, его операторы могут выделять ресурсы, необходимые для обработки вызова.
Компьютерные системы, базы данных применяются для регистрации происшествий, отображения информации, ее распространения с целью управления и распределения ресурсов. Сегодня, когда мобильные среды все чаще используются для обмена информацией, интеграция таких систем и баз данных с системами мобильной связи становится одним из первоочередных требований служб ЧС.

Выводы

Службам ЧС нужна предельно отказоустойчивая и безопасная мобильная инфраструктура связи, обслуживающая большие территории и полностью отвечающая специфическим требованиям этих организаций. Кроме того, им необходимо специализированное терминальное и периферийное оборудование, созданное с учетом конкретных требований и предлагающее полный набор функций для их реализации.
Этим условиям в полной мере отвечают разработанные системы ПМР – APCO 25, TETRA, iDEN и др.
СОТОВЫЕ СЕТИ

В мире существует целый ряд стандартов на общедоступные сети мобильной радиосвязи, однако мы рассмотрим лишь один из них – GSM, который получил наиболее широкое распространение.

Общие сведения о GSM

GSM (Global System for Mobile Communications – Глобальная система мобильной связи) – это стандарт второго поколения на цифровую мобильную телефонную связь. Созданные на его основе решения преобразуют речевую информацию в цифровую форму, сжимают ее, а затем пересылают в таком виде по каналу параллельно с двумя другими потоками пользовательских данных, для каждого из которых здесь выделяется собственный временной интервал. Сейчас технология GSM реализована для частотных диапазонов 900, 1 800 и 1 900 МГц.

Спецификация GSM разрабатывалась под эгидой ETSI в качестве общеевропейского стандарта связи с целью обеспечить роуминг на территории всех стран-участниц. Ее преимущество заключается в том, что многие сетевые операторы связаны взаимными роуминговыми соглашениями, благодаря чему мобильные телефоны пользователей работают в различных сетях многих стран.

Архитектура и технология

В сети GSM можно условно выделить три основные составляющие:

  • абонент с мобильным терминалом;
  • базовая станция, управляющая каналом связи с мобильным терминалом;
  • сетевая подсистема, соединяющая мобильных пользователей с абонентами других мобильных и стационарных сетей.

Мобильный телефон, в свою очередь, сочетает в себе мобильный терминал и смарт-карту SIM (Subscriber Identity Module – модуль идентификации абонента).

Подсистема базовой станции содержит два компонента: базовую приемо-передающую станцию и контроллер базовой станции. В состав базовой приемо-передающей станции входит несколько трансиверов, которые создают ячейку связи («соту») и управляют протоколами радиосвязи с мобильной станцией. Контроллер базовой станции служит для управления ресурсами одной или нескольких базовых приемо-передающих станций. В его функции входит обеспечение связи между мобильной станцией и центральным коммутационным центром обслуживания мобильных абонентов.

Ядром сетевой подсистемы является коммутационный центр обслуживания мобильных абонентов, который выполняет те же функции, что и коммутаторы обычных телефонных сетей общего пользования и цифровых сетей ISDN (Integrated Services Digital Network – цифровая сеть с комплексными услугами). Он является шлюзом между мобильной и стационарными телефонными сетями. Кроме того, на коммутационном центре выполняются все операции, необходимые для обслуживания мобильных абонентов, – их регистрация, аутентификация, слежение за местоположением, передача с одного ретранслятора на другой и маршрутизация вызовов при роуминге. К числу побочных эффектов такого подхода следует отнести сравнительно долгое время установления связи (до 20 сек), довольно высокие расходы ресурсов на обратную связь и относительно слабую отказоустойчивость, поскольку выход из строя одного-единственного элемента способен привести к серьезным нарушениям в обслуживании. В результате возникает необходимость в сложном дублировании и резервировании функций, что приводит к увеличению стоимости системы.

Для сравнения можно отметить, что цифровые транковые системы ПМР –  оптимизированы на обслуживание, главным образом, локального трафика. Здесь  ресурсы распределяются по всей сети, передающая архитектура нацелена на обслуживание локальных вызовов, а проверка абонентов производится лишь один раз за сеанс. Подобной архитектуре присущи значительно меньшее время установления связи и высокая отказоустойчивость.

Распределенная архитектура транковых систем наподобие TETRA предъявляет более высокие, чем GSM, требования к интеллектуальности оборудования базовых сайтов, но это, кроме всего прочего, намного повышает ее масштабируемость. По существу, оснащение базового сайта представляет собой разновидность цифровой транковой радиоинфраструктуры. С учетом функциональности и наличия необходимых интерфейсов здесь есть все, что только может потребоваться для организации полномасштабной транковой радиосистемы с одним сайтом.

Удовлетворяет ли GSM требованиям служб ЧС?

Область сотовых услуг сейчас быстро развивается, и можно привести немало примеров использования этой технологии в повседневной деятельности персонала служб ЧС.
Например, в опубликованном докладе норвежского министерства юстиции и полиции приводится анализ применения коммерческих сотовых сетей мобильной связи в интересах таких подразделений в Норвегии. Основное внимание здесь уделено тому, в какой мере существующие мобильные сети общего пользования (как в стандартной, так и в расширенной конфигурации) отвечают требованиям пользователей из служб ЧС. Изучив специальные потребности специалистов по действиям в чрезвычайных ситуациях, составители документа приходят к выводу, что данный тип сетей не отвечает требованиям служб общественной безопасности к мобильной связи. Особенно наглядно это проявляется в таких аспектах, как групповая работа, приоритетность и оперативность установления связи, безопасность и функционирование центров управления.

Тем не менее, нельзя не учитывать коммерческий размах GSM по сравнению с решениями ПМР. Услугами сотовой связи пользуется сегодня огромное количество людей по всему миру, и их численность продолжает расти. Абонентов же систем ПМР несравнимо меньше. Технология GSM, в дополнение ко всему, активно развивается, в коммерческие мобильные сервисы делаются большие инвестиции, хотя операторы мобильных сетей далеко не всегда проявляют энтузиазм в отношении новинок, если недостаточно ясны коммерческие выгоды от их применения.

Огромные масштабы выпуска портативных и мобильных терминалов, где счет идет на миллионы, открывают богатые возможности для разработки наборов микросхем с высокой степенью интеграции. У терминалов же ПМР рынок сбыта не столь велик, поэтому довести их размеры и стоимость до уровня устройств GSM удастся едва ли. То же можно сказать о стандартных принадлежностях – аккумуляторах, зарядных устройствах, передающем оборудовании и так далее. Не стоит упускать из виду также широкую распространенность терминалов GSM и их массовую доступность. Если спрос на на них внезапно возрастет (такое может случиться, в частности, в чрезвычайных ситуациях), его можно будет удовлетворить довольно быстро.

Нельзя сбрасывать со счетов и другие потенциальные достоинства общедоступных мобильных сетей, а именно:

  • тарифы здесь, как правило, вполне конкурентоспособны, хотя и зависят от активности использования;
  • доступ и зона обслуживания не ограничены рамками какой-либо одной организации, что обеспечивает высокий уровень совместимости;
  • при определенных условиях некоторые провайдеры могут развернуть подвижные сотовые сайты, расширив тем самым свою зону обслуживания (рассчитывать на мгновенную их установку, правда, не приходится);
  • постоянное техническое совершенствование системы позволяет предоставлять самые современные мультимедийные возможности;
  • широкое распространение GSM среди обычных пользователей и применение этой технологии большинством сотрудников служб ЧС делают ее хорошо знакомой и привычной.

Многие службы ЧС по всему миру используют связь GSM в своей повседневной работе, когда нет особой срочности. Созданному на базе этой технологии оборудованию присущи гибкость применения, портативность и транспортабельность, что делает его очень удобным для повседневного применения в обычных условиях.

Выводы

Стандарт сотовой связи GSM получил самое широкое распространение, что может дать определенные преимущества службам ЧС, и многие ресурсы этой технологии уже вошли в повседневную жизнь таких организаций.

Распространение сетей GSM и развитие их мультимедийных возможностей открывают дополнительные перспективы перед операторами сотовой связи. Сотовые сети общего пользования теперь могут использоваться не только для телефонии, но и для оказания более сложных телекоммуникационных услуг – пересылки мгновенных сообщений и определения присутствия абонента, предоставления доступа к электронной почте, Интернету и базам данных, для обмена видеофрагментами и проведения телеконференций.
Тем не менее, следует постоянно иметь в виду, что GSM не в состоянии стать единственным средством мобильной связи служб ЧС из-за присущей этому стандарту ограниченности. Основания для такого заключения дает не только сравнение функциональности сотовых сетей с требованиями служб ЧС, но и анализ их работы в условиях природных и техногенных катаклизмов, при резких скачках нагрузки и системных сбоях.