Smar Trunk II

SmarTrunk является системой с децентрализованным управлением. К транкинговым системам с децентрализованным управлением мы относим системы, где процедура поиска свободного канала реализуется за счет абонентских радиостанций, которые непрерывно последовательно сканируют рабочие каналы транкинговой системы в поисках вызывного сигнала от базовой станции (БС) или свободного канала, на котором можно было бы вызвать БС.
Одной из первых транкинговых систем с децентрализованным управлением была разработанная в СССР в конце 50-х годов система «Алтай».
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 (позднее SmarTrunk Systems, Inc.). За короткий срок со дня своего появления технология SmarTrunk стала мировым стандартом для недорогих радиотелефонных транкинговых систем.

Протокол SmarTrunk прошел несколько циклов развития, от аналогового с высокоскоростной DTMF манипуляцией до цифрового SmarTrunk II с двухпозиционной фазовой манипуляцией (BPSK).
Отметим, что с разрешения фирмы SmarTrunk Systems транкинговые системы с протоколом SmarTrunk могут поставляться и под другими названиями: ALTrunk на аппаратуре Alinco, VX-Trunk (Yaesu  Vertex) и др.

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, в Китае, а в последние годы и в России.
Для Украины 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 выпускала контроллеры ST-853 (ещё ранее выпускались ST-852 и ST-850), а также логические модули для многих типов абонентских радиостанций. Выбор тех или иных моделей ретрансляторов и абонентских радиостанций производился на этапе проектирования системы в зависимости от потребностей и финансовых возможностей заказчика.

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 баз данных контроллеров ST-850 или ST-852 и ограничивалось цифрой 1100.
В 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.
Для дополнительной защиты от помех и несанкционированного доступа в SmarTrunk может использоваться система шумоподавления с непрерывными тонально-кодированными сигналами CTCSS.
Индикация занятости канала в SmarTrunk осуществляется по наличию несущей или по наличию несущей и пилот-тона. 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 антенна-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 рисунке.

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 стандартному стыку RS-232. 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 высокоскоростной внешний модем. Дистанционное управление контроллерами базовой станции обычно осуществляется через телефонную сеть с использованием второго аналогичного внешнего модема, подключенного к управляющему компьютеру. Фирма SmarTrunk Systems рекомендует использовать в качестве внешних модемов модель Sportster производства US Robotics.

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 системные 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 междугородную сеть и т.п.
Объем этой базы данных в контроллере ST-853 доведен до 4096 абонентов и 320 тысяч различных системных 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.
Для упрощения перехода от систем SmarTrunk II с контроллерами ST-852 на системы с контроллерами ST-853 разработан специальный программный конвертер.
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.

Усовершенствованные алгоритмы передачи данных позволили существенно уменьшить время, необходимое для выгрузки данных о сеансах связи (до 20-40 раз по сравнению с ST-852), и исключить ошибки и искажения. 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 городские АТС

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 междугородных звонков), и т.д.
В контроллерах ST-853 улучшена обработка сигналов «занято», в результате чего разъединения происходят значительно быстрее и рабочие каналы освобождаются раньше, чем в системах с контроллерами ST-852.
Для обеспечения более надежной работы на телефонных сетях с импульсным набором в контроллерах ST-853 применен усовершенствованный детектор «щелчков», который требует набора дополнительной цифры «О» перед добавочным номером вызываемого абонента. Эта цифра «О» используется контроллером как обучающая последовательность и обеспечивает высокую достоверность распознавания последующих цифр даже на телефонных линиях низкого качества.
В целях обеспечения каждому абоненту системы SmarTrunk прямого городского номера в составе базовой аппаратуры должно быть специальное устройство — конвертер двухпроводных абонентских линий в 3-проводные соединительные линии. При этом оператор системы SmarTrunk должен арендовать на местной АТС соответствующую номерную емкость.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:

  • синхросигнал 1400 Гц длит. 275 мс + [(п+1)*150 мс]
  • тип вызова
  • системный код абонента
  • идентификатор системы
  • контрольная сумма (КC)

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 системный код абонента, а остальные продолжают сканирование.

Эта радиостанция посылает на базовую станцию ответный пакет данных, содержащий ее системный 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 пилот-тона) и передает цифровой «кадр запроса», имеющий следующую структуру:

  • cинхросигнал
  • cистемный код абонента
  • идентификатор системы
  • маршрутный код
  • телефонный номер или добавочный абонента
  • контрольная сумма

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. Задача подбора нужного оборудования ложится на плечи поставщика (системного интегратора), и качество исполнения системы SmarTrunk в конечном счете определяется опытом и квалификацией этого системного интегратора.
Выбор базового оборудования для систем SmarTrunk весьма широк, от недорогих ретрансляторов Kenwood TKR-820 до высококачественных, но довольно дорогих Tait Т800 и Motorola MTR 2000.
Понятно, что заказчики, выбирающие SmarTrunk, заботятся о дешевизне системы. Однако в случае многоканальных транкинговых систем стремление предельно удешевить базовое оборудование может 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 GR300 и GR500 фирмы Motorola, выпускается в расчете на использование в системах двух- частотного 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 в одном помещении 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.
Так, в отношении ретрансляторов Kenwood TKR-720 и TKR-820 давно было отмечено, что их лучше не применять в системах SmarTrunk, имеющих более трех каналов, потому что динамический диапазон приемного тракта этих ретрансляторов явно недостаточен для работы в условиях тяжелой электромагнитной обстановки.
Но оказывается, что ретрансляторы TKR-720 и TKR-820 лучше не применять и в малоканальных системах, потому что нагрузка на каждый канал в таких системах, как правило, очень высока, и дешевые ретрансляторы ее просто не выдерживают — у них очень быстро выходит из строя усилитель мощности передатчика, который не рассчитан на такие нагрузки.
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 Таit Т800 или Kyodo KG-l 10 (другое его название Forward MS-IOI), а в отдельных случаях Vertex VXR-5000.
Для малоканальных систем, не имеющих перспектив дальнейшего развития, можно рекомендовать те же VXR-5000, а также ретрансляторы Motorola GR500, исполненные на базе двух радиостанций GМЗ00 или GM350 мощностью до 25 Вт.
Помимо ретрансляторов, нужно особенно ответственно подойти к выбору фильтрующего оборудования базовой станции — дуплексных и полосовых фильтров, комбайнеров, распределительных панелей. И здесь стремление предельно удешевить базовое оборудование может привести к отрицательным эффектам в процессе эксплуатации, выражающимся как в помехах на приемных частотах от собственных базовых передатчиков, так и в резком ухудшении параметров системы с течением времени, если было использовано удешевленное фильтрующее оборудование от второстепенных производителей.

Кроме того, необходимо подчеркнуть важность предварительного расчета комбинационных частот для каждой базовой станции, который обязательно должен выполняться на этапе проектирования системы с использованием специализированного программного обеспечения.
Если в результате расчетов окажется, что какая-то комбинационная частота лежит рядом с приемными частотами базовой станции, то единственным средством избавиться от помех может оказаться решение о переносе оборудования одного или нескольких рабочих каналов в другое помещение.
Для систем SmarTrunk, где занятость канала определяется по наличию в нем несущей, большие неприятности могут принести и комбинации, частоты которых лежат близко к тем или иным частотам передачи базовой станции. В таких случаях пораженные каналы базовой станции будут гораздо реже заниматься абонентскими станциями, т.е. нагрузка на остальные каналы возрастет и пропускная способность системы в целом ухудшится.
Предварительные расчеты комбинационных частот помогут избежать этих неприятностей еще на этапе проектирования и обеспечат максимальную эффективность создаваемой системы SmarTrunk.Абонентское оборудованиеВ транкинговых системах с децентрализованным управлением абонентские радиостанции играют главную роль в реализации транкингового протокола. В системах SmarTrunk и SmarTrunk II абонентские радиостанции непрерывно и последовательно сканируют рабочие каналы транкинговой системы в поисках вызывного сигнала или свободного канала для вызова базовой станции.
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. Радиостанции защищаются от перепрограммирования специальным секретным кодом.
Критериями отбора тех или иных моделей радиостанций для SmarTrunk Systems являются прежде всего способность станции достаточно быстро сканировать рабочие каналы (время переключения должно быть не более 150 мс), а также популярность, качество и стоимость радиостанции.
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 более дорогих радиостанций Motorola заставила SmarTrunk Systems с первого дня существования систем SmarTrunk иметь в ассортименте логические платы для таких радиостанций как GР300, GМ300, СР50, GP68, GM350 и т.д. Свидетельством несомненной популярности SmarTrunk является то, что Motorola включила оборудование SmarTrunk в свои прейскуранты как стандартное для создания недорогих транкинговых систем.
По статистике, собранной в конце 1996 года фирмой SmarTrunk Systems, в России наибольшей популярностью у абонентов SmarTrunk пользовались радиостанции GР300, GМ300, GP68, СР50 (Motorola), DJ-191, DJ-491, DJ-182, DJ-680, DR-130 и DR-430 (Alinco), а также VX-500 и FTL-2011 (Vertex). Следующими по популярности являлись модели фирм Kenwood и Standard.
В связи с требованием наличия полнодуплексных абонентских радиостанций в системах SmarTrunk, которым разрешено подключение к телефонным сетям общего пользования, следует упомянуть о существующих моделях такого оборудования. Это такие автомобильные радиостанции как TM-MDT25 (Telemobile), KG-IOG (Kyodo), серия 9200 фирмы Seiki. Эти же радиостанции могут использоваться и в стационарном варианте.
Носимые дуплексные радиостанции для систем SmarTrunk отсутствуют, за исключением двухдиапазонных моделей Alinco и некоторых других фирм.
В составе одной и той же системы SmarTrunk могут одновременно использоваться абонентские радиостанции различных производителей. Все они будут реализовать основные функции протокола SmarTrunk.
Наличие «банков каналов» в некоторых моделях радиостанций в случае многозоновых систем SmarTrunk даст возможность абоненту выбирать ту или иную базовую станцию, либо переходить в режим обычной радиосвязи при выходе из зоны действия транкинговой системы.

В логических модулях нового поколения реализована также идея наличия не двух, а нескольких различных системных кодов у каждого абонента, что позволяет обеспечить не только индивидуальные и групповые вызовы, но и общесистемные вызовы на случай передачи каких-либо важных сообщений.
Для использования возможностей SmarTrunk II в системах сельской радиотелефонии и других «фиксированных» приложениях разработаны модули серии ST-869, совмещающие функции логического модуля SmarTrunk и телефонного интерфейса.
Модуль ST-869 позволяет подключать обычный телефонный аппарат к симплексной или дуплексной радиостанции и управлять ее работой с клавиатуры телефона. При использовании дуплексной радиостанции ST-869 обеспечивает связь как при обычном телефонном разговоре. При использовании симплексной радиостанции связь будет полудуплексной, но и здесь ST-869 предоставит удобства за счет встроенной системы VOX, которая автоматически включает абонентскую радиостанцию на передачу от голоса оператора и переводит ее на прием по окончании очередной фразы. Нажатия на тангенту не потребуется.
Модули ST-869 обеспечивают уровень громкости звукового вызывного сигнала, достаточный для работы телефонов и факс-модемов в автоматическом режиме. Имеются рекомендации фирмы SmarTrunk Systems по изготовлению дуплексной стационарной радиостанции на базе двух симплексных радиостанций GМ300 с использованием ST-869. Несмотря на кажущуюся простоту и не слишком высокий уровень предоставляемого сервиса, системы SmarTrunk в период конца 90-х – 2000-х годов была наиболее распространенной транкинговой системой в странах бывшего СССР.