Новости и события
 
18.12.2013

Интеграционные решения в области спутниковой связи и сухопутной УКВ-радиосвязи. Дормидонтов И.Г.


Спутниковые каналы связи являются на сегодняшний день, пожалуй, единственным доступным средством коммуникаций с абонентами, находящимися в труднодоступных малонаселенных районах, в отсутствие фиксированных магистральных каналов передачи данных и покрытия операторов сотовой связи.

При всех существующих преимуществах, спутниковая связь имеет ряд объективных недостатков, ограничивающих профессиональное применение данной технологии:

- высокая стоимость терминалов;

- высокая стоимость трафика;

- невозможность работы внутри помещений;

- отсутствие взрывобезопасных терминалов;

- низкая надежность установления вызовов с носимыми спутниковыми терминалами в сложных погодных условиях при сложенной антенне;

- большая продолжительность установления вызова;

- групповой и общий вызов (конференция) доступны не во всех системах спутниковой связи;

- отсутствие функции тревожного вызова.

Указанные недостатки определяют общую схему связи и управления на предприятии, приведенную на рисунке 1.

 1.gif

Рисунок 1 – Взаимодействие на предприятии при использовании спутниковой связи.

Как показано на рисунке 1, из-за высокой стоимости оборудования и голосового трафика, терминалами оснащаются не все ответственные сотрудники удаленного объекта. При этом сеансы голосовой связи осуществляются между центральным диспетчером (главным инженером, главным технологом и т.д.) и объектовым диспетчером (начальником строительства и т.д.). Дальнейшиекоммуникации между сотрудниками удаленного объекта происходят с использованием локальной УКВ-радиосвязи или вербальным способом, что не лучшим образом сказывается на эффективности работы. При нахождении носимого терминала спутниковой связи в режиме ожидания со сложенной антенной резко снижается энергетическая эффективность канала, что при неблагоприятных погодных условиях может привести к невозможности установления вызова. Без использования дополнительных средств в виде внешней антенны, к такому же результату может привести нахождение вызываемого абонента внутри помещения или в автомобиле. В силу своей спецификина объектах нефтегазовой отрасли существует вероятность образования взрывоопасной атмосферы в определенных зонах предприятия. При этом существует строгий регламент использования сертифицированного взрывобезопасного оборудования внутри таких зон. Насколько нам известно, никто из производителей не выпускает взрывобезопасные носимые спутниковые терминалы. Для соблюдения регламента сотрудник должен оставлять терминал за пределами взрывоопасной зоны, что также может привести к пропуску важного вызова.

Отметим, что большинства указанных выше недостатков лишены средства локальной объектовой УКВ-радиосвязи, работающие в диапазонах частот 136-174 МГц и 403-470 МГц.Максимальная дальность действия таких систем составляет до 10-15 км для носимых терминалов и до 40-50 км для возимых терминалах. Очевидно, применение таких решений не может быть использовано для связи с объектами, удаленными на сотни и тысячи километров от центра управления.

Далее покажем, каким образом конвергенция двух технологий может помочь эффективнее решать задачи связи и управления на предприятии.

До недавнего времени использование спутниковой связи в качестве опорного канала для сухопутной УКВ-радиосвязи и диспетчеризации являлось нетривиальной задачей. Присущие спутниковым каналам задержки в передачи пакетов и колебания значений этой задержки вызывали большие сложности при организации межсайтовых каналов для систем TETRA. Аналоговые конвенциональные системы УКВ-радиосвязи требовали разработки и производства шлюзов, кодирующих аналоговые радиовызовы в цифровую форму для передачи по каналам спутниковой связи, что эффективно только при использовании низскоскоростных вокодеров, доступных на лицензионной основе. Разработка подобных шлюзов находилась вне зоны внимания крупных разработчиков, небольшим компаниям были не по карману дорогостоящие лицензионные вокодеры, а заказчиков не устраивало отсутствие надежных промышленных решений для интеграции спутниковых каналов и УКВ-радиосистем.

Однако, ситуация стала меняться в последние годы. Одной из современных тенденцией в развитии решений конвенциональной УКВ-радиосвязи является их «цифровизация». На сегодняшний деньнаибольшее развитие получили цифровые стандарты DMR и dPMR. Ведущие производители оборудования УКВ-радиосвязи на сегодняшний день выпускают решения в обоих стандартах. Для DMR это – MOTOROLA SOLUTIONS, VERTEX STANDARD, HYTERA,TAIT, SELEX и другие; в стандарте NXDN работает оборудование KENWOOD и ICOM. Цифровым становится и радиоинтерфейс, на котором происходит обмен голосовыми сообщениями, и внешние интерфейсы оборудования. Например, разработчик внешнего приложения может получить доступ к голосовому трафику ретранслятора или базовой станции в цифровой форме для последующей обработки и передачи по другим каналам связи. Ключевым моментом «цифровизации» является возможность передачи голосового трафика УКВ радиосвязи по сетям передачи данных, построенных на технологии IP. Отдельно следует отметить, что конвенциональное оборудование цифровой УКВ радиосвязи менее чувствительно к задержке и ее колебаниям (jitter) в канале передачи данных, чем оборудование стандарта TETRA. А использование внешнего приложения может полностью компенсировать указанные негативные факторы для повышения надежности голосового соединения.

В этом году наша компания совместно с одним из ведущих российских операторов спутниковой связи стандарта VSATпровела испытания программно-аппаратного комплекса УКВ-радиосвязи и диспетчеризации, использующего для организации канала межсайтового соединения спутниковый канал передачи данныхVSAT.

Информация о составе программно-аппаратного комплекса представлена в таблице 1.

6.gif

Таблица 1 – Состав оборудования интеграционного решения сухопутной УКВ-радиосвязи и спутникового канала передачи данных.

При организации спутникового канала передачи данных была выбрана потенциально наихудшая схема – с «двойным скачком», обеспечивающая большую задержку передачи пакетов данных.

В качестве оборудования для обеспеченияУКВрадиопокрытия испытывались как ретранслятор, работающий на дуплексной паре УКВ радиочастот, так и симплексная радиостанция в составе аппаратного шлюза радио-IP.

Были испытаны следующие типовые топологии организации диспетчерского управления.

 2.gif

Рисунок 2 - Удаленнаябазовая станция с удаленным радиосервером.

Схема моделирует решение, когда диспетчер связывается с абонентами через шлюз Радио - IP TRBONET.Агент, представляющим собой симплексную (одночастотную) радиостанцию. При этом агент, в отличие от ретранслятора, не увеличивает дальность связи между абонентами. Данная схема находит применение при решении задачи диспетчерского управления в небольших зонах покрытия.

 3.gif

Рисунок 3 – IP-соединение ретрансляторов

Схема включения для этого варианта моделирует ситуацию, когда необходимо обеспечить две зоны покрытия. При этом в одной из зон покрытия находится диспетчерский центр.

Ретрансляторы и абонентское оборудование настроены для работы в режиме «IP-соединение ретрансляторов». В этом режиме вызов, выполняемый абонентской радиостанцией в одной из зон покрытия, автоматически передается на ретранслятор второй зоны. Также вызовы транслируются по IP сети в диспетчерскую подсистему, обозначенную на рисунке как «Радиосервер / Диспетчер». Вызовы диспетчера транслируются по IP сети на оба ретранслятора.

 4.gif

Рисунок 4 – Каскадное соединение радиосерверов.

Схема моделирует ситуацию, когда необходимо обеспечить доступ диспетчера в удаленную зону покрытия. В системе заложены два радиосервера TRBONET.Enterprise для обеспечения записи событий в удаленной зоне при временной недоступности спутникового канала связи и последующего доступа диспетчера к удаленной базе данных.

Основные возможностипредставленных решений:

- прием и передача голосовых вызовов между зонами и диспетчером, запись всех радиопереговоров;

- объединение зон в единые разговорные группы, настраиваемая маршрутизация вызовов между зонами;

- прием и обработка тревожных вызовов от радиоабонентов;

- прием и передача текстовых сообщений, пересылка текстовых сообщений на e-mail;

- соединение радиоабонентов с телефонными сетями (SIP телефония);

- отображение местоположения абонентов на электронных картах, построение маршрутов, контроль нахождения в регионах;

- прием и обработка сигналов телеметрии от радиоабонентов;

- журнал событий, статистика и отчеты;

- функции автоматизации процессов: активность абонентов, одинокий работник, геофенсинг, блокировка недоступного абонента, контроль скорости, отправка текстовых сообщений по расписанию, интеграция с e-mail и прочие.

По результатам испытаний были сделаны следующие основные выводы:

1.      Использование спутниковых каналов связи VSAT для организации межсайтовых соединений систем подвижной радиосвязи и диспетчеризации на базе MOTOTRBO и TRBONET.Enterprise возможно без заметного ухудшения качества голосовых вызовов.

В рассматриваемой системе возможно использование как ретрансляторов MOTOTRBO, так и шлюзов радио-IP TRBONET.Агент.

Вносимая спутниковым каналом задержка не критична для полудуплексной УКВ-связи и субъективно не воспринимается пользователем как ухудшение качества вызова по сравнению с использованием наземных линий межсайтовых соединений.

Разборчивость речи остается на стабильно высоком уровне в течение всего вызова.

Из 80 выполненных в ходе тестирования вызовов, ухудшение качества наблюдалось для 2 вызовов, что составляет 2,5% от общего количества.

2.      Для обеспечения возможности записи голосовых вызовов и событий в удаленной зоне при временной неработоспособности спутникового канала, следует применять схемы с «каскадным» соединением радиосерверов TRBONET.

3.      При планировании системы на базе Ретрансляторов MOTOTRBO требования по пропускной способности спутникового канала связи составляют не менее 64 кбит/с на один ретранслятор.

4.      При планировании системы на базе шлюзов Радио - IP TRBONET. Агент требования по пропускной способности спутникового канала связи составляют не менее 32 кбит/с на один шлюз.

Представленное решение может найти применение на предприятиях, имеющих удаленные объекты, с сотрудниками которых необходимо поддерживать постоянную связь, включая работу в группе, контролировать их состояние и местоположение, а также вести журнал всех переговоров и событий. Возможно применение взрывобезопасных терминалов MOTOROLA DP4401/4801 ATEX, сертифицированных для применения на территории Росийской Федерации. Основные сегменты таких заказчиков:

- добыча нефти и газа;

- нефтесервисные компании, включая геологоразведку, бурение и ремонт скважин;

- крупные строительные компании, работающие в районах с неразвитой телекоммуникационной инфраструктурой;

- другие предприятия, ведущие работу в районах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока с неразвитой телекоммуникационной инфраструктурой.

Применяя интеграционное решение сухопутной УКВ-радиосвязи и спутниковых каналов передачи данных, предприятие может использовать более эффективную организационную структуру связи и управления, пример которой показан на рисунке 5.

 5.gif

Рисунок 5 – Взаимодействие при использовании интеграционного решения.

Данная схема взаимодействия лишена недостатков, перечисленных в начале нашей статьи.

Илья Дормидонтов
Начальник Отдела Системных Решений
ЗАО «Социнтех-Телеком».