eLTE как очередной этап развития профессиональных мобильных радиосистем

Профессиональные мобильные радиосистемы (ПМР), в Северной Америке известные как Land Mobile Radio (LMR), – это специализированные, выделенные системы экстренной мобильной связи и передачи данных, в которых используются носимые и стационарные приемопередатчики, базовые станции и диспетчерские консоли. Такие системы можно быстро развернуть, например, в местах стихийных бедствий или военных действий, проведения антитеррористических или массовых мероприятий, для нужд ведомственной связи, в частности на транспорте. Наиболее распространенные стандарты для перечисленных систем: MPT-1327, TETRA, APCO 25, DMR. Сегодня для ПМР задействуются выделенные широкополосные сети, на базе которых обеспечиваются экстренная голосовая связь и передача данных. Среди такого класса систем стоит отметить технологию eLTE. Каковы ее возможности, преимущества и варианты применения?

Основные отличительные особенности профессиональных радиосистем:

• связь «точки – многоточка» в отличие от обычных мобильных телефонов, предназначенных для связи «точка – точка» (если не используется услуга телеконференции);
• режим Push-to-talk (PTT), когда для связи используется одна кнопка, нажимаемая при передаче и отпускаемая при приеме;
• относительно широкая область покрытия, обеспечиваемая за счет высокого расположения антенны;
• закрытые группы пользователей;
• использование высокочастотных диапазонов (VHF, UHF).

Системы PMR прошли три основных этапа в своем развитии (рис. 1).

В настоящее время для профессиональной мобильной радиосвязи используются выделенные широкополосные сети, которые предназначены для экстренной голосовой связи и передачи данных, а также для обычной передачи данных в единой системе. Именно к такому классу систем относится технология для ПМР eLTE.

Потенциал eLTE

Разработанная компанией Huawei на базе стандарта LTE/4G технология eLTE (строчная «е» означает enhanced LTE) обеспечивает возможность беспроводной широкополосной передачи данных с пиковой скоростью 50 Мбит/с из сети и 20 Мбит/с в сеть на сайт при полосе 5, 10 и 15 МГц. Система рассчитана для применения в вертикальных отраслях, таких как госорганы, транспорт, электроэнергетика, добыча и переработка полезных ископаемых, крупные предприятия и т. д. Кроме того, стоит упомянуть о возможности применения eLTE в индустриальном Интернете вещей (IIoT).

Основные услуги, предоставляемые системой: видеонаблюдение, широкополосная передача данных, видеоконференцсвязь, геоинформационные системы, мобильные системы для экстренной связи в чрезвычайных ситуациях, широкополосный транкинг с возможностью видеосвязи.

Востребованность такого функционала невозможно переоценить, прежде всего в правоохранительных органах. Например, полицейский может передать видео с места события в командный центр, где следователь, еще до выезда на место, сможет представить картину происшествия. Другой пример – обнаружение подозрительного предмета, похожего на взрывное устройство. Сотрудник полиции, имеющий доступ к услугам видеосвязи, сможет оперативно обезвредить находку, следуя инструкциям эксперта, видящего изображение, которое передается посредством налобной eLTE-видеокамеры полицейского.

На основе eLTE также можно предоставлять широкий набор функций транкинговой связи:

• групповой вызов (Group Call);
• вещательный вызов (Broadcast Call);
• экстренный вызов (Emergency Call);
• преимущественный приоритетный вызов (Pre-emptive Priority Call);
• полудуплексный прямой голосовой вызов (Half-duplex P2P Voice Call);
• улучшенное динамическое преобразование групп (Enhanced Dynamic Regrouping);
• удержание нескольких вызовов (Multiple Call On-hold);
• дежурная переадресация вызова (Attendant Forwarding);
• цифровой канал прямой связи между терминалами (Digital DMO);
• удаленная активация и деактивация (Remote Activation & Deactivation);
• вызов в заданное время (Time Based Call);
• сканирование группового вызова (Group Call Scanning);
• ограничение входящих исходящих вызовов (Restriction on Incoming & Outgoing Call);
• отображение состояние пользователя (User Status Display);
• отображение группы и имени спикера (Display of Group & Speaker Name).

Зоны покрытия, обеспечиваемые eLTE представлены в табл. 1.

Таблица 1. Характеристики eLTE

Как видим, в диапазоне 400 МГц eLTE обеспечивает дальность связи почти до 20 км. Однако и это не предел. В проекте для нефтедобывающих платформ норвежской компании Tampnet в Северном море была обеспечена дальность связи до 62 км для голоса и 37 км для передачи данных на скорости 1 Мбит/с.

В системе eLTE возможно образование временных групп на основе местоположения с улучшенным качеством услуг, если члены таких групп находятся в пределах зоны, определенной в геоинформационной системе (GIS). При этом возможно повышение качества услуг внутри группы до 25%. Кроме того, ГИС, как часть системы eLTE, позволяет визуализировать положение терминалов eLTE внутри заданной зоны, чтобы, например, выбрать ближайший к месту происшествия наряд полиции.

Системы eLTE отличаются универсальностью применения. Например, в eLTE возможно предоставление услуги РоС (Push-to-Talk over Cellular) как для терминалов eLTE, так и для обычных смартфонов через обычные сети 2/3/4G, где сеть eLTE недоступна. При передаче видео используется активная адаптация качества картинки при ухудшении параметров сигнала сети, т. е. в случае деградации сети разрешающая способность уменьшается, но скорость доставки сохраняется. Также возможно предоставление видеоуслуг с повышенным качеством для приоритетных пользователей. Кроме того, можно применять терминалы eLTE в системах видеоконференцсвязи, в том числе класса Telepresence. Такая же возможность обеспечивается и для участия в голосовых телеконференциях. Кроме того, предусмотрена возможность получения видео и статических изображений с систем видеонаблюдения на терминалы eLTE, а также интерконнект терминалов eLTE с обычными терминалами в сетях мобильных операторов и Wi-Fi. При этом можно пользоваться услугами PoC, VoIP, SMS и GIS.

ПОДЗАГ// Решение eLTE Rapid

Для оперативного развертывания сети eLTE в местах проведения массовых мероприятий, в случаях стихийных бедствий и других экстренных ситуациях создана высокомобильная версия eLTE Rapid. Ее можно оперативно развернуть в течение нескольких часов, а базовый комплект оборудования можно перевезти на легковом автомобиле (рис. 2).

 Изоляция услуг внутри базовой станции

Еще одна особенность решения eLTE – возможность изоляции услуг внутри одной базовой станции (eNodeB Sharing). В пределах покрытия одной eNodeB могут быть логически разделены до четырех различных сетей радиодоступа.

Если подключение базовой станции eNodeB к опорной сети нарушается, возможность связи между терминалами в пределах одной станции eNodeB сохраняется (Fall Back Mode).

Подход к безопасности

В целях повышения защиты информации в системе eLTE может быть использовано решение по шифрованию канала связи. Для этого между радиосетью eLTE и опорной сетью ЕРС устанавливается центр распределения ключей шифрования KDC (Key Dispatching Center), который автоматически задает ключ шифрования для защищенной связи между двумя терминалами, оснащенными блоком шифрования EMU. Для сетей с небольшим количеством пользователей ключ шифрования может устанавливаться вручную с диспетчерского центра.

В различных сегментах сети eLTE также возможна конфигурация VPN уровня 3, чтобы при необходимости предотвратить обмен информацией между сегментами.

В случае потери терминала eLTE вся информация в нем может быть удаленно уничтожена, кроме того, обеспечивается возможность дистанционной активации-деактивации устройства, управления установкой приложений на нем из центра управления пользователями (eUDC).

ПОДЗАГ// Терминалы eLTE

Пользовательские терминалы eLTE имеют усиленную конструкцию, устойчивую к ударам и падениям, хорошую влаго- и пылезащищенность (IP67), способны выдерживать погружение в воду на 0,5 м в течение 30 минут (рис. 3). Рабочая температура устройств – от –20 до +60 ^оС (табл. 2).

Таблица 2. Основные характеристики терминала eLTE ЕР820

Открытые интерфейсы

Система eLTE способна обращаться к другим сетям и системам пользователей с возможностью образования закрытых гибридных групп пользователей в разных сетях, с дифференциацией услуг между группами (рис. 4).

eLTE и промышленный Интернет вещей

К 2020 г. аналитики прогнозируют пятикратный рост подключений между устройствами М2М, более половины которых будут использоваться в промышленном секторе. Примерно пятую часть подключений даст промышленный Интернет вещей (IIoT).

IIoT предъявляет очень жесткие требования к сети. Например, на роботизированных предприятиях плотность подключений превысит 200 тыс. на квадратный километр, датчики и сенсоры должны работать в течение нескольких лет без замены источника питания, обеспечивая прерывистую передачу пакетов данных небольшого объема.

eLTE оптимально соответствует требованиям IIoT по полосе пропускания, энергопотреблению и зоне покрытия (рис. 5). На рис. 6 отражено соответствие решения eLTE-IoT различным требованиям промышленного Интернета IIoT в сравнении с другими технологиями.

Решение eLTE-IoT для промышленного Интернета обладает следующими преимуществами:

• использование нелицензируемых диапазонов ISM, что позволяет снижать затраты на развертывание сети и устройств;
• высокая устойчивость к помехам;
• быстрая периодическая передача небольших пакетов данных;
• применение технологии Slotted ALOHA (рис. 7), снижающее требования к полосе пропускания;
• включение датчика по импульсу опроса (РСМ), значительно увеличивающее срок службы батареи устройства. 

Решение eLTE-IoT содержит коммутатор приложений (Service Engine) eSE6201, узлы беспроводной связи AirNode (комнатного и внешнего применения), радиоблок пользователя CPE, а также IoT-модуль, встраиваемый в различные промышленные устройства, датчик и измерители (рис. 8).

Один коммутатор услуг eSE6201 может обрабатывать данные для 200 тыс. пользовательских устройств и управлять до 2 тыс. узлов AirNode.

Состав решения eLTE-IoT

Проекты на базе eLTE

Решения eLTE и eLTE-IoT широко применяются в различных вертикальных отраслях. Например, в Кении компания Huawei развернула решение «Безопасный город» для столицы Найроби, полиция которой испытывала неудобства при использовании традиционной системы транковой связи TETRA. Решение eLTE позволило объединить транковую связь с системой видеонаблюдения, что значительно повысило эффективность работы столичной полиции.

В столице Лаоса Вьентяне для 19 отделений полиции была развернута система экстренной связи в чрезвычайных ситуациях, которая покрывает площадь 1056 км² и работает совместно с системой видеонаблюдения.

Для Молодежных Олимпийских Игр 2014 г. в г. Нанцзинь (Китай) была развернута система eLTE в диапазоне 1,4 ГГц TDD, покрывающая более 200 окрестных населенных пунктов, с широким спектром услуг, в том числе видеонаблюдения, интеграции геоинформационной системы. Аналогичная система была развернута для полиции Шанхая.

По заказу железной дороги китайской провинции Шуохуан построена система ведомственной связи на базе eLTE, позволившая увеличить годовую пропускную способность грузоперевозок с 234 до 350 млн т и повысить безопасность перевозок.

Первая в мире система eLTE для метро и пригородных электричек была создана в китайском городе Чженчжоу. Система позволила объединить услуги объявлений через громкую связь, видеонаблюдения и ведомственной транковой связи.

Первая в мире система Smart Grid для электроснабжения на базе eLTE-IoT была развернута в городе Чжухай неподалеку от Гонконга.

Уже упоминавшаяся система связи eLTE, построенная для норвежской нефтедобывающей компании Tampnet в Северном море, позволила обеспечить рекордную дальность связи – более 60 км между нефтедобывающими платформами и берегом, при высокой скорости передачи данных. И это далеко не полный перечень проектов, реализованных в сфере нефтедобычи, на шахтах, в морских портах и т. д.

***

Таким образом, система профессиональной радиосвязи eLTE выгодно отличается своей универсальностью, надежностью и широким спектром применения в различных вертикальных отраслях. В частности, наиболее перспективными областями ее использования эксперты считают системы безопасности, например в качестве составной части платформы «Безопасный город», и индустриальный Интернет вещей.