ТРАНКИНГОВЫЕ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ доктор технических наук профессор Бабков Валерий Юрьевич
Общие положения • В 1995 г. Международный союз электросвязи (МСЭ) • закрепил понятие "транкинговые системы" за системами, предназначенными для организации радиосвязи для групп абонентов, "объединенных общими интересами и имеющих взаимные обязательства". При этом радиосвязь в системе осуществляется в соответствии с установленными правилами и приоритетами в обслуживании в зависимости от должностного статуса пользователей Иными словами транкинговые системы представляют собой системы радиосвязи, предназначенные для предоставления услуг радиосвязи подвижным абонентам на основе реализации динамического многостанционного доступа с ограниченным выходом или вообще без выхода на сети общего пользова
Общие положения • Транкинговые системы связи как специализированные системы • • (ведомственные, выделенные, технологические и внутрипроизводственные сети) находят широкое применение во всем мире. Одним из главных признаков транкинговой системы является возможность группирования абонентов, объединенных общими интересами. По этой причине трафик в основном (до 90%) замыкается внутри транкинговых систем, и выход большинства абонентов на сети общего пользования предполагается лишь в исключительных случаях. Предоставление разного набора услуг пользователям, время и длительность соединения зависят от установленной дисциплины связи, которая, в свою очередь, определяется должностным статусом абонентов.
Общие положения • Транкинговые сотовые системы подвижной радиосвязи могут • • • обеспечивать индивидуальные, групповые и широковещательные виды соединений. Несмотря на разнообразие транкинговых систем, все они построены по одним и тем же принципам и могут быть как однозоновыми, так и многозоновыми. В каждой зоне (соте) устанавливаются базовые станции, через которые обеспечивается радиосвязь с абонентами системы. По способу предоставления радиоканала транкинговые системы делятся на системы без канала управления и с каналом управления. В системах без канала управления соединение абонентов устанавливается на любом свободном радиоканале, который определяется путем сканирования по частотам абонентских радиостанций. Канал управления может быть закрепленным или распределенным. В системах с закрепленным каналом управления имеется специально выделенный для этих целей дуплексный канал. В системах с распределенным каналом управления в различные моменты времени используются любые свободные от передачи информации частотные каналы
Общие положения • Предоставление разного набора услуг пользователям • • • осуществляется в зависимости от приоритетов, установленных внутри системы. Транкинговые системы могут обеспечивать следующие виды соединений: индивидуальные; групповые со всеми членами группы; с сетью ТФ ОП (для ограниченного круга абонентов); для подачи тревожных и аварийных сигналов; для прямой связи; для передачи коротких цифровых сообщений; для передачи данных. Характерная особенность традиционных транкинговых систем это двухчастотный симплексный режим работы подвижных станций. Базовые станции работают в дуплексном режиме.
Общие положения • На время разговора пользователям • • • выделяется пара частотных каналов (восходящий и нисходящий). В конкретный момент абонент может передавать либо принимать информацию. Базовая станция принимает сигнал на одной частоте и передает его пользователям на другой, что позволяет осуществить групповые соединения без указания индивидуальных номеров членов абонентской группы. Транкинговая система может быть многозоновой и однозоновой. В каждой зоне устанавливаются базовые станции, через которые обеспечивается радиосвязь с абонентами системы
Обобщенная структура однозоновой транкинговой системы
Обобщенная структура транкинговой системы с распределенной межзональной коммутацией
Обобщенная структура транкинговой системы с централизованной межзональной коммутацией
Общие положения • Абонентское оборудование транкинговых систем включает различные • • • типы стационарных, автомобильных и персональных радиостанций, работающих в симплексном, полудуплексном (двухчастотном симплексе) и дуплексном режимах. В большинстве своем это функционально ограниченные устройства и их пользователи могут связываться лишь с абонентами внутри своей абонентской группы, а также посылать экстренные вызовы диспетчеру. Полудуплексные и дуплексные радиостанции с широким набором функций предназначены для ограниченного числа пользователей. Как полудуплексные, так и дуплексные транкинговые радиостанции выпускаются в портативном и автомобильном исполнении, выходная мощность передатчиков последних выше портативных. В аналоговых транкинговых системах используют специальные терминалы передачи данных радиомодемы, поддерживающие соответствующий протокол радиоинтерфейса. Для цифровых систем более характерно встраивание интерфейса передачи данных в абонентские радиостанции.
Аналоговые транкинговые системы радиосвязи.
Цифровые транкинговые системы Стандарт TETRA i. DEN AEGIS (EDACS) Технология TDMA FDMA Область применения Двойного назнач ения Коммерческая Двойного назначени я Полоса частот, МГц UHF 800/900/1500 800 Канальный разнос, к. Гц 25 25 25 Тип речевого кодирования CELP VSELP АМЕ Тип модуляции π/4 DQPSK М 16 QAM GFSK Производитель более 20 фирм Motorola Ericsson 300 мс 500 мс 1 с Год внедрения 1997 1994 1992 Жизненный цикл технологии, лет 20 20 20 Количество пользовательских каналов в однозоновых системах 32 144 28 Скорость передачи, кбит/с 28, 8 64 9, 6 Время установления соединения диспетчерском режиме в
Транкинговые системы стандарта Smar. Trunk II
Транкинговые системы стандарта Smar. Trunk II • • • • Система имеет следующие технические данные [25]: рабочий диапазон частот: 146. . . 174 МГц (VHF) и 403. . . 470 МГц (VHF); количество каналов: до 16 дуплексных пар; количество абонентов: до 1100 на систему; формат сигналов управления: скоростной DTMF (Smar. Trunk) или цифровой BPSK (Smar. Trunk II); индикатор занятости каналов: по наличию несущей или по наличию несущей и субтона; В системе предусмотрены следующие типы вызовов: радиоабонент ТФ ОП; ТФ ОП радиоабонент; радиоабонент; групповой вызов; срочный и аварийный вызовы; приоритетный вызов; диспетчерский вызов; Файл конфигурации системы сохраняется на диске компьютера либо загружается с диска в контроллеры ST 852.
Транкинговые системы стандарта Smar. Trunk II • Контроллеры ST 852 программируются посредством системы меню. • • Обеспечивают до 1800 записей и сохранение данных о состоявшихся сеансах связи, даты и времени продолжительности разговора, типа вызова, а также их вывод на печать. Контроллер имеет возможность программирования таймера активности радиоабонентов и тайме ра ожидания ответов (от 1 до 255 с), аварийного номера (до 15 цифр), идентификатора базовой станции (до 20 сигналов) и кода доступа (па роля) (6 цифр). База данных контроллера рассчитана на 1100 радиоабонентов с описанием возможностей (максимальная длительность переговоров, разрешение на ведение междугородных переговоров и т. п. ). Конфигурация системы не стирается при сбоях питания контрол лера. Каждому абоненту присваивается личный добавочный номер длиной от одной до пяти цифр, а также групповой номер для диспет черской связи. Для различных категорий пользователей существует десять уровней приоритета. Система имеет возможность дистанционного отключения радиостанций с диспетчерского центра для предотвращения доступа в нее нелегальных пользователей и нарушителей.
Структурная схема четырехканальной системы Smar Trunk II.
Принципы функционирования системы Smar Trunk II. • Связь в направлении радиоабонент • производится по эфиру без выхода на АТС (через ретранслятор во всей зоне действия системы либо без использования ретранслятора в зоне до 4 км). В процессе установления связи имеется возможность индивидуального, группового или общего вызова (общий циркуляр). Для вызова необходимо набрать добавочный номер (номер радиоабонента) и послать вызов. В исходном состоянии ретрансляторы системы работают на прием, абонентские радиостанции сканируют по частотам. В случае вызова абонентская радиостанция "захватывает" свободный ретранслятор и посылает "запрос" в виде цифрового пакета.
Принципы функционирования системы Smar Trunk II. • Ретранслятор, получив запрос от мобильного • абонента, включает передатчик и излучает пилот тон на частоте 1200 Гц длительностью 0, 3 с. Все абонентские станции, не участвующие в это время в других сеансах связи (сканирующие по частотам), прекращают сканирование и задерживаются на канале, где передается пилот тон. Когда все абонентские станции собрались на канале, ретранслятор передает вызывной пакет (пейдж), в котором содержится адрес вызывной станции. В результате вызывае мая станция остается на канале и начинает сеанс связи, а остальные продолжают сканирование.
Принципы функционирования системы Smar Trunk II. • Процедура вызова мобильным абонентом • транкинговой системы абонента ТФ ОП заключается в наборе нужного номера ТФ (до 14 цифр). После этого посылается вызов. Абонентская станция сканирует в поисках свободного канала. После его нахождения получает ответ ТФ ОП (зуммер) и посылает телефонный номер. При необходимости после соединения возможен тональный донабор, например, для доступа к автоответчикам или добавочным номерам местной АТС. Процедура вызова мобильного абонента ТФ ОП заключается в наборе одного из телефонных номеров системы. Если линия свободна, то происходит соединение с контроллером базовой станции (абонент ТФ ОП получает тональный сигнал), после чего необходимо набрать добавочный номер.
Принципы функционирования системы Smar Trunk II. • Срочный вызов оператора системы можно • осуществить путем набора комбинации "9*". В случае бедствия или опасности набор комбинации "О*" приведет к автоматическому набору заранее запрограммированного телефонного номера (например, милиции). Если при наборе этих комбинаций все каналы окажутся занятыми, то система принуди тельно прервет один из разговоров для прохождения срочного или ава рийного вызова. Система имеет интерфейсный модуль ST 869, который обеспечивает возможность вхождения в систему стационарных абонентских станций, установленных, например, в квартирах, на дачах, а также организации переговорных пунктов в тех районах, где прокладка телефонного кабеля требует больших капиталовложений. Модуль позволяет подключить обычный телефонный аппарат к радиостанции и управлять ее работой с клавиатуры этого аппарата.
Принципы функционирования системы Smar Trunk II. • Если абонент транкинговой системы занят, его радиостанция выключена или он находится вне зоны действия системы, то абонент ТФ ОП получит сигнал "Занято". • Если система имеет несколько мест расположения ретрансляторов, то можно выйти на них и проверить, не находится ли абонент там. Таким образом, при наличии нескольких зон обслуживания поиск подвижных абонентов осуществляет вызывающий абонент ТФ ОП. • Часть абонентских номеров можно использовать в качестве групповых. Вызвать группу радиостанций можно как с обычного телефона, так и с другой радиостанции. Правила набора те же, что и для отдельных радиоабонентов. • Диспетчерская связь внутри своей группы не требует набора номера, достаточно нажать на тангету ПЕРЕДАЧА на своей радиостанции и все радиостанции группы будут слышать.
Транкинговые системы стандарта МРТ 1327
Транкинговые системы стандарта МРТ 1327 • Протокол МРТ 1327 был сделан открытым, что давало право любым • производителям выпускать как базовое оборудование, так и абонентские станции. Это обстоятельство сделало стандарт МРТ 1327 весьма популярным. Постепенно МРТ распространился и на другие диапазоны частот, и в настоящее время транкинговая аппаратура стандарта МРТ 1327 выпускается для диапазонов 146. . . 174, 300. . . 380, 400. . . 520 и 800 МГц. Стандарт МРТ 1327 определяет метод многостанционного доступа к системе типа «синхронная ALOHA с динамической длиной кадра» (англ. Dynamic Framelength Slotted ALOHA). Генерируемые подвижными станциями кадры имеют переменную длину, кратную нескольким временным слотам. Если кадр помещается в одном слоте, то следующий временной слот может быть использован другой подвижной станцией для установления соединения. В случае, когда кадр имеет длину, превышающую длительность одного слота, другие подвижные станции, пытающиеся установить соединение, выбирают свободный временной слот произвольным образом.
Транкинговые системы стандарта МРТ 1327 • Управление процессом установления соединения выполняется • • транкинговым контроллером (англ. Trunking System Controller TSC). Он управляет длиной кадра в зависимости от возникновения коллизий между попытками доступа к системе различных подвижных станций. Передача информации сигнализации между TSC и подвижными станциями производится по каналу управления. Стандарт описывает цифровую передачу MSK модулированных данных со ско ростью 1200 бит/с. Управляющее сообщение передается подвижным станциям по каналу управления каждые 106, 7 мс длительность временного слота, содержащего 128 бит.
Транкинговые системы стандарта МРТ 1327 • Сообщение поочередно содержит одну из двух управляющих последовательностей длиной 64 бита. Первая управляющая последовательность называется Системным кодовым словом канала управления (англ. Control Channel System Codeword CCSC), а вторая Адресным ко довым словом (англ. Address Codeword АС)
Транкинговые системы стандарта МРТ 1327 • Сообщение начинается со слова CCSC. Оно состоит • из однобитового стартового индикатора, равного « 0» , 15 битового идентификатора системы (англ. System Identity SYS), 16 битовой последовательности завершения кода (англ. Code Completion Sequence CCS), 16 битовой преамбулы (SYNC) и 16 би тового CRC блока контроля четности. Адресное кодовое слово начинается с индикатора (флагового бита), равного « 1» , за которым следует кодовое сообщение (англ. Codeword Message CDM), содержащее 47 битов информации. Сообщение завер шает 16 битовый. CRC блок четности.
Транкинговые системы стандарта МРТ 1327 • Кодовое сообщение может иметь различные значения. • Оно может нести информацию от TSC с номером временного слота для доступа к системе, запрос от TSC к подвижной станции на подтверждение готовности к соедине нию, а также команду на переход подвижной станции с канала управления на указанный рабочий канал или смену рабочего канала. При помощи кодового сообщения всем подвижным станциям может передаваться статус системы. Кодовое сообщение может быть также отправлено подвижной станцией и содержать запрос на установление соединения или подтверждение готовности принять вызов.
Структура сообщений, передаваемых по каналу управления в системе МРТ 1327
Транкинговая сеть ACTIONET
Транкинговая сеть ACTIONET • Система может функционировать в нескольких • • • различных конфигурациях. В простейшей конфигурации система состоит из некоторого количества подвижных станций и транкингового контроллера МХВ, совмещенного с базовой станцией. В типовую конфигурацию входит транкинговый контроллер (англ. Mobile Exchange MX), одна или несколько базовых станций и некоторое количество подвижных станций. В сетях более сложной конфигурации используется несколько контроллеров MX и базовых станций, несколько терминалов диспетчерских или контрольных пунктов (англ. Control Point СР), присоединенных к контроллерам MX. Такие сети, как правило, связаны с сетью PSTN (ТФ ОП) или учрежденческими АТС (англ. Private Automatic Branch Exchange PABX).
Транкинговая сеть ACTIONET • Если зона охвата транкинговой сети достаточно • велика, то применяется дополнительный элемент системный контроллер (англ. System Exchange SX), который объединяет локальные части сети. Для повышения надежности основные его блоки продублированы. В случае большой сети, при выходе подвижной станции за границы области обслуживания «домашнего» контроллера MX, может потребоваться обновление информации в реестре.
Транкинговые системы стандарта EDACS
Транкинговые системы стандарта EDACS • Транкинговая система стандарта EDACS (Enhanced Digital Access Communications System) − усовершенствованная система связи с цифровым доступом представляет собой аналого цифровую систему транкинговой радиосвязи. Она разработана под требования документа APS 16, которым оговариваются требования по безопасности пользования системами транкинговой связи (APS − ассоциированные представители по вопросам связи от правительственных органов США). Этим же документом определяются весьма жесткие условия предоставления абонентам системы услуг по передаче сообщений, а именно: высококачественная телефонная связь, передача данных и засекречивание переговоров
Транкинговые системы стандарта EDACS • Фирмой Ericsson разработана перспективная • «платформа» (базовая система) EDACS, которая отвечает современным требованиям радиосвязи. Систему выпускают в различных вариантах в диапазонах 30. . . 300 МГц, 800 и 900 МГц с разносом каналов связи 12, 5, 25 и 30 к. Гц. В систему заложен принцип «амортизации» отказов, который обеспечивает выполнение требований по отказоустойчивости. Принято различать «Системы EDACS» и «Сети EDACS» . Системы EDACS имеют различную конфигурацию и могут быть объединены между собой при помощи контроллера узлов связи в сеть EDACS. Для покрытия больших территорий создаются «расширенные сети» , которые образуются соединением между собой нескольких сетей EDACS.
Сеть EDACS уровня 1.
Сеть EDACS уровня 2.
Сеть EDACS уровня 3
Транкинг передач.
Передача речи и данных
Транкинговые системы стандарта EDACS • В системе EDACS используются два вида радиоканалов: рабочий • • • канал и канал управления. Рабочие каналы (каналы трафика) используются для передачи информации. Каналы управления служат для обмена служебной информацией в сети. Система оперирует двумя типами радиоканалов: широкополосным (25/30 к. Гц) и узкополосным (12, 5 к. Гц). Широкополосный канал является цифровым со скоростью передачи 9600 бит/с и используется для передачи сигналов управления, телефонии (открытой и засекреченной) и данных. Цифровой узкополосный канал используется для передач и данных со скоростью 4800 бит/с, а аналоговый узкополосный – для передачи открытой телефонии Во всех режимах передача сигналов управления осуществляется со скоростью 9600 бит/с. Всего в системе EDACS может быть до 20 радиоканалов, один из которых является каналом управления, а остальные каналами трафика.
Транкинговые системы стандарта EDACS • В EDACS все вызовы размещаются в единую очередь и автоматически • • • назначаются текущему свободному каналу. Вызов содержит две информационные части: первая часть – режим связи, вторая часть – тип вызова. Система обеспечивает передачу: аналоговых речевых сообщений с частотной модуляцией; речевых сообщений в цифровой форме с возможностью защиты сообщений (Voice Guard); данных. Вызовы могут быть общесистемные, групповые обычные, групповые экстренные и индивидуальные. Подвижный абонент, находясь в режиме «дежурного приема» , прослушивает канал управления, ожидая команд по этому каналу. Когда подвижному абоненту нужно выйти на связь, он нажимает на радиотелефоне кнопку вызова «Для переговоров нажать» , и его радиостанция посылает по каналу управления на базовую станцию цифровое сообщение «Мне нужен канал связи» . Получив это сообщение, управляющий контроллер базовой станции выделяет свободный радиоканал посылкой ответного цифрового сообщения по каналу управления, а в случае группового вызова дает команду всем радиотелефонам группы использовать выделенную частоту.
Транкинговые системы стандарта EDACS • В EDACS для передачи речи и данных используются одни и те • • • же рабочие каналы, которые могут быть транкированы одним и тем же способом. Таким образом, нет необходимости иметь разделение сети для передачи речи и данных. При этом появляется возможность обеспечения адаптивного балансирования нагрузки, т. е. предоставление каналов для передачи речи и данных по мере поступления вызовов. Если поступают, в основном, данные, то большинство рабочих каналов предоставляется данным и наоборот. Использование одних и тех же каналов для передачи речи и данных в отличие от традиционного принципа использования каналов «только речь» или «только данные» увеличивает пропускную способность системы, поскольку пауз в процессе речевого обмена вполне достаточно для передачи большей части данных. Таким образом, в промежутки времени, когда наблюдаются паузы в разговоре или паузы между вызовами, короткие «вспышки» данных заполняют пространство между вызовами. Это заполнение оптимизирует работу системы, поскольку нет необходимости в распределении частот между каналами для передачи только речи или только данных.
Транкинговые системы стандарта EDACS • В EDACS имеется пять уровней адресации: системный, • • организаций, отделений, подразделений, абонентов. Абоненты (а их в системе может быть 16382) могут быть объединены в 2048 групп. Это обеспечи вает очень гибкую структуру филиалов, которую легко адаптировать под организацию пользователей. В многопользовательской системе EDACS можно организовать небольшое число организаций, которые в свою очередь, разделяются на отделения. Последние разбиваются на уровни, подразделения и абонентов
Транкинговые системы стандарта EDACS • Абонентские радиотелефоны могут быть • • перепрограммированы дистанционно по радиоканалу с терминала системного менеджера. Динамическая перегруппировка может выполняться со скоростью 30 радиотелефонов в секунду. Благодаря этой функции, в системе EDACS имеется возможность оперативно осуществлять перегруппировку по новым группам абонентов, "разрезая" границы групп, организаций. Например, милиция, противопожарная служба и служба скорой медицинской помощи могут быть быстро объединены по радио в специальные оперативные группы при возникновении экстремальных ситуаций.
Транкинговые системы стандарта EDACS • Система EDACS обеспечивает полную • конфиденциальность связи внутри отдельных групп абонентов, т. к. каждая организация имеет свою собственную систему управления (диспетчеров, системного менедже ра), которая осуществляет повседневное управление работой и конфигурацией сети. Между тем, она готова всегда быстро перестраиваться для открытой связи между различными организациями. Структура абонентских групп вкладывается в единую систему EDACS, которая дает возможность осуществлять общесистемные, групповые и индивидуальные вызовы.
Транкинговые системы стандарта EDACS • Система EDACS предоставляет абонентам 8 • • уровней приоритетов. Экстренные вызовы получают высший приоритет. В период перегрузки, когда образуется очередь переговоров, высокоприоритетные вызовы помещаются в очередь перед низкоприоритетными. Если поступают два вызова с одинаковыми приоритетами, то система обрабатывает их по правилу "первым пришел, первым обслужен".
Транкинговая система TETRA
Транкинговая система TETRA • В начале 90 х годов XX века в рамках Европейского союза был • • определен новый цифровой стандарт систем транкинговой связи. Его создание обусловлено перечисленными выше недостатками аналоговых транкинговых систем и их взаимной несовместимостью. В результате появилась серия стандартов ETSI, которые определяют систему транкинговой подвижной связи второго поколения (англ. Terrestrial Trunked Radio, TETRA). Ранее эта аббревиатура расшифровывалась как Trans-European Trunked Radio − Трансевропейская система транкинговой радиосвязи. Фактически были разработаны два семейства стандартов: стандарт интегрированной передачи речи и данных (англ. Voice plus Data Standard, V+D); специализированный стандарт пакетной передачи данных (англ. Packet Data Optimized Standard, PDO). Стандарт V+D описывает цифровую транкинговую систему второго поколения, в то время как семейство стандартов PDO определяет систему радиопередачи пакетных данных.
Транкинговая система TETRA • Система TETRA, работающая в режиме V+D, предлагает • • следующие услуги службы передачи данных: цифровая передача речи или данных с коммутацией каналов в диапазоне скоростей 7, 2. . . 28, 8 кбит/с без кодовой защиты; цифровая передача речи или данных с коммутацией каналов в диапазоне скоростей 4, 8. . . 19, 2 кбит/с с минимальной кодовой защитой; цифровая передача речи или данных с коммутацией каналов в диапазоне скоростей 2, 4. . . 9, 6 кбит/с и обеспечением максимального уровня кодовой защиты; пакетная передача данных типа «точка» с установлением соединения; пакетная передача данных типа «точка» в стандартном формате без установления соединения; пакетная передача данных без установления соединения в специальном формате ( «точка» , «многоточка» , широковещание). Последние три услуги также предлагаются в режиме PDO системы TETRA.
Характеристики системы TETRA • 1. Частотные диапазоны, МГц • • 380. . . 400; 410. . . 430; 450. . . 470; 870. . . 920 2. Виды сигналов Цифровые каналы. Модуляция DQPSK, цифровая обработка речи по алгоритму ACELP, цифровая система кодирования (закрытия) речи и данных 3. Передача данных Скорость передачи данных от 2, 4 до 28, 8 кбит/с. 4. Использование системных ресурсов Фоновый канал управления (каждый 18 й кадр TDMA). Эффективность использования спектра 6, 25 к. Гц на канал 5. Коммутация соединений Напрямую между радиостанциями. Через радиостанцию ретранслятор между радиостанциями и с базовой станцией. Через базовую станцию между радиостанциями
Стандарту TETRA выделены следующие частотные диапазоны: восходящая линия связи: 380. . . 390 МГц, нисходящая: 390. . . 400 МГц; восходящая линия связи: 410. . . 420 МГц, нисходящая: 420. . . 430 МГц; восходящая линия связи: 450. . . 460 МГц, нисходящая: 460. . . 470 МГц; восходящая линия связи: 870. . . 888 МГц, нисходящая: 915. . . 933 МГц; Стандартом TETRA определен набор частотных каналов для передачи данных в восходящем и нисходящем направлениях: Fup, n=Fup, min + 0, 001 G + 0, 025(n-0, 5), n = 1, 2, . . . , N, Fdw, n =Fup, min +D, n = 1, 2, . . . , N, где Fup, n , Fdw, n − n-ные частоты для передачи данных в восходящем и нисходящем направлениях соответственно, МГц; G − защитный интервал, к. Гц; D − разнесение дуплексных частот.
Характеристики системы TETRA • • • Виды вызовов и соединений: 1 индивидуальные с индикацией вызывающего абонента 2 групповые с возможностью полной идентификации всех абонентов 3 вещательные односторонние; групповые и на всю систему, включая абонентов сопряженных систем 4 перевод вызова по условиям занятости, недоступности и отключения абонента, принудительный 5 включение опоздавших включение в соединение абонентов, не ответивших своевременно 6 соединение под наблюдением диспетчера определенные виды соединений и выбранные абоненты могут полностью контролироваться диспетчерами 7 прослушивание (включение на передачу) радиостанции без ведома владельца выполняется абонентами, наделенными определенными правами 8 выборочное прослушивание соединений выполняется абонентами, наделенными определенными правами 9 динамическая перегруппировка выполняется абонентами, наделенными определенными правами Возможность поэтапного наращивания системы Возможность сопряжения с системами другого типа. Сопряжение с системами МРТ 1327 и сетями ISDN через Gateway контроллеры; с системами МРТ 1327 на уровне цифровых потоков между базовыми станциями; с другими TETRA системами через ISI контроллеры
Базовые услуги для передачи речи и данных. • Индивидуальный вызов • Передача данных в канальном режиме: • • • 7, 2/14, 4/21, 6/28, 8 кбит/с Групповой вызов Передача данных в канальном режиме, защищенные: 4, 8/9, 6/14, 4/19, 2 кбит/с Подтвержденный групповой вызов Передача данных в канальном режиме, сильно защищенные: 2, 4/4, 8/7, 2/9, 6 кбит/с Циркулярный вызов Передача пакетов данных по коммутируемым каналам; передача данных коммутируемыми пакетами
Дополнительные услуги • Вызов, уполномоченный диспетчером Диспетчер проверяет • • требование вызова прежде, чем позволить вызову продолжаться Выбор области вызова Определенные области функционирования для пользователей. Может переопределяться Приоритет доступа Проверяется приоритетность доступа в течение периодов перегрузок сети Приоритетный вызов Доступ к сетевым ресурсам может осуществляться по приоритету Последний вход Последний говоривший может продолжить соединение вне очереди Вызов наивысшего приоритета Имеет высший приоритет соединения и высший приоритет доступа к ресурсам сети. Если система занята, абоненты с низшими приоритетами будут прерваны, чтобы позволить этому вызову продолжаться Дискретное прослушивание Уполномоченный (диспетчер) может проверить связь без возможности быть определенным Слушание среды передач Диспетчер может включить передатчик абонентского радиотерминала без индикаций. об этом, предусмотренных на радиотерминале. Может использоваться в ситуациях захвата, чтобы услышать, что происходит в автомобиле
Дополнительные услуги(1) • Перегруппировка абонентов Позволяет диспетчеру программировать новые • • групповые номера абонентских терминалов через эфир. Можно также использовать для длительного перепрограммирования абонентских радиотелефонов с терминала системного менеджера Строка идентификации связи Отображение идентификационного номера вызывающего Отказ от пересылки своей идентификации при вызове и соединении Любая группа может ограничить пересылку своего идентификатора вызываемой стороне Сообщение вызова Отображение идентификатора вызывающей стороны на занятом абонентском терминале Пересылка вызова Допускает радиотерминалу пересылать все вызовы на другой радиотерминал Автоматический повтор вызова при включении радиотерминала Допускается пересылать вызовы к терминалу, если он был выключен или находился вне зоны обслуживания Пересылка вызова в соединении Допускается пересылка радиотерминалом всех ответных вызовов Определение вызова по списку Поступающие вызовы будут последовательно помещаться в список, определяемый пользователем, пока на вызов не ответят
Дополнительные услуги(2) • Короткая номерная адресация Короткий набор номера • Ожидание вызоиа Уведомление о поступающем вызове на занятом • • терминале Удержание вызова Позволяет пользователю прервать разговор и возобновить его, когда потребуется Сигнал об освобождении линии Входящий вызов может ожидать освобождения терминала Пересылка вызова при занятом терминале При ожидании обратного вызова с занятого терминала абонент может делать другие звонки Передача управления Инициатор группового вызова может передать управление другому Включение вызова Способность подключения терминала к идущему разговору Индикация оплаты Вызов информации об оплате в начале, середине или конце разговора Исключение вызова Возможность исключить вызов от абонента или к абоненту, определенная списком
• В системе TETRA определены три типа физических • • • каналов: физический канал управления (англ. Control Physical Channel, СР). По этому каналу передаются исключительно управляющие сообщения. Один из физических каналов управления определен как основной канал управления (англ. Main Control Channel, МССН), а остальные называются дополнительными каналами управления (англ. Secondary Control Channel, SCCH). Несущая, на которой реализуется основной канал управления, называется главной несущей. Канал МССН всегда передается в первом временном интервале главной несущей; физический канал трафика (англ. Traffic Physical Channel, ТР). Предназначен для реализации логических каналов трафика; свободный физический канал (англ. Unallocated Physical Channel, UP). Предназначен для передачи вещательных или пустых сообщений.
Временная структура передачи информации
Взаимное расположение пакетов в направлениях «сверху вниз» и обратно
В системе TETRA установлены следующие стандартизованные параметры физического уровня: 1. ширина частотного канала − 25 к. Гц; 2. реализация на каждой несущей частоте четырех каналов 3. передачи речи / данных в режиме TDMA с перемеженным каналом управления; 4. прямые соединения между подвижными станциями, возможные при ограниченном расстоянии между этими станциями и некоторых других технических ограничениях. 5. возможность использования более чем одного временного слота в частотном канале шириной 25 к. Гц для передачи данных со скоростями до 28800 бит/с. Типы абонентских устройств: ручные, переносные, монтируемые в транспортные средства, а также стационарные установки с возможностью соединения с компьютером (модем для передачи данных со скоростью 4800 бит/с);
Сеть TETRA.
Режим прямой связи.
Обозначения и функции интерфейсов • • • 11 Радиоинтерфейс 12 Интерфейс фиксированной станции 13 Межсистемный интерфейс 14 Интерфейс терминального оборудования 15 Интерфейс управления сетью 16 Радиоинтерфейс прямого (DMO) соединения
Элементы сети стандарта TETRA (1) Функциональные схемы построения различных сетей связи стандарта TETRA представляются как совокупность элементов сети, соединенных определёнными специфицированными интерфейсами. Сети стандарта TETRA содержат следующие основные элементы (модули): 1. Базовая приемопередающая станция (BTS) − базовая стационарная радиостанция, обеспечивающая связь в определенной зоне (ячейке). Базовая станция выполняет основные функции, связанные с передачей радиосигналов: сопряжение с мобильными станциями, шифрование связи, пространственно разнесенный прием, управление выходной мощностью мобильных радиостанций, управление радиоканалами.
Элементы сети стандарта TETRA (2) 2. Устройство управления базовой станцией (англ. Base Station Control Function, BCF) − элемент ceти с возможностями коммутации. Управляет несколькими базовыми станциями и обеспечивает доступ к внешним сетям ISDN (англ. Integrated Services Digital Network цифровая сеть с интеграцией услуг), PSТN (англ. Public Switched Telephone Network коммутируемые телефонные сети общего пользования), PDN (англ. Public Data Network – сеть передачи данных общего пользования), РАВХ (англ. Private Automatic Branch Exchange − местная (учрежденческая) АТС), а также используется для подключения диспетчерских пультов и терминалов для эксплуатационного и технического обслуживания.
Элементы сети стандарта TETRA (3) 3. Контроллер базовой станции (BSC) − элемент сети с большими по сравнению с устройством ВСF коммутационными возможностями, позволяющий обмениваться данными между несколькими BCF; обеспечивает доступ к внешним сетям, имеет гибкую мобильную структуру, позволяющую использовать большое число интерфейсов разного типа. В сетях TETRA контроллеры базовой станции могут выполнять функции сопряжения с другими сетями TETRA и управления централизованными базами данных.
Элементы сети стандарта TETRA (4) 4. Диспетчерский пульт − устройство, подключаемое к контроллеру базовой станции по проводной линии и обеспечивающее обмен информацией между оператором (диспетчером сети) и другими пользователями сети. Часто используется для широковещательной передачи информации, создания групп пользователей и т. п. 5. Мобильная станция (MS) − радиостанция, используемая подвижными абонентами. 6. Стационарная радиостанция (FRS Fixed Radio Station) − радиостанция, используемая абонентом в определенном месте
Элементы сети стандарта TETRA (5) 7. Линейная станция (англ. Line station); работает так же, как и подвижная станция, однако, она подключена к инфраструктуре коммутации и управления при помощи канала ISDN. Линейная станция может быть использована в корпоративной сети в качестве диспетчерской станции. 8. Терминал технического обслуживания и эксплуатации − терминал, подключаемый к устройству управления базовой станцией BCF и предназначенный для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, учета тарификационной информации, внесения изменений в базу данных абонентов и т. п. С помощью таких терминалов реализуется функция управления локальной сетью (англ. Local Network Management, LNM).
Благодаря модульному принципу разработки оборудования, сети связи стандарта TETRA могут быть реализованы с разными иерархическими уровнями и различной географической протяженностью (от локальных до национальных). Функции управления базой данных и коммутации распределяются по всей сети, что обеспечивает быструю передачу вызовов и сохранение ограниченной работоспособности сети даже при потере связи с ее отдельными элементами.
• В системе TETRA логические каналы организуются в • • соответствии с режимами работы. При передаче данных: режим непрерывной нисходящей передачи (англ. Downlink Continuous Transmission Mode, D CT); режим нисходящей передачи с разделением времени доступа к несущей (англ. Downlink Carrier Timesharing Mode, D CTT); режим нисходящей передачи с разделением времени доступа к главном каналу управления (англ. Downlink Main Control Channel Timesharing Transmission Mode, D MCCTT); многослотовый режим передачи (англ. Multiple Slot Transmission Mode, MTS); В целях управления: нормальный режим управления (англ. Normal Control Mode, NCM); минимальный режим управления (англ. Minimum Control Mode, MCM).
• Режим D CT обязателен для подвижных станций. Это • • • означает, что подвижная станция должна уметь взаимодействовать с базовой станцией, работающей в этом режиме. Режим NCM обязателен для всего оборудования системы TETRA. Все подвижные станции должны поддерживать работу в минимальном режиме управления. В режиме D CT базовые станции передают непрерывные пакеты данных в нисходящем направлении. Передача на главной несущей − непрерывная, на остальных же несущих допускается дискретная передача пакетов. В режиме D CCT несущая частота может использоваться в нескольких сотах. Каждый из физических каналов на этой несущей частоте (реализованных в четырех возможных временных интервалах) может быть выделен различным сотам. В этом случае базовая станция выполняет прерывистую передачу пакетов данных в нисходящем направлении.
• В режиме MTS возможно выделение одному • соединению от двух до четырех физических каналов. Это позволяет повысить скорость передачи или выполнить передачу смешанных двоичных потоков речи и данных. Режим NCM требует выделения основного канала управления (МССН). При этом обеспечивается полный набор функций управления. В режиме МСМ услуги системы TETRA предоставляются в ограниченном виде. В этом режиме все физические каналы каждой несущей частоты системы содержат каналы передачи данных.
Структура пакетов в системе TETRA (V+D)
Кодирование с коррекцией ошибок, перемежение и скремблирование применяемые в различных логических каналах
• Цифровой поток от речевого кодера или терминала данных • • подвергается помехоустойчивому кодированию (сверточному и блоковому), перемежению и скремблированию. Тип кода с коррекцией ошибок и перемежения зависит от вида логического канала (рис. 2. 15). Здесь: RM - укороченный код Рида Маллера, представляющий собой двоичный блоковый код, эквивалентный циклическому коду, к которому добавлен бит проверки четности всех битов кодового слова. Укороченный (30, 14) код получается из (32, 16) кода RM обнулением двух информационных битов и отбрасыванием их при передаче. Код RCPC – совместимый по скорости перфорированный сверточный код. После кодирования и перемежения выполняется мультиплексирование битов и формирование информационных полей пакетов соответствующего логического канала. Полученный поток двоичных данных подвергается дифференциальному кодированию и направляется на вход модулятора.
Блок схема передатчика системы TETRA
Сетевые процедуры системы TETRA
Основные сетевые процедуры системы TETRA • регистрация мобильных абонентов и роуминг; • повторное установление связи; • аутентификация абонентов; • автоматическое отключение/подключение • • • абонента при отсутствии связи; отключение абонента оператором сети; управление потоком данных; процедура доступа абонентов в сеть; индивидуальный вызов; групповой вызов; широковещательный вызов.
• Процедура регистрации мобильных абонентов (абонентских станций) предназначена для прикрепления абонента к одной или нескольким зонам обслуживания базовых станций. Все пользователи сети регистрируются в соответствии с принадлежностью к определенной территории, обслуживаемой несколькими базовыми приемопередающими станциями. В пределах данной территории абоненты могут свободно перемещаться и устанавливать связь друг с другом. В зависимости от потребностей и статуса абонента эта территория может быть ограничена зоной действия одной базовой станции или распространяться на всю сеть. Если абонентская станция зарегистрирована только в одной зоне, то при перемещении ее в другую зону по инициативе абонента может быть проведена новая регистрация, в результате чего будет изменено или скорректировано состояние регистра положения абонентской станции. Если абонентская станция зарегистрирована в нескольких зонах, то обеспечивается автоматический роуминг.
• Процедура повторного установления связи означает • • • возможность сети менять используемую абонентом базовую станцию в случае ухудшения условий связи. Если в процессе соединения мобильная станция регистрирует ухудшение условий связи, она проверяет возможность установления связи в соседних зонах (ячейках) и посылает в сеть запрос на новый paдиоканал. Имеется три типа процедур повторного выбора ячеек: тип 1 ( «бесшовное переключение» , аналогичное используемому в системах сотовой связи стандарта GSM): мобильная станция имеет информацию о новой ячейке и распределении ее каналов; тип 2: мобильная станция имеет информацию о новой ячейке, но не о распределении ее каналов, тип 3: мобильная станция не имеет информации о новой ячейке, но посылает старой ячейке информацию о предстоящей замене ее на новую. Тип процедуры повторного выбора ячеек определяется статусом абонентского терминала.
• Под аутентификацией абонента понимают установление его подлинности. Основной целью процедуры аутентификации является исключение несанкционированного доступа в систему. Общий принцип реализации идентификации в стандарте TETRA состоит в том, что в текст передаваемого сообщения включается пароль, который знают отправитель и получатель. Получатель передает шифрованное с помощью пароля сообщение и получает ответ, после чего расшифровывает сообщение и путем сравнения принятого пароля с переданным получает удостоверение в подлинности абонента. При обнаружении несанкционированного доступа оператор сети может применить процедуру отключения данного абонентского терминала.
• Отключение/подключение абонентского терминала от/к сети может • • • быть выполнено по инициативе абонента. При отключении абонента данная процедура обеспечивает запись содержимого буфера состояния абонентского терминала в базу данных инфраструктуры сети, после чего инфраструктура меняет статус абонентского терминала на отключенный. Все вызовы, поступающие к отключившемуся абоненту, буферизируются в инфраструктуре. При очередном подключении данная процедура реализует возможность быстрого вхождения в систему без проведения полной процедуры регистрации. Абоненту может предоставляться информация о вызовах, полученных в течение времени отключения. Процедура отключения абонента оператором сети предполагает блокирование абонентского терминала. Данная процедура может применяться оператором в случаях: обнаружения несанкционированного доступа в систему путем аутентификации абонента; обнаружения терминала с невнесенной абонентской платой; необходимости деактивизации неисправного терминала. Блокирование абонентского терминала осуществляется путем передачи специальной команды и изменения статуса абонента в базе данных инфраструктуры сети.
• Процедура управления потоком данных предназначена для реализации возможности сети переключать на себя поток данных, направленный к определенному терминалу. При перегрузке абонентского терминала, т. е. невозможности терминала принять всю поступающую информацию в реальном масштабе времени, по определенной команде от абонента инфраструктура сети может временно приостановить поток данных к абоненту. Дальнейшая информация буферизируется в инфраструктуре. Поток данных возобновляется по команде, поступающей от абонентского терминала (ключа), записанной в модуль подлинности абонента. Процедура запроса идентификатора позволяет сети определить этот уникальный ключ для любого абонента. Данная процедура может использоваться совместно с процедурой аутентификации.
• Процедура доступа абонентов в сеть необходима, поскольку • • потребность в связи у абонентов возникает случайно, а структура физических каналов и обмен сигналами синхронны, то имеется проблема сопряжения этих факторов. Данный момент особенно важен на начальном этапе процесса соединения, когда канал связи не выделен, а вызовы разных абонентов могут сталкиваться друг с другом. Эта задача решается с помощью процедуры случайного доступа. Протокол случайного доступа должен обеспечивать: правильный прием команд доступа от мобильных станций; минимальную задержку в обслуживании вызова; минимальные потери вызовов; минимальные потери пропускной способности системы по каналам трафика и управления, стабильность обслуживания при изменении интенсивности потока вызовов; предоставление приоритетов доступа; обслуживание вызовов с разными приоритетами.
• В стандарте TETRA предусмотрено два варианта выделения интервалов • • доступа. В первом варианте используется, так называемый, скользящий интервал. Длительность этого интервала корректируется в каждом пакете. В другом варианте длительность следующего интервала доступа устанавливается по окончании предыдущего. Переменная длительность интервала доступа позволяет поддерживать оптимальную пропускную способность канала, минимальную задержку обслуживания вызовов и минимальные потери вызовов при изменяющейся интенсивности их поступления. Стандарт TETRA предусматривает присвоение каждой мобильной станции одного из четырех кодов доступа: А, В, С или D. Назначение кодов доступа конкретным подвижным станциям определяется приоритетом абонента данной станции и его статусом в системе. Присвоение кодов доступа происходит по радиоканалу. Коды доступа по мере необходимости динамически меняются. В каждой команде приглашения к доступу присутствует код доступа. Таким образом, приглашение относится только к тем подвижным станциям, которым присвоен этот код. Одновременное обслуживание вызовов с разными приоритетами достигается комбинированием последовательности кодов доступа управлением частотой их повторения в команде приглашения и динамическим присвоением кодов подвижным станциям. После окончания процедуры случайного доступа, дальнейшее соединение происходит под управлением инфраструктуры управления сетью.
• Индивидуальный вызов предполагает установление • • коммутируемого двухточечного соединения между двумя мобильными абонентами или между мобильным абонентом и стационарным терминалом для обеспечения прямой двухсторонней связи. Индивидуальный вызов и последующий обмен речевой информацией может производиться либо в дуплексном режиме, либо в режиме двухчастотного симплекса. Индивидуальный вызов может быть инициирован любым пользователем системы TETRA и направлен любому абоненту, зарегистрированному в данной системе с определенным адресом, включая абонентов ТФОП, внешних УАТС и т. п.
• Групповой вызов предполагает установление коммутируемого • • • многопунктового двунаправленного соединения между вызывающей стороной и несколькими вызываемыми абонентами. Обмен речевой информацией после группового вызова производится только в режиме двухчастотного симплекса. При этом обмен сообщениями между членами группы осуществляется в режиме «каждый слышит каждого» . Групповой вызов может быть инициирован либо мобильным абонентом либо диспетчером сети В определенных ситуациях вызывающий абонент может передавать свои полномочия по установлению группового соединения члену группы с помощью вспомогательной службы «передачи управления» . При этом предполагается, что этот абонент имеет полномочия, аналогичные полномочиям инициатора соединения. Для установления группового соединения используется так называемый групповой номер, который присваивается каждому из членов группы. Групповой номер мобильному абоненту может быть присвоен оператором статически при конфигурации системы или динамически по радиоканалу при модификации групп абонентов. Групповой вызов может быть передан всеми базовыми станциями, в зонах действия которых зарегистрированы мобильные абоненты данной группы.
• Существуют стандартный групповой вызов и групповой вызов с • • подтверждением. Стандартный групповой вызов предназначен для быстрого установления соединения. Прерывание соединения может производиться только инициатором группового соединения. Групповой вызов с подтверждением требует большего времени на организацию группового соединения. Однако он обеспечивает проверку присутствия всех абонентов группы. При групповом вызове с подтверждением обеспечивается следующий порядок работы. Вызывающий абонент посылает в инфраструктуру сети групповой вызов с подтверждением, после чего инфраструктура начинает осуществлять вызов членов группы. В случае, если инфраструктура не имеет списка членов группы, об этом сообщается инициатору сообщения. Каждый член группы, получивший сигнал вызова, посылает в инфраструктуру сигнал подтверждения и переходит в режим речевой связи в выделенном канале. Сообщения об отсутствии абонентов или их занятости передаются на терминал инициатора сообщения. Вызывающий абонент может начать передачу сообщений по окончании установления соединения или прервать соединение, если примет решение о недостаточности состава абонентов, установивших групповое соединение.
• Широковещательный вызов предназначен для • организации односторонней передачи речевой информации от вызывающей стороны нескольким вызываемым абонентам. Широковещательный вызов и последующая передача речевой информации производится в симплексном режиме. Он может быть инициирован либо мобильным абонентом, либо диспетчером сети. Получатели широковещательного сообщения, т. е. вызываемые абоненты, называются широковещательной группой. Такая группа может включать как мобильных абонентов, так и линейные терминалы. Члены группы имеют один общий широковещательный номер, который может совпадать с групповым номером. Если подвижные абоненты зарегистрированы в зонах действия нескольких базовых станций, вызов может быть послан на все базовые станции. При этом диспетчер сети может выбрать режим стандартного широковещательного вызова или широковещательного вызова с подтверждением. Широковещательное соединение может быть прервано только инициатором вызова.
Идентификация в системах TETRA
• Абонентские идентификаторы в системах TETRA имеют • • различную длину. В рамках TSI используются идентификаторы длиной 48 бит. Укороченная идентификация SSI предполагает использование 24 битных идентификаторов. Каждая мобильная станция (MS) или линейная станция (LS) располагает как минимум одним семейством TSI. В состав каждого семейства входят следующие элементы: индивидуальный идентификатор (ITSI); идентификатор псевдоним (ATSI); один или несколько групповых идентификаторов (GTSI). Мигрирующие абоненты могут сохранять в визитных сетях имеющиеся ITSI, либо получать от оператора визитной сети новые идентификаторы псевдонимы. В последнем случае они называются (V)ATSI. Мигрирующим абонентам могут быть также присвоены визитные групповые идентификаторы (V)GSSI.
• Одному идентификатору ITSI могут соответствовать • • несколько групповых идентификаторов GTSI(в рамках одного семейства). В то же время, один и тот же GTSI может быть ассоциирован с несколькими ITSI. Механизм установления соответствия между ITSI и GTSI не регламентирован в стандарте ТЕ 1 Идентификаторы ITSI присваиваются долговременно, в то время как идентификаторы ATSI и GTSI может быть динамически переназначены. ITSI может быть запрограммирован фирмой оператором сети или ассоциирован с именем, введенным пользователем на терминальном оборудовании. Стандарт не допускает изменения ITSI по радиоканалу. Динамическая смена GTSI в рамках перегруппировки, напротив, осуществляется по командам в радиоканале. Укороченная идентификация SSI введена в целях уменьшения объема служебной информации, передаваемой по каналам системы TETRA.
• Идентификация управления (TMI) в системах TETRA • • производится аналогично идентификации абонента Прежде чем абонентская станция приступит к работе, оператор сети должен назначить ей идентификатор управления. Этот идентификатор не может быть изменен пользователем, а также динамически переопределен. Он представляет собой адрес, используемый только внутри системы TETRA для ограниченного набора функций сетевого администрирования. Обычным пользователям сети TETRA адресное пространство TMI должно быть недоступно
• Идентификатор абонентской станции имеет • • длину 15 десятичных цифр. Он включает в себя сборочный код (англ. Final Assembly Code, FAC) и электронный серийный номер (англ. Electronic Serial Number, ESN). Двузначный сборочный код указывает на производителя и место сборки. Электронные серийные номера должны быть уникальными для сочетания TAC+FAC.
• Стандарт TETRA обеспечивает два уровня безопасности • передаваемой информации: стандартный уровень, использующий шифрование в радиоканале, и высокий уровень, обеспечиваемый с помощью сквозного шифрования с применением оригинальных криптографических алгоритмов. Под безопасностью информации в системах транкинговой радиосвязи стандарта TETRA понимается исключение несанкционированного использования системы и обеспечение секретности переговоров подвижных абонентов.
Аутентификация и шифрование
Концепция аутентификации • В стандарте TETRA применяется относительно новая • • концепция аутентификации, использующая шифрование. Общий принцип реализации аутентификации через шифрование состоит в том, что в текст передаваемого сообщения включается пароль, представляющий фиксированный или зависящий от передаваемых данных код, который знают отправитель и получатель или который они могут выделить в процессе передачи. Получатель расшифровывает сообщение и путем сравнения получает подтверждение, что принимаемые данные являются именно данными санкционированного отправителя.
Концепция аутентификации • Для выполнения процедуры аутентификации каждый • абонент на время пользования системой связи получает стандартный электронный модуль подлинности абонента (SIM карту), содержащий запоминающее устройство с записанным в нем индивидуальным ключом аутентификации и контроллер, который обеспечивает выполнение алгоритма аутентификации. С помощью заложенной в SIM карту информации в результате взаимного обмена данными между мобильной и базовой станциями осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети.
Аутентификация и шифрование
Концепция аутентификации • Процесс проверки подлинности абонента в сети стандарта TETRA • • • осуществляется следующим образом. Базовая станция посылает случайное число RAND на мобильную станцию. Мобильная станция проводит над этим числом некоторую операцию, определяемую стандартным криптографическим преобразованием ТА 12 с использованием индивидуального ключа идентификации абонента К, информирует значение отклика RES. Это значение мобильная станция отправляет на базовую. Базовая станция сравнивает полученное значение RES с вычисленным ею с помощью аналогичного преобразования ТА 12 ожидаемым результатом XRES. Если эти значения совпадают, процедура аутентификации завершается, и мобильная станция получает возможность передавать сообщения. В противном случае связь прерывается, и индикатор мобильной станции показывает сбой процедуры аутентификации. Важно отметить, что в процессе аутентификации, наряду со значением RES, на основе случайного числа и индивидуального ключа идентификации абонента формируется выделенный ключ шифра (англ. Derived Cipher Key, DCK), который может использоваться в дальнейшем при ведении связи в зашифрованном виде.
Концепция аутентификации • Для устранения этого недостатка в системах стандарта • • TETRA используется иерархическая система ключей, в которой одни ключи защищаются другими. При этом процесс аутентификации аналогичен изображенному на рис. , однако вместо ключа аутентификации К используется т. н. сеансовый ключ аутентификации KS, который вычисляется по криптографическому алгоритму TA 11 из К и некоторого случайного кода RS. Распределение сеансовых ключей аутентификации по базовым станциям обеспечивается центром аутентификации. Процедура аутентификации мобильных абонентов с использованием сеансовых ключей показана на рис. . Генератор случайной последовательности, входящий в состав центра аутентификации, вырабатывает некоторый случайный код RS. Используя значение RS и индивидуальный ключ аутентификации К, с помощью криптографического алгоритма ТА 11 центр аутентификации формирует и передает в базовую станцию сеансовый ключ KS вместе с
Концепция аутентификации • Базовая станция формирует случайное число RAND 1 и • передает на мобильную станцию RAND 1 и RS. В мобильной станции первоначально по алгоритму ТА 11 вычисляется значение сеансового ключа KS, а затем по алгоритму ТА 12 формируются значение отклика RES 1 и выделенный ключ шифра DCK 1. Отклик RES 1 передается на базовую станцию, где сравнивается с ожидаемым значением отклика XRES 1, вычисленным базовой станцией. При совпадении полученного и ожидаемого откликов процедура аутентификации завершается, и мобильная станция получает возможность передачи сообщений. Аналогично производится аутентификация сети абонентом. При этом формирование сеансового ключа KS' производится по сертифицированному алгоритму ТА 21, а вычисление отклика RES 2 (XRES 2) и выделенного ключа шифра DCK 2 – на основе алгоритма ТА 22.
Шифрование радиоинтерфейса • Для обеспечения секретности передаваемой по • • радиоканалу информации применяется ее шифрование. Все конфиденциальные сообщения должны передаваться в режиме с шифрованием информации. Шифрование активизируется только после успешного проведения процедуры аутентификации. Шифрование радиоинтерфейса предназначено для защиты речи и данных, а также данных сигнализации. В стандарте TETRA используется поточный метод шифрования, при котором формируемая ключевая псевдослучайная последовательность побитно складывается с потоком данных. Зная ключ и начальное значение псевдослучайной последовательности, получатель информации имеет возможность сформировать такую же последовательность и расшифровать закодированное сообщение при сохранении синхронизации между передающей и приемной сторонами.
Шифрование радиоинтерфейса • Поточное шифрование имеет определенное преимущество перед • • другими методами шифрования, заключающееся в отсутствии размножения ошибок в канале с помехами, т. е. ошибка приема одного бита зашифрованного текста дает только один ошибочный бит расшифрованного текста и не приводит к нескольким ошибкам. Для шифрования радиоинтерфейса могут использоваться следующие ключи шифрования: Выделенные ключи. Описанные выше выделенные ключи шифра (DCK) используются для организации связи типа «точка» . Использование выделенных ключей возможно только после успешного завершения процедуры аутентификации. Статические ключи (англ. Static Cipher Key, SCK). Представляют собой одну или несколько (до 32) заданных величин, которые загружаются в базу данных мобильной станции, причем эти величины известны сети. Используются для ограниченной защиты сигналов сигнализации и пользовательской информации в системах, которые функционируют без явной аутентификации. Групповые ключи (англ. Common Cipher Key, ССК). Используются для шифрования информации при широковещательном вызове. Групповые ключи формируются в сети и распределяются подвижным абонентам по радиоканалам после процедуры аутентификации.
Шифрование радиоинтерфейса • Правильная синхронизация потока ключей шифрования • • обеспечивается с помощью механизма нумерации кадров и дополнительного внутреннего счетчика. В TETRA номера кадров повторяются приблизительно каждые 60 секунд, поэтому в течение этого времени синхронизация ключей может осуществляться за счет номера кадра. Для расширения этого временного интервала используется 16 разрядный внутренний счетчик. Конкатенация (сцепление) номера кадра и показаний внутреннего счетчика обеспечивает эффективную синхронизацию ключевого потока. Разрядность счетчика обеспечивает увеличение периода повторения до 15 дней. Для начальной синхронизации и ее восстановления текущее состояние счетчика передается с определенными интервалами базовыми станциями. Для исключения определения (идентификации) абонентов путем перехвата сообщений, передаваемых по радиоканалу, в стандарте TETRA используются временные идентификационные номера абонентов.
Шифрование радиоинтерфейса • После первого контакта (сеанса связи) сети с • • • пользователем уникальный идентификационный номер абонента заменяется на временный (псевдоним). каждой новой регистрации пользователя псевдоним заменяется на новый. Кроме того, как индивидуальный, так и групповой идентификационный номер защищается с помощью шифрования радиоканала. Секретность абонента сохраняется при выполнении процедуры корректировки местоположения абонента, так как при переходе абонента из зоны в зону мобильная и базовая станции обмениваются служебными сообщениями, содержащими временные идентификационные номера абонентов.
Скачать презентацию ТРАНКИНГОВЫЕ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ доктор технических наук профессор
tranking_prezentatsia-2 .ppt