Транкинговая система радиосвязи: принцип работы и преимущества

Введение

Класс радиосистемы

Транк-радиосистема – это двухсторонняя радиосистема, использующая канал управления для автоматического назначения частотных каналов группам пользовательских радиостанций. В традиционной полудуплексной наземной мобильной радиосистеме группа пользователей (ток-группа) с мобильными и портативными двусторонними радиостанциями общается по одному общему радиоканалу, при этом говорит только один пользователь в каждый момент времени. Такие системы обычно имеют доступ к нескольким каналам, до 40–60, что позволяет нескольким группам в одной области общаться одновременно. В обычной (не транковой) системе выбор канала производится вручную: перед началом использования группа должна решить, какой канал выбрать, и вручную переключить все радиостанции на этот канал. Это неэффективное использование ограниченных радиочастотных ресурсов, поскольку группа пользователей должна иметь исключительное право использования канала вне зависимости от объема передаваемой информации. Кроме того, ничто не препятствует тому, чтобы несколько групп в одной области выбрали один и тот же канал, что приводит к конфликтам и взаимным помехам. Транк-радиосистема – это усовершенствованная альтернатива, в которой процесс выбора канала выполняется автоматически, чтобы избежать конфликтов каналов и обеспечить эффективность использования частотного спектра для нескольких ток-групп. Этот процесс контролируется центральным контроллером радиосвязи, функцию которого автоматически выполняет компьютерная система. Транкинг – это более автоматизированная и сложная радиосистема, но она обеспечивает преимущества в виде меньшего вмешательства пользователя в работу радио и большей спектральной эффективности при большом количестве пользователей. Вместо назначения радиоканала одной конкретной группе пользователей за раз, пользователи назначаются к логической группе – ток-группе. Когда любой пользователь в этой группе хочет связаться с другим пользователем в ток-группе, система автоматически находит свободный радиоканал, и разговор происходит на этом канале. По каналу может проходить множество несвязанных разговоров, используя время между ними. Каждая радиостанция содержит микропроцессор, который управляет процессом выбора канала. Канал управления координирует всю активность радиостанций в системе. Компьютер управления каналом отправляет пакеты данных, чтобы обеспечить возможность общения одной ток-группы, независимо от частоты. Основная цель этой системы – эффективность: множество людей могут вести множество разговоров, используя лишь несколько различных частот. Транкинг используется многими государственными организациями для обеспечения двусторонней связи пожарных служб, полиции и других муниципальных служб, которые совместно используют спектр, выделенный городу, округу или другому субъекту. Вторичным преимуществом транковой радиосистемы является простота обеспечения радиосовместимости и возможность, при правильном планировании, добавления в систему авторизованных пользовательских организаций после ее внедрения.

A trunked radio system is a two way radio system that uses a control channel to automatically assign frequency channels to groups of user radios. In a traditional half duplex land mobile radio system a group of users (a talkgroup) with mobile and portable two way radios communicate over a single shared radio channel, with one user at a time talking. These systems typically have access to multiple channels, up to 40 60, so multiple groups in the same area can communicate simultaneously. In a conventional (non trunked) system, channel selection is done manually; before use, the group must decide which channel to use, and manually switch all the radios to that channel. This is an inefficient use of scarce radio channel resources because the user group must have exclusive use of their channel regardless of how much or how little they are transmitting. There is also nothing to prevent multiple groups in the same area from choosing the same channel, causing conflicts and 'cross talk'. A trunked radio system is an advanced alternative in which the channel selection process is done automatically, so as to avoid channel conflicts and maintain frequency efficiency across multiple talkgroups. This process is handed by what is essentially a central radio traffic controller, a function automatically handled by a computer system. Trunking is a more automated and complex radio system, but provides the benefits of less user intervention to operate the radio and greater spectral efficiency with large numbers of users. Instead of assigning a radio channel to one particular user group at a time, users are instead assigned to a logical grouping, a talkgroup. When any user in that group wishes to communicate with another user in the talkgroup, an idle radio channel is found automatically by the system and the conversation takes place on that channel. Many unrelated conversations can occur on a channel, making use of the otherwise idle time between conversations. Each radio transceiver contains a microprocessor that handles the channel selection process. A control channel coordinates all the activity of the radios in the system. The control channel computer sends packets of data to enable one talkgroup to talk together, regardless of frequency. The primary purpose of this type of system is efficiency; many people can carry many conversations over only a few distinct frequencies. Trunking is used by many government entities to provide two way communication for fire departments, police and other municipal services, who all share spectrum allocated to a city, county, or other entity. A secondary benefit of a trunking radio system is the ease with which it can accommodate radio interoperability and with proper planning, add authorized user agencies to the system post implementation.

Канал управления

По сути, транкинговая радиосистема — это компьютерная сеть с коммутацией пакетов. Радиостанции пользователей отправляют пакеты данных на компьютер, работающий на выделенной частоте, называемой каналом управления, чтобы запросить связь в определенной группе вызова. Контроллер посылает сигнал всем радиостанциям, прослушивающим эту группу вызова, инструктируя их автоматически переключиться на частоту, указанную системой, для прослушивания передачи. После завершения передачи пользователь возвращается к прослушиванию канала управления в ожидании новых сообщений. Такая организация позволяет нескольким группам пользователей совместно использовать ограниченное количество радиочастот, не перехватывая чужие разговоры. Транкинговые системы в первую очередь экономят ограниченные радиочастоты и также предоставляют пользователям другие расширенные возможности.

Дискуссионные группы

"Толкгруппа" – это назначенная логическая группа пользователей в транковой радиосистеме. В отличие от обычной радиостанции, которая назначает пользователям определенную частоту, транковая система использует ряд частот, выделенных для всей системы. Затем управляющий канал координирует систему, позволяя толкгруппам беспрепятственно использовать эти частоты. Цель – значительно увеличить емкость системы при оптимальном использовании частотного ресурса. Многие современные радиостанции воспринимают толкгруппы как частоты, поскольку они функционируют аналогично. Например, на радиосканере часто можно назначать толкгруппы в банки или блокировать их, точно так же, как и обычные частоты.

Карты и идентификаторы флота

Каждая система создается с использованием ряда системных разговорных групп, определенных в соответствии с потребностями планируемых ведомств-пользователей. Новые разговорные группы могут быть легко добавлены по мере развития системы и выявления новых ведомств или требований. Для каждого ведомства-пользователя разговорные группы назначаются в "карте парка" ведомства. В "карте парка" описываются различные разговорные группы, необходимые ведомству для успешного выполнения своих задач. Например, в карте парка службы скорой помощи будет создана разговорная группа для каждой приемной больницы, с которой взаимодействуют машины скорой помощи; разговорные группы для связи с диспетчерами, разговорные группы для специальных мероприятий или чрезвычайных ситуаций, разговорная группа для авиамедицинской транспортировки, а также ряд разговорных групп, которые совместно используются (с соответствующими средствами контроля) с другими службами экстренного реагирования, такими как полиция и пожарная охрана. Каждой разговорной группе присваивается уникальный цифровой идентификатор в системе, чтобы диспетчер мог направлять передачи на радиостанции, предназначенные для их приема. В рамках одной общей системы могут функционировать парк машин скорой помощи, парк пользователей полиции и парк пожарных. В большинстве общедоступных систем обеспечения общественной безопасности/общественных услуг, будь то городские или областные/провинциальные, часто есть дополнительные пользователи, использующие систему с заранее определенным более низким приоритетом обслуживания, такие как контроль за животными, коммунальные службы, обслуживание дорог, исправительные учреждения, управление природными ресурсами и т.д. Система также может включать разговорные группы для федеральных агентств, действующих в пределах юрисдикции, и в некоторых случаях для коммерческих пользователей, оказывающих помощь в обеспечении общественной безопасности. Эти карты парка рассматриваются как подгруппы фактических разговорных групп. Подгруппы интуитивно программируются в радиостанции пользователей, чтобы пользователи могли легко найти нужную разговорную группу при необходимости переключения в конкретной ситуации. В качестве альтернативы оператор диспетчерской консоли системы транкинга может фактически "соединить" две разговорные группы, создавая новую "виртуальную" разговорную группу, чтобы пользователи из разных ведомств могли общаться, не переключая каналы. Как правило, при планировании многоведомственной транкинговой радиосистемы каждому ведомству присваивается "блок" идентификационных номеров разговорных групп, основанный на количестве разговорных групп, которые они планируют использовать, плюс некоторый запас для будущего расширения. Таким образом, блок идентификаторов разговорных групп для полиции может начинаться с 102100 и заканчиваться 102199, а блок для пожарной охраны в той же системе может начинаться с 102200 и заканчиваться 102299. Это идентифицирует систему как 102XXX и предоставляет сто идентификаторов разговорных групп для каждого ведомства. Ведомствам, совместно использующим разговорные группы (иногда называемые группами взаимопомощи или межведомственными), может быть присвоен блок, начинающийся с 102500 и заканчивающийся 102520, что позволяет использовать двадцать общих разговорных групп, доступных для любого уполномоченного ведомства. Во многих общепровинциальных системах для участия в системе пользовательские ведомства обязаны включать все авторизованные общие разговорные группы и/или общие симплексные частоты.

Each system is built with a number of system talkgroups identified as required by the planned user agencies, to which new talkgroups can easily be added as the system matures and new agencies or new requirements are identified. For each user agency, talkgroups are assigned in an agency 'fleetmap'. The fleetmap lays out the various talkgroups that the agency requires to successfully undertake its business. For example, in an ambulance service fleetmap there will be a talkgroup created for each of the hospital ER's that the ambulances interact with; talkgroups for communications with dispatch(s), talkgroups for special events or disasters, a talkgroup for air medical transport, and a number of talkgroups that are shared (with appropriate controls) with other first response agencies such as police and fire services. Each talkgroup is assigned a unique digital ID on the system so that the controller can direct transmissions to the radios which are intended to receive them. Within the same shared system there can be a fleet of ambulances, a fleet of police users, and a fleet of firefighters. In most shared public safety/public service systems, whether city wide, or state/province wide, there are often additional users sharing the system at a pre determined lower priority for service such as animal control, public works, highways maintenance, correctional services, natural resources, etc. The system may also include talkgroups for federal agencies operating within the jurisdiction and in some cases commercial users which provide assistance to general public safety. These fleetmaps are considered subfleets of the actual talkgroups. The subfleets are intuitively programmed into the users' radios so that the users can easily find a talkgroup when s/he is required to switch for a particular situation. Alternatively, a trunking system dispatch console operator can actually 'patch' two talkgroups together making a new 'virtual' talkgroup to allow users from different agencies to communicate without having to switch channels. Generally in planning a multi agency trunking radio system, each agency is assigned a 'block' of talkgroup ID numbers based on the number of talkgroups they anticipate requiring, plus some excess for future expansion. Thus a police service block of talkgroup ID's might begin with 102100 up to 102199, and a fire service block on the same system might begin with 102200 up to 102299. This identifies the system as 102XXX and provides one hundred talkgroup ID's for each agency. Agency shared talkgroups (sometimes referred to as Mutual Aid or Inter agency) may be assigned a block starting at 102500 up to 102520, allowing for twenty shared talkgroups that can be offered for use by any authorized agency. In many province wide systems, it is mandatory for participation in the system for user agencies to include all of the authorized shared talkgroups and/or shared simplex frequencies.

Сканирование

Большинство сканеров, способных принимать транковые радиосистемы (так называемое трек-отслеживание), могут сканировать и сохранять отдельные группы вызовов так же, как и частоты. Отличие в том, что эти группы назначаются определенному банку, в котором запрограммирована транковая система. Иными словами, группы вызовов хранятся в транковом банке.

Сравнение с телефонным трубопроводом

Концепция транкинга (разделения ресурсов) на самом деле довольно старая и заимствована из технологий и практики телефонных компаний. Рассмотрим два центральных офиса связи, один в городе "А", а другой – в соседнем городе "Б". Каждый из этих центральных офисов имеет теоретическую пропускную способность для обслуживания десяти тысяч телефонных номеров. (Центральный офис "А" с префиксом "123" располагает 10 000 номерами от 123 0000 до 123 9999; центральный офис "B" с префиксом "124" – аналогично.) Если бы все 10 000 абонентов в городе "А" одновременно звонили 10 000 абонентам в городе "Б", потребовалось бы 10 000 линий для соединения этих двух городов. Однако вероятность такого события крайне мала, поскольку количество одновременных звонков обычно значительно меньше. Формула Эрланга B – общепринятый метод прогнозирования оптимального количества магистральных линий, необходимых в нормальных условиях. Эта концепция была просто применена к радиогруппам пользователей для определения оптимального количества каналов, необходимых для обслуживания заданного числа пользователей в нормальных условиях. В случае масштабной чрезвычайной ситуации, такой как крупное землетрясение, к телефонным и радиосистемам попытается получить доступ гораздо больше пользователей, чем обычно. В обоих случаях, когда пропускная способность системы будет полностью исчерпана, все последующие пользователи будут слышать сигнал занятости. В такой ситуации управление связью становится критически важным: для очень локальной связи используются симплексные (несистемные) частоты, а для связи на большем расстоянии – заранее определенные транкинговые группы связи и регулируется использование ресурсов в пользу приоритетных коммуникаций. В нашем примере с диспетчерской службой полиции различным группам связи присваиваются разные уровни системного приоритета, иногда с возможностью "вытеснения", чтобы обеспечить поддержание связи между критически важными подразделениями.

Отличия от обычной двухсторонней радиостанции

"Трунковые" радиосистемы отличаются от "обычных" радиосистем тем, что в обычной радиосистеме для каждой отдельной группы пользователей выделяется выделенный канал (частота), а в "транкинговых" радиосистемах используется общий пул каналов, доступный для большого числа различных групп пользователей. Например, если для организации связи полиции по всему городу на основе географических районов патрулирования требуется двенадцать обычных каналов, то в периоды низкой активности диспетчерской службы значительная часть этих каналов простаивает. В транкинговой системе полицейским подразделениям в определенном географическом районе не назначается выделенный канал, а вместо этого они включаются в группу переговоров, которая имеет право использовать общие ресурсы меньшего пула каналов.

Преимущества трубопровода

Транк-радио использует тот факт, что при любом количестве пользователей не всем потребуется одновременный доступ к каналам, поэтому требуется меньше отдельных радиоканалов. С другой стороны, при заданном количестве радиоканалов можно обслуживать гораздо большее число пользовательских групп. Например, в полицейском департаменте эта дополнительная емкость может быть использована для назначения отдельных каналов связи специализированным группам – следственным, регулирования дорожного движения или группам, работающим на специальных мероприятиях, которые в противном случае не имели бы возможности вести частные переговоры. Для пользователя транк-радио выглядит как обычное радио: есть переключатель выбора канала, позволяющий пользователю выбрать нужный канал. Однако на самом деле переключатель канала не переключает частоты, как в обычном радио, а при изменении обращается к внутренней программе, которая передает информацию о новой принадлежности к каналу связи на управляющий канал. Это идентифицирует конкретное радио для системного контроллера как участника определенного канала связи, и это радио будет включено во все переговоры в этом канале. Это также обеспечивает большую гибкость в использовании радио – одна и та же модель радио может использоваться для различных типов пользователей системы (например, полиция, пожарные, коммунальные службы, служба контроля за животными и т. д.) путем простого изменения программного обеспечения в самом радиоприемнике. Поскольку каналы связи постоянно используют разные частоты, системы транк-радио затрудняют для слушателя сканера, не имеющего запрограммированного сканера с функцией отслеживания транков, следить за разговором. В 1997 году на рынке появились радиосканеры, совместимые с транк-системами. Одной из первых компаний, представивших эти устройства на рынок, была Uniden, которая 5 декабря 1997 года зарегистрировала термин «отслеживание транков».

Типы радиосистем с транксом

Это не список типов оборудования производителей, а список типов воздушных интерфейсов, если только не были внесены существенные изменения, специфичные для поставщика, которые противоречат опубликованному стандарту. Современные транковые радиотехнологии обычно разделяются на три различных типа, или "уровня". Они не являются "официальными", но чётко определены в рамках типов протоколов.