Sieci Bezprzewodowe. System FSO Pojęcie sieci trankingowej System TETRA. System FSO

Transkrypt

1 dr inż. Krzysztof Hodyr Sieci Bezprzewodowe Część 6 System FSO Pojęcie sieci trankingowej System TETRA System FSO FSO (Free Space Optics) dostęp za pomocą wiązki laserowej. Technika stosowana od ponad 30 lat do szybkiej budowy mobilnych łączy polowych o dużej przepływności. Ostatnio znajduje ona coraz szersze zastosowanie w publicznych sieciach dostępowych. Łącze FSO składa się z dwóch głowic, z których każda pracuje jako nadajnik wyposażony w laser VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) i odbiornik z fotodiodą lawinową APD (Avalanche Photodiode). Budowa FSO Zasada działania FSO Wiązki lasera w odległości 100 m od głowicy optycznej zaczynają zachodzić na siebie i powstaje plamka części wspólnej o czterokrotnie większym natężeniu sygnału. Ze wzrostem odległości część wspólna powiększa się. Zasada działania FSO Tłumienność powietrza 1

2 Głowice systemu FSO Łącza optyczne FSO Długość łączy FSO zawiera się w przedziale od 100 m do 2 km, a przepływność do 2,5 Gb/s, zapewniając w ten sposób przepływ strumienia danych podobnie jak łącze światłowodowe OC-48/STM-16. Łącza optyczne mogą być realizowane w jednej z czterech konfiguracji: - punkt punkt - punkt wielopunkt - pierścień - sieć Głowice optyczne FSO montowane na dachu i elewacji budynku Łącza optyczne FSO Rodzaje mostów FSO punkt punkt pierścień punkt wielopunkt sieć Systemy FSO oferowane są jako mosty dla różnych rodzajów sieci: Ethernet 10/100/1000, E1/E3, OC3/STM-1 do OC48/STM-16 oraz ATM155. Zarządzanie i konfigurację systemu przeprowadza się najczęściej za pomocą protokołu SNMP lub przeglądarki internetowej. W prostszych realizacjach multiplekser i panel sterowania może być zintegrowany z interfejsem optyczno-elektrycznym i umieszczony w głowicy. W zaawansowanych wykonaniach o dużej przepływności i zasięgu stanowią one niezależne moduły będące częścią wewnętrznej infrastruktury sieciowej użytkownika. Łącza optyczne FSO Blok multipleksera i sterownika SNMP systemu FSO Zalety i wady systemów FSO Szybka, tania, nie wymagająca zezwoleń ani przydziałów częstotliwości instalacja systemu Bardzo duża przepływność łącza optycznego Wymagana bezpośrednia widoczność głowic Przy złych warunkach pogodowych (mgła, deszcz, śnieg) przepustowość łącza ulega znacznemu obniżeniu, aż do zerwania komunikacji włącznie Hybrydowe łączenie techniki FSO z innymi systemami komunikacji przewodowej lub bezprzewodowej, np. w oparciu o technologię IEEE , eliminuje możliwość zerwania komunikacji 2

3 Hybrydowa głowica FSO/IEEE Bezpieczeństwo laserowe systemów FSO Systemy FSO są klasyfikowane przez IEC (Europa) i FDA- Food and Drugs Administration (USA). Minimalną akceptowalną klasą dla systemów FSO jest 1M. Systemy klasy 3B lub wyższej są niebezpieczne dla oka i nie powinny być używane w miejscach publicznych. Promieniowanie laserowe charakteryzuje się dużym skupieniem wiązki światła oraz jej monochromatycznością. Dzięki temu uzyskuje się bardzo duże gęstości mocy wiązki laserowej. Niezabezpieczone żadną osłoną ludzkie oko jest bardzo podatne na uszkodzenia powodowane przez wiązkę światła laserowego. Stopień uszkodzenia zależy od długości fali optycznej lasera, stopnia jej skupienia oraz mocy wiązki światła. Bezpieczeństwo laserowe systemów FSO Zasadę bezpiecznej pracy z urządzeniami laserowymi reguluje w Polsce norma PN-EN :2000 Bezpieczeństwo urządzeń laserowych. Klasyfikacja sprzętu, wymagania i przewodnik użytkownika. Według normy polskiej zgodnej z europejską EN :2000 mamy obecnie następujące klasy urządzeń laserowych: 1, 1M, 2, 2M, 3R, 3B, 4 Pojęcie sieci trankingowej Idea sieci trankingowej polega na automatycznym i dynamicznym rozdziale ograniczonej ilości kanałów między znacznie większą liczbę grup użytkowników. Wolny kanał w systemie jest przydzielany abonentowi na czas prowadzenia rozmowy (bądź przesłania danych) i natychmiast po jej zakończeniu może być ponownie przydzielony innemu użytkownikowi. Dynamicznym rozdziałem kanałów steruje zwykle stacja bazowa w sposób niezauważalny dla abonenta. Konwencjonalny system łączności Trankingowy system łączności 3

4 Trankingowy system łączności Trankingowy system łączności Koncepcja trankingu opiera się na teorii prawdopodobieństwa. Istnieje bardzo małe prawdopodobieństwo, że wszyscy abonenci będą chcieli w tym samym momencie skorzystać z kanałów radiowych. Dynamiczny rozdział kanałów z ograniczonej ich liczby poprawia efektywność systemu w porównaniu z systemem, w którym każdy kanał jest na stałe przydzielony określonemu abonentowi. Racjonalna eksploatacja zasobów sieciowych PAMR (Public Access Mobile Radio) publiczne sieci trankingowe PMR (Private Mobile Radio) wewnętrzne sieci trankingowe (nie mylić z PMR446) Poprzednicy systemu TETRA: - analogowy MPT analogowo-cyfrowy EDACS System TETRA TETRA TErrestrial Trunked RAdio nowoczesny, otwarty, globalny standard cyfrowej łączności trankingowej opracowany w latach i zatwierdzony przez ETSI normą EN przeznaczony do stosowania w sieciach dyspozytorskich służb publicznych: - policji - pogotowia ratunkowego - straży pożarnej - wojska - służb zarządzania transportem - straży miejskiej, itp. 1a - interfejs radiowy (Air Interface) w trybie trankingowym - TMO 1b - interfejs radiowy (Air Interface) w trybie bezpośrednim - DMO 2 - interfejsy do innych sieci TETRA (Inter System Interface) - ISI 3 - interfejsy do sprzętu peryferyjnego (Peripheral Equipment Interface) - PEI 4 - interfejs liniowy do terminala (Line Station Interface) - LSI 5 - interfejs Centrum Zarządzania Siecią (Central Network Management Interface) - CNMI 6 - bramy do innych sieci telekomunikacyjnych BS - stacje bazowe NMS - system zarządzania siecią (Network Management System) - NMS System TETRA TETRA warstwa fizyczna TETRA ma topologię komórkową z wyraźnie wydzielonym centrum zarządzania oraz stanowiskami dyspozytorów. Zadaniem centrum zarządzania jest nadzór nad stanem technicznym sieci, zaś dyspozytorzy realizują zadania operacyjne w odniesieniu do podległych im abonentów, organizując ich pracę indywidualną bądź grupową. Decyzja European Radiocommunications Committee ERC (96)01 wydzielenie pasm MHz (uplink) oraz MHz (downlink) na potrzeby państwowych systemów bezpieczeństwa i porządku publicznego TETRA w Europie Decyzja ERC (96)04 przydział pasm MHz / ,9 MHz, MHz, MHz, MHz / MHz dla cywilnych i publicznych systemów TETRA Plan zagospodarowania częstotliwości publicznej sieci TETRA w Polsce ( MHz) podaje Zarządzenie nr 2 Prezesa URTiP z 12 grudnia 2003 roku 4

5 TETRA warstwa fizyczna TETRA interfejs radiowy wielodostęp TDMA/FDMA z 4 szczelinami czasowymi w ramce, stanowiącymi 4 odrębne kanały komunikacji czas trwania całej ramki zawierającej 2040 bitów to ok. 58,67 ms, co daje całkowitą przepływność kanału 36 kbit/s odstęp międzykanałowy 25 khz lub 12,5 khz odstęp dupleksowy między kierunkami transmisji w górę i w dół 10 lub 45 MHz, w zależności od używanego zakresu częstotliwości modulacja π/4 DQPSK Hierarchia i struktura ramek TETRA warstwa fizyczna Dwa rodzaje kanałów fizycznych: - fizyczny kanał sterujący CP (Control Physical channel) do sterowania przydziałem kanałów logicznych, nadawany na częstotliwości zwanej nośną główną stacji bazowej - fizyczny kanał rozmówny TP (Traffic Physical channel) do transmisji logicznych kanałów rozmównych lub danych Typowa stacja bazowa TETRA dysponuje 8 częstotliwościami nadawczymi udostępniając do 31 kanałów transmisji (jeden kanał jest kanałem sterującym w sieci trankingowej) 10 klas mocy stacji bazowych od 0,6 do 40 W oraz 8 klas mocy terminali ruchomych od 0,56 do 30 W (do 25 W EIRP w Polsce) Maksymalna średnica komórek sieci 60 km Maksymalna prędkość stacji ruchomej 200 km/godz. TETRA urządzenia 5

6 TETRA tryby pracy TMO i DMO TETRA tryby pracy TMO i DMO TMO tryb trankingowy (Trunked Mode Operation) komunikacja pomiędzy dowolnymi abonentami systemu zarówno ruchomymi jak i stałymi (dyspozytorzy, abonenci) odbywa się za pośrednictwem infrastruktury stałej systemu (stacje bazowe, komutatory, elementy zarządzające). DMO - tryb bezpośredni (Direct Mode Operation) komunikacja pomiędzy terminalami TETRA poza zasięgiem infrastruktury stałej systemu albo, gdy jest to uzasadnione wykonywanym zadaniem (praca kamuflowana, łączność krótkiego zasięgu) lub innymi czynnikami (praca wewnątrz budynków gdzie jest słabe pokrycie zasięgiem, awaria stacji bazowej, itp.). TETRA tryby pracy DMO DMO Back to back Cztery podstawowe rodzaje pracy w trybie DMO: DMO Back-to-back bezpośrednia komunikacja terminali w obszarze zasięgu DMO Repeater praca jako przekaźnik zwiększający obszar komunikacji terminali w trybie bezpośrednim Dual Watch praca pozwalająca na komunikację w jednej z sieci (bezpośredniej lub trankingowej) z jednoczesnym monitorowaniem sygnalizacji w drugiej sieci DMO Gateway bramka pomiędzy siecią terminali pracujących w trybie bezpośrednim (DMO), a siecią trankingową (TMO) DMO Repeater DMO Dual Watch 6

7 DMO Gateway TETRA usługi podstawowe Dwie podstawowe grupy usług: TETRA V+D (Voice plus Data) transmisja mowy i danych z prędkościami 2,4 kbit/s - 28,8 kbit/s w trybie połączeniowym TETRA POD (Packet Optimized Data) transmisja danych z prędkością do 28,8 kbit/s w trybie bezpołączeniowym Przepływności łącza radiowego Bezpieczeństwo łącza radiowego TETRA umożliwia szyfrowanie informacji w interfejsie radiowym (Air Interface Encryption) Klasy bezpieczeństwa interfejsu radiowego: - klasa 1 bez szyfrowania, może wymagać autoryzacji terminala - klasa 2 szyfrowanie z wykorzystaniem statycznie przyznawanego klucza dla sieci, może wymagać autoryzacji terminala - klasa 3 szyfrowanie z wykorzystaniem dynamicznie zmiennego klucza dla sieci, wymaga autoryzacji terminala z przyznawaniem mu indywidualnego klucza szyfrowego. Opcja szyfrowanie end-to-end pełne bezpieczeństwo danych bez względu na rodzaje kanałów transmisyjnych. Plan numeracji TETRA Plan numeracji TETRA Zgodny z rekomendacją ITU-T E.212 plan numeracji w sieciach TETRA 7

8 Zalety TETRA możliwość integracji z innymi systemami telekomunikacyjnymi i informatycznymi praca w trybie bezpośrednim DMO i komutacją pakietów szybki czas zestawiania połączenia ms architektura przystosowana do stopniowej rozbudowy bez konieczności zmiany już wdrożonego sprzętu przystosowanie urządzeń do ekstremalnych warunków pracy możliwość dostosowywania systemu do potrzeb szeroko rozumianego zarządzania kryzysowego. Rozwój systemu TETRA 1997 pierwsze komercyjne uruchomienie systemu 1997 rekomendacja systemu przez Unię Europejską dla służb i organizacji bezpieczeństwa publicznego w krajach Unii 2001 pierwszy system TETRA w Polsce 2002 pierwsze cywilne wdrożenie systemu w listopadzie we Wrocławiu (MZK) Aktualnie standaryzowana jest wersja druga tego systemu pod nazwą TETRA 2 Uwaga TETRA TETRAPOL TETRAPOL francuski, zamknięty standard firmowy, opracowany przez Matra Nortel Communications (aktualna nazwa firmy EADS Telecom). TETRAPOL pracuje w pasmach 80, 160, 400 lub 900 MHz. TETRAPOL wykorzystuje wielodostęp FDMA zamiast TDMA/FDMA oraz modulację GMSK w miejsce π/4 DQPSK. W 1999 roku ETSI odrzucił możliwość objęcia systemu TETRAPOL swoimi procedurami standaryzacyjnymi czyniąc standard TETRA jedynym systemem cyfrowej łączności trankingowej w Europie. 8