Systemy teleinformatyczne w zarządzaniu kryzysowym. (

Transkrypt

1 Systemy teleinformatyczne w zarządzaniu kryzysowym (

2 Sieć komórkowa infrastruktura telekomunikacyjna umożliwiająca łączność bezprzewodową swoim abonentom w zakresie przekazywania głosu przekazywania wiadomości informacyjnych: tekstowych SMS (Short Message Service) multimedialnych MMS (Multimedia Message Service) Przekazywania danych (prywatnych lub internetowych)

3 Sieć komórkowa Podstawą działania jest podział przestrzeni na komórki Każda komórka jest obsługiwana przez pojedynczą stację bazową BTS (Base Transceiver Station) albo BS (Base Station) albo Node-B (w 3G UMTS) albo enode-b (w 4G LTE) która utrzymuje łączność z urządzeniami bezprzewodowymi w swojej komórce i zapewnia przekazywanie danych dalej w sieć do warstwy dosyłowej, szkieletowej i rdzenia sieci czyli pełni podobne funkcje jak punkt dostępu AP (Access Point) w sieci WiFi albo router w sieci IP

4 Regularna struktura komórkowa minimalizacja interferencji sąsiedniokanałowych w klastrze maksymalizacja odległości między komórkami z tymi samymi kanałami radiowymi, czyli minimalizacja interferencji współkanałowych

5 Komórki częściowo nakładają się na siebie zapewniając ciągłość pokrycia radiowego a ) b ) B S S t r e f a 1 : o b s z a r d o b r e j s ł y s z a l n o ś c i f B S 1 S t r e f a 1 B S 2 S t r e f a 1 f S t r e f a 2 : z a k ł ó c e n i a d l a i n n y c h s y s t e m ó w S t r e f a 2 S t r e f a 2 S t r e f a 3 : s y g n a ł j e s t p o m i j a l n y c ) B S 1 f S t r e f a 1 B S 2 S t r e f a 1 f S t r e f a 2 S t r e f a 2

6 Struktura komórkowa używana w praktyce zależy od gęstości zapotrzebowania na obsługiwany ruch

7 Komórki sektorowe pozwalają zwiększy pojemność i zasięg (anteny mają lepszy zysk energetyczny, co pozwala nadawać z większą mocą)

8 Dwuwarstwowa struktura komórkowa pozwala dopasować pojemność sieci a ) b ) t e r e n c e n t r u m b i z n e s o w e g o w a r s t w a 2

9 Generacje sieci komórkowych 1G NMT (Nordic Mobile Telephony) w Europie, AMPS w Ameryka Pn. Analogowa transmisja głosu Wąskopasmowa transmisja danych z komutacją łączy z przepustowością 9,6 kbit/s (odpowiednik transmisji modemowej w sieci stacjonarnej PSTN) Zasięg ograniczony do pojedynczych krajów W Polsce sieć działała w latach pod marką Centertel firmy PTK Mała liczba jednoczesnych połączeń (para kanałów radiowych obsługiwała jednego użytkownika) ale bardzo duży praktyczny zasięg (bo pasmo częstotliwości 400 MHz) dzięki czemu chętnie używana przez żeglarzy i rybaków oraz w terenie pofałdowanym (Mazury, góry), a także do telefonizacji wsi

10 Generacje sieci komórkowych 2G GSM (Groupe Spécial Mobile) w Europie Cyfrowa transmisja głosu Transmisja danych z przepływnością do 9,6/14,4 kbit/s zwiększona w technice HSCSD (High Speed Circuit Switch Data) do 115,2 kbit/s Zasięg w całej Europie (usługa roaming) W Polsce działa od 1996 r.

11 Generacje sieci komórkowych 2.5G i 2.75G GSM (Groupe Spécial Mobile) w Europie Rozszerzenia: GPRS (General Packet Radio Service) transmisja danych pakietowych z przepływnością do 173,2 kbit/s dzielona pomiędzy wszystkich użytkowników komórki! EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) transmisja danych pakietowych z przepływnością do 384 kbit/s dzielona pomiędzy wszystkich użytkowników komórki! dynamiczne dopasowywanie przepływności transmisji do warunków zewnętrznych

12 Struktura typowej sieci GSM - c e n t r a l a G S M B S C - s t e r o w n i k s t a c j i b a z o w y c h B S - s t a c j a b a z o w a c e n t r u m z a r z ą d z a n i a s i e c i ą G S M c e n t r u m i d e n t y f i k a c j i p o ł ą c z e n i a m i ę d z y m i a s t o w e o d u ż e j p r z e p u s t o w o ś c i p o ł ą c z e n i a o ś r e d n i e j p r z e p u s t o w o ś c i p o ł ą c z e n i a l o k a l n e o n i s k i e j p r z e p u s t o w o ś c i p o ł ą c z e n i a z e s t a ł ą s i e c i ą t e l e f o n i c z n ą R S O - r e j e s t r s t a c j i o b c y c h R S W - r e j e s t r s t a c j i w ł a s n y c h R I T - r e j e s t r i d e n t y f i k a c j i t e l e f o n ó w B S C B S C B S C B S B S B S B S B S B S B S B S

13 Przełączanie użytkownika między komórkami (handover) w sieci standardu GSM C e n t r a l a S t e r o w n i k i s t a c j i b a z o w y c h B S 1 B S 2 K o m ó r k a 1 K o m ó r k a 2

14 Sieć GSM działa na zasadzie szczelin czasowych co oznacza, że każdy aparat ma około 0,5 ms na nadawanie po czym stacja bazowa odbiera mu głos i telefon musi czekać na swoją następną szczelinę czasową a w tym czasie stacja bazowa obsługuje inne telefony. Dzięki systemowi szczelin czasowych wiele telefonów może działać na tej samej częstotliwości bo w danej chwili tylko jeden nadaje.

15 Struktura ramki z wielodostępem czasowym TDMA (Time Division Multiple Access) S t a c j a b a z o w a analogia do gracza w ping-pong C z ę s t o t l i w o ś ć f 1 4 m s r a m k a c z a s o w a m 0, m s ,5 ms C z ę s t o t l i w o ś ć f 1 S z c z e l i n a n r 1 A B S z c z e l i n a n r k m k m / s 0, 1 m s

16 Transmisja przerywana jeżeli użytkownik nic nie mówi to telefon nie nadaje większości pustych ramek jedynie co jakiś czas potwierdza, że jest połączony T r a n s m i s j a c i ą g ł a : T r a n s m i s j a p r z e r y w a n a : o k. 4 m s m s C z a s R a m k i z a w i e r a j ą c e s z u m R a m k i s y g n a ł u m o w y

17 Generacje sieci komórkowych 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) w Europie Cyfrowa transmisja głosu Transmisja danych do 2 Mbit/s ze znacznie mniejszymi opóźnieniami (ping) w stosunku do standardu GSM i możliwością pracy asymetrycznej (przepływność nadawania różni się od przepływności odbierania) Zasięg praktycznie na całym świecie (usługa roaming) ale w praktyce wyłącznie w miejscowościach, ponieważ praktyczny rozmiar komórki jest mniejszy niż w GSM W Polsce działa od 2002 r.

18 Generacje sieci komórkowych 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Architektura sieci identyczna jak w standardzie GSM ale system szczelin czasowych został zmieniony na wielodostęp kodowy CDMA (Code Division Multiple Access) - każdy użytkownik ma swój unikatowy kod pełniący rolę rozróżniającej sygnatury W technice tej każdemu terminalowi podłączonemu do sieci stacja bazowa przydziela dwa kody w pasmie częstotliwości w górę (uplink) i w dół (downlink) Oba pasma dla jednego terminala mogą mieć różną szerokość!

19 Generacje sieci komórkowych 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Zmiana techniki transmisji radiowego powoduje, że standard UMTS nie współpracuje ze standardem GSM, tzn. Muszą być rozmieszczone osobne stacje bazowe dla standardu GSM i UMTS (co najwyżej mogą być na tych samych masztach) Sieci UMTS i GSM nie mogą działać na tej samej częstotliwości Terminal musi mieć dwa układy nadawczo-odbiorcze (transceiver) które zwykle nie mogą być używane równocześnie

20 Generacje sieci komórkowych 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Rozszerzenia HSPA albo HSxPA (High Speed Packet Access) połączenie HSDPA i HSUPA HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) przesył danych do 21 Mbit/s (w kierunku do terminala) HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) przesył danych do 6 Mbit/s (w kierunku do stacji bazowej) HSDPA+ - przesył danych do 42 Mbit/s (w kierunku do terminala)

21 Wielodostęp w radiokomunikacji 1G: wielodostęp częstotliwościowy FDMA (Frequency Division Multiple Access) 2G: wielodostęp czasowy TDMA (+FDMA) albo CDMA (+FDMA) 3G: wielodostęp kodowy CDMA (+FDMA) 4G: wielodostęp OFDMA (Orthogonal Frquency Division Multiple Access) (+TDMA i +FDMA)

22 Wielodostęp w radiokomunikacji OFDMA TDMA w OFDMA

23 Generacje sieci komórkowych 4G LTE (Long Term Evolution) Transmisja danych do 300 Mbit/s w dół (downlink) i 75 Mbit/s w górę (uplink) Brak transmisji głosu z komutacją kanałów rozmowy odbywają się bazując na telefonii IP - VoIP (Voice over Internet Protocol) Zasięg teoretycznie na całym świecie (usługa roaming), obecnie w praktyce punktowy w dużych miastach. W Polsce działa od 2013 r. w centrach kilku dużych miast.

24 Generacje sieci komórkowych 4G LTE (Long Term Evolution) Zmiany w stosunku do 3G Inna technika wielodostępu - OFDMA (Orthogonal Frquency Division Multiple Access) - pozwala na 3-4 krotnie lepsze wykorzystanie pasma (efektywność widmowa [(bit/s)/hz]) Możliwość zmiany pojemności komórki (poprzez przydział szerszego lub węższego pasma: 20-1,25 MHz) Obsługa szybko poruszających się użytkowników do 500 km/h

25 Generacje sieci komórkowych 4G LTE (Long Term Evolution) Zmiany w stosunku do 3G - teoretyczne Możliwość transmisji do wielu terminali na raz (transmisja jeden od wielu multicast oraz rozgłoszeniowa broadcast) co teoretycznie umożliwia tworzenie odpowiedników radia i telewizji bez osobnych częstotliwości Praca w trybie przekaźnikowym w którym aparat mający dobry sygnał działa jako mini stacja bazowa dla pobliskich aparatów nie mających sygnału.

26 Tryb przekaźnikowy 26

27 Generacje sieci komórkowych 4G LTE (Long Term Evolution) Standard LTE nie współpracuje ani ze standardem GSM, ani z UMTS Muszą być rozmieszczone osobne stacje bazowe dla sieci GSM, UMTS i LTE (co najwyżej mogą być na tych samych masztach) Sieć LTE nie może działać na tej samej częstotliwości ani z siecią GSM, ani z siecią UMTS Terminal musi mieć już trzy układy nadawczo-odbiorcze (transceiver) które zwykle nie mogą być używane równocześnie aczkolwiek LTE ma potencjał do zastąpienia zarówno infrastruktury GSM, jak i UMTS

28 Generacje sieci komórkowych 4G LTE (Long Term Evolution) Rozszerzenia LTE-Advanced Transmisja danych do 1 Gbit/s

29 Tranking radiowa łączność dyspozytorska

30 Standard TETRA Standard TETRA (TErrestrial Trunked RAdio) jest europejskim cyfrowym standardem systemu łączności trankingowej, opracowywanym przez instytut ETSI (European Telecommunication Standard Institute) od 1992 roku. W standardzie TETRA zastosowano, mieszany sposób wielodostępu, tj. połączenie wielodostępu częstotliwościowego FDMA i czasowego TDMA.

31 Cechy interfejsu radiowego standardu TETRA Przydzielone do użytkowania pasmo częstotliwości jest dzielone na kanały o szerokości 25 khz każdy. W każdym kanale jest zdefiniowana struktura ramkowa zawierająca cztery kanały rozmówne zwielokrotnienia czasowego.

32 Struktura ramki TDMA 4 kanały użytkowników na jednej nośnej o szerokości 25 khz

33 Tryby pracy (repeater) TMO (Trunking Mode Operation) przekaźnik tryb bezpośredni brama DMO (Direct Mode Operation) (gateway)

34 Standard DMR dwa kanały komunikacji na kanał radiowy wielodostęp TDMA szerokość kanału radiowego 12,5 khz

35 Usługi i funkcje szyfrowanie transmisji przesyłanie pozycji GPS (Global Positining System) w ramach usługi lokalizowania pojazdów AVL (Automatic Vehicle Location) przesyłanie wiadomości tekstowych SDS (Short Data Service) przełączanie kanałów handover w trybie trankingowym, roaming, uwierzytelnianie terminali, tryb komunikacji bezpośredniej oraz połączenia indywidualne, grupowe i rozgłoszeniowe