MOŽNOST UVEDBE SATELITSKE POVEZAVE TETRA OMREŽIJ · Specifikacija ISI se ukvarja z medsebojnim delovanjem različnih TETRA omrežij, medtem ko je medsebojno delovanje z drugimi

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študija Smer Informatika v organizaciji in managementu

MOŽNOST UVEDBE SATELITSKE POVEZAVE TETRA OMREŽIJ

Mentor: red. prof. dr. Robert Leskovar Kandidat: Aleš Frank

Kranj, april 2012

ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju Robertu Leskovarju za vodenje pri nalogi. Posebna zahvala moji družini in prijateljem, ki so mi v času študija pomagali, me vzpodbujali in mi stali ob strani.

POVZETEK

Diplomska naloga opisuje profesionalni radijski sistem TETRA, možnost uvedbe satelitske povezave TETRA omrežij, tehnične značilnosti TETRA sistema, integracijo TETRA sistema s sateliti, prednosti in slabosti njegove uporabe in namene, v katere se uporablja. Ugotovitve so pokazale, da je povezovanje TETRA omrežij preko vmesnika ISI mogoče in da obstajajo potrebe po razvoju TETRA sistema in učinkovitejšega pretoka podatkov.

Primer možnosti uporabe TETRA omrežja prikazuje izvedba simulacije z odprtokodnim programom Radio Mobile. Pri poskusu postavitve radijskih naprav po terenu in vnosu parametrov se je izkazalo, da ponekod povezave nekaterih radijskih naprav niso možne zaradi dejavnikov, kot so razgibanost terena, vremeski vplivi, lomljivost signala. Tu se pojavi potreba po uporabi satelitskih povezav, saj je v primerih hudih naravnih nesreč pomemben hiter odziv reševalnih enot. Program Radio Mobile je zasnovan tako, da omogoča načrtovanje postavitve radijskih naprav, ker prikaže vse dejavnike, ki lahko vplivajo na uspešnost povezav med radijskimi napravami. KLJUČNE BESEDE TETRA sistem, satelitska omrežja, WiFi, Radio Mobile.

ABSTRACT

The thesis describes the professional TETRA radio system, the possibility of introducing TETRA Network satellite connections, technical features of the TETRA system, integration of TETRA with satellites, the advantages and disadvantages of its use and the purposes for which it is used. The findings show that the integration of TETRA networks via ISI interface is possible and that there exists the need for the development of TETRA system and efficient data flow.

An example of the possible use of TETRA network is shown by the simulation made with Mobile Radio open source program. With the attempt of installing radio equipment in the area and the input of parameters, it appeared that the links of some radio devices are not possible due to factors, such as the variability of the terrain, weather, breaking the signal. Here the need for the use of satellite links can be observed, as in cases of severe natural disaster a fast response of rescue units is significant. The program Radio Mobile is designed in a manner which allows us to design the installation of radio devices, as it displays all the factors that may affect the performance of radio links. KEYWORDS TETRA system, satellite networks, WiFi, Radio Mobile.

1. UVOD 1 SATELITSKA TEHNOLOGIJA 1 RAZVOJ TETRA IN GSM OMREŽJA 2 TETRA STANDARD ETSI 4

2. METODOLOGIJA 5 2.1. OPREDELITEV PROBLEMA 5 2.2. OPREDELITEV CILJEV NALOGE 5 2.3. PREDVIDENI REZULTATI NALOGE 5 2.4. UPORABLJENE METODE IN ORODJA 5 2.5. POMEMBNE PREDHODNE RAZISKAVE____________________________ 5

3. TETRA 6 3.1. FREKVENČNI PASI RAZLIČNIH OMREŽIJ 6 3.2. POTREBA PO TETRA OMREŽJU 7 3.3. TEHNIČNE LASTNOSTI SNOPOVNEGA TETRA RADIO SISTEMA 8

4. PREGLED PODATKOVNIH PRENOSOV PREKO TETRA SISTEMA 9 4.1. TEHNIČNE ZNAČILNOSTI (V + D) 9

4.1.1. ARHITEKTURA ZA STANDARD TETRA 9 4.1.1.1. FUNKCIONALNA STRUKTURA SISTEMA TETRA 9 4.1.1.2. MOBILNA POSTAJA (MS) 10 4.1.1.3. LINIJSKA POSTAJA (LS) 11 4.1.1.4. PREKLAPLJANJE IN UPRAVLJANJE Z

INFRASTRUKTURO TETRA SISTEMA (SwMI) 11 4.1.2. GOVORNI IN PODATKOVNI NAČIN DELOVANJA

VOICE+DATA (V+D) 12 4.1.3. DIREKTNI NAČIN DELOVANJA (DMO) __ 12 4.1.4. MEDMREŽNA POVEZAVA TETRA OMREŽIJ 13 4.1.5. ZAŠČITA TETRA OMREŽJA 14 4.1.6. POSODOBITEV SISTEMA Z HIGH SPEED DATA

SERVICE (TEDS) 14 4.1.7. TETRA PREKO IP 17 4.1.8. RAZVOJ TETRE V PRIHODNOSTI 17

5. MOBILNE SATELITSKE KOMUNIKACIJE S SISTEMI 18 5.1. INTEGRACIJA TETRA SISTEMA S SATELITI 19 5.2. ISI VMESNIK PREKO SATELITA 24 5.3. OMREŽNA ARHITEKTURA 24 5.4. QoS ZAHTEVE 25

6. UVOD V IZVEDBO SIMULACIJE TETRA SISTEMA S PROGRAMOM RADIO MOBILE 27 6.1. NAČELA BOLJŠEGA GLOBALNEGA USKLAJEVANJA HITREGA

ODZIVA 28 6.2. PREDSTAVITEV OTOKA HAITI IN GLAVNEGA MESTA PORT-AU-

PRINCE 29 6.3. POTRES NA HAITIJU 30 6.4. PROGRAMSKO ORODJE RADIO MOBILE 31 6.5. FRESNELOVE CONE 32

7. IZVEDBA SIMULACIJE S PROGRAMSKIM ORODJEM RADIO MOBILE 33 7.1. IZDELAVA SIMULACIJE 33 7.2. DOLOČANJE VHODNIH PARAMETROV 36 7.3. PREDSTAVITEV SIMULACIJE IN KONČNIH REZULTATOV 42 7.4. 3D RELIEFNI PRIKAZ OBMOČJA SIMULACIJE 48

8. ZAKLJUČEK 49 9. LITERATURA IN VIRI 50 10. KAZALO SLIK 51 11. KAZALO TABEL 52 12. KRATICE IN AKRONIMI 53

Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študija

Aleš Frank : Možnost uvedbe satelitske povezave TETRA omrežij Stran 1

1. UVOD

Globalne nesreče, ki predstavljajo stalno grožnjo za človeštvo, bodisi naravnega ali

umetnega izvora, je potrebno reševati odgovorno in skupaj z drugimi državami ter mednarodnimi organizacijami. Nedavni primeri naravnih nesreč, kot so potresi v Turčiji leta 1999 in cunamiji v Indoneziji, še posebej leta 2004, ter uničujoči orkani v Severni in Srednji Ameriki, kot je bil Katrina v ZDA leta 2005, se kažejo v luči velikih izgub človeških življenj in ogromne materialne škode. Pogosta težava pri teh situacijah je delno ali popolno uničenje obstoječih komunikacijskih omrežij, ki na eni strani onemogoča, da lahko poškodovanci pridejo v stik z reševalnimi skupinami, na drugi strani pa vodi k neusklajenosti med člani različnih reševalnih sil na območju nesreče.

Potreba po komunikaciji med različnimi neodvisnimi Profesionalnimi Mobilnimi Radijskimi (PMR) omrežji obstaja že več let. To še posebno velja za javno varnost in s tem povezane organizacije, predvsem pri reševanju večjih nesreč. Vseevropski TETRA standard je pomemben korak k medprepustnosti komunikacijske opreme na področju nujnih storitev. TETRA omrežja omogočajo tesnejše sodelovanje med policijo, gasilci, reševalnimi vozili, vojsko, cariniki na mejah in drugimi varnostnimi državnimi službami. TETRA omogoča zelo hiter čas dostopa do klica (300ms), kar je bistvenega pomena za javno varnost in sisteme nujnosti.

Satelitske komunikacije zagotavljajo pokritost širokega območja oz. terena in bi kot

možnost lahko igrale pomembno vlogo pri medsebojnem povezovanju TETRA omrežij, ki jih bom obravnaval v diplomski nalogi. Satelitska povezava bi bila lahko uporabljena za podporo različnim vmesnikom v omrežju TETRA. Pri izbiri določenega vmesnika se je potrebno zanašati na specifične scenarije, ki zagotavljajo različne prednosti in slabosti. Prisotni so številni koncepti, ki se vključujejo v satelitske povezave, od povezovanja majhnih zmogljivosti TETRA baznih postaj preko satelitskih povezav do medsebojnih povezovanj dveh neodvisnih omrežij TETRA. Tu je še posebej zanimiva uporabnost Inter System Interface (ISI) vmesnika. ISI je niz standardov, ki ga določa vmesnik za TETRA storitev preko meja omrežij. Specifikacija ISI se ukvarja z medsebojnim delovanjem različnih TETRA omrežij, medtem ko je medsebojno delovanje z drugimi javnimi omrežji predmet drugih vmesnikov in prehodov, kot so PSTN, ISDN, PDN, IP. (Vir: Satellite interconnection of TETRA networks via inter-system interface)

SATELITSKA TEHNOLOGIJA

Satelitska tehnologija postaja vedno pomembnejši ključ za telekomunikacije in se razvija, še posebno pri uporabi brezžične internetne povezave. Zaradi zapletenega sistema in velikih stroškov poslovanja so možnosti uporabe takšne tehnologije za določeno skupnost prevelik zalogaj. Satelitski ponudniki ponujajo široko pokritost, tako na širšem območju kot na podeželju ali oddaljenih območjih, kjer zemeljska storitev ni bila zgrajena ali pa se nikoli ne bo gradila, kot je na primer nadzorni center.



Njegova uporabnost na področju javne varnosti je omejena zaradi:

• dolgih vzpostavitvenih časov klicev, • dolgih zamud pri prenosih, ki močno ovirajo dvosmerno govorno komunikacijo, • povezava s sateliti mora biti direktna in v vidnem polju ter neprekinjena z raznimi ovirami, • mobilna in prenosna oprema uporabnikov je precej zajetna, • minutne storitve so drage. RAZVOJ TETRA IN GSM OMREŽJA Vir: Options for a Public Safety Wireless Communications System: Synthesis and Evaluation Report, 2001.

Odločitev za razvoj digitalnih rešitev za evropsko javno varnost je bila sprejeta že več kot pred desetletjem. Veliko dobaviteljev pod vodstvom Motorole in Nokie se je zavzemalo, da ETSI podpre tehnologijo TETRA, ki je bila izbrana pri Britanski, Finski, Belgijski in Nizozemski vladi. Francoski EADS Telecom (prej Matra) je zavrnil rešitev TDMA v korist svoje FDMA osnovne tehnologije TETRAPOL. Kasneje je na tržišču tehnologije zmagal in sklenil pogodbe v Franciji, Španiji, Švici, in Vzhodni Evropi. Ko se je leta 1999 ETSI odločil, da lahko podpira samo en digitalni radijski mobilni standard TETRA, je postalo jasno, da bo to nov sistem, ki bo zagotavljal javno varnost v Evropi. Ob koncu leta 2003 so bile Nemčija, Norveška in Švedska še vedno neodločene, katero rešitev izbrati. Ne glede na izbrano tehnologijo, pa končne odločitve ne bi smeli sprejeti kar tako zlahka, saj odločitev ni poceni rešitev, vprašanje pa je bilo tudi, kako ji zagotoviti prihodnost.

Nobena od prve generacije snopovnega radijskega sistema na trgu ni ponujala

zadovoljive govorne in podatkovne storitve, zato se je postavljalo vprašanje ali je tehnično sposobna. S tem se je ukvarjalo veliko naročnikov. V začetni fazi sta bili proizvedeni dve družini standardov za TETRA : • Voice plus Data (V + D) Standard, • Data Only (Packet Data Optimized Standard, PDO). TETRA V + D standard je bil predviden kot naslednik obstoječe prve generacije snopovnega radijskega omrežja, medtem ko je PDO standard opredeljeval paketni radijski sistem druge generacije. Oba standarda uporabljata isti fizični prenos tehnologije in v veliki meri enako oddajno/sprejemno opremo.

Policija je uporabljala GSM že vrsto let v službene in neslužbene namene. GSM za železnice (GSM-R) je izboljšana funkcija na GSMih, ki omogočajo omejeno skupino in oddajanje klicev. GSM telefoni so v primerjavi s specializiranimi TETRA postajami precej bolj cenovno dostopni. Tisoč lokacij GSM omrežja je že na voljo tako v Nemčiji, Norveški in Švedski – države, ki so se že odločile za digitalni standard. Torej zakaj je GSM tako nevarna izbira za glavni sistem javne varnosti?



Slika 1 : TETRA omrežja v svetu Vir : NYSTEC Options for Public Safety Wireless Communications System

Kljub uvedbi GSM omrežja po vsej Evropi se pričakuje, da bodo naročniške številke

za snopovni radijski mobilni sistemi še naprej naraščale enakomerno. Podatek o tem je okoli pet milijonov do leta 2003, do leta 2011 pa okoli 10 miljonov.

Izvedba poročil svetovalnih podjetij Gartner in Mason Communications, v katerih so raziskovali izvedljivost uporabe mainstream tehnologije kot so GSM za javno varnost in varnost omrežij, je pokazala, da GSM ne izpolnjuje zahtev uporabnikov iz naslednjih razlogov: • GSM omrežje ne dovoljuje skupinskih klicev in podatkovnih komunikacij na širšem območju. • Različici standarda GSM-R (ASCI) in Ericsson GSM Pro predstavljata nekoliko bolj zapleten skupinski klic in oddajanje klicev, imata pa prednost masovne proizvodnje, vendar se kajkmalu porazgubi cena na enoto, ki jo predstavlja TETRA. • V GSM standard je potrebno dodati elemente ali si jih sposoditi pri TETRA, da bi lahko dosegli raven hitrega klica. • Prednostni dostop in poziv za uporabnike javne varnosti bi nedvomno vplival na sposobnost izvajalcev, da ponudijo visoko kvaliteto storitev za obstoječe poslovne odjemalce, v nasprotnem primeru bi moralo biti zgrajeno popolnoma ločeno omrežje • Telefon GSM nima gumba klic v sili ali velike tipke za gasilce. • GSM ni predviden za povezavo z nadzorno sobo. • V telefone in omrežje bi bilo potrebno vstaviti dodatne funkcije kodiranja. • Pri standardu GSM telefoni ne morejo komunicirati med seboj na neposreden način, ko omrežje ni na voljo. (Clemons, Peter: Digital Systems to the Rescue)



TETRA STANDARD ETSI Vir: http://portal.etsi.org/workshopps/Presentations/0103TETRA.pdf

Slika 2 : Prikaz TETRA omrežja, ki je standardizirano po ETSI 1. Network Air Interface 2. DMO Air Interface 3. Peripheral Equipment Interface (PEI) 4. Man Machine Interface (MMI) 5. Remote Console Interface 6. Network Manager Interface 7. Inter-System Interface (ISI) 8. External Networks Gateway Varnost - Algoritmi kodiranja (TEA) preko Air TETRA so za:

- TEA 1: Evropsko komercialno uporabo - TEA 2: EU organizacije javne varnosti - TEA 3: Organizacije javne varnosti zunaj EU - TEA 4: Komercialne organizacije zunaj EU

- End to End kodiranje - Advanced Encryption Standard (EAS) uporablja medoperacijski algoritem za kodiranje end-to-end. - International Data Encryption Algoritem (IDEA) je standardna rešitev

kodiranja. - TETRA standard je možen tudi, ko podpira kodirne module, ki jih zahtevajo posebne organizacije in narodi.



- Kodirni ključi

- Večnivojski ključi so podprti s TEA standardom, tako različne organizacije uporabljajo isti kodirni algoritem, vendar imajo svoj edinstven ključ za preprečevanje prisluškovanja. - Ključi so lahko "statični'' ali "dinamični'', odvisno od varnostnih potreb.

2. METODOLOGIJA DELA

2.1 OPREDELITEV PROBLEMA

Pri nas in po svetu so naravne nesreče vedno bolj pogoste. Z digitalizacijo radijskih sistemov se nam odpira spekter hitrejšega reševanja problemov in sodelovanja na terenu. Ob napredku tehnologije digitalnih radijskih sistemov in povezave s satelitskimi sistemi bi lahko bili ob naravnih nesrečah in katastrofah še učinkovitejši. Povezovali bi se lahko v druga TETRA omrežja ali pa vzpostavili povezave tudi na doslej nedostopnih točkah. Ob uničenju infrastrukture omrežja pa bi lahko še vedno komunicirali preko satelitov.

2.2 OPREDELITEV CILJEV NALOGE

Poudarek naloge je na sistemu TETRA in satelitski TETRA komunikaciji, saj razvoj tehnologije v tej smeri zelo napreduje. Naloga vsebuje tudi opis programa Radio Mobile ter izvedbo simulacije s tem programom. Ta nam prikazuje pokritost s signalom ob določenem vplivu terena in vremena pri povezavi med postajami. Tako dobimo odgovor, zakaj obstaja potreba po TETRA sistemu preko satelita, kje so njegove šibke točke in kako se spopasti s težavami, ki jih predstavlja teren.

2.3 PREDVIDENI REZULTATI NALOGE

Predvidevamo lahko, da je združevanje TETRA omrežij v primerih naravnih nesreč smotrno zaradi hitre vzpostavitve komunikacije in reševanja.

2.4 UPORABLJENE METODE IN ORODJA

V diplomski nalogi sem uporabil metodo proučevanja s primerjanjem različnih dejstev, metodo razlage in analize pisnih virov za predstavitev sistema TETRA in satelitskega sistema TETRA ter simulacije. Uporabil sem programsko orodje Radio Mobile za ugotavljanje pokritosti signala na terenu in primernosti uporabe TETRA omrežja.

2.5 POMEMBNE PREDHODNE RAZISKAVE

Predhodnih raziskav TETRA sistema v povezavi s satelitom vodilnih na tem področju, kot so Motorola in NOKIA, ni. Zaenkrat obstajajo le študije, ki nakazujejo, da bi takšna povezava lahko bila izvedljiva.



3. TETRA

3.1 FREKVENČNI PASI RAZLIČNIH OMREŽIJ

Slika 3: Prikaz frekvenčnega območja TETRA in sosednjih radijskih sistemov (Walke, 2002: 19)



3.2 POTREBA PO TETRA OMREŽJU

Zaradi vedno večjih uporabniških zahtev po kriptološki zaščiti, prenosu govora in podatkov, se profesionalni analogni radijski sistemi umikajo iz uporabe ali pa ostajajo kot rezervna možnost. Tudi Slovenija ni izjema. Začetki TETRA sistema pri nas segajo v čas sprejetja Schengenske meje, od tu pa se iz leta v leto približujemo vedno večji pokritosti Slovenije z baznimi postajami in prenosnimi enotami tako v sistemu MORS-a, ki izpodriva RASTO sistem, kot tudi v sistemu Civilne Zaščite, ki izpodriva ZARE sistem.

Za javno varnost v Evropi in po svetu naj bi preko Evropskega telekomunikacijskega

inštituta za standardizacijo ETSI bilo poskrbljeno z omrežjem TETRA. To pa daje nove obsege kompatibilnih povezav, ki se lahko združujejo z medsebojnimi povezavami mest ali globalno gledano preko satelitskih povezav z drugimi mesti na nedostopnih točkah zemeljske oble. Lastnosti tehnologij za javno varnost lahko skrčimo in opišemo kot : • Point-to-Multipoint klice in skupine uporabnikov (Dispatch operacije), • Hiter klic (Push-to-Talk, nizek čas povezave), • Zelo dobra pokritost (sposobnost komuniciranja povsod), • Klicna prioriteta (sposobnost omrežja, da zazna prednostne klice), • Prednostni klic (sposobnost prekinitve prenosa za nujne primere), • Brezžična regulativna omejitev (RF prenos je urejen in zahteva izdajo licenc posameznim omrežjem), • V glavnem jih uporabljajo strokovnjaki, osebje civilne zaščite za razliko od civilnih potrošnikov. Tehnologija, ki lahko izpolnjuje vse te zahteve, je LMR. • frekvenčni pasovi (Low Band, High Band, UHF, 700 MHz, 800 MHz), • razdelilen v primerjavi s klasičnim, • množični prenos proti enojnim prenosom, • digitalni način dela proti analognemu načinu dela, • dostopna metoda - FDMA (Frequency Division Multiple Access) proti TDMA (Time Division Multiple Access), • kopenska mobilna radijska arhitekturna topologija TETRA, • izbira lokacije, opreme, moč in vpliv na okolje. Ugotovitve so pokazale, da snopovni digitalni signal TETRA na frekvenčnem območju 400 MHz zelo dobro izpolnjuje zahteve. (Vir: Options for a Public Safety Wireless Communications System)



3.3 TEHNIČNE LASTNOSTI SNOPOVNEGA TETRA RADIO SISTEMA

Snopovni radijski sistem TETRA se lahko uporablja kot lokalni ali medmrežni sistem. Oddajnik mobilne radijske naprave ima moč 1W, 3W ali 10W , kar pomeni, da lahko nese signal na podeželjskih območjih tudi do 25 km stran. Precej frekvenčnih pasov v razponu med 380 MHz in 470 MHz ali 870 MHz do 933 MHz je bilo dodeljenih za prenos uplinka in downlinka. Preučevanje možnosti uporabe 1,8 GHz pasu se še raziskuje. Tabela 1 : Tehnični podatki o TETRA V + D v Evropi Frekvence Uplink: 380-390 MHz, Downlink: 390-400 MHz

Uplink: 410-420 MHz, Downlink: 420-430 MHz Uplink: 450-460 MHz, Downlink: 460-470 MHz Uplink: 870-888 MHz, Downlink: 915-933 MHz

Kanalni obseg 25 kHz Modulacija 7π/4-DQPSK Bitna hitrost 36 kbit / s bruto; 19,2 kbit / s neto (v 25 kHz) Kanali / Nosilci 4 TDMA govornih ali podatkovnih kanalov v 25 kHz Metode dostopa TDMA z S-ALOHA na naključni dostop do kanala

(Rezervacija na voljo z paketnim prenosom podatkov) Frame struktura 14,17 ms / slot, 4 slot / frame, 18 frame / multiframe;

60 multiframe / hyperframe; dolžina reže: 510 bit Sosednja -60 dBc zaščita kanalov Vzpostavitev povezave <300 ms vodovno komutirani; <2 s usmerjenih povezav Zamik prenosa <500 ms v povezavi z usmerjenimi storitvami, 100-byte <3 -10 s storitve brez povezave, odvisno od prednostne referenčni paket naloge Sistem TETRA uporablja 7π/4DQPSK modulacijo in ponuja bruto hitrost podatkov 36 kbit/s na enem kanalu velikosti 25 kHz. Pri srednje kakovostnem prenosu in kodiranju je neto podatkovna hitrost 19.2 kbit/s. Na kanalu brez kodiranja je mogoče doseči največjo neto stopnjo podatkov 28,8 kbit/s. (Tabela 1). Podatkovni in govorni način oziroma V+D način omogoča štiri TDMA na enem nosilcu. Reža-ALOHA z rezervacijo pri prenosu podatkov, se uporablja kot dostop do postopka z V + D. Strukturo okvirja sestavljajo štiri 510-bitne časovne reže na nosilec, s tem da je v multiframu 8 sličic ter v hyperframu 60 multiframov, in da hyperframe predstavlja največjo časovno enoto, ki zavzema približno eno minuto. Čas, potreben za vzpostavitev povezave, ne sme presegati 300 ms za vodovni komutirani klic ali 2 s za povezavo usmerjeno kot prenos paketa podatkov CONS (Connection Network Service Oriented). Zamude pri posredovanju od 100-bytnega paketa pri povezavi, usmerjeni kot prenos paketa podatkov z V + D, bi morala biti največ 500 ms, z neprekinjeno povezavo, odvisno od posamezne prednostne transakcije in mora biti največ 3 s, 5 s ali 10 s. (Walke, 2002: 570)



4. PREGLED PODATKOVNIH PRENOSOV PREKO TETRA SISTEMA

Poznamo tri vrste TETRA sistemov: V + D, PDO in DMO. Te so opredeljene glede na storitve, ki jih podpirajo: • V + D sistem - komutiran način govora in podatkov, - paketni način podatkov, - kratke podatkovne storitve (SDS) preko štirih časovnih predelov. • PDO sistem - paketni način podatkov preko ekvivalence štirih časovnih rež v V+D sistemu. • DMO sistem - komutiran način govora in podatkov, - kratke podatkovne storitve preko ene časovne reže. (Stavroulakis, 2007: 148) 4.1 TEHNIČNE ZNAČILNOSTI (V + D)

Različne strukturne zasnove med TETRA in GSM/GPRS so rezultat dejstva, da je TETRA sistem zasnovan tako, da dopušča prehod iz analognih radijskih sistemov PMR. Glede na ETSI specifikacije, TETRA sistem vsebuje VHF in UHF PMR frekvence in tehnologijo TDMA s štirimi uporabniškimi kanali, ki imajo 25 kHz interval. Ker je zasnova TETRE izboljšan sistem PMRja, potrebe uporabnikov po skupinah pa so vse večje, ponuja TETRA paleto funkcij, kot so hitra vzpostavitev klicev, višje QoS ter razširljivost. (Stavroulakis, 2007: 141) 4.1.1 ARHITEKTURA ZA STANDARD TETRA 4.1.1.1 FUNKCIONALNA STRUKTURA SISTEMA TETRA Z malo razlikami, je sistem TETRA strukturiran kot GSM sistem (Slika 4).

Ima naslednje tri podsisteme: • mobilna postaja, • preklopna in upravljalna infrastruktura, • linijska postaja. (Walke, 2002: 574)



4.1.1.2 MOBILNA POSTAJA (MS)

Mobilna postaja (MS) zajema vso naročnikovo fizično opremo: Radijska postaja in vmesnik, ki ju naročnik uporablja za dostop do storitev. Tako kot pri GSM, je mobilna postaja sestavljena iz dveh delov: iz telefonske naprave, ki vsebuje vso potrebno strojno in programsko opremo ter radijskega vmesnika in SIM kartico (Subscriber Identity Module), ki vsebuje vse naročniške informacije. SIM je lahko v obliki pametne kartice v velikosti kreditne kartice ali je trajno vgrajena v napravo. Prva različica ima to prednost, da omogoča hitro spremembo lastništva mobilne postaje. Tretja možnost je ključna pri prijavi login kode za sporočanje naročniških informacij. Tudi v tem primeru mobilna enota ni omejena le na enega uporabnika. Poleg identifikacije naročnika ima vsaka mobilna naprava TETRA TEI (Equipment Identity), ki je značilen za napravo. To številko vpiše operater, ki edini lahko prepove uporabo naprave ali jo da v uporabo. To pomeni, da se lahko ukradeno napravo takoj onemogoči, tako da je nepooblaščen dostop praktično nemogoč.

Edinstveno obravnavo in uporabo mobilne postaje omogočajo naslednje številke in identitete : • TETRA Subscriber Identity (TSI), • Short Subscriber Identity (SSI), • TETRA Management Identity (TMI), • Mobile Network Identity (MNI), • Network Layer SAP naslovi (NSAP).

TSI je sestavljen iz treh delov: mobilna oznaka države (MCC), ki vsebuje oznako države, Mobile Network Code (MNC), ki identificira ustrezno TETRA omrežje, in Short Subscriber Identity (SSI), ki identificira naročnika. Ko se vzpostavlja povezava znotraj domačega omrežja, se uporabi le SSI kot naslov. S tem se zmanjša obseg signalizacijskih podatkov. TMI se uporablja za upravljanje funkcij omrežne plasti. NSAP se uporablja za obravnavanje zunanjih omrežij, ki niso TETRA, kar pa ni obvezno. Lahko se na primer uporablja za vzpostavitev povezave z ISDN.

Podobno kot pri GSM se lahko mobilne telefone vgradi v vozila ali se jih uporablja

kot prenosne oziroma ročne prenosne naprave. Do vseh standardnih storitev je mogoče dostopati z mobilno postajo. Dopolnilne storitve ponuja mobilni operater ali so določene s pogodbo o sklenitvi mobilne naročnine, kar omogoča uporabniku dostop do njih. (Walke, 2002: 574-575)



4.1.1.3 LINIJSKA POSTAJA (LS)

Linijska postaja je načeloma strukturirana na enak način kot mobilna postaja, vendar s preklapljanjem in upravljanjem infrastrukture preko ISDN. Na primer, lastnik avtoprevozniškega podjetja lahko uporablja linijsko postajo kot osrednjo postajo za svoje omrežje. Linijska postaja nudi enake funkcije in storitve kot mobilna postaja. (Walke, 2002: 575) 4.1.1.4 PREKLAPLJANJE IN UPRAVLJANJE Z INFRASTRUKTURO TETRA SISTEMA (SwMI)

Preklapljanje in upravljanje infrastrukture (SwMI) predstavlja lokalno nadzorno enoto TETRA sistema. Vsebuje bazne postaje, ki vzpostavljajo in vzdržujejo komunikacijo med mobilnimi postajami ter linijskimi postajami preko ISDN. SwMI izvaja vse potrebne nadzorne naloge, dodeljuje kanale in preklaplja klice. Izvaja preverjanje pristnosti in podpira pomembne podatkovne baze, kot je Home Data Base (HDB), ki vsebuje telefonske številke, številke opreme ter osnovne in dodatne storitve za vsakega posameznega naročnika v domačem omrežju, kot tudi Visited Data Base (VDB), ki vsebuje podatke o obiskovalcih omrežja prenešene od njihovih HDB. Prav tako skrbi za zaračunavanje klicev. (Walke, 2002: 575)

SwMI vključuje do šest sestavnih delov sistema: mobilno postajo, linijsko postajo, neposreden način delovanja mobilnih postaj, prehod (gateway), enoto upravljanja omrežja in posamezno TETRA omrežje. Ti so med seboj povezani z uporabo zgoraj navedenih vmesnikov. SwMI zagotavlja skupno omrežno domeno za vse vključene komponente. (Stavroulakis,2007: 142) Funkcionalna konfiguracija omrežja TETRA je prikazana na Sliki 5.

Slika 5 : Konfiguracija TETRA SwMI (Stavroulakis, 2007: 143)



4.1.2 GOVORNI IN PODATKOVNI NAČIN DELOVANJA VOICE+DATA (V+D)

TETRA je zasnovan kot snopovni sistem, ki omogoča sočasen prenos komutiranega govora in podatkov. Ta način delovanja prav tako omogoča učinkovito in ekonomično delitev uporabe omrežja med več organizacijami, brez ogrožanja varnosti in zasebnosti. Pri komutiranem načinu je vsakemu viru dodeljen prometni kanal za trajanje klica ne glede na to ali je ta vir aktiven. Poleg prometnih kanalov (TCH) zagotavljajo mehanizem za prenos logičnih kanalov tudi fizični kanali (nosilna frekvenca, časovne reže). Fizični kanal se lahko uporablja pri več logičnih kanalih na skupni osnovi, torej gre za koncept multipleksiranja. (Stavroulakis, 2007: 143) 4.1.3 DIREKTNI NAČIN DELOVANJA (DMO)

Poleg tega pa način TETRA lahko podpira tudi neposredno komunikacijo med dvema mobilnima postajama (mobile-to-mobile) brez potrebe po omrežni infrastrukturi. DMO se lahko uporablja, ko se mobilna postaja nahaja izven področja omrežja, ali kot bolj varen komunikacijski kanal znotraj omrežja. Poleg tega so prehodne (gateway) funkcije opredeljene tako, da bistveno razširijo pokritost omrežja in omogočajo komunikacijo med DMO terminali ter snopovnimi omrežji. V primerih, ko je omrežje TETRA slabo ali ga ni, omogočajo uporabo repetitorskih postaj, ki so neodvisne od snopovnega omrežja. Slika 6 ponazarja omenjeni način delovanja.

Slika 6 : Storitve z neposrednim načinom (DMO) (Stavroulakis, 2007: 145) Storitve z neposrednim načinom so: • individualni ali skupinski klici, • klicne nastavitve z in brez preverjanja prisotnosti, • komutacijski način delovanja z in brez šifriranja, • vnaprej določena izmenjava kratkih sporočil. (Stavroulakis, 2007: 144-145)



4.1.4 MEDMREŽNA POVEZAVA TETRA OMREŽIJ

Koncept povezovanja različnih vrst omrežja (TETRA ali ne -TETRA) je vse bolj pomemben. TETRA omrežja lahko zadovoljijo različne potrebe. Z njimi se lahko povezuje letališča, kjer mreža zagotavlja pokritost majhnega območja, ali pa regionalna storitev klica v sili, kjer je potrebno omrežje razširiti na širšem območju. Zato namestitev TETRA omrežij temelji predvsem na specifičnih potrebah določenega območja in ne zagotavlja popolnega pokritja, kot je to pri javnih omrežjih. Vendar pa TETRA omrežja omogočajo široko paleto povezav do drugih zunanjih omrežij, ki so na voljo iz mobilnega terminala. Te mreže so lahko javna ali zasebna telefonska omrežja, različni tipi podatkovnih omrežij ter komandni in kontrolni sistemi. Poleg tega si lahko ta omrežja lasti ena ali več organizacij. Medomrežno povezovanje omogoča omrežje delitve virov na različnih ravneh in zagotavlja integrirano mreženje okolja.

Slika 7 : Medmrežna povezavaTETRA sistema (Stavroulakis, 2007: 146)

Medsebojna povezava med različnimi omrežji je opisana v TETRA standardih, ki določajo zahteve za medsebojno delovanje z intersistemskim vmesnikom (ISI). Povezljivost do kombinacije različnega omrežja s pasovno širino na zahtevo naredi TETRO kot vrhunsko platformo za prenos podatkovnih aplikacij. (Stavroulakis, 2007: 145-146)



4.1.5 ZAŠČITA TETRA OMREŽJA

TETRA sistem ponuja kar nekaj mehanizmov za zaščiteno komunikacijo. Tehnologija sama po sebi vključuje zaščito za prenos govora, podatkov, signalizacijo in uporabnikovo identiteto. Za izvajanje varne komunikacije na različnih ravneh. TETRA standard določa naslednje lastnosti: • Identifikacijski sistem - za uporabnike z identiteto, shranjeno v SIM, - za mobilne postaje z edinstveno številko opreme, - za omrežje in za sistemsko upravljanje omrežja. • Zaupna identiteta uporabnikov, tako posameznika kot skupine. • Celovitost podatkov in preverjanje pristnosti porekla za signalizacijo. • Zaupnost signaliziranih podatkov. • Varnostne funkcije za Air-Interface vmesnik. Zaščitni mehanizmi, opredeljeni v standardu TETRA, so: • pristnost na več ravneh - dovoljenje za dostop do uporabnikov, • šifrirni Air-Interface vmesnik - šifrira pot radijskih valov med terminalom in baznimi postajami, • anonimnost uporabnika - z alias adresarjem, • terminal vklop / izklop - z infrastrukturo po zraku, • end-to-end šifriranje - za najbolj kritične aplikacije, kjer se šifriranje zahteva od end-to-end, • frekvenčni skoki – struktura reže TDMA omogoča počasno frekvenčno skakanje, da se prepreči motenje. (Stavroulakis, 2007: 146-147) 4.1.6 POSODOBITEV SISTEMA Z HIGH SPEED DATA SERVICE (TEDS)

TETRA Izboljšana Podatkovna Storitev (Enhanced Data Service) je bila razvita za zagotavljanje visokih hitrosti podatkovnih storitev kot odziv na potrebe uporabnikov. TEDS zagotavlja rešitev za paketni prenos podatkov, ki je integriran z obstoječimi TETRA sistemi in znotraj spektra omejitve nekaterih obstoječih uporabnikov TETRA. Namen TEDS je povečati storitve in zaloge TETRA, da bi se soočil z novimi zahtevami uporabnikov visokih hitrosti in multimedijske storitve ter izkoristil nove tehnologije z ohranjanjem konkurenčnosti pred drugimi brezžičnimi tehnologijami in tako povečal prihodnost TETRE kot standard PMR in PAMR po vsem svetu.

TEDS ponuja visoke hitrosti podatkov, tudi do 10-krat višje, kot so na voljo v

obstoječih TETRA multi paketnih režah podatkov. S tem bi podprli multimedijske in druge visoke hitrosti podatkovnih aplikacij, ki jih zahtevajo sedanji in bodoči TETRA uporabniki. TEDS fizični sloj uporablja bolj prilagodljivo modulacijo med QAM64/QAM16/QAM4 poleg obstoječe 7π/4DQPSK in s številom različne velikosti nosilne frekvence od 25 kHz do 150 kHz. Poleg tega se Turbo Coding uporablja za optimizacijo prepustnosti podatkov. To uporabnikom zagotavlja fleksibilnost prilagajanja maksimalne hitrosti Air-Interface vmesnika od sedanje TETRE do 3G sistemov.



Naslednje kategorije storitev so na voljo preko Air-Interface vmesnika pri izvajanju

TEDS z ustreznimi hitrostnimi prioritetami in QoS atributi: • kategorija realnega časa, • kategorija telemetrije, • kategorija ozadja.

Prav tako se lahko izbere zahtevan spekter frekvenc, ki ustreza določenim zahtevam. Natančneje, TEDS bo povečal hitrost TETRA podatkov na 48 kB / s pri 25 kHz TETRA kanalu, na 96 kb/s, 192 kb / s in 288 kb / s pri 50 kHz, 100 kHz in 150 kHz kanalih. TEDS nosilce se uporablja pri storitvah podatkov visokih hitrosti in storitev v praksi, ne morejo pa imeti enake zmogljivosti pri TETRA glasovnih in nizko hitrostnih podatkih. Tako TEDS poveča število oddajnikov in nosilcev za 25-50% kot tudi podatkovno zmogljivost v primerjavi z multi paketno režo prenosa podatkov. TEDS uvaja prilagodljiv nadzor povezave s sistemom TETRA, kjer se lahko tip modulacije in stopnja kodiranja prilagaja, da se izboljša delovanje povezave v različnih pogojih oddajanja. TEDS standard podpira polno združljivost s trenutnim TETRA standardom. Zato lahko zagotovi vse storitve, ki jih trenutno TETRA omrežje ponuja, s preklopom na trenutni TETRA nadzorni kanal s signalizacijo in gostovanjem. Poleg tega IP TEDS storitev vzdržuje združljivost z obstoječo IP TETRA storitvijo. Dodanih je bilo več novih zmogljivosti, da bi zagotovili možnost prenosa več multimedijskih storitev s hitrostijo, ki bi se približala 500 kbit/s.

Zmožnost TEDSa, da podpira visoko hitrostni IP promet preko Air-Interface

vmesnika, temelji na novi fizični zasnovi ter na spremenjenih zasnovah višjih protokolnih plasti obstoječih sistemov TETRA. Za lažjo združljivost TEDS uporablja isti nadzorni kanal kot obstoječi TETRA standard.

Slika 8 prikazuje novo opredeljeno protokolno vezavo. Um je Air-Interface vmesnik in Gi je IP paketni način prehoda na IP gostitelje uporabe.

Slika 8 : TEDS Air interface protokol (Stavroulakis, 2007: 150)



Poleg TETRA V+D vmesnikov, opredeljenih z ETSI, TEDS standard predlaga

dodatne vmesnike, ki omogočajo integracijo z obstoječim javnim mobilnim omrežjem ter IP in TETRA omrežjem. Slika 9 prikazuje, kako lahko takšno združitev dosežemo z uporabo Air-Interface (Um) vmesnikom in dodatne Packet Data Network (Gi) ter TETRA-GPRS/3G (Gp) (Gr) vmesniki. (Stavroulakis, 2007: 149-150)

Slika 9 : Skupna integracija TEDS TETRA V+D, GPRS/3G in IP sistemov (Stavroulakis, 2007: 151)



4.1.7 TETRA PREKO IP

IP omogoča konvergenco fiksnih in mobilnih, glasovnih in podatkovnih komunikacij. TETRA standard, še bolj pa TEDS, omogoča zbliževanje preko IP hrbtenične platforme. Rezultati povezljivosti z IP se vidijo v odlični kakovosti storitev, prilagodljivosti sistema, usklajenosti standardov, različnih integriranih storitev ter novih storitev z načinom "Push-to-talk" komuniciranja. Slika 10 prikazuje tipično topologijo TETRA, kjer so med seboj povezane vse naprave preko IP omrežja. (Stavroulakis, 2007: 183-184)

Slika 10 : Tipična topologija Tetra prek IP mreže (Stavroulakis, 2007: 184) 4.1.8 RAZVOJ TETRE V PRIHODNOSTI

V nadaljevanju so navedene najbolj pomembne zahteve, ki jih obravnava TEDS in bodo obravnavane v prihodnosti: • hitri paketni prenos podatkov za podporo multimedijskih in drugih visoko hitrostnih aplikacij, • dodatni govorni kodeki za zagotavljanje povezave z drugimi 3G omrežji brez pretvorbe ter zagotovitvijo večje kakovosti zvoka, • nadaljnje izboljšave Air-Interface vmesnika za zagotavljanje večjih koristi v smislu učinkovitosti spektra, naročniške zmogljivosti, delovanja sistema, kakovosti storitev, velikosti in stroškov terminalov itd., • proizvodnja in/ali sprejemanje standardov za zagotavljanje izboljšanega medsebojnega delovanja in gostovanja med TETRA ter javnimi mobilnimi omrežji kot so GSM, GPRS in UMTS,



• razvoj TETRA SIM, z namenom zbliževanja univerzalnih SIM (USIM) kartic, da bi zadovoljili potrebe po TETRA specifičnih storitvah ter medsebojnem delovanju z javnimi mobilnimi omrežji kot so GSM, GPRS in UMTS. Vendar pa se sedanja in prihodnja TETRA omrežja lahko bistveno okrepi in dopolni z mobilnimi širokopasovnimi sistemi. Tako so nove, bolj napredne storitve predvidene za naslednjo generacijo komunikacijskih sistemov PSDR, kot so daljinsko spremljanje bolnikov, dvosmerni prenos videa v realnem času, 3D pozicioniranje, GIS storitve, itd. (Stavroulakis, 2007: 140)

5. MOBILNE SATELITSKE KOMUNIKACIJE S SISTEMI

Sateliti se pogosto uporabljajo predvsem za prenos televizijskih in radijskih programov kot tudi za podatke. Obstoječo komunikacijsko omrežje je lahko popolnoma premostiti z uporabo satelitskih sistemov.

Satelitske komunikacije se je do nedavnega skoraj izključno uporabljajo samo za navigacijo in aviacijo ter v kopenskih vozilih, sedaj pa nam odpirajo popolnoma nov svet aplikacij. Satellite paging (Satelitski odzivnik) skupaj z GPS (Global Positioning System) in GLONAS (Global Satellite Navigation System) so bili šele pred kratkim uvedeni za civilno uporabo. Veliko zanimanje za globalne civilne komunikacije vodi do še večjih prizadevanj razvoja novih satelitskih sistemov, ki delujejo na nizki orbiti višine.

Trenutni mobilni satelitski sistemi se uporabljajo predvsem na področjih, kjer ni daleč naokoli nobenega drugega prizemnega komunikacijskega sistema, ki bi bil na voljo na odprtem morju, v puščavi, na podeželskih območjih, itd. Kakor drugi so tudi ti sistemi zelo privlačni za uporabnike, ki delujejo mednarodno ali kot uporabniki različnih vrst mobilnih radijskih sistemov, za katere se zahteva izvedba terminalov z različnimi standardi. (Walke, 2002: 937)



5.1 INTEGRACIJA TETRA SISTEMA S SATELITI Re, Ruggieri,Guidotti, 2008: 561-566

Za integracijo TETRA s sateliti obstaja več razlogov (slika 11). Satelitski sistem lahko pomaga TETRA uporabnikom tako, da zagotovi pokritost TETRE s podatki in informacijami. Podatki in informacije, izmenjane med uporabniki TETRA se lahko opravljajo takrat, ko so na voljo satelitsko pokrita območja. To velja za veliko primerov, kot je klic v sili ali vojaška in civilna okolja, ki bodo zagotovo postala ključnega pomena. Načeloma bi bil TETRA lahko povezan z različnimi satelitskimi sistemi, ki ga zaznamujejo različne storitve in pokritost.

Slika 11 : Primer integracije TETRA s satelitskimi sistemi (Re, Ruggieri,Guidotti, 2008: 562)

Ključni problem predstavlja razvoj ustreznega vmesnika (TSI, TETRA Satelitski

Interface vmesnik), ki je sposoben upravljati z izmenjavo podatkov med sateliti in TETRA omrežji, kot tudi za obdelavo obsežnejših podatkov preko TETRA prenosa in je združljiv z dovoljeno hitrostjo prenosa podatkov. Zasnova in oblikovanje TSI bi bil lahko ključni korak za učinkovito izkoriščanje TETRA v satelitskih scenarijih 4G.

Vrste podatkov, ki tečejo skozi TSI, so lahko precej različne. Podatki lahko spadajo v: • globalne satelitske navigacijske sisteme (GNSS), ki pokrivajo področja za TETRA sisteme, • globalni in lokalni komunikacijsko Satelitski Sistemi (GCSS, LCSS), oba oddajata v point-to-point ali multipoint načinu povezave, • Globalni Sistemi opazovanja zemlje (GMES sistem sistemov za srednjeročno vizijo GEOSS),



• Globalno Integriran Satelitski Sistem (GISS), kjer so na voljo dva ali vse tri vrste podatkov (komunikacije, navigacija, opazovanje Zemlje), kar bi bila lahko (srednje ali dolgoročna vizija).

TETRA je hitra in prožna, kar pomeni, da se lahko poveže z lokalno zemeljsko priključitvijo v območje, ki po zaslugi TSI in satelitske povezave lažje opravlja svojo nalogo v primeru nesreče na območjih, kjer so zemeljska omrežja poškodovana. Zasnova TSI upošteva naslednje postavke: • Prilagodljivost - vmesnik, ki deluje predvsem kot sestavni del programske opreme, tako da se ga lahko preoblikuje in se ujema z različnimi situacijami, ki se hitro spreminjajo s časom in geografskim območjem. • Hitrost - vmesnik je potrebno hitro razviti, ter po potrebi preoblikovati. • Varnost - vmesnik mora preoblikovati varnostni standard satelitskih podatkov v enega, ki se ga zahteva od omrežja TETRA. Možna sta dva različna TETRA - satelitsko integracijska scenarija: • Srednjeročni scenarij, kjer so že na voljo tehnologije in sistemi zaposlenih; • Dolgoročni scenarij, kjer so naslovljeni prihodnji trendi v katerih se predvideva bolj kompleksno tekmovanje, kjer komunikacija, navigacija in opazovanje zemlje s satelitskimi sistemi tvorijo skupek ene močne platforme.

TETRA temelji na natančni arhitekturi omrežja, podobno kot GSM, kar pomeni, da je glavni cilj TETRA tehnologije zagotovitev profesionalnih mobilnih komunikacijskih storitev na danih mestih, kjer je trenutna uporaba TETRA omejena z razpoložljivostjo ustrezne infrastrukture omrežja. Ta zmogljiva tehnologija pa pokaže omejitve, kadar je potrebna hitra premostljiva omrežna arhitektura. Na primer, v mirovnih misijah lahko oborožene sile prehajajo na sovražno stran, kjer prisotnost omrežne infrastrukture za namen komunikacije ni zagotovljena. V takšnih primerih hitrega posredovanja pri nujnih primerih, je prilagodljivost komunikacije glavna rešitev, da bo uspešna ali ne. Odgovor na to vprašanje bi lahko dosegli s telekomunikacijskim satelitom, ki zagotavlja povezljivost s prenosnimi satelitskimi Gateway vmesniki, ki lahko lokalno omrežje TETRA povežejo z drugo, ki se nahaja v satelitski pokritosti, ali na misijsko kontrolnih centrih. Pri kratkem in srednjeročnem scenariju, predvideni sistem združuje TETRA celice, ki delujejo v DMO (Direct Mode Operation) s satelitsko komunikacijskim sistemom. To povezovanje se doseže s premično postajo za izvajanje TSI.



Slika 12 : Možnost povezave s sateliti (Re, Ruggieri,Guidotti, 2008: 564)

Splošno znano je, da je TETRA bolj primeren v izrednih razmerah kot drugi

komercialni sistemi, kot so GSM/GPRS/UMTS, saj že strokovna narava TETRE v takšnih situacijah omogoča, da omrežje ne postane preobremenjeno, in je tudi možen umik Bazne postaje. Kljub temu je trenutno ena izmed glavnih slabosti TETRE v izrednih razmerah potreba po zemeljski infrastrukturi, ki lahko ni dosegljiva med naravnimi katastrofami (požari, neurja, potresi, itd). Istočasno pa ima TETRA zelo močan način delovanja DMO, ki omogoča uporabo ad-hoc omrežja brez potrebe po kateri koli infrastrukturi. Tipični primer so mirovne misije ali civilna zaščita po naravni nesreči, ko morajo ekipe ostati v stiku med seboj ne, da bi potrebovale bazne postaje. Slaba stran takega ad-hoc omrežja je njegova notranja izolacija, ki ne dovoljuje izmenjave informacij z zunanjim svetom.

Ta problem je mogoče enostavno rešiti s pomočjo komunikacijskih satelitov, ki lahko

kadarkoli zagotovijo globalno pokritost, brez potrebe po zemeljski infrastrukturi. Slika 12 prikazuje sistem, kjer prenosna postaja deluje kot namenski prehod (Gateway), saj povezuje TETRA terminale s komunikacijskim satelitom. Gateway izvaja dve DM funkcije, ki izkoriščajo isti DM Air-Interface vmesnik: • DM-GATE za TETRA terminale, ki želijo dostopati do oddaljenega omrežja preko satelitske povezave. • DM-REPEATER za TETRA terminale, ki se hočejo povezati lokalno znotraj območja pokritosti premične postaje.

Satelit usmeri signal kot downlink v zemeljsko postajo (Ground/Station), ki končno pošlje podatke v krizni center preko posebnega žičnega kanala ali preko navideznega zasebnega omrežja.



V drugi konfiguraciji (slika 13), zemeljska postaja posreduje podatke do TETRA

omrežja (SwMI).

Slika 13 : Možnost povezave s sateliti (2) (Re, Ruggieri,Guidotti, 2008: 565)

V tej konfiguraciji mora G/S izpeljati vmesnik, ki deluje kot prehod Gateway na strani

TETRA SwMI. Glede na prenosno postajo ter glede na to, da satelit in G/S delujeta kot enota, prenosna postaja sporoča DM-GATEWAY, saj povezuje uporabnika z TETRA SwMI. Nekateri komentarji se nanašajo na obe konfiguraciji. Prisotnost satelita je združljiva z uporabnikom, ki ne zahteva nikakršne nadgradnje terminala.

Najbolj kritična vprašanja, ki jih je potrebno razumeti so naslednja: • Parametri kakovosti storitev (QoS) , zlasti: - razpoložljivost storitev, - čas vzpostavitve povezave, povpraševanja po satelitski pasovni širini, - strategija razvrščanja v Prenosni postaji, - zakasnitev, - varijante zakasnitev. • End-to-end zaščita: - kodiranje; - avtentikacija. V dolgoročnem scenariju, je zemeljsko TETRA omrežje v celoti integrirano z Globalnimi Integriranimi Satelitskimi Sistemi (GISS), kjer so na voljo dva ali tri tipi podatkov (komunikacije, navigacija, opazovanje Zemlje). (Slika 14)



Ta scenarij vključuje: • Uporabniški segment, vključno z mobilnimi terminali; • Vesoljski segment, vključno z: - komunikacijskimi (Com) sateliti, - podatkovnimi Relejnimi Sateliti (DRS), - navigacijskimi (Nav) Sateliti, - sateliti za opazovanje Zemlje (EO).

Slika 14 : Možnost povezave s sateliti (3) (Re, Ruggieri,Guidotti, 2008: 566)

• Zemeljski segment, ki vključuje: - zemeljske postaje (G/S) satelitov (Nav, Com, DRS, EO), - nadzorni centri satelitov (Nav, Comm, DRS, EO), - kontrolni centri P/L, - krizni nadzorni centri, - prenosna postaja, - IP omrežja, - ustrezne žične povezave.



V tej strukturi, sta dva jedrna elementa sistema z vidika predlagane storitve: • prenosna postaja, • krizni nadzorni center.

Prenosna postaja je odgovorna za zagotavljanje dostopa storitve oddaljenim uporabnikom na terenu. Ta izvaja zgoraj omenjen TETRA Satelitski vmesnik (TSI), in mora upravljati z avtentikacijo uporabnikov in dovoljenji za dostop do zunanjega sveta. Poleg tega lahko predvidevamo, da je ta postaja fiksirana potem, ko je dosegla krizno lokacijo. Zato lahko deluje kot dodaten element GNSS, ker pošilja izboljšan signal ter omogoči uporabniku terminala izboljšano natančnost navigacijskega sprejemnika, če je ta voljo. To pomeni, da je krizni kontrolni center pravi »možgani« sistema. Dejansko je odgovoren za proces vseh informacij, ki prihajajo iz satelitov EO ter kriznih območij, odloča pa tudi, katere informacije je potrebno posredovati in komu. 5.2 ISI VMESNIK PREKO SATELITA

TETRA z osnovo na ISI preko satelita je posebna povezava dveh TETRA omrežij, ki se lahko uporabljajo v nujnih primerih, ko ni obstoječe zemeljske infrastrukture med dvema omrežjema ter pri običajnih operacijah kot alternativa zemeljski infrastrukturi medsebojnega povezovanja. Uporaba satelitskih povezav kot del kriznega prizadevanja ni novost. Obstajajo študije, ki raziskujejo integracijo satelitov in TETRA sistema. Med seboj se razlikujejo v predpostavkah o tem, do kakšne mere in kateri deli komunikacijske infrastrukture bi lahko bili porušeni ali uničeni v izrednih razmerah. Satelite so že leta 2003 uspešno uvedli v TETRA sistem. Postopek so izvedli Motorola, NATO in agencija C3. Projekt WISECOM uvaja WAT (WISECOM Access Terminal), ki razdeli jedro TETRA omrežja na dva dela: segment katastrofe in segment varnosti pred katastrofo. Satelitski link deluje kot backup povezava, saj povezuje bazno postajo TETRA z v celoti delujočim TETRA Switching and Management (SwMI) centrom. Po drugi strani pa ni znano, da bi bila narejena kakršnakoli študija o povezavi dveh TETRA omrežij s sateliti preko vmesnika ISI. (Novak, 2008: 765) 5.3 OMREŽNA ARHITEKTURA

Upravičenost uporabe satelitske povezave za medsebojno povezovanje dveh omrežij TETRA je prikazana v splošni arhitekturi omrežja (Slika 15). Vsako TETRA omrežje je sestavljeno iz Switching and Management Infrastrukture (SwMI) s spremljajočimi baznimi oddajno-sprejemnimi postajami, linijskimi in mobilnimi postajami. Izbrana predstavitev prikazuje najpomembnejše enote sistema, ki sodelujejo pri storitvah povezanih z ISI. Poleg enote vmesnika ISI je prikazana tudi enota Klicne Kontrole (Call Control CC) in enote baz podatkov. Povezava med dvema SwMI-jema je ena sama satelitska povezava iz ene same točke vmesnika v enem SwMI z eno točko vmesnika v drugem SwMI. Mobilne postaje (MS) in Linijske postaje (LS) so prav tako prikazane na Sliki 15. Medtem, ko LS običajno predstavljajo kontrolni terminal ali dispečersko enoto, povezano z TETRA SwMI preko ISDN omrežja, so MS mobilni in lahko prehajajo iz domačega SwMI na tujega



SwMI in obratno. MS so ročno prenosne ali vgrajene v vozila. Inter-sistemske storitve lahko na grobo razdelimo na storitve, ki zagotavljajo individualen in skupinski vzpostavitveni klic, obnovo klica, izogibanje zank, nadzor prenosa ter upravljanje mobilnosti. Slednja obsega migracije, overjanja in druge storitve. (Novak, 2008: 766) 5.4 QoS ZAHTEVE

TETRA standard zahteva, da je nastavitev klicnega časa manj kot 300 ms. Ta zahteva velja znotraj enega SwMI. Nerealno je pričakovati, da bo ta vez ohranjena preko ISI, tudi če ni satelitskih povezav.

Slika 15 : Mrežna arhitektura ISI vmesnika TETRA prek satelita (Novak, 2008: 767)

Ker ni posebnih zahtev glede ISI komunikacij v standardih razen ta, da ne kršijo obstoječega časa, se lahko sprejmejo QoS merila, ki so opredeljena v projektu Three Country Pilot (3C). Cilj projekta je, da zajame ISI zahteve, ki so potrebne za medsebojno povezovanje javnih varnostnih sistemov na Nizozemskem, v Belgiji in Nemčiji. Upoštevati je potrebno, da mreža trajnih linij domnevno medsebojno povezuje vse tri sisteme TETRA. Inter-SwMI komunikacijske zahteve, ki izhajajo iz tega projekta, so naslednje: - Nemoteči zamiki vzpostavitve klicev naj bi trajali manj kot 1s pri inter-SwMI klicih. Upoštevati je potrebno, da se zamik vzpostavitve opredeli kot zamudo, doživeto s strani uporabnika od pritiska push-to-talk gumba do audio indikacije za dovoljenje pogovora. - End-to-end zvočna zamuda, ki jo doživi uporabnik, bi morala biti omejena na 0,7s. - Postopek registracije migracij v tujem omrežju ne bi smel biti daljši od registracije v domačem omrežju za več kot 1s.



Na vmesniku ISI je potrebno zagotoviti avtentičnost in zaupnost, kar nam zagotavlja,

da drugi SwMI ni mogoče kopirati, ter da izmenjave prometa ni mogoče prestreči. Prizadevanja za varnost pri uporabi ISI niso dokončana, zato bi bilo potrebno zagotoviti alternativno rešitev za ta problem. Slika 15 namreč ne prikazuje specializiranih naprav za kodiranje, ki bi bile potrebne na obeh straneh povezave in bi dodatno prispevale k zamudi. (Novak, 2008: 766-767)



6. UVOD V IZVEDBO SIMULACIJE TETRA SISTEMA S PROGRAMOM RADIO MOBILE V nadaljevanju diplomske naloge bom predstavil koncept brezžične infrastrukture TETRA preko satelita, ki se ga lahko uporablja samostojno v oddaljenih območjih kot ad-hoc način oziroma DMO z razkropljenimi ročnimi in mobilnimi postajami po terenu, da zagotovimo nujni telekomunikacijski servis, ko so druga telekomunikacijska omrežja odpovedala zaradi naravnih nesreč. Posvetil se bom raziskovanju TETRA sistema s programom Radio Mobile, s katerim bom skušal predstaviti pokritost signala. Rezultati simulacije, ki bodo odvisni tudi od vremenskih in terenskih vplivov na pokritost signala, nam bodo prikazali stanje, ki je glede na dane možnosti najugodnejše in najboljše, oziroma katere so šibke točke na tem območju in kako jih odpraviti. Nesreče so pogosto vzrok uničenja lokalne telekomunikacijske infrastrukture, kar povzroča težave pri reševalnih akcijah. Telekomunikacije so način povezovanja in usklajevanja reševalnih delavcev pri nijhovih prizadevanjih. V tem primeru je uporaba satelitov najboljši način, da telekomunikacije in zaledne telekomunikacijske storitve potekajo nemoteno in usklajeno. To je sistem, ki se ga lahko vzpostavi kjerkoli na svetu, kjer je zagotovljena satelitska pokritost. Dandanes se v prvih urah po katastrofi predvsem uporabljajo razni satelitski telefoni, v poznejšem času pa je večja možnost uporabe kompleksnejših rešitev, kot je WiFi s prenosom zvoka in podatkov preko satelita ali GSM oziroma UMTS omrežja. Vsekakor je hitra zahteva po vzpostavitvi bodisi lokalnega 3G/4G omrežja za normalno delovanje GSM/UMTS ali drugih komunikacijskih omrežij nemogoča in rešitve včasih trajajo tudi dneve. S pomočjo satelitov in TETRA omrežij bi čas vzpostavitve komunikacij na prizadetem območju in povezave reševalnih ekip zmanjšali na minimum. V izrednih razmerah je bistvenega pomena vzpostavitev telekomunikacijskih linij. Naravne nesreče so v zadnjih letih vse bolj pogoste tako zaradi segrevanja ozračja, delovanja zemlje kot človeške lahkomiselnosti. Predstavil bom primer potresa na Haitiju leta 2010. Z uporabo metode simulacije z odprtokodnim programom Radio Mobile bom prikazal način reševanja problema, ko je telekomunikacijska infrastruktura uničena zaradi potresa. Spodnja slika je prikaz naravne katasrofe od začetne do kasnejših faz.

Slika 16 : Časovni potek naravne nesreče (Vir : lasten)



6.1 NAČELA BOLJŠEGA GLOBALNEGA USKLAJEVANJA HITREGA ODZIVA

Ko gre za globalno usklajevanje prizadevanj reševanja hudih nesreč in kriznih razmer, v katerih sodeluje veliko število organizacij in aktivistov, ki se ukvarjajo s pomočjo na terenu ali kartografijo in telekomunikacijo, prihaja do velikih pomanjkljivosti in neusklajenosti.

Po hudem potresu na Haitiju januarja 2010, ki je zajel pretežno glavno mesto Port-Au-Prince z epicentrom, oddaljenim 25 km od mesta, se je pokazalo, da so analize, nedoslednost in različne objave kartiranj na ReliefWebu povzročile zmedo in onemogočile uporabo podatkov. Vir: https://docs.google.com/Doc?docid=0ATKkO3odnjoeZGd2OWpna2NfNTZnY2 RiaHhkcQ&hl=en Po tem, ko se zgodi naravna nesreča, so potrebni:

- topografski in ulični zemljevidi, - informacije o komunikaciji in poškodbi infrastrukture, - informacije o ropanju v povezavi s policijo, - ocena škode, - morska pristanišča – letališča – ceste – za zagotovitev logističnih potreb, - zbirne lokacije, - baza podatkov pogrešanih oseb, - lokacija zdravstvenih ustanov, bolniške postelje, dostop do prve pomoči.



6.2 PREDSTAVITEV OTOKA HAITI IN GLAVNEGA MESTA PORT-AU-PRINCE Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Haiti

Haiti leži na zahodnem delu otoka Hispaniola v Karibskem morju in na vzhodnem delu otoka meji z Dominikansko republiko. Je ena najrevnejših držav Severne in Južne Amerike. Glavno mesto je Port-Au-Prince. Najvišji vrh je Pic la Selle, ki je visok 2680m. Haiti se razteza na 27,750km², torej je njegova površina malo večja kot površina Slovenije. Z zahodne strani sta mu najbližja otoka Kuba in Jamajka, z vzhodne pa Puertorico. Haiti ima okrog 10 miljonov prebivalcev. Spopada se z veliko brezposelnostjo in je zelo odvisen od mednarodne pomoči.

Glavno mesto Port-Au-Prince šteje po uradnih ocenah slab milijon prebivalstva. Zaradi hitre rasti barakarskih naselij okoli mesta, ki se vlečejo tudi v hribe, pa naj bi se število prebivalcev vrtelo nekje med 2,5 in 3 milijoni. Haiti se nahaja v tropskem pasu z obdobji suhega in vlažnega vremena.

Slika 17 : Prikaz otoka Hispaniola Vir : Eartquacke2010SatelliteTetra.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Haiti



6.3 POTRES NA HAITIJU Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Haiti Haiti je 12. januarja 2010 ob 21.53 zajel močan potres z magnitudo 7,0 do 7,3 po Richterjevi lestvici. Epicenter se je nahajal 25 km jugozahodno od glavnega mesta Port-Au-Prince. Potresu je sledilo še 52 popotresnih sunkov. Poročali so o veliki gmotni škodi in o velikem številu žrtev v že tako revni državi Haiti. Prizadetih je bilo 30% celotne populacije. Smrtnih žrtev je bilo okrog 250,000 in ravno toliko ranjenih. Okrog 1 milion ljudi je izgubilo domove. Porušenih ali poškodovanih je bilo tudi veliko pomembnih zgradb. Spodnja slika prikazuje območje, ki ga je prizadel potres.

Slika 18 : Prikaz območja potresnega sunka januar 2010 Vir : EUROPEAN COMMISSON Joint Research Centre Institute for the Protection and Security of the Citizen




6.4 PROGRAMSKO ORODJE RADIO MOBILE Vir: http://www.cplus.org/rmw/english1.html Programsko orodje Radio Mobile je amaterski program za izračun radijskega pokrivanja. Avtor programa je Roger Coudé. Program je avtorsko zaščiten in temelji na digitalnem kartnem zapisu, ki je dosegljiv preko Internet OpenStreetMap, Terraserver (ZDA), Toporama (Kanada), ponuja pa tudi možnost nalaganja lastnih datotek iz računalnika. Programski paket lahko izriše različne virtualne zemljevide, 3D poglede in animacije. Uporablja se predvsem v humanitarne in radioamaterske namene. Za dosežene rezultate in njihovo uporabo uporabnik odgovarja sam. Program Radio Mobile je torej računalniška simulacija, ki jo uporabljamo za komunikacijsko napovedovanje delovanja in pokritosti različnih radijskih postaj (mobilna-prevozna-repetitor). Program s pomočjo digitalne karte izbranega območja črpa podatke s terena, kot so valovitost terena, nadmorska višina ter vplivi podnebja, ki lahko vplivajo na frekvenčno valovanje. Tako dobimo optimalno sliko strukture delovanja radijskega omrežja. Program ponuja veliko možnosti za nastavitev vhodnih parametrov pri napovedovanju in zagotavljanju radijske pokritosti. Ti parametri so:

- lokacija oddajnika, - frekvenca, - oddajna moč, - tip in antenski vzorec antene oddajnika, - lokacija sprejemnika, - tip in antenski vzorec antene sprejemnika, - terenski in nadmorski podatki lokacije.

Program pridobiva podatke iz terena o nadmorski višini preko dveh najbolj pogostih brezplačnih podatkovnih baz na internetu DTED (Digital Elevation Data Terrain) in SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Program ima tudi možnost združevanja dveh geografskih kart npr. terenske karte z geografsko karto cest. Ostale značilnosti programa:

- delovanje v frekvenčnem pasu 20 MHz do 20 GHz, - vertikalna ali horizontalna polarizacija antene, - višina antene od 0,5 m do 3000 m.



6.5 FRESNELOVE CONE Vir: http://antena.fe.uni-lj.si/rk_vse/navodila/opis_vaja_rk_vse_20.pdf Vsako prostorsko fizikalno valovanje potrebuje za razširjanje od izvora do sprejemne točke določen prostor. Prostor potreben za razširjanje valovanja opisujejo Fresnelovi elipsoidi. Fresnelova območja se uporabljajo za preračunavanje antenskega odboja in drugih izgub med oddajniki in sprejemniki. Fresnelove cone se zaporedno označuje z F1, F2, F3 do Fn. Na radijski signal imajo vpliv le prve tri cone, kjer je tudi več energije. Območje Fresnelovih con je tridimenzionalna elipsa med oddajnikom in sprejemnikom (Tx-Rx). V kolikor je signal med dvema postajama neoviran (brez dreves, hribov, gora...), je tudi pot signala čista. Pomembno je, da prva Fresnelova cona ni ovirana, saj tako jakost signala ne pada, zato je to potrebno upoštevati že pri načrtovanju radijskih zvez. Na širjenje radijskih valov vplivajo:

- radijska vidljivost, - odboj od površine zemlje, hribov, zgradb, - uklon na različno oblikovanih ovirah, - večkratni uklon, - razpršitev, - dodatne izgube zaradi drevja, zgradb, - valovod po kanjonu ulice, v tunelu.

Slika 19 : Prikaz Fresnelove cone, sprejemnika in oddajnika in vpliva ovir na širjenje valov Vir : http://www.air-stream.org/los

http://www.air-stream.org/los



7. IZVEDBA SIMULACIJE S PROGRAMSKIM ORODJEM RADIO MOBILE 7.1 IZDELAVA SIMULACIJE Sistem TETRA s sateliti, ki ga opisujem v diplomski nalogi, bi se lahko uporabljal na različnih področjih kot so: civilna zaščita, gasilci, policija, medicina in v vojaške namene za sodobno bojevanje. Ko govorimo o različnih inštitucijah, to pomeni, da eno omrežje lahko vsebuje več virtualnih omrežij, ki so med seboj povezljiva. Na ta način bi se izboljšal odziv in hitrost pretoka informacij. S simulacijo bom poskušal dokazati, da potreba po satelitski povezavi obstaja in je potrebna ter da so študije v to smer prava pot. Predstavljena simulacija nam bo pokazala, da v krajih kot je na primer Haiti, ki se nahaja na otoku, v primeru naravne nesreče lahko v celoti odpove komunikacijski sistem, to pa pomeni, da bi sistem, kot je opisan v diplomski nalogi, bistveno olajšal načrtovanje, delo in hiter prenos podatkov. Čeprav je programski paket odprtokoden, nam ponuja velik nabor funkcij in orodno vrstico kot jo prikazuje spodnja slika.

Slika 20 : Orodna vrstica odprtokodnega programskega paketa Radio Mobile (Vir : lasten)



Preko funkcije Select a city name iz orodne vrstice sem izbral mesto, ki ga želim prikazati na digitalni karti pridobljeni iz interneta.

Slika 21 : Prikaz izbire mesta Port-Au-Prince (Vir : lasten)



Digitalna karta, ki je bila prenesena na računalnik, je reliefni zemljevid, ki nam bo kasneje v pomoč pri vzpostavljanju radijskega signala. Reliefno geografska karta nam da pregled nad področjem in cestami, ki potekajo po mestu. To nam omogoča funkcija združevanja, ki nam jo ponuja program Merge picture - Multiply da dobimo prikaz, kot ga prikazuje slika 22.

Slika 22 : Digitalna reliefna karta izbranega mesta (Vir : lasten)



7.2 DOLOČANJE VHODNIH PARAMETROV Osnova za ustvarjanje omrežja TETRA je določanje vhodnih parametrov v programu Radio Mobile. Spodnja slika prikazuje radijske naprave kot spremenljivke.

Slika 23 : Nastavitve posameznih enot na terenu (Vir : lasten) Kreiranje Radijskih enot izhaja iz orodne vrstice Unit Properties, ki je predstavljena na začetku poglavja. Tu poimenujemo Radijske naprave in jih s tipko Place unit at cursor position vnesemo v izbrani zemljevid. Radijske naprave (Radio Units) so naslednje:

- Baza, - Mobilna radijska naprava 1, - Mobilna radijska naprava 2, - Mobilna radijska naprava 3, - Ročna radijska naprava.



Na naslednji sliki je predstavljeno omrežje TETRA z delovanjem v frekvenčnem pasu 410 MHz – 430 MHz. Izbral sem vertikalno polarizacijo ter predvidel 10% izgube zaradi stavb. Kot pomemben parameter pri kreiranju omrežja sem uporabil vremenski vpliv tropskega podnebja. Določil sem vrednost površinske lomljivosti (Surface refractivity) 370 enot. Prevodnost tal sem označil kot povprečno 0,005 S/m, ter dielektričnost zemlje (Relative ground permittivity) 15 As/Vm. (Vir: http://www.softwright.com/faq/engineering/prop_ longley_rice.html) V omrežnih lastnostih (Netwoks properties) sem določil v (Membership) vlogo posamezne enote (Unit) ter višino antene posamezne radijske enote. S programsko tipko Systems sem določil oddajno moč Tx, sprejemno občutljivost radijske naprave Rx, tip antene (Omni, Yagi), antensko prilagodljivost, možne kabelske in konektorske izgube.

Slika 24 : Kreiranje omrežja TETRA (Vir : lasten)

http://www.softwright.com/faq/engineering/prop_%20longley_rice.html

http://www.softwright.com/faq/engineering/prop_%20longley_rice.html



Pri ustvarjanju sistema TETRA je zelo pomembna dodelitev vloge radijskim napravam. Bazna postaja Baza ima vlogo stacionarne radijske naprave z anteno višine 15 metrov. Ostale mobilne in ročne naprave so podrejene bazni napravi.

Slika 25 : Prikaz vloge posamezne radijske naprave Membership (Vir : lasten)



Za stacionarno radijsko napravo Baza sem uporabil oddajno moč 20 W, odprtje sprejemnika 0,9µV, izbor Omni antene, antensko ojačitev 6dBi, višino antene 15m. Upošteval sem oslabitev kabelskih in konektorskih linij približno 0,5dB.

Slika 26 : Vhodni parametri Baze (Vir : lasten)



Za mobilne naprave 1, 2 in 3 sem izbral naslednje parametre: oddajno moč 10W , občutljivost sprejemnika 1,2µV velikost Omni antene 2m, antenska ojačitev 4dBi, oslabitev kabelskih in konektorskih linij 0,5dB.

Slika 27 : Vhodni parametri Mobilnih naprav 1, 2 in 3 (Vir : lasten)



Ročni radijski napravi, ki deluje z oddajno močjo 3W ter sprejemne občutljivosti 0,5µV, sem določil 0,1dB linijske oslabitve signala čeprav do tega praviloma ne bi smelo priti. Določil sem velikost Omni antene 0,5m ter antensko ojačitev 4 dBi.

Slika 28 : Vhodni parametri Ročne naprave (Vir : lasten)



7.3 PREDSTAVITEV SIMULACIJE IN KONČNIH REZULTATOV Po končanih programskih nastavitvah posameznih radijskih naprav preidemo v naslednjem koraku na preverjanje pokritosti in sporazumevanja z radijskimi napravami. Kot nam prikazuje slika 29, so povezave v večji meri slabe. To predvsem velja za mobilne naprave. Čeprav so v krogu oddaljene le 10 km, je njihova povezava slaba oziroma je ni, kar prikazuje rdeče obarvana črta pri povezavi Mobilne naprave 1 in 2 z Bazo. Dobro vidljivost radijskih naprav prikazuje zelena črta, ki povezuje Bazo, Ročno napravo ter Mobilno napravo 3. Ta se ne nahaja na razgibanem terenu, torej ni nobenih preprek, ki bi lahko povzročile motenje signala. Slike 30, 31, 32 in 33 prikazujejo kvaliteto tega signala.

Slika 29 : Terenska pokritost Baze (Vir : lasten) Slika 29 prikazuje terensko pokritost Baze s signalom, kjer ima Baza vlogo oddajne naprave. Slika prikazuje dobro pokritost z radijskim signalom z zeleno barvo, srednje dobro pokritost z rumeno in zelo slabo ali ničelno pokritost z rdečo barvo. Zaradi moči Bazne postaje in višine antene 15m je pokritost severnega in severovzhodnega dela mesta Port-Au-Prince velika. Enako velja tudi za pokritost signala na morju. Pokritost z radijskim signalom iz vzhodne in južne strani mesta se je izkazala za manjšo, kot bi lahko predvidevali. Na sliki 29 sredinski krog prikazuje antenski vzorec Baze (Omni antena 360º), ostali krogi pa so razdelki po 10 km od Bazne postaje.



Slike 30 do 33 prikazujejo radijske povezave (Radio Link) med Bazo in Radijskimi napravami. Tu lahko vidimo Fresnelove cone, ki glede na postavitev radijskih naprav po terenu odražajo dobro ali šibko povezavo naprav. Slika 30 prikazuje oddaljenost radijskih naprav 8,83 km, kjer ima Baza vlogo oddajne naprave, Mobilna naprava 1 pa sprejemne naprave. Med njima ni optične vidljivosti. Glavna prepreka se nahaja na razdalji 8,65 km in onemogoča vizualni stik med obema postajama. Poleg podatka o razdalji med postajama ter podatka o preprekah, nam programska slika nudi tudi druge uporabne podatke za ugodno postavitev radijskih naprav. Razvidno je, da je Fresnelova cona F1 zelo šibka (Worst Fresnel), ter da je celoten signal popačen za 47,8 dB in da je relativni sprejemni signal v minusu za 3,1 dB. To pomeni, da povezava med radijskima napravama ne deluje zaradi prevelike izgube signala. V tem primeru bi bila dobrodošla satelitska povezava še posebno, ko ni mogoč premik radijskih naprav na primernejši položaj.

Slika 30 : Rezultati radijske povezave smer Baza – Mobilna naprava 1 (Vir : lasten)



Tudi na sliki 31 je razvidno, da optične povezave med radijskima napravama ni, zaradi česar ni tudi prenosa signala med postajama Baza in Mobilna naprava 2. Čeprav je razdalja med njima le 6,64 km, je prepreka na razdalji 6,10 km dovolj velika, da radijski signal ne prehaja na Radijsko napravo 2 zaradi popačenja signala 65,8 dB. Baza ima vlogo oddajne naprave, Mobilna naprava 2 pa vlogo sprejemne naprave. Premik radijskih naprav na druge lokacije je sicer mogoč, lahko pa predstavlja težavo v situaciji naravne nesreče. Bolj smiselno bi bilo uporabiti satelitske povezave.




V primeru uporabe Ročne radijske naprave se je povezava izkazala za zelo dobro. Čeprav je razdalja med Ročno radijsko napravo in Bazo le 1,44 km in je višina antene 15m, bi lahko bil signal moten zaradi naseljenosti mesta, ampak do tega ni prišlo. (Slika 32)

Slika 32 : Rezultati radijske povezave smer Baza – Ročna naprava (Vir : lasten)



Prav tako ni mogoče pričakovati slabe povezave na morju, saj tu ni nobenih preprek, ki bi kakorkoli ovirale povezavo, čeprav je razdalja velika, saj meri 12,01 km, kar prikazuje slika 33.




Dejavniki, ki lahko vplivajo na radijski signal, so vreme, razgibanost terena, sestava tal... To vidimo na sliki 34, ki je prikaz signala Bazne naprave ob vseh vremenskih in ostalih parametrih, ki sem jih omenil. Mobilni napravi 1 in 2 nista v vidnem območju. Vzrok za to je razgibanost terena čeprav sta od Bazne naprave oddaljeni manj kot 10 km. Signal je najboljši, kjer je občutljivost radijske naprave največja. To prikazuje obarvanost terena z rdečo barvo na sliki 34, najslabša občutljivost radijske naprave pa je prikazana z modro barvo.

Slika 34 : Vremenski in terenski vpliv na Bazno radijsko napravo (Vir : lasten)



7.4 3D RELIEFNI PRIKAZ OBMOČJA SIMULACIJE

Slika 35 : 3D reliefni prikaz območja simulacije (Vir : lasten) Slika 35 predstavlja 3D reliefni prikaz območja simulacije, ki ga nudi program Radio Mobile. Paket vsebuje tudi možnost simulacijskega preleta, ko si lahko ogledamo teren z višine.



8. ZAKLJUČEK Na področju telekomunikacij se je izkazala vključitev in obravnava satelitov v orbiti ključnega pomena. Čeprav je njihova integracija v zemeljsko tehnologijo zapletena, predstavlja pomemben člen, ki se bo v prihodnje še razvijal in nadgrajeval. Trenutno je čas, ki je potreben za vzpostavitev telekomunikacijske infrastrukture precej daljši, kot bi bil lahko čas povezave z urejenim satelitskim medmrežjem. Tu je pomembno razvijanje medomrežnega protokola ISI. Problem, ki se pojavlja pri povezavi dveh TETRA omrežij, je tudi precejšen čas vzpostavitve in vzdrževanje signala, kar še posebno velja za skupinski klic. Prihodnost ISI vmesnika zagotavljajo nove rešitve, kot je ISI PEP. Simulacija radijskega omrežja, v katerem so se pojavili problemi povezav radijskih naprav in vremenskih vplivov, nam prikaže konkreten pristop k analizi problemov in reševanju le teh. Problematiko takšnih omrežij je možno v današnjem času rešiti na različne načine. S pomočjo programskih paketov, kot je na primer odprtokodni program, ki omogoča simulacijo na terenu, je možno natančno in dosledno analizirati dogajanje v radijskem omrežju, določiti problematična območja ter s spremembami izvesti simulacijo in pregled možnih izboljšav še preden so te vpeljane v dejansko obravnavano radijsko omrežje. Tu se je programsko orodje Radio Mobile izkazalo kot primerno za obdelavo in analiziranje telekomunikacijskih problemov. Program nam z različnimi funkcijami omogoča izvedbo simulacije enostavnega ali kompleksnega modela radijskega omrežja. Orodje zahteva od uporabnika razumevanje problema ter pravilno izbiro nastavitev in funkcij, saj v nasprotnem primeru simulacija ni pravilno izvedena in so rezultati neuporabni. Pri simulaciji, predstavljeni v diplomski nalogi, je bil izdelan model radijskega omrežja, v katerem so bili definirani vsi parametri posameznih radijskih naprav in omrežja, ki so pogoj za pravilno delovanje simulacije. Z analizo dobljenih rezultatov je bilo moč sklepati, da omrežje kot takšno lahko funkcionira le v primeru premika enot na druge lokacije, kar pa je v razmerah hude naravne nesreče nesmotrno in zamudno. Kljub temu je uporaba povezav TETRA omrežij s sateliti smotrna v veliko primerih, na primer na področju civilne zaščite, ko je potrebno hitro in učinkovito reševanje človeških življenj in hitrega premika po terenu kot tudi na vojaškem področju v primerih bojevanja ali patruljiranja vojaških enot po razgibanem terenu, kjer ni možnosti vzpostavitve omrežja.



LITERATURA IN VIRI: Strokovna literatura: Walke, Bernhard H.: Mobile Radio Networks - Networking, Procotols and Traffic Performance, John Wiley & Sons, 2002. Stavroulakis, Peter: TErrestrial Trunked RAdio – TETRA, Springer – Verlag. Berlin Heidelberg, 2007. Javna objava: Options for a Public Safety Wireless Communications System: Synthesis and Evaluation Report, 2001. Članki: Clemons, Peter: Digital Systems to the Rescue. Re, Emiliano, Ruggieri, Marina & Guidotti, Giovanni: Integration of TETRA with Satellite Networks. Springer Science+Business Media, 2008. Novak, Roman: Viability of ISI-Based TETRA over Satellite, Department of Communication Systems. Jozef Stefan Institute, 2008. Internetne strani: http://portal.etsi.org/workshopps/Presentations/0103TETRA.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Haiti https://docs.google.com/Doc?docid=0ATKkO3odnjoeZGd2OWpna2NfNTZnY2RiaHhkcQ&hl=en http://www.cplus.org/rmw/english1.html http://antena.fe.uni-lj.si/rk_vse/navodila/opis_vaja_rk_vse_20.pdf http://www.air-stream.org/los





KAZALO SLIK Slika 1: TETRA omrežja v svetu

Vir : NYSTEC Options for Public Safety Wireless Communications System Slika 2: Prikaz TETRA omrežja, ki je po ETSI standardizirano Vir : http://portal.etsi.org/workshopps/Presentations/0103TETRA.pdf Slika 3: Prikaz frekvenčnega območja TETRA in sosednjih radijskih sistemov Vir : Mobile Radio Networks Slika 4: Sistem TETRA strukturiran kot GSM sistem Vir : Mobile Radio Networks Slika 5: Konfiguracija TETRA SwMI Vir : TErrestrial Trunked RAdio – TETRA. A Global Security Tool Slika 6: Storitve z neposrednim načinom (DMO) Vir : TErrestrial Trunked RAdio - TETRA. A Global Security Tool Slika 7: Medmrežna povezavaTETRA sistema Vir : TErrestrial Trunked RAdio - TETRA. A Global Security Tool Slika 8: TEDS Air interface protokol Vir : TErrestrial Trunked RAdio - TETRA. A Global Security Tool Slika 9: Skupna integracija TEDS TETRA V+D, GPRS/3G in IP sistemov Vir : Terrestrial Trunked RAdio - TETRA. A Global Security Tool Slika 10: Tipična topologija Tetra prek IP mreže Vir : TErrestrial Trunked RAdio - TETRA. A Global Security Tool Slika 11: Primer integracije TETRA s satelitskimi sistemi Vir : Integration of TETRA with Satellite Networks Slika 12: Možnost povezave s sateliti Vir : Integration of TETRA with Satellite Networks Slika 13: Možnost povezave s sateliti (2) Vir : Integration of TETRA with Satellite Networks Slika 14: Možnost povezave s sateliti (3) Vir : Integration of TETRA with Satellite Networks Slika 15: Mrežna arhitektura ISI vmesnika TETRA prek satelita Vir : Viability of ISI-Based TETRA over Satellite Slika 16 : Časovni potek naravne nesreče

Vir : lasten Slika 17 : Prikaz otoka Hispaniola

Vir : Eartquacke2010SatelliteTetra.pdf Slika 18 : Prikaz območja potresnega sunka januar 2010

Vir : EUROPEAN COMMISSON Joint Research Centre Institute for the Protection and Security of the Citizen Slika 19 : Prikaz Fresnelovih con sprejemnika in oddajnika in njegov vpliv na ovire

Vir : http://www.air-stream.org/los Slika 20 : Orodna vrstica odprtokodnega programskega paketa Radio Mobile Vir : lasten Slika 21 : Prikaz izbire mesta Port-Au-Prince Vir : lasten Slika 22 : Digitalna reliefna karta izbranega mesta Vir : lasten Slika 23 : Nastavitve posameznih enot na terenu Vir : lasten




Slika 24 : Kreiranje omrežja TETRA Vir : lasten Slika 25 : Prikaz vloge posamezne radijske naprave Membership Vir : lasten Slika 26 : Vhodni parametri Baze Vir : lasten Slika 27 : Vhodni parametri Mobilne naprave 1, 2 in 3 Vir : lasten Slika 28 : Vhodni parametri Ročne naprave Vir : lasten Slika 29 : Terenska pokritost Baze Vir : lasten Slika 30 : Rezultati radijske povezave smer Baza – Mobilna naprava 1 Vir : lasten Slika 31 : Rezultati radijske povezave smer Baza – Mobilna naprava 2 Vir : lasten Slika 32 : Rezultati radijske povezave smer Baza – Ročna naprava Vir : lasten Slika 33 : Rezultati radijske povezave smer Baza – Mobilna naprava 3 Vir : lasten Slika 34 : Slika 34 : Vremenski in terenski vpliv na Bazno radijsko napravo Vir : lasten Slika 35 : 3D reliefni prikaz območja simulacije Vir : lasten KAZALO TABEL Tabela 1: Tehnični podatki o TETRA V + D v Evropi



KRATICE IN AKRONIMI PSTN Public Switched Telephone Network Javno Telefonsko Omrežje ISDN Integrated Services over Digital Network

Integrirane Storitve Preko Digitalnega Omrežja IP Internet Protocol Internetni Protokol ETSI European Telecommunications Standards Institute

Evropski Telekomunikacijski Inštitut za Standardizacijo GSM Global System for Mobile Communications Globalni Sistem za Mobilno Komunikacijo GSM-R GSM-Railway GSM-Železniški promet MORS Ministrstvo za Obrambo Republike Slovenije ZARE Profesionalni Sistem za Zaščito in Reševanje RASTO Profesionalni Radijski Sistem Teritorialne Obrambe WIRELESS Brezžično Omrežje RF Radio Frequency LMR Land Mobile Radio

Severno Ameriška kratica za Mobilno Radijsko Postajo FDMA Frequency Division Multiple Access TDMA Time Division Multiple Access kHz / MHz kiloHertz / MegaHertz Slot Reža Frame Okvir dB deciBel ms milisekunda V+D Voice + Data Podatkovni in Govorni Način DMO Direct Mode Option Direktni Način Delovanja PDO Pocket Data Option Paketni Način Prenosa Podatkov VHF Very High Frequency

Visoke Frekvence UHF Ultra High Frequency

Ultra Visoke Frekvence MS Mobile Station

Mobilne postaja TEI TETRA Equipment Identity TETRA Oprema Identitete LS Line Station

Linijska Postaja HDB Home Data Base Domača Podatkovna Baza VDB Visited Data Base Gostujoča Podatkovna Baza



TCH Traffic Channel

Prometni Kanal Gateway Prehod Air-Interface Vmesnik TEDS Enhanced Data Service

Izboljšana Podatkovna Storitev PMR Private Mobile Radio Profesionalna Mobilna Radijska Postaja 3G Third Generation Tretja Generacija 4G Four Generation Četrta Generacija GPS Global Positioning System Ameriški način pozicioniranja točke s sateliti GLONAS Global Satellite Navigation System Ruski način pozicioniranja točke s sateliti TSI TETRA Satellite Interface Satelitski vmesnik za TETRA GNSS Global Navigation Satellite System Globalni Satelitski Navigacijski Sistem GCSS, LCSS Global or Local Communications Satellite System Globalni in Lokalni Komunikacijsko Satelitski Sistem GMES Global Monitoring for Environment and Security Globalni Sistemi Opazovanja Zemlje GISS Global Integrated Satellite System Globalno Integriran Satelitski Sistem UMTS Universal Mobile Telecommunications System Univerzalni Mobilni Telekomunikacijski Sistem G/S Ground / Station Zemlja / Postaja QoS Quality of Service Parametri Kakovosti Storitev Com Communication Satellites Komunikacijski sateliti DRS Data Relay Satellite Podatkovni Relejni Sateliti Nav Navigation Satellites Navigacijski Sateliti EO Earth Observation Sateliti za Opazovanje Zemlje P/L Kontrolni Centri IDEA International Data Encryption Algoritem Standardni Kodirni Algoritem TEA Tiny Encryption Algorithm Algoritem Kodiranja Satellite pager Satelitski odzivnik (pager) PTT Push to Talk Pritisni in Govori - Hiter klic



SDS Short Data Service Kratke Podatkovne Storitve Turbo Coding Hitro Kodiranje Ad-Hoc Net Ad-Hoc Network

Omrežna Infrastruktura za mobilne naprave povezane z brezžično povezavo 3D Tri Dimenzionalno pozicioniranje Mainstream Uveljavljen MCC Mobile Country Code Mobilna Oznaka Države ISI Inter-System Interface Satelitski Vmesnik Povezave TETRA Omrežij MNC Mobile Network Code Mobilna Mrežna Koda DQPSK Differential Quaternary Phase Shift Keying Modulacija TETRA Sistema SSI Short Subscriber Identity Kratka Naročnikova Identiteta SIM Subscriber Identification Module Naročniški Identifikacijski Modul USIM Universal Subscriber Identification Module Univerzalni Naročniško Identifikacijski Modul TSI TETRA Subscriber Identity TETRA Naročniška Identiteta NSAP Network-Layer SAP Addresses Mrežni-Sloj SAP Naslovljenca MNI Mobile Network Identity Mobilna Mrežna Identiteta TMI TETRA Management Identity TETRA Upravljanje Identitete CONS Connection Network Service Oriented Omrežne Povezave Podatkovno Usmerjenih Storitev PEI Peripheral Equipment Interface Periferna Oprema Vmesnika MMI Man Machine Interface PEP Performance Enhancing Proxies Povečanje Učinkovitosti Posredovalnega Strežnika PSDR Public Safety and Disaster Recovery Javna Varnost in Oživitev Nesreč GIS Geographic Information System Geografski Informacijski Sistem PAMR Public Access Mobile Radio Javni Dostop Mobilnih Radijskih Postaj CC Call Control Kontrolno Klicna točka SwMI Switching and Management Infrastructure Preklop in Upravljanje Infrastrukture TETRAPOL Digital Professional Mobile Radio Standard Prva Digitalna TETRA FDMA tehnologija



TETRA Terrestrial Trunked Radio or Trans-European Trunked Radio Prizemno Snopovni Mobilni Radijski Sistem NATO North Atlantic Treaty Organization C3 Three Country Pilot WAT WISECOM Access Terminal WISECOM Dostopni Terminal

Documents

MOŽNOST UVEDBE SATELITSKE POVEZAVE TETRA OMREŽIJ · Specifikacija ISI se ukvarja z medsebojnim delovanjem različnih TETRA omrežij, medtem ko je medsebojno delovanje z drugimi