Łączność krytyczna MC (Mission Critical) rozwijała się przez lata wraz z rozwojem technologii. W poniższym tekście chcemy przybliżyć rozwiązania systemu TETRA, który mimo iż jest łącznością wąskopasmową, w przeciwieństwie do szerokopasmowych 5G i LTE, to wciąż niesie ze sobą wiele zalet i zapewnia możliwości, których nadal nie udaje się dostarczyć innym tego typu systemom łączności. W tekście pojawi się dużo akronimów branżowych, z którego nadużywania słynie sektor radiokomunikacji profesjonalnej, ale za każdym razem będą one rozwijane co pozwoli na lepsze zrozumienie tematu.
Kto jest użytkownikiem łączności krytycznej?
Pierwsze naturalne skojarzenie, to tzw. First Responders czyli służby, które jako pierwsze docierają na miejsce zdarzenia w sytuacjach kryzowych, jak np. ratownicy medyczni, strażacy, policjanci, itd. Zbliżonym pojęciowo jest określenie „blue signals” czyli takie służby, które posługują się pojazdami uprzywilejowanymi, które wysyłają niebieskie sygnały świetlne oraz sygnały dźwiękowe o zmiennym tonie.
Tak naprawdę łączności krytycznej potrzebują wszystkie służby ratunkowe, służby porządku publicznego oraz wszelkie organizacje (instytucje, przedsiębiorstwa) związane z obsługą i utrzymaniem infrastruktury krytycznej. Szczególnie przedsiębiorstwa z sektora utilities, takie jak: dystrybutorzy energii elektrycznej, operatorzy źródeł wytwórczych, operatorzy gazu, przedsiębiorstwa wodociągowe i kanalizacyjne, przedsiębiorstwa transportowe: kolej, autobusy, tramwaje oraz operatorzy lotnisk i władze portowe. Do polskiej specyfiki należałoby doliczyć jeszcze sztaby zarządzania kryzysowego: Rządowe Centrum Bezpieczeństwa, w tym centra zarządzania kryzysowego na szczeblu: wojewody, starosty powiatowego i gminy.
Współcześnie łączność krytyczna nieodłącznie związana jest z pojęciem łączności PPDR (Ochrona Publiczna i Pomoc w przypadku klęsk żywiołowych). W prezentacji Urzędu Komunikacji Elektronicznej [1] zostało to bardzo dobrze przybliżone:
- PP (Public Protection) oznacza utrzymanie porządku i ładu publicznego oraz działanie w sytuacjach nadzwyczajnych,
- DR (Disaster Relief ) oznacza zakłócenie funkcjonowania społeczeństwa oraz zagrożenia dla życia i zdrowia dużej grupy ludzi, mienia lub środowiska.
Podział systemów łączności krytycznej
Z powodów historycznych łączność krytyczną można podzielić na:
- Łączność wąskopasmową, która to wykorzystuje wąskie pasma radiowe (kilka-kilkadziesiąt kHz), zwane też LMR (Land Mobile Radio). Przykładami takiej łączności są: DIGICOM 7, TETRA, DMR .
- Łączność szerokopasmową (BB BroadBand), która wykorzystuje szerokie pasmo (kilka-kilkadziesiąt MHz). Przykładami takiej łączności są sieci LTE i 5G, w szczególności dotyczy to LTE-MC oraz 5G-MC.
Organizacja normalizacyjna 3GPP (3rd Generation Partnership Project) [2] powstała w 1998 roku z myślą o opracowaniu jednolitych standardów dla systemów telekomunikacji mobilnej oraz zapewnieniu globalnej interoperacyjności urządzeń końcowych UE (User Equipment). Mówiąc prościej, jej zadaniem jest takie zdefiniowanie standardów, aby było możliwe korzystanie z telefonu komórkowego na całym świecie, niezależnie od lokalizacji.
Początkowo jej głównym celem było stworzenie standardu 3G, stąd nazwa organizacji nawiązuje do „3rd Generation”. Z biegiem czasu 3GPP rozszerzyła swoje działania o rozwój standardów 4G czyli LTE (Long Term Evolution), a następnie 5G, które określa się jak NR (New Radio), a w przyszłości zajmie się także pracami nad standardem 6G (jeszcze bez docelowego akronimu).
3GPP definiuje usługi szerokopasmowej łączności krytycznej jako MCS (Mission Critical Services) oraz (co spotyka się częściej) MCX (Mission Critical Extensions). Pojęcie MCX organizacja 3GPP wprowadziła do standardu oznaczonego Release-13, który został ukończony w 2016 roku. Natomiast użycie pojęcia MCS zostało rozwinięte w kolejnych wersjach, jak Release 14, Release 15, Release16 i niedawno zatwierdzony Release 17. Trzeba podkreślić, że standard telekomunikacyjny LTE (Long Term Evolution) opisywany jest w wydaniach Release 8 do Release14. Zaś od Release15 organizacja 3GPP skupia się głównie na 5G. W skład usług łączności krytycznej MCX 3GPP wchodzą usługi takie jak:
- MCPTT – (Mission Critical Push-To-Talk) – tryb natychmiastowej usługi głosowej będącej odpowiednikiem trybu PTT radiotelefonów LMR (naciśnij-i-mów: jeden-do-jeden albo jeden-do-wielu),
- MCVideo (Mission Critical Video) – tryb komunikacji przesyłania obrazu na żywo (transmisji wideo w czasie rzeczywistym),
- MCData (Mission Critical Data) – tryb przesyłu danych krytycznych, takich jak wiadomości, pliki, informacje o lokalizacji.
Zanim organizacja 3GPP zajęła się standaryzacją systemów MCX, rozwój łączności krytycznej koncentrował się głównie w ramach Europejskiego Instytutu Norm Telekomunikacyjnych (ETSI). To właśnie ETSI już w latach 90. rozpoczęło prace nad standardem TETRA, który stał się kluczowym rozwiązaniem w zakresie komunikacji krytycznej. Pracę rozpoczęto w latach 1990 r., zaś pierwsze standardy opublikowano w 1996 roku.
Standard TETRA początkowo rozwijano pod nazwą Trans-European Trunked Radio. Aby jednak umożliwić jego wdrożenie poza Europą, zmieniono rozwinięcie skrótu na Terrestrial Trunked Radio.
Z całego bogatego ekosystemu TETRA warto wyróżnić następujące kluczowe elementy:
- Kodek audio ACELP (Algebraic Code Excited Linear Prediction) – zoptymalizowany pod kątem zrozumiałości mowy, odporny na utratę pakietów oraz zapewniający niskie opóźnienia transmisji głosu (poniżej 300 ms) przy minimalnym zużyciu pasma transmisyjnego (poniżej 5 kbit/s).
- Silne mechanizmy bezpieczeństwa, obejmujące zarówno uwierzytelnianie stacji bazowych i radiotelefonów, jak i zaawansowane szyfrowanie:
- Szyfrowanie interfejsu radiowego (Air Interface Encryption – AIE),
- Szyfrowanie typu end-to-end (E2E Encryption), zapewniające pełne bezpieczeństwo transmisji od nadawcy do odbiorcy,
- DMO (Direct Mode Operation) – tryb bezpośredniej komunikacji między terminalami (radiotelefonami) bez konieczności korzystania z infrastruktury stacji bazowych,
- LST (Local Site Trunking) – tryb lokalnej pracy stacji bazowej, który umożliwia terminalami (radiotelefonami) bez konieczności korzystania z infrastruktury stacji bazowych, kontynuację działania sieci TETRA w przypadku utraty połączenia z centralną siecią.
Tryby DMO oraz LST odgrywają kluczową rolę podczas awarii masowych lub klęsk żywiołowych, gdy infrastruktura telekomunikacyjna ulega uszkodzeniu, a łącza transmisyjne między centralą TETRA a stacjami bazowymi zostają przerwane.
| Cecha | Usługa powszechna telefonii komórkowej | Usługa bezpieczeństwa łączności krytycznej |
| Nadrzędny cel działania | Maksymalizacja przychodów i zysków | Ochrona życia i mienia, ograniczenie i neutralizacja skutków zagrożeń |
| Zasięg | Kryterium pokrycia według gęstości zaludnienia i estymacji popytu | Kryterium terytorialne, skoncentrowane na obszarze w którym występuje zagrożenie i jest potrzeba działania PPDR |
| Dostępność usługi | Przerwy w działaniu niepożądane: utrata przychodów, utrata klientów, uszczerbek na reputacji, wymogi regulacyjne | Przerwy w działaniu nieakceptowane: zagrożenie życia lub groźba utraty życia |
| Dominujący rodzaj komunikacji usług głosowych | Głównie jeden-do-jednego | Jeden-do-wielu, grupy robocze, grupy dynamiczne, łączność brygad (ekip) w terenie z centrami dyspozytorskimi |
| Dominujący rodzaj transmisji szerokopasmowej | Dostęp do internetu, przewaga pobierania danych (wiadomości oraz materiały wideo) | Transmisja w ramach grup roboczych/ interwencyjnych, większy nacisk na przesyłanie danych niż ich pobieranie (przewaga upload nad download) |
| Priorytetyzacja ruchu | Minimalne możliwości zróżnicowania w oparciu o poziom usługi, trudna też ze względu na zasadę neutralności sieci (net neutrality) oraz wymogi regulacyjne | Wymagane znaczące zróżnicowanie, np. względu na rolę użytkownika (koordynator, dowódca, itd.) albo rodzaj obsługiwanego zdarzenia lub incydentu, np. priorytet ruchu MCPTT, MCDATA, MCVideo nad innymi danymi |
Obecni użytkownicy systemów łączności krytycznej LMR są otwarci na migracje na rozwiązanie MCX, ale oczekują od organizacji 3GPP, aby w łączności szerokopasmowej pojawiały się analogiczne lub podobne rozwiązania, do których zdążyli się przyzwyczaić (DMO, LST, jakość kodeka, szybkie zestawianie połączeń grupowych itd.), a przede wszystkim zapewnienia interoperacyjności z istniejącymi systemami LMR (Land Mobile Radio). Stąd organizacja ETSI [3] okresowo przeprowadza „MCX Plugtests” testy interoperacyjności
systemów łączności wąskopasmowych (zwanych LMR: TETRA, P25 itd.) z rozwiązaniami szerokopasmowymi MCX . ETSI na swojej stronie udostępnia publicznie raporty z testów, a ostatnio dostępny jest szósty i siódmy raport z testów. Zachęcamy do zapoznania się z raportami.
Zdjęcie: Adobe Stock, FotoDax
Dlaczego do obecnych publicznych sieci 4G i 5G nie można tak łatwo doinstalować funkcjonalności MCX?
Implementacja rozwiązań MCX nie tylko wymaga odpowiedniej adaptacji sieci rdzeniowej (CORE) i rozbudowy o dedykowane serwery dla świadczenia specyficznych potrzeb MCX, ale także pogodzenia różnych perspektyw funkcjonowania usługi powszechnej telefonii komórkowej versus potrzeby sektora PPRD. Zostało to przedstawione w tabeli.
Przykładowo brytyjska sieć ESN (Emergency Service Network) w całości korzysta z zasobów lokalnego operatora EE. To nie jest tak, że na usługach publicznej sieci komórkowej nie da się zbudować sieci MCX. Problem jest bardziej prawny i regulacyjny niż techniczny. W sieci publicznej można ustawić priorytetyzacje dla wybranych grup abonentów, ale kłóci się to z zasadą neutralności sieci (net neutrality). Chyba że ustawodawca lub regulator telekomunikacyjny wymusi stosowanie dla wyłonionego oferenta świadczenia usług łączności krytycznej.
Część użytkowników PPDR, świadoma tych różnic, decyduje się na hybrydowe rozwiązanie, polegające na połączeniu usługi publicznej z siecią prywatną. Przykładowo amerykańska sieć FirstNet to sieć posiadająca cechy sieci prywatnej, ale formalnie jest to usługa publiczna z elementami dedykowanej infrastruktury. FirsNet korzysta z sieci publicznej, ale posiada dedykowane pasmo radiowe (Band 14-700 MHz), które jest wykorzystywane w mobilnych stacjach bazowych, nazwanych:
- COLT (Cell on Light Truck) – mobilna stacja bazowa zainstalowana na lekkim samochodzie dostawczym lub ciężarówce,
- Flying COW (Cell on Wighs ) – drony wyposażone w nadajniki LTE/5G,
- CDR (Compact Rapid Deployable) – kompaktowa przenośna stacja, którą można rozstawić przez niewielki zespół.
Rozwiązanie takie jak COLT, COW, CDR to kreatywne podejście w zakresie zapewniania pokrycia radiowego w sytuacjach kryzysowych, gdzie typowa infrastruktura telekomunikacyjna może być niedostępna.
Krystian Górski
Źródła:
[1] Prezentacja UKE: Plany alokacji częstotliwości radiowych dla systemów szerokopasmowych służb bezpieczeństwa publicznego w Polsce
[2] www.3gpp.org
[3] www.etsi.org
