Interoperacyjność, czyli współpraca między istniejącymi systemami telekomunikacyjnymi, stanowi istotny czynnik zapewnienia łączności w sytuacjach kryzysowych. Jest to model budowy radiowych sieci rozległych, przyjęty w USA po zamachach 11 września.
Systemy bezprzewodowej transmisji danych różnią się między sobą sposobem transportu informacji. Typowe sieci komórkowe zaprojektowane zostały głównie z myślą o przesyle głosu. Dalszy rozwój technologii migruje w stronę transmisji pakietowej i świadczenia usług transmisji danych. Systemy niekomórkowe – np. LMDS (ang. Local Multipoint Distribution Services) – z uwagi na mniejsze wymagania odnośnie do mobilności przystosowane zostały głównie do transmisji danych, ale pozwalają też realizować usługi głosowe w oparciu o telefonię IP. Integrację systemów bezprzewodowych należy więc rozpatrywać uwzględniając możliwości konkretnych technologii. Interoperacyjność można rozpatrywać na trzech płaszczyznach: organizacyjnej (wspólnie koordynowane plany operacyjne i procedury), współpracy transgranicznej (możliwość współpracy z sąsiadami) oraz technicznej (kompatybilność urządzeń).
Na rynku dostępnych jest szereg rozwiązań komercyjnych, jak i specjalnego przeznaczenia umożliwiających podłączenie różnych platform do wspólnej sieci. Biorąc pod uwagę trendy technologiczne wskazane wydaje się wykorzystanie sieci transportowej (szkieletowej) opartej na protokole IP. Dzięki temu możliwe będzie zagwarantowanie jakości usług QoS.
Architektura oparta na protokole IP pozwala w sposób efektywny przekazywać informacje na odległość bez względu na to jaki rodzaj danych jest aktualnie transmitowany. Migracja do sieci IP oraz budowa sieci w topologii pierścienia czy drzewa uniezależnia poszczególne sieci transmisyjne od niezawodności punktów centralnych występujących w topologii gwiazdy, których awaria blokuje poprawne działanie sieci. Dodatkowo umożliwia programowe zdefiniowanie zadań i funkcjonalności (nie wymagana jest ingerencja w warstwę fizyczną), co w przypadku rozbudowy sieci o kolejne urządzenia lub dodanie dodatkowych opcji poprawiających jakość świadczonych usług, realizowane jest szybko i przy niewielkich nakładach finansowych.
Konieczność zapewnienia interoperacyjności pojawi się tylko wówczas kiedy grupy kapitałowe nie zdecydują się na budowę sieci homogenicznej, aczkolwiek ze względu na wymóg zapisany w Polityce energetycznej Polski do 2030 roku, winna być ona oparta na jednym standardzie. Takie rozwiązanie wprowadza szereg ograniczeń i oznacza:
- brak uzupełniania się pokrycia radiowego przez stacje bazowe znajdujące się w sąsiadujących ze sobą grupach kapitałowych;
- problemy komunikacyjne na granicach spółek oraz kłopoty przy prowadzaniu wspólnych działań w warunkach wyższej konieczności;
- ograniczoną łączność z pracownikami zmuszonymi do działania na terenie spółki wykorzystującej infrastrukturę innego producenta;
- trudności przy tworzeniu wspólnej automatyki i obwodów zabezpieczeń przez sąsiadujące spółki;
- trudności z przeorganizowaniem łączności w następstwie procesów fuzji i dzielenia się grup kapitałowych;
- większe problemy z koordynacją częstotliwości w fazie projektowania i użytkowania;
- większa liczba stacji bazowych i niezbędnych kanałów radiowych, tym samym wyższe nakłady inwestycyjne;
- konieczność stosowania kosztownych bram komunikacyjnych (medialnych) zapewniających i tak ograniczony zakres obsługiwanych usług między sieciami;
- wyższe koszty utrzymania sieci. Wśród zalet natomiast można wymienić:
- możliwość prowadzenia przez spółkę niezależnej polityki inwestycyjnej w czasie;
- możliwość dokonania wyboru sprzętu optymalnego pod kątem potrzeb.
Niektórzy dostawcy sprzętu telekomunikacyjnego oferują bramy medialne MGW (ang. Media GateWay) przeznaczone do realizacji odrębnych funkcji, np. dostępowych, abonenckich, magistralnych, czy sygnalizacyjnych, a jeszcze inne oferują te same funkcje w bramach uniwersalnych. Wprowadzenie węzłów komutacyjnych typu softswitch ułatwia transformację jednej techniki transmisyjnej (z komutacją łączy) na drugą (z komutacją pakietów) przez sterowanie m.in. węzłami MGW (bramy medialne) oraz innymi rozproszonymi elementami sieci. Projektując system łączności z myślą o zastosowaniu go w sytuacjach kryzysowych należy uwzględnić jak największą liczbę dostępnych technologii. Jest to niezbędne by zminimalizować prawdopodobieństwo wystąpienia problemów z nawiązaniem połączenia na danym terenie. Dodatkowo w ten sposób zwiększa się niezawodność całej nowo utworzonej sieci heterogenicznej. Na rys. 1 przedstawiono koncepcję sieci zapewniającej interoperacyjność między systemami pracującymi w różnych technologiach.
Dzięki zastosowaniu urządzeń końcowych wspierających kilka systemów (np. terminale satelitarne z obsługą transmisji w sieciach GSM) już dziś możliwe jest współdziałanie niektórych technologii. Współpraca systemów o charakterze komórkowym (np. GSM, TETRA) jest bardzo ważnym aspektem z punktu widzenia zapewnienia pokrycia rozległych terenów (np. całego kraju). Mocno rozbudowana, już istniejąca sieć, redukuje koszty budowy nowej infrastruktury. Pewną modernizację sieci trzeba było zrealizować przy wprowadzaniu technologii 4G. Niestety, wprowadzenie piątej generacji telefonii komórkowej 5G wymaga od operatorów nowych inwestycji i przebudowy praktycznie całej sieci.
W sieci szkieletowej poszczególnych systemów transmisja informacji może odbywać się w dwóch domenach: z komutacją łączy lub komutacją pakietów. Zatem urządzenia biorące udział w realizacji połączeń mogą zostać sklasyfikowane względem dwóch domen: komutacji łączy i komutacji pakietów. Część urządzeń w sieciach GSM 4G lub 5G jest wspólna dla obu trybów transmisji. Dodatkowo każda domena posiada specyficzne interfejsy pozwalające na wymianę informacji z sieciami zewnętrznymi.
W sieciach nowszych generacji stosowana jest architektura płaska. W najprostszej postaci składa się ona z części dostępu radiowego oraz sieci szkieletowej całkowicie opartej na protokole IP. Funkcje węzłów oraz sterowników przydzielono bramie dostępu do sieci szkieletowej. Brama składa się z modułu MME realizującego funkcje związane z wymianą sygnalizacji i sterowaniem terminalami, bram SGW (ang. Serving Gateway) i PDN GW (ang. Packet Data Network Gateway) obsługujących transmisję danych użytkownika, jak i bloku pełniącego funkcje ustalania polityk/profili dostępu oraz naliczania. Brama SGW pośredniczy w transmisji danych pomiędzy segmentem dostępu radiowego a siecią infrastruktury komutacyjnej core, natomiast brama PDN GW stanowi punkt styku sieci LTE z sieciami zewnętrznymi.
Architektura systemu TETRA zaprojektowana została w sposób umożliwiający efektywną, aczkolwiek o niewielkiej przepływności transmisję danych przez kanał radiowy w trybie połączeniowym i pakietowym. Można w niej wyróżnić: terminale, stacje bazowe, część komutacyjno-sieciową (centrale główne i lokalne, moduły rejestracji użytkowników, centrum eksploatacji i utrzymania sieci). W celu zapewnienia interoperacyjności wykorzystywany ma być styk ISI umożliwiający współpracę różnych sieci TETRA zarówno na szczeblu lokalnym, krajowym, jak i międzynarodowym. Z uwagi na to, że w standardzie nie zdefiniowano funkcjonalności poszczególnych elementów, pozostaje to w gestii producenta; warunkiem poprawnej współpracy jest zgodność z określonymi przez standard ETSI wymaganiami odnośnie do interfejsów. Spełnienie założeń pozwala na otrzymanie certyfikatu TETRA IOP (ang. InterOPerability) wydawanego przez TETRA MoU (ang. Memorandum of Understanding). Rozwiązanie ISI charakteryzuje się jednak licznymi ograniczeniami, m.in. nie obsługuje połączeń grupowych.
Ponieważ nie zawsze wybór jednego dostawcy jest najkorzystniejszy, gdyż m.in. skazuje to właściciela sieci na wybór z jednej rodziny produktów, co może ograniczać konkurencyjność cenową, stowarzyszenie TETRA promuje otwarty rynek wielu dostawców, którzy mogą starać się o certyfikat IOP na swoje produkty. Zakres certyfikacji jest jednak ograniczony, co pokazano na rys. 2.
W standardowej sieci TETRA integracja z sieciami pakietowymi i siecią PSTN (ang. Public Switched Telephony Network) wymaga zastosowania dodatkowych elementów (bram). Rozwiązanie współpracujące z sieciami IP w interfejsie radiowym TETRA V+D (ang. Voice+Data) oznaczane jest jako IP-over-TETRA. Nie
stosuje się transmisji głosu z wykorzystaniem technologii VoIP przez interfejs radiowy. Należy zwrócić uwagę, że zupełnie innym podejściem jest zastosowanie w infrastrukturze sieci TETRA architektury określanej nazwą TETRA-over-IP. W tym wypadku połączenia między komponentami sieci realizowane są przy wykorzystaniu protokołu IP. nie dotyczy to w tym przypadku interfejsu radiowego, który może pracować w standardowym rozwiązaniu z komutacją łączy. W większości tego typów systemów wszystkie elementy połączone są ze sobą w jednej warstwie, więc możliwe jest stosowanie rozproszonego zarządzania. Przez zastosowanie rozproszonej infrastruktury zapewnia się redundancję elementów sieci szkieletowej, co powoduje wzrost niezawodności systemu. W razie uszkodzenie jednego z urządzeń sieciowych jego obowiązki przejmuje inne, które staje się nadmiarowe. Nowe stacje bazowe mogą być konfigurowane w trybie TETRA 2 (TEDS) lub też TETRA. Dodatkowo w sytuacjach kryzysowych istnieje możliwość rekonfiguracji systemu i dostosowanie go do istniejących warunków, np. zwiększonego natężenia ruchu w obrębie stacji bazowej. Z uwagi na to, że połączenia między węzłami są typu punkt.punkt, np. są to łącza E1, to byłoby bardzo kosztowe zwiększenie przepływności dla wszystkich stacji radiowych. Standardowo łącza sieci dosyłowej, łączącej węzły komutacyjne ze stacjami bazowymi, pracują z przepływnością od 128 kbit/s do 2 Mbit/ s. W standardzie TEDS wprowadzono dodatkowo styk IPI (ang. IP Inter-working) oparty na protokole GPRS Tunneling Protocol. Standardowe styki GPRS takie jak Gi i Gp umożliwiają współpracę za pośrednictwem integrującej sieci szkieletowej (ang. Inter-network Backbone) poprzez bramy BG (ang. Border Gateway) lub połączenie z siecią pakietową przez bramę GGSN.
MACIEJ SKORASZEWSKI, Biuro PTPiREE
