نگاهی به شبکه‌های Tetra

شبکه‌های Tetra زیرمجموعه‌ای از شبکه‌های ترانک به حساب می‌آیند و به همین دلیل در بخش اول این مقاله به بررسی شبکه‌های ترانک و تفاوت این شبکه‌ها با شبکه‌های سنتی می‌پردازیم. پس از آن مفاهیم اولیه و ساختار شبکه‌های Tetra بررسی می‌گردد.
شاید زمانی که دانشمند ایتالیائی، مارکونی، در پی ایجاد اولین ارتباطات رادیوئی بود، فکر نمی‌کرد روزی ارتباطات رادیوئی و سیستم‌های بدون سیم به یکی از ارکان اساسی و یا با کمی اغراق، به رکن اساسی وسایل ارتباطی تبدیل شود. پس از ایجاد اولین سیستم‌های رادیوئی، تحقیقات در این زمینه بیشتر شد و بروز جنگ‌های جهانی و به‌ویژه جنگ جهانی دوم تأثیر به‌سزائی در پیشرفت سیستم‌های ارتباط رادیوئی داشتند. سیستم‌های رادیوئی سنتی را می‌توان محصول همین دوران دانست. با گذشت زمان و افزایش تأثیر ارتباطات و مخابرات بر زندگی بشری این سیستم‌ها دیگر پاسخگوی نیازها نبودند و سیستم‌های ترانک جانشین آن‌ها شدند. بررسی شبکه‌های Tetra به‌عنوان یکی از زیرمجموعه‌های موفق رادیوهای ترانک دیجیتال می‌تواند آشنائی مختصری با این سیستم‌ها را فراهم آورد.
● سیستم‌های سنتی
به‌کارگیری سیستم‌های مخابرات رادیوئی سنتی مزایای زیادی برای کاربران و سازمان‌هائی که از این سیستم استفاده می‌کنند دارد و زمان زیادی است که این سیستم‌ها در شبکه‌های رادیوئی خصوصی مورد استفاده قرار گرفته و پاسخگوی نیازهای آن بوده است. این شبکه‌ها معمولاً در باند VHF بین فرکانس‌های ۱۳۴ تا ۱۷۴ مگاهرتز پیاده‌سازی می‌شدند و با استفاده از این شبکه‌ها شرکت‌ها و مؤسسات مختلف می‌توانستند یک یا چند کانال را در اختیار داشته باشند. این کانال‌ها به‌گونه‌ای تقسیم شده است که فقط حوزهٔ مورد نیاز آن شرکت را پوشش می‌دهد. هر یک از کانال‌های شبکه می‌تواند به‌صورت یک‌طرفه، نیمه دوطرفه و یا دوطرفه به کاربران اختصاص یابد. ساختار این شبکه‌ها مشتمل بر یک یا چند فرستنده اصلی و در صورت نیاز فرستنده‌های تکرار کننده است که این دستگاه‌ها در اتاق‌های فرستنده مخابراتی و در نقاط مرتفع برای ایجاد پوشش بیشتر نصب می‌شوند. قدرت فرستنده‌های مورد استفاده در این ایستگاه‌ها معمولاً بین ۲۵ تا ۵۰ وات است.
ساختار این نوع شبکه‌ها قدیمی است و به حدود سال ۱۹۵۰ باز می‌گردد. هر چند تجهیزات موجود در این شبکه‌ها با پیشرفت فن‌آوری به‌روز شده است، اما این سیستم‌ها دارای کمبودهائی هستند. برخی از این مشکلات عبارتند از:
۱) کیفیت نامناسب سرویس در مرز محدوده پوشش
۲) رقابت بین کاربران برای دسترسی به منابع شبکه
۳) انجام سوئیچینگ کانال‌ها به‌صورت دستی
۴) استفاده غیربهینه از کنال
۵ ) کم بودن محرمانگی و امنیت سیستم
۶) سوءاستفاده کاربران از ناکارآمدی شبکه
۷) دشواری در مدیریت شبکه
مواردی که به آن‌ها اشاره کردیم سبب شد تا سیستم‌های دیگری به‌ویژه رادیوهای ترانک برای جایگزینی سیستم‌های سنتی مورد بررسی قرار گیرند.
● رادیوهای ترانک
روش Trunking از سال‌ها پیش در شبکه‌های سوئیچ تلفن به‌کار گرفته شده است. اولین سیستم مخابرات رادیوئی سیار که بر این اساس طراحی شد، در اوایل دهه ۷۰ میلادی در آمریکای شمالی به‌اجراء درآمد.
مهم‌ترین مزیت سیستم Trunking افزایش بهره‌وری از باند موجود با افزایش تعداد کاربران رادیوئی به‌ازاء درجه سرویس (GoS) معین است.
استفاده بهینه از باندهای فرکانسی موجود بسیار حائز اهمیت است. جهت افزایش راندمان استفاده از باندهای موجود، می‌توان از سیستم‌های ترانک استفاده کرد. سیستم ترانک در واقع یک سیستم کنترلی است که با توجه به کانال‌های فرکانسی موجود و میزان درخواست‌ها، کانال‌ها را به‌صورت صحیح به کاربران اختصاص می‌دهد و با پر شدن یک کانال فرکانسی، کاربر جدید را به کانال دیگر انتقال می‌دهد. وقتی به این شکل از باند موجود استفاده شود کاربران بیشتری قادر خواهند بود همراه با داشتن درجه سرویس مناسب، به‌صورت همزمان از کانال‌های موجود استفاده کنند.
زمانی‌که یک ارتباط رادیوئی در یک سیستم ترانک خاتمه یابد، کاربر می‌تواند با فرستادن یک سیگنال معین که از فشردن یک کلید حاصل می‌شود این مسئله را به کنترل کننده ترانک اعلام دارد تا کانال را به یک تماسل دیگر اختصاص دهد. اگر کاربر چنین کاری انجام ندهد، با توجه به اینکه هیچ اطلاعاتی در آن کانال وجود ندارد کنترل کننده پس از یک زمان کوتاه برنامه‌ریزی شده اقدام به قطع ارتباط رادیوئی کاربر قبلی می‌کند و آن را برای استفاده کاربر جدید مهیا می‌سازد. این روش در سیستم‌های مخابراتی ترانک به شبه ارسال معروف است.
● ویژگی‌های شبکه‌های ترانک
در شبکه‌های ترانک سعی شده است تا مشکلات موجود در شبکه‌های سنتی برطرف شود. در ادامه به برخی از ویژگی‌های شبکه‌های ترانک که سبب برتری چشم‌گیر آن‌ها نسبت به شبکه‌های سنتی شده است اشاره می‌کنیم:
۱) قرار دادن کاربر در صف در صورت مشغول بودن کانال:
در سیستم‌های ترانک در صورت مشغول بودن کانال‌ها کاربران در صف انتظار قرار می‌گیرند. سپس درخواست‌های موجود در صف براساس قانون FIFO و یا براساس درجه اولویت بعد از آزاد شدن کانال، به شبکه دسترسی پیدا می‌کنند. در این حالت نیاز نیست که کاربر مانند شبکه‌های سنتی به‌صورت مداوم کانال را برای یافتن فرصت ارسال کنترل کند، بلکه در صورت خالی شدن کانال به‌صورت خودکار کانال به آن‌ها اختصاص داده می‌شود.
۲) دسترسی براساس اولویت:
از دیگر قابلیت‌های سیستم ترانکینگ، اختصاص اولویت به کاربران است. با توجه به نوع عملیات یک کاربر و درجه اهمیت آن در ساعات پر ترافیک، اولویت‌های مشخصی جهت برقراری ارتباط برای او ایجاد می‌شود. به این صورت که وقتی یکی از کاربران در موقعیت اضطراری عملیاتی قرار گرفته باشد، تماس او نسبت به کاربر دیگری که می‌خواهد یک گزارش ساده ارائه دهد، از اولویت بالاتری برخوردار خواهد بود، لذا این امر سبب می‌شود که با به‌کارگیری کانال‌های کمتر، استفاده مؤثرتری صورت گیرد.
۳) تماس‌های ضروری:
حتی زمانی‌که تمام کانال‌ها اشغال باشند یک تماس اضطراری می‌تواند با قطع کانال فعال با اولویت پائین‌تر صورت گیرد؛ این امر سبب افزایش ضریب اطمینان کاری و افزایش امنیت عملیاتی هم خواهد بود.
۴) تماس‌های خصوصی و انفرادی:
به‌دلیل حریم‌هائی که سیستم ترانکینگ می‌تواند برای کاربران به‌وجود آورد، امکان ارتباط بین یک فرد با فرد دیگر و یا دسترسی به اینترنت به‌راحتی وجود خواهد داشت. این خدمات از آنجا حائز اهمیت است که می‌تواند آرامش روحی را برای کاربرانی که مدت طولانی در عملیات‌ها شرکت می‌کنند فراهم سازد.
۵) تماس‌های همگانی:
این قابلیت این اجازه را به کاربران معینی می‌دهد تا بتوانند سریعاً مجموعه‌ای را نسبت به یک خبر مهم آگاه سازند.
۶) Handover:
برخلاف سیستم‌های ارتباطی سنتی که از سوئیچینگ دستی استفاده می‌کردند، در سیستم ترانک از طریق قابلیت Handover این مشکل به‌راحتی حل شده است. یعنی چنانچه کاربری از حوزه تحت پوشش حل شده است. یعنی چنانچه کاربری از حوزه تحت پوشش یک فرکانس به حوزه‌های تحت فرکانس دیگر منتقل شود، به‌طور اتوماتیک این تغییر فرکانس اتفاق می‌افتد.
۷) بهره‌گیری مناسب از کانال‌ها:
اختصاص اتوماتیک و دینامیک تعدادی کانال محدود به مجموعهٔ کاربران رادیوئی موجود این اطمینان را می‌دهد که تمام کاربران از GoS یکسانی بهره‌مند گردند.
۸) افزایش محرمانگی و امنیت:
به جهت تخصیص اتفاقی و دینامیک کانال به کاربران، شنود مکالمات توسط دیگران به‌راحتی ممکن نیست.۹) جلوگیری از سوءاستفاده کاربران از شبکه:
از آنجائی‌که همه کاربران رادیو دارای مشخصه شناسائی مخصوص به‌خود هستند و طول مدت پیام‌ها و زمان آن در سیستم ترانک مشخص و معین است، امکان استفاده غیرمجاز وجود نخواهد شد و افراد خاطی به‌راحتی قابل شناسائی خواهد بود.
● شبکه‌های Tetra
همان‌طور که گفتیم شبکه‌های ترانک دارای مزایای بیشتری نسبت به شبکه‌های سنتی است و امکانات بیشتری را در اختیار کاربران قرار می‌دهد. این نوع از شبکه‌ها را می‌توان براساس نیاز کاربران طراحی کرد و به همین دلیل که در موقعیت‌های مختلفی مانند نیروهای پلیس و سازمان‌های تاکسیرانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به سبب نیاز فراوان کاربران و کاربرد وسیع این نوع از شبکه‌ها در طی سال‌هائی که از تأسیس این شبکه‌ها می‌گذرد، استانداردهای متنوع و گوناگونی برای این شبکه‌ها تدوین شده است.
یکی از مشکلات بسیار بزرگی که در تهیه استانداردها وجود داشت این بود که بعضی از این استانداردها با یکدیگر سازگاری نداشتند، به‌همین دلیل لزوم تدوین استانداردی که بتواند نوعی سازگاری بین سیستم‌های مختلف را به‌وجود آورد، احساس می‌شد. از همین‌رو ETSI به‌عنوان یکی از مؤسسات استانداردسازی در دنیا (استانداردهای اروپائی)، وظیفه تدوین استاندارد را به‌عهده گرفت. یکی از استانداردهائی که توسط ETSI وضع شده است مربوط به شبکه‌های Tetra است. Tetra یک سیستم دیجیتال رادیوئی سلولی trunked است که می‌تواند امکان برقراری ارتباط صوتی و تصویری را بین کاربران PMR فراهم کند.
سیستم‌های trunked رادیوئی دارای این ویژگی هستند که به کاربران اجازه می‌دهند تا فقط به اندازه‌ای که برای ارسال پیغام نیاز دارند به پهنای باند دسترسی پیدا کنند. در این گونه از سیستم‌ها هنگامی‌که یکی از کانال‌ها مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، بلافاصله برای ارسال داده در اختیار یک کاربر دیگر قرار می‌گیرد. علاوه بر این شبکه‌های Tetra این امکان را فراهم می‌کنند تا هر پایانه بتواند به‌صورت بهینه با سایر پایانه‌های شبکه ارتباط برقرار کند، کاری‌که انجام آن در شبکه‌های سلولی عمومی چندان ساده نیست.
البته پیش از سیستم Tetra سیستم دیگری به نام Tetrapol نیز مورد استفاده قرار می‌گرفت. Tetrapol در سال ۱۹۸۸ ابداع گردید و آن را می‌توان به‌عنوان اولین سیستم دیجیتال PMR در مقیاس بزرگ به حساب آورد این سیستم اکنون در بعضی از کشورهای اروپائی مورد استفاده قرار می‌گیرد اما توسط ETSI به‌عنوان یک استاندارد پذیرفته نشده است.
● ساختار شبکه‌های Tetra
شبکه‌های Tetra نیز مانند بسیاری از شبکه‌های بدون سیم نسل امروزی به‌صورت سلولی پیاده می‌شود. مزیت اصلی پیاده‌سازی شبکه‌ها به‌صورت سلولی به افزایش ظرفیت شبکه ناشی از این اقدام باز می‌گردد. برای اینکه بتوان قابلیت اطمینان سیستم را بالا برد و از قطع ارتباط به هنگام حرکت کاربر جلوگیری کرد، برای این سیستم امکان Handoff در نظر گرفته شده است. ساختار شبکه‌های Tetra به مقدار زیادی شبیه به ساختار شبکه‌های GSM است.
یکی از مواردی که در هنگام بررسی شبکه باید به آن توجه کنیم، ناحیه پوشش شبکه است. سلول‌های شبکه Tetra دارای اندازه بزرگ‌تری نسبت به سلول‌های مورد استفاده در GSM است. برای کوچک‌تر بودن سلول‌های GSM نسبت به Tetra می‌توان دو دلیل عمده برشمرد. اول اینکه GSM دارای فرکانس حامل بالاتری نسبت به Tetra است و از آنجا که با افزایش فرکانس، افت نیز افزایش می‌یابد، میزان افت در سیگنال‌های GSM بیشتر است.
دوم اینکه BTSهای مورد استفاده در GSM عمدتاً نسبت به BTSهای مورد استفاده در Tetra توان کمتری دارند. بنابراین برای پوشاندن یک محدوده خاصل توسط Tetra به تعداد کمتری سلول نیاز است. اما باید توجه کرد که ظرفیت هر سلول نسبت به GSM کمتر است. در کل می‌توان گفت که Tetra نسبت به GSM ناحیه پوشش بزرگ‌تری دارد. دو نکته‌ای که در اینجا ذکر کردیم سبب می‌شود تا از Tetra در مواردی استفاده شود که تعداد کمی کاربر اما در یک محدوده جغرافیائی نسبتاً وسیع داشته باشیم.
در استاندارد جدیدی که برای Tetra (Tetra release ۲) پیشنهاد شده است، می‌توان شعاع سلول را تا ۱۲۰ـ۲۰۰ Km افزایش داد. این شعاع سلول بزرگ سبب می‌شود تا بتوان Tetra را در سطح زمین‌های هموار و گسترده مانند مناطق عملیاتی نظامی مورد استفاده قرار داد.
دو ویژگی مهمی که برای استاندارد Tetra Release ۲ در نظر گرفته شده است تا بتواند قابلیت Tetra را افزایش دهد، افزایش محدوده و اندازه سلول و نیز افزایش قابلیت سازگاری با سایر سیستم‌ها به‌خصوص سیستم‌های نسل ۳ است. این استاندارد با شبکه‌های GPRS، GSM و UMTS سازگار است.
▪ قسمت‌های مختلف یک شبکه Tetra را می‌توان به‌صورت زیر دسته‌بندی کرد:
۱) ایستگاه اصلی رادیوئی، یا RBS:
یکی از اجزاء اصلی سیستم رادیوئی Base Stationها هستند که با ایجاد پوشش رادیوئی امکان برقراری ارتباط را برای کاربران فراهم می‌سازد.
۲) گره سوئیچینگ و کنترل شبکه:
از اساسی‌ترین بخش‌های شبکه TETRA محسوب می‌شود که سوئیچ‌های اصلی شبکه بر روی آن تعبیه شده‌اند و ظرفیت شبکه را نیز با توجه به آن تعیین می‌کنند.
۳) سیستم مدیریت شبکه یا NMS:
این بخش در واقع شامل مجموعه‌ای از کارکردهای شبکه نظیر مدیریت کاربران، نگهداری و عملیات شبکه است و هدف اصلی آن نظارت و مدیریت بر بخش‌های مختلف محسوب می‌شود و قادر است به همه تجهیزات سیستم که در حال به‌کارگیری بسته‌های ارتباطی TCP/IP در داخل شبکه هستند اتصال یابد.
۴) ایستگاه‌های توزیع کننده:
این بخش از شبکه در واقع کار مدیریت ارتباط کاربران را در داخل شبکه و یا با شبکه خارجی انجام می‌دهد و قادر است که سرویس‌های مختلفی را ارائه دهد.
۵) ترمینال‌های رادیوئی:
همان بخش گیرنده شبکه در سمت کاربر است که به سه شکل دستی قابل حمل، قابل حمل با وسیله نقلیه و نیز به‌صورت ثابت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۶) دروازه‌ها:
رابط بین شبکه با سایر شبکه‌های دیگر است.
۷) زیرساخت:
وظیفه برقراری ارتباط بین RBS و بخش‌های کنترلی و مدیریتی شبکه را به‌عهده دارد.
مانند سایر شبکه‌های سلولی دیگر، اتصال بین RBS به بخش‌های کنترلی و مدیریتی شبکه و یا از بخش‌های کنترلی و مدیریتی به شبکه‌های دیگر با استفاده از خطوط ارتباطی رایج مخابراتی مانند E۱ و یا X۲۱ برقرار می‌شود.

مسلم نوری

منبع : فصلنامه علمی تحلیلی مهندسی برق