Наземное транкинговое радио [1] ( TETRA ; ранее известное как Trans-European Trunked Radio ), европейский стандарт для транкинговой радиосистемы , является профессиональной мобильной радиосвязью [2] и спецификацией двустороннего приемопередатчика. TETRA был специально разработан для использования государственными учреждениями, аварийно-спасательными службами ( полицией , пожарными частями , скорой помощью ) для сетей общественной безопасности , железнодорожным транспортом для поездных радиостанций, транспортными службами и военными . [3] TETRA — это европейская версия транкинговой радиосвязи, похожая на Project 25 .
TETRA — стандарт Европейского института стандартов в области телекоммуникаций (ETSI), первая версия которого была опубликована в 1995 году; он упоминается Европейским комитетом по радиосвязи (ERC). [4]
TETRA использует множественный доступ с временным разделением (TDMA) с четырьмя пользовательскими каналами на одной несущей радиочастот и интервалом 25 кГц между несущими. Можно использовать как передачу «точка-точка» , так и передачу «точка-многоточка» . Цифровая передача данных также включена в стандарт, хотя и с низкой скоростью передачи данных.
Мобильные станции TETRA (MS) могут осуществлять связь в прямом режиме (DMO) или в транковом режиме (TMO) с использованием коммутационной и управляющей инфраструктуры (SwMI), состоящей из базовых станций TETRA (TBS). Помимо обеспечения прямой связи в ситуациях, когда покрытие сети недоступно, DMO также включает возможность использования последовательности из одного или нескольких терминалов TETRA в качестве ретрансляторов. Эта функциональность называется шлюзом DMO (от DMO к TMO) или ретранслятором DMO (от DMO к DMO). В чрезвычайных ситуациях эта функция обеспечивает прямую связь под землей или в зонах плохого покрытия.
В дополнение к голосовым и диспетчерским службам система TETRA поддерживает несколько типов передачи данных. Сообщения о состоянии и службы коротких данных (SDS) предоставляются по основному каналу управления системы, в то время как пакетная коммутация данных или коммутация каналов данных используют специально назначенные каналы.
TETRA обеспечивает аутентификацию терминалов по отношению к инфраструктуре и наоборот. Для защиты от подслушивания доступно шифрование радиоинтерфейса и сквозное шифрование.
Обычный режим работы — режим группового вызова , в котором нажатие одной кнопки соединит пользователя с пользователями в выбранной группе вызова и/или диспетчером . Терминал также может работать как рация один на один, но без обычного ограничения диапазона, поскольку вызов по-прежнему использует сеть. Терминалы TETRA могут работать как мобильные телефоны ( сотовые телефоны ) с полнодуплексным прямым подключением к другим пользователям TETRA или к PSTN . Кнопки экстренного вызова, предусмотренные на терминалах, позволяют пользователям передавать диспетчеру сигналы экстренного вызова, отменяя любые другие действия, происходящие в то же время.
Подробный обзор, опубликованный в июле 2023 года компанией Midnight Blue стандарта TETRA и алгоритмов шифрования, впервые обнародованный за последние 20 лет, обнаружил множество уязвимостей безопасности, которые в совокупности называются TETRA:BURST. Всего в базу данных CVE было внесено 5 уязвимостей : [5]
Кроме того, команда Midnight Blue замечает «особенность, касающуюся S-box TEA3 », но пока не определила, является ли она слабостью. [6]
Эти уязвимости оставались публично неизвестными в течение 28 лет после публикации TETRA, поскольку TETRA не публикует определения своих криптографических алгоритмов, что является примером безопасности через неизвестность . Команда Midnight Blue получила доступ к криптографическому коду TETRA, атаковав доверенную среду выполнения на радио с поддержкой TETRA. Команда указывает на список ранее взломанных криптографических систем, полагающихся на неизвестность, и утверждает, что следовало следовать принципу Керкхоффса : система была бы безопаснее, если бы ее структура была известна публично. [6]
Основными преимуществами TETRA перед другими технологиями (например, GSM ) являются:
Дополнительную информацию можно получить в Ассоциации TETRA (ранее TETRA MoU), а стандарты можно бесплатно загрузить с сайта ETSI .
Его основные недостатки:
До 7,2 кбит/с на таймслот в случае соединений точка-точка и 3,5 кбит/с на таймслот в случае инкапсуляции IP. Оба варианта позволяют использовать от одного до четырех таймслотов. Различные реализации включают одну из предыдущих возможностей подключения, обе или ни одной, а также один таймслот или более. Эти скорости якобы быстрее, чем у конкурирующих технологий DMR, dPMR и P25. Последняя версия стандарта поддерживает 115,2 кбит/с в 25 кГц или до 691,2 кбит/с в расширенном канале 150 кГц. Чтобы преодолеть ограничения, многие поставщики программного обеспечения начали рассматривать гибридные решения, в которых TETRA используется для критической сигнализации, в то время как синхронизация больших объемов данных и передача изображений и видео выполняется через 3G / LTE . [8]
Для модуляции TETRA использует π ⁄ 4 дифференциальную квадратурную фазовую манипуляцию . Скорость передачи символов (бод) составляет 18 000 символов в секунду, и каждый символ отображается в 2 бита, что дает общую скорость 36 000 бит/с.
Поскольку для передачи данных во время каждого пакета используется фазовая манипуляция, то, казалось бы, разумно ожидать, что мощность передачи будет постоянной. Однако это не так. Это происходит потому, что боковые полосы , которые по сути являются повторением данных в модуляции основного носителя, отфильтровываются резким фильтром, чтобы ненужный спектр не использовался. Это приводит к амплитудной модуляции, и именно поэтому TETRA требует линейных усилителей. Результирующее отношение пиковой к средней (RMS) мощности составляет 3,65 дБ. Если используются нелинейные (или недостаточно линейные) усилители, боковые полосы снова появляются и вызывают помехи на соседних каналах. Обычно используемые методы достижения необходимой линейности включают декартовы петли и адаптивное предыскажение.
Базовые станции обычно непрерывно передают и (одновременно) непрерывно принимают от различных мобильных телефонов на различных несущих частотах; поэтому система TETRA является системой дуплекса с частотным разделением (FDD). TETRA также использует FDMA/TDMA (см. выше), как и GSM. Мобильные телефоны обычно передают только на 1 слоте/4 и принимают на 1 слоте/4 (вместо 1 слота/8 для GSM).
Речевые сигналы в TETRA дискретизируются с частотой 8 кГц, а затем сжимаются вокодером с использованием линейного предсказания с алгебраическим кодовым возбуждением (ACELP). Это создает поток данных 4,567 кбит/с. Этот поток данных кодируется с защитой от ошибок перед передачей, чтобы обеспечить правильное декодирование даже в зашумленных (ошибочных) каналах. Скорость передачи данных после кодирования составляет 7,2 кбит/с. Емкость одного слота трафика при использовании 17/18 кадров.
Один слот состоит из 255 используемых символов, оставшееся время используется последовательностями синхронизации и включения/выключения и т. д. Один кадр состоит из 4 слотов, а мультикадр (длительность которого составляет 1,02 секунды) состоит из 18 кадров. Гиперкадры также существуют, но в основном используются для обеспечения синхронизации алгоритмов шифрования.
Нисходящая линия связи (т. е. выход базовой станции) обычно представляет собой непрерывную передачу, состоящую либо из определенных сообщений с мобильным(и) телефоном(ами), синхронизации или других общих передач. Все слоты обычно заполняются пакетом, даже если они находятся в режиме ожидания (непрерывный режим). Хотя система использует 18 кадров в секунду, только 17 из них используются для каналов трафика, а 18-й кадр зарезервирован для сигнализации, сообщений службы коротких данных (например, SMS в GSM) или синхронизации. Структура кадра в TETRA (17,65 кадров в секунду) состоит из 18 000 символов/с; 255 символов/слот; 4 слота/кадр и является причиной воспринимаемой « амплитудной модуляции» на частоте 17 Гц и особенно заметна в мобильных/портативных устройствах, которые передают только на одном слоте/4. Они используют оставшиеся три слота для переключения частоты, чтобы получить пакет от базовой станции двумя слотами позже, а затем вернуться к своей частоте передачи ( TDMA ).
Для обеспечения конфиденциальности радиоинтерфейс TETRA шифруется с использованием одного из шифров TETRA Encryption Algorithm (TEA) . Шифрование обеспечивает конфиденциальность (защиту от подслушивания), а также защиту сигнализации.
В настоящее время определены 4 различных шифра, от TEA1 до TEA4. Эти шифры TEA не следует путать с блочным шифром Tiny Encryption Algorithm . Шифры TEA имеют различную доступность из-за ограничений на экспорт и использование. Опубликовано немного подробностей об этих фирменных шифрах. Рисс [12] упоминает в ранних проектных документах TETRA, что шифрование должно выполняться с помощью потокового шифра из-за свойства не распространять ошибки передачи. Паркинсон [13] позже подтверждает это и объясняет, что TEA — это потоковый шифр с 80-битными ключами. Позже алгоритмы были изменены, и оказалось, что TEA1 снижает стойкость своего ключа до 32 бит. [14] TEA1 и TEA4 обеспечивают базовый уровень безопасности и предназначены для коммерческого использования. [15] Шифр TEA2 ограничен европейскими организациями общественной безопасности. Шифр TEA3 предназначен для ситуаций, когда TEA2 подходит, но недоступен. [16]
Это первое представление демонстрирует, где наиболее вероятно будут параметры медленного порога повторного выбора (SRT), быстрого порога повторного выбора (FRT) и превышения задержки распространения. Они представлены в связи с затуханием несущей радиосигнала по мере увеличения расстояния от базовой станции TETRA .
Из этой иллюстрации эти точки срабатывания SRT и FRT связаны с затухающим уровнем радиосигнала соответствующих сотовых носителей. Пороги расположены таким образом, чтобы процедуры повторного выбора сот происходили вовремя и обеспечивали непрерывность связи для текущих коммуникационных вызовов.
Следующая диаграмма иллюстрирует, где заданный TETRA радиосотовый начальный выбор. Начальный выбор сот выполняется процедурами, расположенными в MLE и в MAC. Когда сделан выбор соты и выполнена возможная регистрация, говорят, что мобильная станция (MS) присоединена к соте. Мобильной станции разрешено изначально выбрать любую подходящую соту, которая имеет положительное значение C1; т. е. уровень принятого сигнала больше минимального уровня приема для параметра доступа.
Первоначальная процедура выбора ячейки должна гарантировать, что MS выбирает ячейку, в которой она может надежно декодировать данные нисходящей линии связи (т. е. на основном канале управления/MCCH), и которая имеет высокую вероятность восходящей связи. Минимальные условия, которые должны быть выполнены, заключаются в том, что C1 > 0. Доступ к сети должен быть обусловлен успешным выбором ячейки.
При включении мобильного телефона он делает первоначальный выбор соты одной из базовых станций, что указывает на начальные обмены при активации.
Информационный элемент минимального уровня доступа к приему должен указывать минимальный уровень принимаемого сигнала, требуемый на SwMI в ячейке, либо обслуживающей ячейке, либо соседней ячейке, как определено в таблице 18.24.
Следующая диаграмма иллюстрирует, где данная радиоячейка TETRA становится улучшаемой . Обслуживающая ячейка становится улучшаемой, когда происходит следующее: C1 обслуживающей ячейки ниже значения, определенного в параметрах радиосети «Параметры повторного выбора ячейки, медленное пороговое значение повторного выбора» в течение 5 секунд, и C1 или C2 соседней ячейки превышает C1 обслуживающей ячейки на значение, определенное в параметрах радиосети «Параметры повторного выбора ячейки, медленное пороговое значение повторного выбора» в течение 5 секунд.
Следующая диаграмма иллюстрирует, где данная радиоячейка TETRA становится пригодной для использования . Соседняя ячейка становится пригодной для использования в радиодиапазоне, когда у ячейки есть нисходящее радиосоединение достаточного качества.
Для объявления радио соседней ячейки пригодным к использованию должны быть выполнены следующие условия: соседняя ячейка имеет параметр потери пути C1 или C2, который в течение 5 секунд больше, чем порог быстрого повторного выбора плюс порог быстрого повторного выбора, и уровень обслуживания, предоставляемый соседней ячейкой, выше, чем у обслуживающей ячейки. В течение предыдущих 15 секунд не должно быть успешного повторного выбора ячейки, если только MM не запросит повторный выбор ячейки. MS-MLE должен проверять критерий отказа от обслуживающей ячейки так часто, как сканируется или контролируется одна соседняя ячейка.
Следующие условия приведут к тому, что MS оценит соседнюю ячейку как имеющую более высокий уровень обслуживания, чем текущая обслуживающая ячейка:
Следующая диаграмма иллюстрирует, когда данная радиоячейка TETRA становится освобождаемой ( bandable ). Обслуживающая ячейка становится освобождаемой, когда происходит следующее: C1 обслуживающей ячейки ниже значения, определенного в параметрах радиосети «Параметры повторного выбора ячейки», «Порог быстрого повторного выбора», в течение 5 секунд, а C1 или C2 соседней ячейки превышает C1 обслуживающей ячейки на значение, определенное в параметрах радиосети «Параметры повторного выбора ячейки», «Гистерезис быстрого повторного выбора», в течение 5 секунд.
В течение предыдущих 15 секунд не должно быть успешного повторного выбора ячейки, если только Mobility Management (MM) не запросит повторный выбор ячейки. MS-MLE будет проверять критерий отказа от обслуживающей ячейки так часто, как сканируется или контролируется одна соседняя ячейка.
Когда порог FRT нарушен, MS находится в ситуации, когда необходимо отказаться (или покинуть) обслуживающую ячейку и получить другую, по крайней мере, пригодного качества. То есть, мобильная станция знает, что радиосигнал быстро затухает, и должна быстро перевыбрать ячейку, прежде чем связь прервется из-за сбоя радиосвязи. Когда радиосигнал мобильной станции нарушает минимальный уровень приема, радиостанция больше не в состоянии поддерживать приемлемую связь для пользователя, и радиосвязь прерывается.
Сбой радиосвязи: (C1 < 0). Используя предлагаемые значения, это будет удовлетворено уровнем обслуживающей соты ниже −105 дБм. Затем активируются процедуры повторного выбора соты для поиска подходящей базовой радиостанции.
Любой радиотерминал TETRA, использующий технологию на базе Java ( Java ME / CLDC ), предоставляет конечному пользователю права связи, необходимые для выполнения его или ее рабочей роли в любом краткосрочном задании.
Для обеспечения маневренности, гибкости и способности к развитию отдел радиотехники общественного транспорта принял решение использовать спецификацию языка Java с открытым исходным кодом, администрируемую Sun и соответствующими рабочими группами, с целью создания набора инструментов для транспортных приложений .
Приобретение услуг позволяет различным уполномоченным агентам устанавливать каналы связи между различными услугами, вызывая идентификатор услуги и не обладая полным знанием ISSI, GSSI или любого другого плана нумерации, связанного с установлением связи TETRA. Приобретение услуг администрируется через централизованную службу прав связи или сервер распределения рулонов , подключенный к базовой сети TETRA.
Подводя итог, можно сказать, что целями TETRA MMI являются:
Данный набор инструментов для транспортных приложений был успешно создан с использованием технологии связи TETRA и обеспечивает выполнение требований к приложениям общественного транспорта в будущем, упомянутых ниже.
Главное меню предоставляет конечному пользователю три возможности:
Приобретение услуг обеспечивает возможность виртуальной персонализации конечного пользователя для любого радиотерминала и сети TETRA на протяжении всего периода владения конечным пользователем терминалом.
Status SDS предоставляет конечному пользователю механизм для генерации повторяющегося тона 440 Гц, который сигнализирует о мошенничестве членам в пределах одного (динамического или статического) Group Short Subscriber Identity (GSSI) или определенному Individual Short Subscriber Identity ( ISSI ) на время выполнения задания (час, утренний патруль или определенный короткий период, выделенный для задания). Преимущество заключается в том, что каждый из конечных пользователей может прикрепиться к любому данному терминалу и группе на короткие промежутки времени без необходимости какой-либо серьезной перенастройки с помощью инструментов программирования радиопрограммного обеспечения. Аналогичным образом функционирует функция агрессии, но с более высокой частотой тона (880 Гц) и с более быстрой повторяющейся природой, чтобы подчеркнуть срочность оповещения.
Вкладка параметров предоставляет конечному пользователю терминала необходимые средства, позволяя ему предварительно настроить целевой (предварительно запрограммированный ISSI или GSSI ) номер связи назначения. С этим предварительно запрограммированным номером назначения конечный пользователь должен связаться с радиотерминалом назначения или сервером распределения рулонов и может связаться в группе или на выделенный сервер, на который поступают запросы на получение услуг, которые предварительно обрабатываются и в конечном итоге отправляются через базовую сеть TETRA. Это упрощает процесс перенастройки или повторной конфигурации, обеспечивая гибкость при коротких назначениях.
Вкладка параметров также предоставляет средства выбора между предварительно выбранными тонами для соответствия требованиям рабочей группы в целях оповещений о мошенничестве и агрессии. Возможность выбора любой клавиши, доступной на клавиатуре, для использования в качестве быстрой клавиши агрессии или мошенничества также возможна через набор инструментов программного обеспечения транспортного приложения. Рекомендуется использовать клавиши звездочка и решетка для быстрых клавиш мошенничества и агрессии соответственно. Для тонов мошенничества и агрессии также рекомендуется использовать медленно повторяющийся тон 440 Гц (пробел 500 миллисекунд) и быстро повторяющийся тон 880 Гц (пробел 250 миллисекунд) соответственно. Варианты тонов следующие: 440 Гц, 620 Гц, 880 Гц и 1060 Гц.
Страница параметров содержит меню помощи , а последняя вкладка параметров кратко описывает набор инструментов, версию и историю набора инструментов транспортного приложения на сегодняшний день.
Ассоциация TETRA, работающая с ETSI, разработала стандарт TEDS, широкополосное решение для передачи данных, которое расширяет возможности TETRA за счет гораздо более высокой емкости и пропускной способности для данных. В дополнение к тем, которые предоставляет TETRA, TEDS использует ряд адаптивных схем модуляции и ряд различных размеров несущих от 25 кГц до 150 кГц. Первоначальные реализации TEDS будут в существующем радиоспектре TETRA и, скорее всего, будут использовать полосы пропускания каналов в 50 кГц, поскольку это обеспечивает эквивалентный охват для голосовых и TEDS-услуг. Производительность TEDS оптимизирована для широкополосных скоростей передачи данных, широкополосного покрытия и эффективности использования спектра . [17]
Достижения в области технологии DSP привели к внедрению стандартов передачи с несколькими несущими, использующих модуляцию QAM . Стандарты WiMAX, Wi-Fi и TEDS являются частью этого семейства.
См. также:
Project 25 и TETRA используются для радиосети общественной безопасности и радиосети частного сектора по всему миру, однако они имеют некоторые различия в технических характеристиках и возможностях. [18] [19] [20]
В настоящее время P25 развернут более чем в 53 странах, а TETRA развернут более чем в 114 странах.
В конце 2009 года [обновлять]системы TETRA использовались в 114 странах Европы, Ближнего Востока, Африки, Азиатско-Тихоокеанского региона, Карибского бассейна и Латинской Америки. [21]
Система TETRA используется государственным сектором в следующих странах. Перечислены только установки инфраструктуры сети TETRA. Поскольку TETRA является открытым стандартом, каждая из этих сетей может использовать любую комбинацию мобильных терминалов TETRA от широкого спектра поставщиков.
За последнее десятилетие TETRA пережил всплеск использования в сообществе радиолюбителей. Ощущаемое более высокое качество звука по сравнению с другими цифровыми голосовыми режимами, емкость пакетных данных, SDS, одночастотные ретрансляторы DMO, близкое расположение любительского радиодиапазона UHF (430-440 МГц) и полный дуплексный звук в TMO мотивируют аргументы в пользу экспериментов с контактами с этой технологией.
При использовании TETRA для любительской радиосвязи необходимо учитывать ряд ограничений:
По всей Европе создано множество любительских сетей DMO [65] и TMO [66] .
Кроме того, проект с открытым исходным кодом направлен на создание полного стека TETRA на основе SDR с рабочим ретранслятором DMO, подтверждающим концепцию. [67]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )