APCO Project 25 – совместный проект федеральных, государственных и местных органов власти США, поддерживаемый TIA (Telecommunications Industry Association – Американской Ассоциацией Телекоммуникационной промышленности), NASTD (National Association of State Telecommunications Directors – Национальной Ассоциацией Государственных Директоров в области телекоммуникаций) и непосредственно дирекцией APCO.

ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЛИЦА И ИСПОЛНИТЕЛИ

Международная организация APCO (Association of Public Safety Communications Officials – можно перевести как: Ассоциация официальных представителей коммуникационных служб организаций общественной безопасности), объединяет представителей правоохранительных органов примерно 70 стран. Члены организации с 1967 года трудятся над разработкой спецификаций для современных систем подвижной радиосвязи, которые бы наилучшим образом соответствовали требованиям правоохранительных организаций и служб общественной безопасности.

В руководящий комитет также входят представители NTIA (National Telecommunications and Information Administration – Администрация Национальной Информации и Телекоммуникаций), NCS (National Communications System – Национальные Коммуникационные Системы) и DoD (Department of Defense – Департамент Обороны).

Кроме того, всячески приветствуется участие в проекте международных организаций общественной безопасности. Внушительность списка участников характеризует всю серьезность проблемы создания единой стратегии и тактики в развитии средств подвижной служебной радиосвязи.

Первым значительным событием в истории Ассоциации была разработка в конце семидесятых годов первой спецификации на системы радиосвязи – APCO 16. В рамках ее требований функционируют такие известные системы как, EDACS (Ericsson), Clearchannel LTR (E.F. Johnson), SmartNet (Motorola) и ряд других. Как видно из перечня, требования стандарта не обеспечивали какой-либо совместимости ни между системами, ни между оборудованием.

Проект, получивший официальный номер 25, был призван устранить сложившуюся неразбериху в стандартах, протоколах и системах, а также определить методы построения систем связи, которые бы наилучшим образом соответствовали задачам служб общественной безопасности.

APCO Project 25 (далее APCO 25) – перечень технических требований стандарта цифровой транковой радиосвязи.

ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ ПРОЕКТА [1]

Обеспечить максимально эффективное использование радиочастотного спектра.

1.                      Гарантировать конкуренцию между производителями системы (для возможности выбора наиболее оптимального решения при полной совместимости).

2.                      Обеспечить возможность эффективного и надежного коммуникационного взаимодействия между различными агентствами и службами.

3.                      Обеспечить создание «дружественного к пользователю» оборудования, требующего в эксплуатации минимального количества умственных и физических действий оператора.

4.                      Обеспечить изящный путь перехода от существующих аналоговых технологий на всех этапах развития Проекта 25.

Из целей Проекта особо выделяется обеспечение «дружественного» интерфейса с пользователями – это первая разработка, в которой удобство и простота использования оборудования заложены в стандарт.

Работа над Проектом разделена на две фазы. В ходе реализации первой фазы была реализована цифровая система связи, использующая ширину частотного канала 12,5 кГц. Второй фазой – возможность работы в полосе 6,25 кГц. Это позволит системам APCO 25 серьезно конкурировать с транковыми сетями TETRA по спектральной эффективности (4 канала на полосу в 25 кГц).

Заключительные регламентирующие документы стандарта APCO 25 были одобрены и подписаны в августе 1995 г. на международной выставке-конференции APCO в Детройте (США, штат Мичиган). На ней же компаниями Motorola, Stanilite Pacific, E.F. Johnson, BK Radio и Transcrypt International была проведена историческая демонстрация оборудования соответствующего требованиям APCO 25. Была представлена система связи, использующая базовую станцию Stanilite и портативные радиостанции Motorola, BK Radio, E.F. Johnson и Transcrypt.

Реакция тысяч посетителей выставки, показала ошеломляющий успех проекта. Даже те, кто скептически относились к возможности сотрудничества конкурирующих фирм, убедились в жизнеспособности APCO 25 как общепринятого добровольного стандарта.

ПЕРЕЧЕНЬ ТРЕБОВАНИЙ

Полный перечень требований Проекта составляет довольно внушительный список [1]. Отметим лишь моменты, заслуживающие особого внимания:

1.                      Система должна обеспечивать спектральную эффективность как минимум в два раза выше, чем в существующих аналоговых системах. Второй фазой Проекта предусмотрено повышение эффективности не менее чем в 4 раза по сравнению с аналоговыми системами.

2.                      Абонентские радиостанции должны обеспечивать возможности связи друг с другом как в «обычном», так и в транковом режимах. При этом обмен голосовыми сообщениями может быть аналоговым, цифровым нешифрованным и цифровым шифрованным независимо от фирмы-изготовителя оборудования.

3.                      Система должна обеспечивать до четырех уровней шифрования. Причем во всех режимах шифрования должны поддерживаться те же функции, что и при обмене нешифрованными сообщениями (для цифрового режима). Абонентские радиостанции должны обеспечить полную поддержку одного или нескольких типов шифрования:

·                        Тип 1 – для засекреченной государственной правительственной связи.

·                        Тип 2 – для несекретных систем коммуникации служб национальной безопасности.

·                        Тип 3 – для несекретных сетей правительственных коммуникаций (например, службы общественной безопасности).

·                        Тип 4 – для других целей (например, для поставок на экспорт).

4.                      Подсистемы радиосвязи должны иметь возможность объединения в большие системы.

5.                      Радиоабоненты должны иметь возможность роуминга (перемещения) между различными подсистемами радио и при этом регистрироваться в сети, осуществлять и принимать вызовы.

6.                      Должна обеспечиваться возможность поддержки до 64 000 различных подсистем радиосвязи с уникальной идентификацией.

7.                      Каждая подсистема должна обеспечивать поддержку до 2 000 уникальных разговорных групп.

8.                      Каждая подсистема должна обеспечивать поддержку не менее 48 000 индивидуальных абонентских идентификаторов.

9.                      Каждая подсистема должна обеспечивать «вертикальное» разделение для различных независимых организаций.

10.                  В системе должна использоваться иерархическая нумерация, при которой индивидуальным абонентам и разговорным группам присваивается уникальный идентификатор (в подсистеме сети), и вместе с ним код «домашней» подсистемы (подобно нумерации в телефонии: номер телефона и междугородний код).

11.                  Должна обеспечиваться возможность обмена данными между сетями ГТС/УАТС, X.25, SNA (System Network Architecture), TCP/IP и подвижными терминалами данных DTE (Data Terminal Equipment) по радиочастоте. Скорость обмена данными по радиоканалу должна быть не менее 9600 бит/с.

12.                  Все подсистемы и обслуживаемое ими абонентское оборудование, не зависимо от изготовителя, должны управляться единой схемой управления. Основные элементы управления сетью связи должны содержать:

·                        Управление конфигурацией;

·                        Управление сбоями;

·                        Управление безопасностью (шифрованием);

·                        Управление работой;

·                        Управление учетом переговоров (финансовые расчеты).

13.                  Должна обеспечиваться возможность управления элементами системы из единого центра. Изменения, сделанные в одной базе данных, должны автоматически изменить все связанные с ней базы данных без дальнейших действий пользователя.

14.                  Должна обеспечиваться возможность делегирования полного управления системой локальному центру управления (применяется для управления «своей» частью сети после вертикального разделения).

15.                  Качество речи для «открытой» и зашифрованной связи должно быть таким же или лучше чем в существующих аналоговых системах. Качество речи должно позволять различать мужские и женские голоса.

16.                  Дальность для «открытой» и зашифрованной связи должна быть такой же или больше, чем в существующих аналоговых системах без необходимости установки дополнительных промежуточных зон (сайтов).

17.                  В системах одного изготовителя должна предусматриваться совместимость сверху вниз с существующими аналоговыми системами (этого же изготовителя), для обеспечения эффективного и постепенного перехода от аналоговых к цифровым технологиям. Как минимум, это должно распространяться на мобильные и носимые радиостанции.

18.                  Абонентские радиостанции должны иметь возможность работы на общих аналоговых каналах для связи как в транковом, так и в «прямом» режимах.

19.                  Абонентское оборудование должно соответствовать требованиям международного военного стандарта MIL STD-810E.

20.                  Время установки соединения должно быть не более:

·                        250 мс в режиме прямой связи радиоабонент–радиоабонент (без участия сетевого оборудования).

·                        350 мс в режиме связи радиоабонент–радиоабонент через мобильный ретранслятор.

·                        500 мс при связи радиоабонент–радиоабонент в пределах транковой подсистемы.

21.                  Абонентское оборудование должно обеспечивать возможность сканирования «обычных» каналов (не менее 8) и транковые разговорные группы (не менее 8) причем при обмене как «открытым» и зашифрованным голосом.

22.                  Должна обеспечиваться возможность программирования абонентских радиостанций по эфиру.

23.                  Должен поддерживаться стандартный набор услуг:

·                        Групповые вызовы;

·                        Индивидуальные вызовы;

·                        Соединение с телефонной сетью;

·                        Шифрование голоса;

·                        Обмен данными;

·                        Роуминг;

·                        Динамическое перегруппирование;

·                        Сигнал тревоги (не путать с аварийным вызовом).

24.                  В абонентском оборудовании должно быть предусмотрено:

·                        Проверка радиостанций по электронному серийному номеру (ESN);

·                        Возможность подключения терминалов данных (MDT);

·                        Поддержка аналоговых 12,5 и 25 кГц каналов.

Как видно из перечня требований, системы APCO 25 способны удовлетворить запросы практически любого пользователя. Особенно важно то, что в стандарт заложен плавный переход от аналоговых систем к цифровым. Кроме того, даже создав полностью цифровую систему, имеется возможность обслуживать в ее рамках парк аналогового абонентского оборудования. APCO 25 регламентирует работу цифровых систем радиосвязи любого размера от одной базовой станции, состоящей из единственного ретранслятора, до транковой сети государственного масштаба.

Спецификации стандарта делятся на обязательные (должны выполняться всеми производителями оборудования APCO 25) и общие или рекомендательные (обеспечивают более полную функциональную совместимость). Некоторые возможности, из разряда рекомендательных, могут отсутствовать в различных реализациях системы, хотя надо заметить, что из-за жесткой конкуренции, практически все производители оснащают свое оборудование не только полным набором стандартных возможностей, но зачастую и дополнительными, сугубо «фирменными», функциями.

Стандарт APCO 25 разрабатывался в основном специалистами США, из-за этого заметна некоторая специфичность требований и их реализация. Повышенная мощность радиостанций, устойчивость к интерференции, совместимость с аналоговыми системами связи, большая зона охвата базовых станций – все это позволяет использовать системы APCO 25 как в городах с высотной застройкой и высокой плотностью абонентов, так и в сельской местности, в районах со сложным рельефом, в местах, где уже функционируют аналоговые системы связи.

Немалый отпечаток наложило и то, что повсюду в мире сложилась традиция, при которой переход на прогрессивные технологии вначале осуществляется в индустриальных центрах и столицах, а уже затем постепенно распространяется на периферию. Но системы, оптимальным образом подходящие для городской застройки, не всегда будут соответствовать требованиям сельской местности. Проект APCO 25 с начала разработки был нацелен на создание универсальной системы, максимальным образом удовлетворяющей широкому спектру задач в области подвижной транковой связи. Участие в работе над Проектом, кроме служб общественной безопасности, приняли организации по охране и использованию природных ресурсов (лесничества, рыболовные хозяйства), службы спасения, береговая охрана и т.д.

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ

Спецификации APCO 25 применяются ко всем элементам системы радиосвязи. Это абонентские устройства (портативные и мобильные радиостанции), базовые станции и другое оборудование постоянного базирования (стационарные операторские консоли и устройства, реализующие связь в многозоновых сетях), а также компьютерное оборудование, служащее для передачи данных. Связь между всеми элементами осуществляется через открытые интерфейсы, которые должны поддерживать полную совместимость независимо от того, кто является производителем того или иного элемента.

APCO 25 определяет восемь открытых интерфейсов связи [4]:

·     Общий радиоинтерфейс (Um);

·     Интерфейсы операторских консолей (Ec);

·     Интерфейс передачи данных (Ed);

·     Интерфейс связи базовых станций (Ef);

·     Интерфейс управления сетью (En);

·     Интерфейс связи с телефонной сетью (Et);

·     Интерфейс межсистемной связи (G);

·     Интерфейсы связи с портом данных (A).

Согласно предлагаемой APCO 25 модели системы связи (см. рисунок), центральным элементом сети является подсистема радиосвязи. Для взаимодействия с остальными элементами подсистема использует упомянутые открытые интерфейсы. Внутренние интерфейсы подсистемы могут не соответствовать стандарту, а определяться изготовителем оборудования.

Подсистема радиосвязи может объединять в себе любое оборудование базовых станций без ограничений на территориальное размещение. Требования к ней ограничиваются следующими положениями:

·     Оборудование базовых станций должно поддерживать единый радиоинтерфейс;

·     Подсистема радиосвязи должна содержать все управляющее оборудование, необходимое для обработки вызовов и поддержки открытых интерфейсов.

Таким образом, концепция открытых интерфейсов делает их «строительными блоками», из которых можно создать многозоновую систему связи, поскольку (и это главное требование стандарта) подсистема радиосвязи любой конфигурации должна обеспечивать связь с любым оборудованием или другой подсистемой независимо от их принадлежности к тому или иному изготовителю. Поддержка требований стандарта APCO 25 в полном объеме гарантирует эффективную и надежную цифровую передачу голоса и данных как между пользователями одной организации, так и между абонентами различных систем связи.

APCO 25 ИЗНУТРИ ИЛИ ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

Как и в других цифровых системах связи, в APCO 25 речевой сигнал подвергается оцифровке, шифрации (при необходимости) и модуляции.

Процедура обработки речевого сигнала начинается с его преобразования в цифровой формат при помощи вокодера (IMBE – Improved Multi-Band Excitation). После этого происходит шифрование сигнала и специальная обработка, гарантирующая коррекцию ошибок при декодировании. Далее сигнал дополняется данными адресации и управления.

Коррекция ошибок повышает устойчивость к помехам и затуханию сигнала при передаче по радиоканалу и позволяет с большой достоверностью восстанавливать исходные данные на стороне приема. Однако использование этого механизма приводит к увеличению объема передаваемой информации.

Что касается обработки данных, здесь возможно использование двух механизмов. Более простой состоит в непосредственной модуляции передаваемого сигнала без его дополнительной обработки. Другой механизм предусматривает предварительное деление всего объема данных на информационные пакеты небольшого размера, которые обрабатываются с помощью алгоритма коррекции ошибок.

Кадр, преобразуемый вокодером IMBE, содержит 88 бит речевой информации и 56 дополнительных бит коррекции ошибок. Таким образом, полный объем кадра передачи речевого сигнала равен 144 бит, а скорость его передачи составляет 7,2 кбит/с. Далее каждые девять кадров голосового сигнала объединяются в группу данных LDU, а две группы LDU формируют суперкадр. Скорость передачи суперкадров по радиоканалу составляет 9,6 кбит/с.

Голосовая радиосвязь построена на непрерывной передаче последовательности суперкадров, которым предшествуют заголовки сообщений. Радиосвязь всегда начинается с передачи заголовка цифрового сообщения, затем посылаются группы LDU, после которых – признак конца сообщения.

Заголовок содержит следующую информацию:

·     Индикатор сообщения – определяет тип алгоритма шифрования;

·     Идентификатор изготовителя аппаратуры – указывает на то, что при передаче голосового сообщения применяются нестандартные функции. Этот идентификатор имеет стандартное значение только в том случае, когда все остальные информационные поля удовлетворяют спецификациям общего радиоинтерфейса;

·     Идентификатор алгоритма шифрования – позволяет распознать использованный для данного сообщения алгоритм шифрования в системах с несколькими алгоритмами;

·     Идентификатор ключа шифрования – дает возможность определить конкретный ключ в системах, поддерживающих шифрование с несколькими ключами;

·     Идентификатор абонентской группы – указывает на абонентскую группу адресата сообщения.

Дополнительная необходимость

Общий радиоинтерфейс стандарта APCO 25 предусматривает применение разнообразных механизмов обнаружения и коррекции ошибок, обеспечивающих высокое качество приема сигналов. В зависимости от типа передаваемой информации могут использоваться различные алгоритмы коррекции ошибок и разные схемы вложения дополнительных данных.

Так, например, если в заголовке речевого сообщения содержатся 120 бит «полезной» информации, и она подвергается двойному шифрованию (сначала по алгоритму Рида–Соломона, а затем – по упрощенному алгоритму Голея), то в результате размер полей заголовка увеличивается до 648 бит. В каждый кадр речевого сигнала также добавляются 56 бит, служащих для проверки четности (в определенной мере защищает передаваемый кадр от возникновения ошибок). Поэтому размер кадра, посылаемого по радиоканалу, увеличивается до 144 бит.

Информация, связанная с шифрованием, содержит 96 бит «полезных» данных и состоит из индикаторов алгоритма и ключа шифрования. Однако и эта информация подвергается двойному кодированию (сначала по алгоритму Рида–Соломона, а затем по упрощенному алгоритму Хэмминга). В итоге размер данных для шифрования/расшифровки становится равным 240 битам.

Как видно из приведенных примеров передача «полезной» цифровой информации сопровождается пересылкой больших объемов всевозможных сопутствующих данных.

Немного о шифрование и проверки легальности (аутентификации)

Чаще всего схемы шифрования разрабатываются как ответные меры на те действия, которые может предпринять гипотетический злоумышленник, чтобы вмешаться в работу системы мобильной связи. Наиболее вероятные формы такого вмешательства: перехват сообщений, их повторное воспроизведение, создание радиопомех, переадресация сообщений, создание абонентов-двойников и несанкционированное бесплатное использование услуг.

В стандарте APCO 25 предусмотрены четыре различных типа шифрования сообщений, которые могут применяться в самых различных сетях – от правительственной связи до радиосетей коммерческих операторов. Допускается одновременная поддержка нескольких схем шифрования в одной системе связи. Кроме того, абонентские радиостанции и консольные устройства способны одновременно работать с несколькими схемами шифрования.

Хотя шифрование и защищает от несанкционированного прослушивания, имеются и другие виды вмешательства в работу системы связи, против которых оно оказывается бессильным. Например, не зная точного содержания сообщения, злоумышленник может нарушить связь в незащищенной системе, записав передаваемое сообщение и затем воспроизведя его вновь через некоторое время. Избежать подобных ситуаций помогает аутентификация, которая обеспечивает целостность управляющей информации и данных о ключах шифрования.

В радиосети стандарта APCO 25 служба шифрования поддерживается функциональными группами системы, которые определены общей структурной моделью (General Systems Model). Шифрование осуществляется в исходной и конечной точках передачи сообщения, чтобы защитить как можно больше функциональных элементов системы связи.

Аутентификация представляет собой процедуру проверки законности появления в эфире самого сообщения и идентификации его автора. Установить законность передачи можно с помощью таких характеристик сообщения, как хронологическая целостность, целостность сообщения и идентификация источника сообщения. Проверка целостности включает в себя процедуры, позволяющие убедиться в том, что принятое сообщение получено полностью, что оно не было изменено и не является копией одного из переданных ранее сообщений.

Функции шифрования и аутентификации базируются на применении ключей шифрования и поэтому, если в системе связи обеспечивается какая-либо из таких функций, необходимо иметь средства управления этими ключами. Данные средства охватывают все стадии «жизненного цикла» ключа шифрования – генерацию, передачу, использование абонентом, хранение, уничтожение и архивирование.

В СРАВНЕНИИ

Требования, предъявляемые к системам связи Европы отличаются от США в силу ряда причин: высокая плотность населения, обилие индустриальных центров, развитая структура проводных и беспроводных коммуникаций. Поэтому в Европе оправдано применение систем TDMA даже при том, что затраты на развертывание TETRA в два и более раз выше по сравнению с FDMA (Tetrapol, APCO 25). Системы APCO 25 более привлекательны для стран с неравномерной плотностью абонентов, со сложным рельефом местности, с наличием примитивных аналоговых систем связи и т.д. Такая ситуация наблюдается в Латинской Америке, Австралии, Африке, в большинстве Азиатских стран, в России, у нас в Узбекистане. Есть все основания предположить, что развитие цифровых технологий связи в этих регионах пойдет преимущественно по пути FDMA (APCO 25).

Причина, прежде всего в том, что, как и аналоговые транковые системы (например, МРТ 1327), APCO 25 позволяет покрывать практически такие же территории с одинаковым количеством базовых станций (зон). А это значит меньшее количество линий межзоновой связи, меньше оборудования, меньше точек подвода электроэнергии и обеспечения охраны.

Особо следует подчеркнуть гибкость абонентского оборудования соответствующего APCO 25. Как правило, разработчики закладывают возможности не только универсального применения радиостанций в аналоговых и цифровых сетях, но и возможность работы в некоторых «фирменных» системах. Например, радиостанции производства Transcrypt/E.F.Johnson серии Stealth обеспечивают поддержку сетей Motorola SmartZone и SMARTNET, а также LTR сети – Multi-Net II.

МНЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТОВ

На вопросы корреспондента отвечают Стив Такер, начальник управления АРСО компании ADI (Австралия) и Алекс Межвинский, инженер системно-технического сектора ADI Европа–СНГ.

— Какое значение для Вашей компании имеют рынки стран СНГ?
— Развитию бизнеса в СНГ ADI придает важное значение. СНГ – один из трех регионов за пределами Австралии (наряду с США и Китаем), где мы сегодня активно работаем.

— Как вы считаете, кого из потребителей может заинтересовать стандарт АРСО 25?
— В первую очередь силовые структуры. Возможно, появятся и другие потребители (например, МПС) в силу того, что оборудование АРСО 25 относительно недорогое.

— Могли бы Вы уточнить, с какими аналоговыми системами совместим стандарт АРСО 25?
— В первую очередь с «обычными» аналоговыми системами. Что касается транкинга, то ведутся работы по совмещению АРСО 25 с МРТ 1327. Принципиально возможно совмещение с другими системами, например, SmarTrunk, но для этого, как минимум, должен появиться заинтересованный заказчик. Особый вопрос – совместная работа со стандартом TETRA. Уже проходили переговоры с целью создания шлюза между АРСО 25 и TETRA, но конкретных результатов пока не достигнуто. Работа это непростая, поэтому мы считаем, что в ближайшие годы оба стандарта будут развиваться параллельно и делить между собой рынок цифровой подвижной связи.

ВМЕСТО ПРИМЕЧАНИЯ: НОВОСТИ ETSI

14 декабря 1999 г. президиум Проекта APCO 25 признал необходимость создания спецификаций на интерфейс между системами TETRA и APCO 25. Разработка требований к межсистемному интерфейсу отныне будет являться задачей второй фазы Проекта 25.

Основные параметры некоторых моделей абонентского оборудования APCO 25

¹В зависимости от частотного диапазона.
²Только в диапазоне 136–174 МГц.
³Аналоговый/аналоговый и цифровой режимы.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ ОБОРУДОВАНИЯ APCO 25

Литература:

1.                      Project 25: New Technology Standards Project. Digital Radio Technical Standards. Statement Of Requirements. November 10, 1999.

2.                      ETSI: News Release. «Project 25 approves TETRA Standard for Private Mobile Radio in the US». France. 14.12.99.

3.                      Robert Fenichel (Member APCO Project 25 Steering Committee): APCO Project 25 – Here, Now and Into the Future.

4.                      Стив Такер (Steve Tucker) менеджер по разработкам систем радиосвязи компании ADI: Цифровая радиосвязь в стандарте APCO 25. Журнал «Сети» №1–2/99.