Síť PEGAS II. – generace 2 a půl

V následujícím pokračovaní povídání o síti PEGAS se dostaneme k základnímu popisu hierarchie a komunikace v aktuální verzi této sítě. Rok 2016 znamenal pro tuto síť poměrně zlomovým bodem, jelikož došlo ke kompletní změně komunikačních prostředků v síti a přístup k ní, a proto bylo nutné původní články opravit a doplnit. Aby ale nedošlo k úplné ztrátě popisu původního nastavení sítě, neplatné kapitoly již budou označeny.

Infrastruktura sítě PEGAS II. generace (od roku 2001)

Síť PEGAS je hierarchicky rozdělena do tří základních úrovní (subsystémů).

Základem je celostátní hlavní páteřní síť (síť X.25). Na ni jsou připojené řídící servery, dohledová a provozní centra a jednotky MSW (Main Switch) ovládající jednotlivé podsítě (regiony). K nim jsou připojeny přes podružné přepínače a jednotlivé buňky tvořící rozhraní mezi radiostanicí a sítí v určených geografických oblastech.

V současnosti tvoří síť 220 radiových základen (Radio Base Station – RBS) a řadou lokálních opakovačů (například pro pokrytí stanic pražského metra), které jsou propojeny digitálními linkami do nadřazených řídících jednotek. Nadřazené jednotky mohou být podružné přepínače tzv. SSW (Secondary Switch), DSSW (Duplicated Secondary Switch), popřípadě přímo MSW . Jednotky SSW (DSSW) mohou obsluhovat až 8 RBS a každá SSW tak řídí část regionální sítě. SSW (DSSW) jsou propojeny mikrovlnnou nebo optickou linkou do příslušného MSW.

Funkcí MSW je propojení hovorů a dat do páteřní sítě, sběr informací o připojených terminálech (radiostanicích), autorizace terminálů do sítě a distribuce lokálních šifrovacích klíčů. Každý MSW řídí celou regionální síť tj. všechny příslušné regionální SSW. Dvě jednotky SSW ze dvou různých regionů vedle sebe mohou být propojeny i mezi sebou. Celá síť má tedy hvězdicovitou strukturu a spojení s okolními regionálními sítěmi je možné do dvou a více směrů. Pokud tedy dojde k výpadku jedné datové linky, mělo by být možné, aby MSW komunikoval s druhým přes jinou část sítě. Pokud ale přeci jen nastane situace, kdy dojde k přerušení datové komunikace v některé části hierarchie, může dojít lokálně k omezení služeb. Pokud se výpadek týká všech linek mezi MSW a páteřní sítí. Může provoz v rámci regionu v podstatě bez problémů pokračovat dál ale s tím omezením, že není možné propojit hovory a datové služby mimo region. V každém MSW jsou uloženy platné autorizační údaje všech stanic příslušející danému regionu a současně i stanic registrovaných za posledních 21hodin. Je tedy možné aktivní přihlašování a odhlašování terminálů do sítě bez omezení, pokud je přihlašující se terminál příslušný k regionu, nebo pokud se jedná o cizí terminál a byl přihlášen v regionu za poslední den.

Pokud ovšem dojde k přerušení komunikace na straně SSW-MSW, SSW–RBS nebo MSW-RBS, je provoz na převaděči omezen. Jelikož nefunguje možnost autorizace nových terminálů, je možná pouze komunikace již přihlášených terminálů a to pouze v rámci jedné RBS.

Současné rozdělení regionálních sítí RN (Regional Network) v síti PEGAS druhé generace :
  • RN0 – MSW 101 – Praha
  • RN1 – MSW 125 – Středočeský kraj
  • RN2 – MSW 222 – Jihočeský kraj
  • RN3 – MSW 322 – Plzeňský kraj
  • RN4 – MSW 362 – Karlovarský kraj
  • RN5 – MSW 422 – Ústecký kraj
  • RN6 – MSW 462 – Liberecký kraj
  • RN7 – MSW 522 – Královéhradecký kraj
  • RN8 – MSW 562 – Pardubický kraj
  • RN9 – MSW 262 – Kraj Vysočina
  • RN10 – MSW 622 – Jihomoravský kraj
  • RN11 – MSW 662 – Zlínský kraj
  • RN12 – MSW 762 – Olomoucký kraj
  • RN13 – MSW 722 – Moravskoslezský kraj

Každá buňka vysílá svoji identifikaci a každý terminál má v menu funkci zobrazení této informace, uživatel může takto zjistit, ke které buňce v jakém regionu je momentálně jeho terminál přihlášen.

Identifikace buňky je ve tvaru RRR SS NN kde:

R – je 3 ciferné číslo regionální sítě, ke které RBS přísluší (viz seznam výše)

S – je dvojciferné číslo SSW a v případě sítě PEGAS lze tak určit pro kterou část kraje je RBS určena

N – je dvojciferné vlastní číslo RBS

 

Komunikační prostředky sítě do roku 2016 – Otevřené kanály (OCH)

Každá RBS vysílala určitý počet logických (virtuálních) kanálů a to ve formě tzv. otevřených kanálů (OCH-Open Channel), což jsou de facto skupinové hovory identifikované číslem 0 – 254, do kterých má přístup každý uživatel, který má příslušný OCH v radiostanici povolen. Uživatelský terminál (radiostanice) ovšem může být k síti jen přihlášen, bez toho aniž by byl aktivní v nějakém otevřeném kanálu. V tom případě je stanice pouze přihlášena do sítě a dostupná pro přímé volání svým unikátním číslem.

Otevřené kanály (OCH) byly rozděleny podle skupin uživatelů (flotil) a každá flotila měla v terminálu povolen jiný seznam dostupných OCH. Nebylo tedy možné, aby například terminál PČR měl stejné OCH jako terminál HZS s výjimkou součinnostních IZS kanálů, společných pro všechny terminály, určených pro koordinaci záchranných složek. Každá RBS je určena pro pokrytí signálem určitého území. Jelikož mohla mít každá složka MV v každém okrese svůj vlastní otevřený kanál, mohly být dostupné na každé RBS jen určité otevřené kanály, které se v dané lokalitě používaly. K dispozici byly ovšem i kanály součinnostní, nebo kanály propojující hovor na všechny buňky v kraji. Počet otevřených kanálů a jejich vazba na území mohlo dohledové centrum dle potřeby uživatelů měnit.

OCH jsou tedy v podstatě propojovací identifikátory. Pokud začne účastník hovořit na otevřeném kanálu lokálním, uslyší jej jen stanice, které jsou přihlášeny na stejný kanál a pouze na tom konkrétním převaděči. Pokud je ale otevřený kanál propojen například na všechny převaděče v rámci regionu (kraje), automaticky tím aktivuje vysílání na všech převaděčích, které mají tento kanál aktivní. Je to analogická funkce propojení převaděčů do reflektoru v radioamatérské síti D-STAR. Všichni v daném regionu přihlášení k danému kanálu slyší všechny. Toto sdružování komunikačních kanálů je velkou výhodu v tom, že se šetří počet radiových prostředků (nebude se tak často stávat, že bude „síť obsazena“, bude-li probíhat na převaděči více hovorů) na druhou stranu jsou nuceni účastníci poslouchat mimoděk hovory, které jim nejsou určeny.

Komunikační prostředky aktuální verze sítě – Hovorové skupiny

Jak již jsem na začátku článku psal, rok 2016 znamenal zlom. Celá síť PEGAS přešla na nový hovorový systém. Hovory určené pro více účastníků již nejsou identifikovány jako otevřené kanály, ale již jako klasické hovorové skupiny tj. skupiny identifikované tří až čtyřciferným číslem. Účastníci již nemají v radiostanicích nahraný seznam příslušných OCH, ale list konkrétních skupin, ke kterým se má možnost uživatel připojit, popřípadě, které si může aktivovat, pokud nejsou na buňce aktivní.

Přechod na systém hovorových skupin přinesl výhody i nevýhody z pohledu optimalizace využití prostředků sítě. Jednoznačnou výhodou je šetření prostředků RBS, pokud není na buňce přihlášena žádná stanice, nebo není aktivní žádná skupina, ke které by byl uživatel přihlášen. Přesně opačný efekt má ovšem situace, kdy je na buče přihlášeno více uživatelů v různých skupinách a vůbec se nemusí jednat o skupiny ze stejného regionu. V tom případě jsou na buňku linkovány hovory z okolních regionů nebo klidně i napříč sítí, stačí, aby byla přihlášena na buňce jediná stanice z konkrétní skupiny. Z této situace vyplývá i další výhoda, tj. stanice již nemusejí hledat buňku s příslušným otevřeným kanálem, ale jednoduše se přihlásí na nejbližší RBS, pošle do sítě identifikaci skupiny, ke které se přihlašuje a o vše ostatní se postará infrastruktura. Stírá se tedy příslušnost k regionu a síť se stává více celoplošnou infrastrukturou než skupina striktně regionálních sítí s možností přímého volání do jiného regionu.

Stejným způsobem jak tomu bylo ve verzi s OCH i zde jsou přesně vymezeny rozsahy skupin flotilám. Tří-číselné skupiny jsou určeny pro primárně pro běžné služební hovory, čtyř-číselné skupiny jsou určeny jako “zásahové” tj. při speciálních příležitostech, pro místní komunikaci při zásahu, aby nebyl omezen provoz ostatních uživatelů.

Radiový provoz

Síť TETRAPOL používá režim přístupu FDMA (Frequency Division Multiple Access). V praxi tedy kopíruje funkci klasické analogové radiové profesionální sítě trunkového typu.

Každá buňka neustále vysílá jeden datový servisní kanál (Control Channel – CCH), na kterém je vysílána identifikace sítě, regionu a seznam IZS skupin. CCH slouží také pro přihlášené stanice jako zdroj provozních informací. Skrz servisní datový kanál jsou posílána provozní data pro přihlašující se stanice a jsou zde přenášeny informace o právě probíhajících hovorech na hovorových kanálech. Terminál si dle daného nastavení filtruje služby dostupné pro uživatele a případě aktivního hovoru na hovorovém kanálu (Traffic Channel – TCH), kde je uživatel přihlášen, dostává informaci, na který kanál se má přeladit na poslech. To samé platí pro přímé volání účastníka účastníkem, nebo telefonního hovoru do a z pevné telefonní sítě. Třetím typem trvale vysílaného kanálu, je AVL (GPS pozice), jedná se o kanál, na kterém jsou posílána poziční data radiostanic.

Na každé RBS je tedy k dispozici až 7-11 radiových kanálů TCH, na kterých probíhají hovory ať již skupinové či privátní či uživatelská data. Pokud na převaděči neprobíhá žádný hovor, zůstávají aktivní jeden hovorový kanál v tzv. idlingu (vyčkávání). Jakmile jsou ale všechny vyčkávající hovorové/datové kanály obsazeny, dynamicky jsou aktivovány další až do sedmého (nebo jedenáctého). Pokud dojde k aktivaci všech TCH a nějaký terminál chce otevřít (například přímým voláním) další kanál (a nemá vyšší prioritu než právě probíhající hovory na ostatních kanálech), zařadí se do fronty a vyčkává, až se uvolní nějaký hovor. V případě čekací fronty jsou automaticky zavírány hovorové kanály již po 5 vteřinách nečinnosti, pokud se tedy na aktivním hovorovém kanálu objeví nečinnost delší než 5 vteřin, kanál je automaticky uzavřen a aktivuje se hovorový kmitočet pro stanici čekající ve frontě. Pokud by další prostředky žádal terminál s vyšší prioritou (např. SOS hovor), je jeden z hovorů s nižší prioritou „násilně“ přerušen a prostředky jsou přiděleny účastníkovi s vyšší prioritou.

Každá radiostanice má k dispozici možnost provozu nezávislého na síti. Jedná se o tzv. direktní mód (označený DIR). Terminál má k dispozici různý počet různých direktních kanálů daných příslušností ke službě – flotile. HZS má tedy jiné direktní kanály než PČR s výjimkou IZS kanálu nebo kanálů ke všeobecné použití (DIR kanály čtyřstovkové a devítistovkové řady) společné pro všechny uživatele. Komunikace na direktních kanálech probíhá v simplexním režimu (tj. jedna frekvence na vysílání i příjem). Veškerá hovorová i uživatelská data jsou šifrována, pokud uživatel nezvolí ručně vypnutí šifrování.

Další možností komunikace terminálů Tetrapol je provoz na nezávislém digitálním převaděči IDR (Independent Digital Repeater). Jedná se o klasický semiduplexní převaděč, který lze mobilně nainstalovat kdekoliv v terénu. Tento převaděč nepřísluší do sítě (pokud není propojen speciální linkou do páteřní sítě), stanice se tedy před započetím provozu neautorizují a slouží skutečně jen jako zesilovač signálu mobilních stanic. IDR převaděče neustále vysílají idlingový (vyčkávací) signál, i když na nich není provoz, účastníci tak neustále vidí na terminálech, zda je IDR v dosahu popřípadě úroveň signálu, i když není na převaděči žádný hovor. IDR používají stejný kmitočtový odskok jako klasické RBS tj. -10MHz.

Parametry sítě PEGAS II. generace:

Kmitočtové pásmo:

  • 390.000 – 394.9875 MHz – výstupy převaděčů (rastr 12,5 kHz)
  • 380.000 – 394.9875 MHz – vstupy převaděčů (rastr 12,5 kHz)

Direktní kanály:

  • 390.0125 – 390.300 = kanál 1 až 25 (rastr 12.5 kHz)
  • 380.000 – 380.300 = kanál 400 až 425 (rastr 12,5 kHz)

IDR kanály:

  • 390.3125 – 390.4125 = kanál 26 až 34 (rastr 12.5 kHz) odskok -10 MHz

V síti PEGAS se používají pro direktní provoz jen kanály 1 – 34  a totéž v řadě 401 – 434. Vyšší kmitočty (kanály) již využívá infrastruktura, proto se v praxi nepoužívají, aby nedocházelo ke vzájemnému rušení direktních a síťových komunikací. Kolidující stanice by se sice vzájemně neslyšeli (kvůli použití jiných scramblovacích kódů), ale docházelo by k výpadkům a přerušování příjmu. Totéž platí i o mobilních převaděčích IDR.

Přechod z OCH na GRP

Přechod na nový systém hovorů začal vlastně už v roce 2015, kdy došlo k rozsáhlé rekonstrukci buněk v síti. Po čtrnácti letech provozu byl stav takový, že se v síti objevovaly buňky jak druhé a třetí generace, tak úplně nejstarší generace G1. Plánovitě tedy začala rekonstrukce sítě, kdy nejstarší buňky byly likvidovány a nahrazovány RBS druhé generace. Ty se vzaly nejčastěji z klíčových míst, kde byly nahrazovány buňky třetí nejnovější generací. Tato změna znamenala nejen fyzické přesuny buněk, ale také přeladění některých RBS na nové frekvence a také kompletní přečíslování buněk. Tato změna byla zajímavá pro nás radioamatéry i tím, že došlo poměrně dobré frekvenční separaci typů kanálů. Když se podíváte na frekvenční spektrum pásma sítě PEGAS a rozdělíte si typy kanálů frekvenčně zjistíte, že úplně dole, nad DIR (respektive IDR) kanály najdete pár kontrolních kanálů (CCH) starých buněk řady G2, pak jsou zde téměř bez vyjímek datové kanály určené pro přenos GPS a to až někam k polovině pásma tj. 392 MHz. Uprostřed pásma 392-393 MHz je největší koncentrace kontrolních kanálů a v rozsahu 393-395 MHz najdete téměř vždy jen hovorové kanály (TCH).

Změna identifikace hovorových skupin samozřejmě znamenala nejen změnu infrastruktury, ale zasáhla také koncové terminály, které musely být logicky kompletně přeprogramovány. To znamenalo dostat na “programátor” přes 30 tisíc radiostanic a to samozřejmě není možné udělat za dva dny (viz kapitola o aktivaci stanice v síti). Navíc zde vyvstal další problém, jak vyřešit identifikaci sítě v případě, kdy v ní máte stanice nastavené na otevřené kanály a současně stanice, které se již hlásí k hovorové skupině. Řešení bylo zajímavé. Kontrolní kanál vysílal mimo seznamu aktivních OCH také něco jako převodní tabulku tj. seznam lokálních hovorových skupin a odpovídajících otevřených kanálů. Jednalo se tedy zřejmě o vodítko pro nově naprogramované stanice. Kdyby síť již pracovala ve skupinovém režimu a jednalo se jen o změnu číslování skupin, stačilo by aktivovat funkci “group deviation” a pospojovat skupiny dle starého a nového číslování, než budou příslušné stanice přeprogramovány. Mimochodem, tato funkce se objevila právě po přechodu na hovorové skupiny a lze ji použít pokud je potřeba dočasně “pospojovat” několik skupin například když velitel zásahu chce sdělit zprávu více jednotkám, které jsou aktivní na více skupinách.

Přiznám se, že si nedokážu představit, jak bylo možné přeprogramovat tolik stanic, aniž by se jelo na tři směny, ale zkrátka povedlo se. V druhé polovině roku 2016 již byla větší část stanic připravena na tuto zásadní změnu.

Zatímco v režimu OCH bylo k dispozici jen 255 kanálů pro všechny skupiny uživatelů, v režimu GRP je k dispozici libovolný počet skupin dle požadavků uživatelů. Nové dělení hovorových skupin bylo nastaveno tak, že první číslo odpovídá číslu skupiny uživatelů (PČR,HZS,MV,MO,MF,ZZS atd.). Znamená to tedy, že každá flotila může mít k dispozici až 100 hovorových kanálů. Hasičská záchranná služba v tomto směru převzala navíc identifikace dle původní analogové radiové sítě, kdo tedy zná analogové identifikace, okamžitě rozluští, který okres je právě aktivní dle čísla skupiny a kterému okresu terminál náleží dle jeho čísla. Pro účely komunikace při zásahu (to platí pravděpodobně pro všechny složky) byly přidány ještě “akční” skupiny, které se identifikují číslem “1” na začátku tozn., že skupina 545 bude používat jako zásahovou skupinu 1545.

O programování a autorizaci radiostanic v síti je následující kapitola.