Система экстренного реагирования при авариях ЭРА ГЛОНАСС



Рис. 2.4 - Метод позиционирования ТоА

Существует еще один интересный способ определения координат в сотовых сетях, который задействует базовые станции. UpLink Time Of Arrival (UL-TOA) - расчет, при котором измеряется время прохождения сигнала не от одной БС, а сразу от трех. Основным условием работы является синхронность времени на всех станциях (относится больше к GSM, в CDMA время синхронизировано по умолчанию). Итак, получив со стороны МС запрос, все три БС передают время его получения в центр расчета координат. Далее достаточно решить систему уравнений (3), и текущие координаты абонента будут получены.

R1 = vt,

R2 = v( t + t1 ), (3)

R3 = v( t + t2 ),

Здесь R - расстояние от БС до терминала; t - время прохождения сигнала до Їпервой БС; t1 и t2 - разница во времени поступления сигнала на первую БС и на остальные БС; v - скорость распространения радиоволн. Три неизвестные величины (R выражается через x, y): t, x, y. Для повышения точности можно использовать четыре БС, а не три.

Этот метод не требует изменения МТ, но требует серьезных инвестиций в инфраструктуру сети, как следствие при точности от 100 до 300 метров, назвать его чрезвычайно перспективным нельзя.

2.1.7 AоA (Angels оf Arrival)

Позиция МС определяется пересечением двух линий, представляющих траектории контрольных сигналов, каждая из которых образует определенный угол с направлением от МС на БС. Один измеренный угол образуется двумя линиями и дает возможность определить положение искомой МС. Поэтому, как показано на рис. 2.5, если МС находится на линиях прямой видимости между двумя БС и проведено измерение углов АоА от двух соседних БС, то положение МС находят на пересечении линий, определяемых углами АоА. Таким образом, контроллер радиосети сможет вычислять местоположение МС на основе информации о пересечении двух линий направления приема сигнала, т.е. эта технология требует, как минимум, двух БС, оборудованных антеннами с узкой диаграммой направленности. Конечно, большее количество используемых для расчетов станций даст лучшие показатели точности.

Эта технология находит применение в сетях, построенных с использованием секторных и адаптивных антенн (антенных решеток) с узкой диаграммой направленности (ДН).Точность технологии АоА на практике не высока, кроме того, существуют проблемы практического характера. Во-первых, точность определения направления приема прямо пропорциональна ширине ДН применяемой антенны. Во-вторых, из-за эффекта многолучевого распространения радиоволн БС не всегда может отличить прямой сигнал МС от переотраженных. Эта проблема не является специфической для технологии АоА и характерна для большинства технологий определения местоположения. Точность может быть повышена с увеличением числа измерений, что требует дополнительной производительности сети. Метод сложен и дорог, так как стоимость секторных и адаптивных антенн значительно превышает стоимость обычных антенн.



Рис. 2.5 - Метод позиционирования АоА

2.1.8 RNBP (Reference Node Based Positioning)

Метод RNBP, иногда называемый "местное позиционирование" или "самопозиционирование", основан на использовании опорного узла для проведения вспомогательных измерений. Опорный узел может быть подвижным или фиксированным и иметь функции ретрансляции. Опорным узлом может быть служебное устройство позиционирования, при?мник GPS или любое устройство с известными координатами, которые можно использовать в качестве точки отсчета для определения местоположения МС. МС может вычислять собственное местоположение по результатам измерений, например, напряж?нности принятого сигнала или времени перемещения относительно опорных узлов. Поскольку количество МТ, оборудованных коротковолновым радио, стремительно увеличивается, то условия реализации и точность метода могут значительно улучшиться. Метод RNBP в будущем станет основным для использования внутри помещений. Метод RNBP может быть объединен с другими существующими методами и тем самым может улучшить процесс позиционирования.

2.1.9 AFLT (Advanced Forward Link Trilateration) и EFLT (Enhanced Forward Link Trilateration)

Методы AFLT и EFLT основаны на определении времени задержки сигнала, поступающего в МС. Метод AFLT аналогичен технологии TDoA, требует синхронизации БС, предполагает обновление ПО МС и при тр?х видимых БС обеспечивает точность 120-250 метров. AFLT используется в телефонных системах CDMA, где БС точно синхронизированы по времени с помощью GPS. Позиционирование внутри помещений для CDMA телефонов с GPS обычно производится посредством метода AFLT.

Метод EFLT использует существующий пилот-сигнал, передаваемый от МС к БС, далее к MSC и PDE. Метод EFLT не требует модернизации телефона и при трех видимых БС обеспечивает точность 150-300 метров.

Кроме базовых методов существует ряд других методов для позиционирования абонентов.

2.1.10 Метод сопоставления образов (сигнатур) мест расположения абонентов (Location Pattern Matching, LRM) мобильного абонента

Данный алгоритм основан на измерении фазовых, временных и амплитудных параметров радиосигнала мобильного телефона, отраженного от естественных препятствий на местности.

Эти параметры обрабатываются базовой станцией, которая определяет сигнатуру радиоотпечатка сигнала. Каждая из сигнатур соответствует определенному расположению объекта на местности. Полученная информация соотносится с сигнатурами, хранящимися в специализированной базе данных оператора.

Однако последние испытания этой технологии одного из производителей показали наличие ряда технических проблем. Кроме того, реализация данной технологии для сетей (в частности, сетей UMTS) с применением в радиоканале технологии СОМА (система определения местоположения абонента) затруднительна в силу того, что несколько базовых станций работают на одной частоте.

Существуют также методы, предлагаемые различными производителями

оборудования связи и навигации, главным образом являющиеся модификациями и дополнениями рассмотренных выше технологий.

2.1.11 "Метод близости"

Принцип метода достаточно прост: по контролируемой зоне устанавливаются радиомаяки (PM), которые имеют ограниченную зону действия и свой, соответствующий этой зоне, адресный признак. При прохождении подвижного объекта (ПО) мимо маяков фиксируется его местоположение. В результате местоположение ПО привязывается к конкретному радиомаяку. По принципам обмена информацией ПО с PM различают методы "прямой" и "обратной близости". В системах "прямой близости" ПО, оснащенный средствами связи с сотовой сетью, определяет свое местоположение относительно PM, записывает и передает в сотовую сеть адрес радиозоны, которую он пересек или в которой находится. В системах "обратной близости" PM принимает и передает в сотовую сеть номер проходящего мимо него ПО и свои координаты (эти координаты для сотовой сети могут быть заранее известны).

2.1.12 IMES и маяки

Технология IMES (микроэлектромеханических систем) позволяет реализовать полноценное позиционирование внутри помещений, и с этой точки зрения она наиболее интересна из всех. IMES использует маяки - радиопередатчики, выдающие очень слабый сигнал, который предназначен только для передачи данных (но не для определения расстояния, и в этом ее основное отличие от псевдолитов или псевдоспутников, описанных ниже. Мощность каждого передатчика IMES настолько низка (от 0,1 до 0,4 нановатт), что сигнал может быть принят только в радиусе 10 метров от передатчика. Сигнал модулирован кодированными PRN (Pseudo Random Noise - псевдослучайный шум (код)) данными (PRN - числа с 173 по 182), содержащими информацию о местонахождении передатчика. Система

позиционирования работает по принципу "если ты меня слышишь, то ты здесь". Как очевидно, точность такой системы не превышает десяти метров.

Сообщения, транслируемые передатчиком, содержат широту, долготу и номер этажа. IMES может работать с любым GPS приемником, который способен декодировать последовательность PRN.

Поскольку необходимость синхронизации передатчиков отпадает, стоимость одного передатчика становится невысокой. Однако для работы системы требуется установка большого количества передатчиков (по крайней мере, один на 10 квадратных метров), что сопрягается с большими стоимостными затратами на развертывание системы.

2.1.13 Инерциальные навигационные системы

В Техническом университете г. Калгари (Канада) разрабатываются способы объединения информации от GPS с уже используемыми коммерческими инерциальными навигационными системами - датчиками, встроенными в автомобиль, фиксирующими скорость перемещения и направление движения. Эта работа посвящена разработке алгоритмов и моделированию ошибок, которые предоставят оптимальные, с математической

точки зрения, пути интеграции двух разных видов информации, предоставляемой GPS и инерциальными системами.

Также исследуются возможности использования различных инерциальных датчиков для отслеживания перемещений абонента по отношению к известным фиксированным точкам.

2.1.14 Метод псевдоспутников

Псевдоспутники или псевдолиты (от англ. pseudolites) транслируют GPS-подобные сигналы c наземных передатчиков. Обычно эти сигналы несколько отличаются от сигналов GPS по частоте, однако в остальном они абсолютно схожи и могут приниматься обычным GPS приемником без дополнительного оборудования.

Точность позиционирования по псевдолитам может достигать пяти сантиметров при измерении фазы несущей. Для работы необходимо сложное и точное оборудование передатчиков, что сильно повышает стоимость. Однако псевдолиты высоко ценятся из-за высокой точности позиционирования.

2.2 Классификация методов позиционирования, используемых в сотовых сетях

Все описанные выше базовые методы классифицируются по способу позиционирования (месту расчета позиции). Однако не все методы нашли широкое применение при определении местоположения абонента в сотовых сетях.

В приведенной классификационной таблице 2.1 показаны методы позиционирования, наиболее используемые в сотовых сетях.

Таблица 2.1.

Классификация методов позиционирования, используемых в сотовых сетях

Способ позиционирования (место расчета позиции)	Методы позиционирования
	Сell ID	Сell ID-TA	AoA	E-OTD	TDoA	GPS/ GLONASS	A-GPS	AFLT	EFLT
MC(MS-based)	-	-	-	-	-	+	+	-	-
MC с поддержкой данных сети (Network-assisted)	-	-	-	-	+	-	+	+	-
Сеть с поддержкой мобильной станции (MS- assisted)	-	-	-	+	+	-	-	-	+
Сеть(Network-based)	+	+	+	-	-	-	-	-	-

2.3 Преимущества и недостатки существующих способов и методов позиционирования

Методы позиционирования, отраженные в таблице 2.1, имеют ряд преимуществ и недостатков. Достоинства и недостатки каждого из методов представлены в таблице 2.2.

Преимущества и недостатки методов позиционирования Таблица 2.2

Метод	Преимущества метода	Недостатки метода
Сell ID	1. Метод не требует доработки МС. 2. Изменения в программном обеспечении оператора минимальны. 3. Процесс определения местоположения не зависит от погодных условий и положения спутников, и определение местоположения происходит достаточно быстро.	1. Низкая точность. 2. При отсутствии в базе данных информации о базовой станции, с которой работает МС определить местоположение не возможно.
Сell ID-TA	Улучшенная точность по сравнению с Сell-ID методом.	-
AOA	Находит применение и дает среднюю точность в сетях, построенных с использованием секторных и адаптивных антенн (антенных решеток) с узкой диаграммой направленности.	1. Метод сложен и дорог. 2. Для повышения точности требуется увеличение числа измерений.
E-OTD	Средняя стоимость внедрения.	1. Метод требует установки на БС специального модуля LMU (модуль определения местоположения). 2. Требуется доработка программного обеспечения МС или SIM.
TDоA	1. Не требует модификации телефонов. 2. Не требует жесткой синхронизации всех элементов системы.	1. Большие затраты в инфраструктуру сети, так как требует оснащения БС блоками LMU. 2. Программное обеспечение элементов сети должно быть подвергнуто серьезной модификации для обеспечения приема сигнала сотового телефона не менее чем тремя БС.
GPS	1. Высокая точность позиционирования. 2. Не требуются большие финансовые расходы на разработку сетевых устройств и протоколов.	1. Высокая цена МС, увеличенное энергопотребление в режиме определения координат. 2. Определение координат возможно лишь на открытых пространствах. 3. Длительное время расчета первоначальных координат.
A-GPS	1. Позволяет сгладить недостатки метода предшественника-GPS. 2. Дает более высокую скорость определения координат и возможность определения местоположения даже в том случае, если GPS приемник не видит необходимое для определения координат количество спутников. 3. Для определения местоположения не используются ресурсы сети, сеть выступает только транспортом для передачи в телефон дополнительных данных для расчета координат.	1. Необходимость использования новых моделей телефонов с увеличенной стоимостью. 2. Меньшая точность по сравнению с методом GPS.
AFLT	Применим для позиционирования внутри помещений.	1. Необходимость обновления ПО МС. 2. Метод требует не менее трех видимых БС.
EFLT	Не требуется модернизация телефона.	Метод требует не менее трех видимых БС.

В итоге второй главы дипломной работы:

1. Собраны данные о существующих технологиях позиционирования абонентов сотовых сетей;

2. Выявлены преимущества и недостатки существующих способов и методов позиционирования.

В качестве вывода по второй главе можно сказать, что методы позиционирования имеют ряд преимуществ и недостатков. Ни один из представленных методов не дает определение местоположения абонента с высокой точностью, поэтому для решения этого вопроса требуется комбинированный вариант.

Раздел 3. Анализ методов позиционирования в сотовых сетях с позиции точности и использования для службы 112, способы доставки информации местоположения абонента до оператора

3.1 Анализ методов позиционирования в сотовых сетях с позиции точности и использования для службы 112

В настоящее время разработано множество методов позиционирования, однако наибольшее применение в сотовых сетях нашли методы: CELL ID, AоA, TDoA, GPS/A-GPS, а в сетях CDMA еще и методы AFLT, EFLT.

Важными критериями оценки методов позиционирования для целей службы 112 являются: точность определения местоположения, время получения ответа, доступность информации о местоположении. Ниже представлена сравнительная таблица методов позиционирования (Таблица 3.1), используемых в сотовых сетях, по перечисленным выше критериям.[9]

Таблица 3.1

Сравнительная таблица методов позиционирования

№	Метод	Точность	Время ответа	Возможность использования (доступность)
1.	По соте в зоне покрытия (Cell ID)	Недостаточная- от 200 м до 10 км, зависят от плотности базовых станций	2-5 с	100% при наличии покрытия.
2.	По разнице времени прохождения (TDoA)	100-200 м	10 с	Плохая в сельской местности или даже некоторых пригородах - МС должна быть в пределах диапазона трех или более БС.
3.	По углу падения (AoA)	100-200 м	10 с	Необходимо более двух БС в пределах диапазона сигнала (как в технологии TDoA).
4.	Всемирная спутниковая радионавигационная система (GPS)	<10 м	30-60 с	Определение координат возможно лишь на открытых пространствах. В помещениях, под деревьями и в некоторых городских каньонах определение координат невозможно.
5.	A-GPS	<10 м	10-20 с	100% определение координат возможно лишь на открытых пространствах. При ретрансляции сигнала от БС в CDMA сетях определение местоположения возможно даже, если GPS приемник не видит необходимое для определения координат количество спутников.
6.	AFLT	120-250 м		При тех видимых БС на открытых пространствах, в помещение требует CDMA телефона с GPS.
7.	EFLT	150-300 м		При тех видимых БС.

Важными критериями оценки систем позиционирования для оператора также являются:

- стоимость внедрения - помимо стоимости самой платформы и ее интеграции с сетью учитывается необходимость в умощнении отдельных элементов сетевой инфраструктуры;

-нагрузка на сеть - дополнительная нагрузка на отдельные подсистемы сети (HLR, коммутаторы и т.п.);

- возможный режим работы платформы:

· пассивный - платформа накапливает в себе информацию о местоположении абонентов и при запросе выдает ее;

· активный - при запросе на определение местоположения платформа извлекает информацию о местоположении абонента или данные, необходимые для его расчета;

- поддержка со стороны телефона - необходимо ли наличие в МС и/или SIM-карте аппаратного/программного блока, необходимого для работы системы определения местоположения.

Результаты такого анализа для некоторых технологий представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Критерии оценки методов	Cell ID	Cell ID+TA	UL-TOA	E-OTD	AGPS
Точность определения местоположения	Низкая	Низкая	Высокая	Высокая	Высокая
Стоимость внедрения	Низкая	Низкая	Высокая	Средняя	Низкая
Нагрузка на сеть	Низкая	Низкая	Высокая	Средняя	Низкая
Режим работы платформы - активный(а),пассивный(п)	а,п	а,п	а,п	а,п	а
Требует поддержки со стороны телефона	Нет	Нет	Нет	Да	Да

Анализ представленной информации (таблица 3.2) о точности методов позиционирования в сотовых сетях показывает, что наибольшая точность достигается при применении методов: GPS; A-GPS, основанных на использовании спутниковых систем навигации. Однако по времени получения данных о позиции метод A-GPS превосходит метод GPS.

Точность с диапазоном 100-200 метров позволяют достичь методы АОА, TDOA.

Примерно такую же точность обеспечивают дополнительные, специально разработанные для сетей CDMA, методы AFLT и EFLT.

Методы Cell ID обеспечивают точность, определяемую размерами ячейки.

В результате рассмотрения различных методов позиционирования можно сделать вывод о том, что ни один из представленных методов, за исключением методов, основанных на использовании спутниковых систем навигации, не дает определение местоположения абонента в сотовой сети стандарта CDMA с высокой точностью.

На практике параметры сигналов в месте приема всегда зависят от очень многих факторов. Так, например, в условиях мегаполиса при плотной городской застройке всегда имеет место многолучевой прием, при котором как на МС, так и на базовую станцию может приходить как прямой радиосигнал, так и отраженный от стен домов и других объектов. В связи с этим амплитуда сигналов, угол их прихода и значение расстояния база-МС могут непрерывно "скакать" в очень больших пределах, а определение фактических координат становится делом очень трудным, почти невозможным. В сельской же местности прием сигналов телефона обычно может быть осуществлен всего одной станцией, что исключает возможность нахождения нескольких пеленгов или расстояний.

В разрабатываемых в настоящее время системах определения местоположения абонента базовые технологии нередко подвергаются определенной модификации за счет совмещения нескольких технологий или добавления элементов других технологий позиционирования, что позволяет получить точность до 1 метра, и определить координаты МС в течение 2-2,5 секунд. Перспективной является система позиционирования, в которой для идентификации положения абонента не требуется прямой видимости многочисленных базовых станций, что делает ее работу высокоэффективной в условиях плотной городской застройки, где обычно находятся более 70% всех радиотелефонов.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что внедрение той или иной системы позиционирования требует тщательной проработки. Все способы позиционирования: наземные, спутниковые или комбинированные имеют свои плюсы и минусы.

Подбор системы позиционирования, поддерживающих те или иные методы, оператор осуществляет самостоятельно, в том числе учитывая стоящие перед ним бинес-задачи, характеристики сети, а также необходимость выполнения предъявляемых требований к точности и времени получения координат при вызове экстренных оперативных служб.

Несмотря на то, что архитектура систем определения местоположения мобильной станции предусматривает применение всего многообразия существующих технологий, в качестве ключевых технологий для сетей GSM приняты следующие: Cell ID-TA, ToA, Е- OTD, А-GPS. Выбор технологии измерения координат MS для сетей UMTS зависит от используемой сети радиодоступа. Для UTRAN применяется Cell ID-TA, OTDoA, А-GPS.

3.2 Способы доставки информации местоположения абонента до оператора. Система экстренных вызовов (Emergency Call) ECall

ECall - это действующая в ЕС система, служащая для сокращения времени реагирования служб спасения на автомобильные аварии в странах Европы. Система экстренных вызовов eCall автоматически отправляет сигналы экстренных вызовов в случае срабатывания подушки безопасности, определяя при этом точное место и время аварии, а именно eCall автоматически отправляет GPS координаты пострадавшего автомобиля локальным операторам, это на 40-50% сокращает время, необходимое бригаде спасателей для прибытия на место происшествия. Европейский Союз планирует до 2015 года оборудовать системами «eCall» в стандартной комплектации все новые автомобили. По оценкам Еврокомиссии, система eCall поможет спасти 2500 жизней и сэкономить 26 млрд евро за год.

Проект HeERO(Harmonised eCall Europen Pilot) реализуется в интересах создания общеевропейской службы экстренного реагирования при авариях eCall, использующей общий европейский номер службы экстренной помощи 112. В течение трех лет (с января 2011 года по декабрь 2013 года) девять европейских стран, объединившихся в консорциум HeERO, будут осуществлять запуск проекта по созданию совместимой и скоординированной системы экстренного реагирования, основанной на службе 112

В консорциум HeERO входят: Румыния, Германия, Чехия, Финляндия, Италия, Нидерланды, Греция, Хорватия и Швеция.

Основной целью проекта является подготовка в Европе необходимой инфраструктуры для осуществления успешной работы единой общеевропейской службы экстренного реагирования при авариях eCall с учетом общепринятых европейских стандартов, которые определены и одобрены Европейскими органами стандартизации.

Система экстренного реагирования при авариях eCall поможет Европейскому Союзу достичь поставленной цели - уменьшить травматизм и снизить количество несчастных случаев и смертность на дорогах на 50%.

Пилотный проект начнет свою работу с анализа стоимостной цепочки службы eCall, целью которого является определение системных требований и необходимых обновлений инфраструктуры. Основное внимание будет уделено интерфейсу системы, которой оснащен автомобиль, а также телекоммуникационной инфраструктуре и инфраструктуре PSAP (центр обработки экстренных вызовов).

По итогам проведенного анализа, для каждой страны будет подготовлен план реализации, в котором будут содержаться рекомендации по внедрению и тестированию системы. Аналогичным образом будут составлены учебные пособия по системе eCall и определен порядок действий в чрезвычайных ситуациях для обработки поступающих экстренных вызовов на номер «Е112» с оборудования в автомобиле.

Эксплуатационные испытания системы будут происходить в условиях, моделирующих реальные чрезвычайные ситуации. Главная цель таких испытаний - оценить работу всех компонентов системы, необходимых для полноценной работы службы eCall.

По оценкам результатов проведенных испытаний будут выявлены основные препятствия и барьеры на пути к развертыванию системы. Общие результаты пилотных испытаний будут включены в окончательные рекомендации для развертывания системы eCall в Европе.

Кроме того, проект HeERO предусматривает проведение испытаний на совместимость европейской системы eCall с российской системой ЭРА-ГЛОНАСС.

В ходе реализации проекта HeERO будут проверяться и оцениваться существующие стандарты для службы eCall, определенные и утвержденные Европейскими органами стандартизации.

Стандарты, интерфейсы и протоколы eCall, полученные в результате реализации пилотного проекта HeERO, будут направлены в Организацию европейских стандартов, в которой уже были утверждены стандарты eCall (CEN and ETSI), чтобы завершить процесс стандартизации и точной настройки службы eCall. Эти технические требования будут распространены через координационный совет (the European eCall Implementation Platform) заинтересованным сторонам, не принимающим непосредственное участие в реализации пилотного проекта.

Результатами реализации проекта HeERO также станут операционные обновления, а также новые методы работы для структурных подразделений, занимающихся работой в сфере управления чрезвычайными ситуациями. Кроме того, эта информация будет включена в новый выпуск Руководства по реализации системы eCall и предоставлена Европейским экстренным службам.

Итогом проекта HeERO станут отчеты о реализации и лучшие примеры практического опыта реализации системы eCall, которые смогут помочь и ускорить развертывание системы на территории стран-участниц пилотного проекта, а также для остальных стран, не являющихся участницами проекта.

Таким образом, главной конечной целью проекта является развертывание устойчивых и имеющих возможность взаимодействовать между собой служб eCall во всех странах.

Успешное функционирование службы eCall будет зависеть от выполнения двух основных условий:

Функциональная совместимость и непрерывность работы при пересечении границ: т.е. возможность для любого европейского автомобиля, путешествующего по Европе, воспользоваться услугой вызова экстренных служб в случае серьезной аварии.

Координация: служба eCall сможет функционировать должным образом на территории всей Европы только в том случае, если работа служб eCall во всех странах ЕС будет скоординирована и приведена к единым стандартам. Первым шагом в этом направлении можно считать использование единого номера 112/E112.

«ЭРА-ГЛОНАСС» -- российский аналог E-Call, использующий для работы функции системы мониторинга транспорта ГЛОНАСС. Проект предполагает выполнение идентичных с «E-Call» функций и имеет схожие с ним характеристики. Запуск «ЭРЫ-ГЛОНАСС» запланирован на 2013 год.

3.3 Разработка схемы прохождения короткого сообщения SMS к единой дежурно-диспетчерской службе по номеру 112 с одновременным определением местоположения абонента и передачи данной информации в ЕДДС

3.3.1 Общие принципы и положения по организации передачи экстренных SMS

Система определения местоположения абонента, передающего SMS к единой дежурно-диспетчерской службе по номеру 112 в сетях операторов сотовой связи различных стандартов (CDMA, GSM, UMTS), технологически не подготовлена. Анализ международных стандартов 3GPP и 3GPP2 подтвердил отсутствие разработанной эталонной модели и протоколов обслуживания таких "экстренных" SMS.

В техническом отчете ETSI TR 102 444 v.1.1.1 (2006) [10] приведены общие положения, связанные с передачей экстренных SMS:

1. Посылка экстренного SMS без SIM-карты и абонирования услуги невозможна.

2. Предоставление информации о местоположении абонента должно обеспечиваться оператором, так же, как это осуществляется для голосовых вызовов на службу 112; сделать это технически сложно, т.к. необходимо провести изменения технических спецификаций, но так, чтобы была обратная совместимость с действующими стандартами

3. Посылка SMS осуществляется быстро, что не оставляет времени на измерения (например, методом триангуляции), поэтому местоположение предпочтительно определять по запросу.

4. Возможны задержки и потери SMS в центрах обработки SMS, снижающие надежность услуги.

5. Время доставки сообщений SMS во многом зависит от производительности (качества обслуживания) в сети, оно не должно превышать 15 с, и обычно составляет 6-8 с, из которых 1-2 с расходуются на обработку в SC (центре облуживания SMS).

6. Передача SMS при плохом радиопокрытии имеет преимущество перед голосом, т.к. требует только несколько десятков мс.

7. Передача SMS при перегрузке сети также имеет преимущество, т.к. используется сигнальный радиоканал, а не голосовой

8. Доставка SMS осуществляется домашней сетью (H-PLMN), передача SMS в службу ЕДДС, которую обслуживает визитную сеть, не гарантируется.

9. Подтверждение доставки SMS не всегда обеспечивается сетью - подтверждение должен формировать ЦОВ ЕДДС.

10. Идентификация экстренного SMS с помощью особой отметки не обеспечивается существующими требованиями ETSI TS 123 040 [11]. Хотя существует идентификатор протокола PID, но он требует специальной функции в MС.

11. Существует техническая возможность идентификации сообщения SMS с помощью DCS-схемы кодирования данных ETSI TS 123 038 [12], но она чаще применяется для идентификации языка.

12. Не существует стандартизированного механизма для назначения приоритета экстренному сообщению SMS. Обеспечить приоритет в обработке на радиоинтерфейсе можно лишь при внесении изменений в спецификации. Программное обеспечение SC должно по анализу назначения 112 обеспечить приоритетное обслуживание SMS.

Учитывая все сложности и проблемы при доставке экстренных SMS, технический отчет ETSI TR 102 180 V1.2.1 (2010-07) [13] констатирует:

1. Экстренные SMS никогда не заменят голосовой вызов, должны передаваться в фазе разговора и должны дополнить его информацией об обстановке, местоположении, поскольку только телефонный вызов гарантирует немедленный контакт с оператором.

2. Экстренное сообщение SMS должно получить приоритет перед другими сообщениями

3. Для обработки экстренных сообщений SMS в ЕДДС должно применяться специальное оборудование и обученный штат.

4. Учитывая то, что в отличие от телефонного вызова, обслуживающая сеть всегда направляет сообщение в SMS-SC домашней сети, то необходимо это учитывать, направляя их в соответствующую ближайшую ЕДДС визитной сети.

5. В случае международного роуминга визитной сети должен быть известен перечень коротких кодов других стран, чтобы идентифицировать экстренное сообщение SMS и с помощью протокола Short Message Protocol Data Unit передать его в свою ЕДДС в соответствии с ETSI TS 123 040 [11].

3.3.2 Варианты организации обслуживания экстренных SMS в сетях различных операторов

Операторы мобильных сетей многих европейских стран обеспечивают обслуживание экстренных SMS только после заключения соответствующего соглашения с абонентами. Например, в Шотландии для этого абоненту нужно зарегистрироваться, послав SMS с определённым текстом. Такой подход гарантирует защиту служб спасения от получения случайных или ложных сообщений. В Великобритании оператор T-Mobile организовал специальный центр, в котором текст SMS преобразуется в голосовое сообщение, передаваемое в центр экстренных сообщений. При этом местоположение определяется с помощью функции "Automatic location service", но операторы рекомендуют все-таки указывать в тексте SMS местоположение или адрес, где случилось экстренное событие. Новые телефоны с функцией GPS производители часто снабжают специальной кнопкой, при нажатии на которую передается стандартное SMS: "У меня проблема, мои координаты широты и долготы следующие….". При этом обеспечивается точность не более двух миль. Североамериканская компания PLANT CML предлагает решение по совместному использованию голосового экстренного вызова и SMS. Последовательность шагов абонента следующая:

- абонент осуществляет экстренный вызов на оператора PSAP (это позволяет определить местоположение обычными методами);

- оператор начинает посылать абоненту готовые шаблоны экстренных SMS, содержащие вопросы, которые традиционно задаются оператором;

- абонент отвечает на вопросы с помощью SMS, голосовое соединение при этом не прерывается (все зависит от возможностей терминала и сети).

Такой метод не требует модернизации сети для организации позиционирования пользователя, посылающего сообщения SMS.

Для сетей NGN, основанных на IP/SIP системах, нет стандартного решения, как передавать SMS в экстренную службу. Интересная модель разработана компанией Verizon Communication в США [14]. Проблема определения местоположения решается с помощью внедрения функции позиционирования в терминал абонента, оборудованный GPS при?мником, обеспечивающей передачу не только координаты широты и долготы, но и адреса, если это возможно. Передача информации местоположения и текста SMS от абонента до SMS-центра осуществляется обычным образом в виде текстового сообщения, а от SMS- центра передача происходит с помощью протоколов пакетной сети (HTTP), SMS-шлюза и SIP-протокола. SMS-шлюз отделяет текст от параметров позиционирования, маршрутизирует вызов к определенному центру экстренных вызовов. Центр экстренных вызовов строится на базе IP. Для передачи текста и местоположения используется SIP MESSAGE request.

На Рис. 3.1 показан пример архитектуры такого решения. Представленное решение требует минимальной модернизации сетевой инфраструктуры.

Рис. 3.1 - Пример архитектурного решения при обслуживании экстренных SMS

В итоге третьей главы дипломной работы:

1. Проанализированы методы позиционирования в сотовых сетях с позиции точности и использования для службы 112;

2. Рассмотрены используемые в сетях СПС методы позиционирования с позиции точности;

3. Изучена система экстренных вызовов (Emergency Call);

4. Рассмотрены способы доставки информации местоположения абонента до оператора (передача экстренных SMS).

В качестве вывода по третьей главе можно сказать, что наиболее используемые в сетях GSM методы: Cell ID-TA, ToA, Е-OTD, А-GPS; а в сетях CDMA -AoA, TDoA, AFLT, EFLT, обеспечивающие приемлемую точность, а также обеспечивающие высокую точность - методы GPS и A-GPS. Все методы имеют достоинства и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе системы позиционирования, реализующей методы позиционирования.

Во всем мире наиболее перспективным методом позиционирования, обладающим достаточной для служб спасения точностью, признан способ с использованием спутниковых систем навигации. Основным препятствием к его внедрению в сетях подвижной связи в России в настоящее время является отсутствие массового распространения пользовательского оборудования с приемниками A-GPS или с аналогичными функциями для системы ГЛОНАСС. Поэтому предлагается в ближней перспективе использовать способ Cell Id, который может применяться в сочетании с другими сетевыми методами позиционирования для улучшения точности.

Предложенная схема прохождения экстренного вызова из сетей подвижной связи в ЦОВ ЕДДС предусматривает передачу координат местоположения по Cell ID при установлении соединения с последующим (в перспективе, при внедрении навигационных способов определения местоположения.) уточнением координат местоположения по запросу от ЦОВ ЕДДС. Выбор данного комбинированного способа объясняется следующими факторами:

- определение координат местоположения автоматическим способом для метода Cell Id и других наземных методов возможно на сетях операторов уже сегодня на базе существующих интеллектуальных платформ и серверов приложений;

- запрос в БД оператора от ЦОВ для необходимого уточнения координат будет производиться только на втором этапе при появлении более точных навигационных способов позиционирования;

- в случае невозможности более точного определения координат мобильного терминала в ЦОВ ЕДДС будет выдана координата соты;

- запрос от ЦОВ ЕДДС на определение местоположения от ЦОВ ЕДДС при необходимости можно осуществлять многократно, что важно при изменении местоположения пользователя;

- последовательное внедрение двух способов определения местоположения - автоматического и по запросу - позволяет уже сейчас обеспечить передачу информации о местоположении абонента в ЕДДС, до решения в нашей стране на законодательном уровне правовых аспектов передачи точных координат местоположения абонента третьей стороне без его согласия.

Раздел 4. Расчет основных характеристик диспетчерских служб системы 112 при приеме вызовов с учетом передачи информации местоположения

Экстренные вызовы от абонентов поступают в ЦОВ Единой Дежурно-Диспетчерской службы, где они обрабатываются операторами. Важно, чтобы служба обеспечивала прием вызовов с наименьшими потерями. Поэтому, прежде чем строить ЦОВ ЕДДС, необходимо рассчитать количество операторов, чтобы вероятность отказа при экстренном вызове была минимальна.

4.1 Постановка задачи

На ступень распределения вызовов (СРВ) поступают три потока вызовов Единой Дежурно-Диспетчерской службы (ЕДДС) - 01, 02, 03. Создаётся универсальная группа операторов. Интенсивность поступления задана разная, вызовы поступают в соответствии с показательным распределением.

Время предоставления информационных услуг распределено по показательному закону и одинаково для ЕДДС.

Рассмотреть ЦОВ ЕДДС в соответствии с моделью , определить, при каком числе операторов и длине очереди будет обеспечена вероятность отказа в обслуживании не более 0.001 и время ожидания не более 4 сек.

Интенсивность поступления вызовов на службы (01, 02, 03) л (выз/мин): 2, 2.5, 1.5

Интенсивность обслуживания вызовов одной службы оператором м (выз/мин): 1.1

4.2 Разработка обобщенной функциональной схемы ЦОВ

Рис. 4.1- Функциональная модель Call-центра.

В такой системе вызовы поступают по входящим соединительным линиям от ТфОП и обрабатываются операторами, число которых, как правило, меньше числа линий. Если входящий вызов застает все линии занятыми, то он отклоняется: абоненту телефонной сети будет передан сигнал «занято». Если свободные линии есть, то вызов поступает в систему, а далее, в зависимости от числа свободных операторов, вызов может быть немедленно передан на обслуживание, либо поставлен на ожидание. Часть вызовов может уйти из очереди, не дождавшись обслуживания. Для всех неуспешных (не окончившихся обслуживанием) вызовов возможны повторные попытки. Обслуженные вызовы могут уйти из системы или возвратиться в нее для дальнейшего обслуживания.

Экспериментально доказано, что распределение интервалов между вызовами для Call-центров ТфОП хорошо соответствует показательному.[15]

4.3 Определение характеристик ЦОВ

Так как поступающие на ЦОВ потоки вызовов пуассоновские, и применяется универсальная группа операторов, то интенсивность поступления вызовов на ЦОВ будет равна сумме интенсивностей поступлений вызовов на службы.

=1+1.5+2=4.5 выз/мин (4)

Для модели вероятность отказа определяется по формуле (4):

(5)

Используя известное равенство можно найти .

(6)

Среднее число вызовов в очереди:

(7)

Все вызовы, поступающие на систему, когда она находится в состоянии n = K, теряются.

В данной модели заявки не могут быть потеряны после поступления в очередь. Воспользуемся формулой Литтла (8) для определения среднего времени ожидания обслуживания:

(7)

Используя соотношения (5), (6), (7), (8) можно определить, что вероятность отказа в обслуживании не более 0.001 и время ожидания не более 4 сек. будет обеспечена при числе операторов, равном 4 и длине очереди, равной 25. Результаты сведены в табл. 4.1. Графики зависимости вероятности отаза(Pn) от количества операторов службы ЕДДС(V) и времени задержки (W) от количества операторов службы ЕДДС(V) на рис. 4.2,4.3.

Таблица 4.1

Количество мест ожидания, К	Количество обслуживающих операторов, V	Вероятность отказа, Pn	Время задержки, W
25	4	0.001	1.7



Рис. 4.2 - График зависимости вероятности отаза(Pn) от количества операторов службы ЕДДС(V)

Рис. 4.3 - График зависимости времени задержки (W) от количества операторов службы ЕДДС(V)

Расчет основных параметров был сделан при одном значении интенсивности.

Для того, чтобы понять как интенсивность поступления вызовов на службу ЕДДС влияет на вероятность отказа, построим графики зависимостей вероятностей отказа от количества операторов при разных значениях интенсивностей (рис 4.4):

Вероятность отказа Pn1(v) при л =4.5 (выз/мин);

Вероятность отказа Pn1(v) при л =6 (выз/мин);

Вероятность отказа Pn1(v) при л =12 (выз/мин).

Из рис. 4.4 видно, что при увеличении интенсивности поступления вызовов на службу ЕДДС вероятность отказа в обслуживании становится значительно больше, именно поэтому необходимо тщательно рассчитывать параметры проектируемой службы и добиваться наименьшей вероятности отказа при экстренном вызове.

Рис. 4.4 - График зависимости вероятности отаза(Pn) от количества операторов службы ЕДДС(V) при разных значениях интенсивностей поступлений вызовов на службы.

4.4 Разработка сценариев взаимодействия ЦОВ с сетями общего пользования

Взаимодействие ЦОВ с ТфОП происходит по протоколу EDSS-1.

Сценарии взаимодействия изображены на рисунках 4.4.и 4.5.

Рис. 4.5 - Диаграмма обмена сообщениями по протоколу EDSS-1 при обслуживании входящего вызова.

После приема цифр номера в сообщении Setup, шлюз передает запрос INVITE в сторону оборудования оператора. Вызываемая сторона принимает запрос INVITE и начинает его обработку, о чем сообщает ответом 100 Trying встречному оборудованию для перезапуска его таймеров (т.е. шлюзу).

Шлюз посылает сообщение Call Proceeding и начинает устанавливать соединение.

После завершения обработки поступившего запроса оборудование вызываемой стороны сообщает своему пользователю (т.е. оператору) о входящем вызове, а встречной стороне передает ответ 180 Ringing.

Шлюз посылает АТС сообщение Alerting, которое указывает на то, что вызываемый пользователь извещается о входящем вызове.

После приема вызываемым пользователем входящего вызова удаленной стороне передается сообщение 200 OK.

АТС посылается сообщение Connect - соединение, которое требует подтверждения Connect Acknowledge.

Шлюз подтверждает прием ответа запросом АСК. На этом фаза установления соединения закончена и начинается разговорная фаза.

Разъединение инициируется вызывающей стороной (т.е. АТС) - передается сообщение Disconnect.

Реакцией шлюза на это является запрос BYE, который подтверждается ответом 200 OK.

К АТС посылается Release - чтобы освободить канал и метку соединения для следующих соединений. В ответ посылается Release Complete.



Рис. 4.6 - Диаграмма обмена сообщениями по протоколу EDSS-1 при обслуживании исходящего вызова.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Темой данной дипломной работы является “Анализ применения существующих технологий позиционирования абонента при экстренных вызовах на номер 112”.

В ходе работы была достигнута поставленная цель, а именно анализ применения существующих технологий позиционирования абонента при экстренных вызовах на номер 112 с разработкой наиболее эффективного способа определения местоположения.

Согласно цели исследования были выполнены следующие задачи:

- рассмотрена текущая ситуациа с построением системы 112 и системы экстренного реагирования при авариях ЭРА ГЛОНАСС;

- собраны данные о существующих технологиях позиционирования абонентов сотовых сетей;

- выявлены преимущества и недостатки существующих способов и методов позиционирования;

- проанализированы данные методы позиционирования в сотовых сетях с позиции точности и использования для службы 112;

- рассмотрены способы доставки информации местоположения абонента до оператора: передача экстренных SMS и система экстренных вызовов (Emergency Call) ECall;

- рассчитаны основные характеристики диспетчерских служб системы 112 при приеме вызовов с учетом передачи информации местоположения;

- проанализированы результаты и выявлен наиболее эффективный способ позиционирования абонента при экстренном вызове 112;

При определении наиболее эффективных способов позиционирования, рекомендуемого для реализации в сетях подвижной связи при вызове экстренных оперативных служб, за основу были приняты следующие положения:

- способ позиционирования должен обеспечивать достаточную для задач экстренных оперативных служб точность;

- реализация предлагаемого способа должна вызывать минимальную модернизацию сети подвижной связи;

- следует придерживаться эволюционного пути при внедрении способов позиционирования;

- необходимо учитывать международный опыт по внедрению способов позиционирования в интересах служб спасения.

Во всем мире наиболее перспективным методом позиционирования, обладающим достаточной для служб спасения точностью, признан способ с использованием спутниковых систем навигации. Основным препятствием к его внедрению в сетях подвижной связи в России в настоящее время является отсутствие массового распространения пользовательского оборудования с приемниками A-GPS или с аналогичными функциями для системы ГЛОНАСС. Поэтому предлагается в ближней перспективе использовать способ Cell Id, который может применяться в сочетании с другими сетевыми методами позиционирования для улучшения точности.

Предложенная схема прохождения экстренного вызова из сетей подвижной связи в ЦОВ ЕДДС предусматривает передачу координат местоположения по Cell ID при установлении соединения с последующим (в перспективе, при внедрении навигационных способов определения местоположения.) уточнением координат местоположения по запросу от ЦОВ ЕДДС. Выбор данного комбинированного способа объясняется следующими факторами:

- определение координат местоположения автоматическим способом для метода Cell Id и других наземных методов возможно на сетях операторов уже сегодня на базе существующих интеллектуальных платформ и серверов приложений;

- запрос в БД оператора от ЦОВ для необходимого уточнения координат будет производиться только на втором этапе при появлении более точных навигационных способов позиционирования;

- в случае невозможности более точного определения координат мобильного терминала в ЦОВ ЕДДС будет выдана координата соты;

- запрос от ЦОВ ЕДДС на определение местоположения от ЦОВ ЕДДС при необходимости можно осуществлять многократно, что важно при изменении местоположения пользователя;

- последовательное внедрение двух способов определения местоположения - автоматического и по запросу - позволяет уже сейчас обеспечить передачу информации о местоположении абонента в ЕДДС, до решения в нашей стране на законодательном уровне правовых аспектов передачи точных координат местоположения абонента третьей стороне без его согласия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный закон «О связи» от 07.07.2003 № 126-ФЗ

2. Распоряжение Правительства РФ от 25 августа 2008 г. N 1240-р "О Концепции создания системы обеспечения вызова экстренных оперативных служб через единый номер "112" на базе единых дежурно-диспетчерских служб муниципальных образований"

3. Постановление Правительства РФ от 21 ноября 2011 г. N 958 "О системе обеспечения вызова экстренных оперативных служб по единому номеру "112"

4. Комплект документов технического решения ЗАО «Стинс Коман» на создание Системы-112 в субъектах Российской Федерации

5. Корсунский А. Опыт внедрения сервис функции Е112. М.: Экономика России: ХХI век, № 22, 2008.

6. Бакитько Р.В., ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. М.: Радиотехника,2005

7. Гольдштейн Б.С., Соколовский Н.А., Яновский Г.Г.Сети Связи. СПб.: БХВ-Петербург,2010

8. Гольдштейн Б.С.Системы коммутации. СПб.: БХВ-Петербург,2010

9. Кааранен Х., Ахтиайнен А., Лаитинен Л., Найян С., Ниеми В. Сети UMTS. Архитектура, мобильность, сервисы. - М.: Техносфера, 2007. - 445 с.

10. Assessment of Mobile Location Technology, Final Report 23rd April 2010, Ofcom

11. ETSI TR 102 444 v.1.1.1 (2006) Анализ SMS и CBS для приложений экстренных сообщений; экстренные сообщения SMS и CBS.

12. ETSI TS 123 040: Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Technical realization of Short Message Service (SMS) (3GPP TS 23.040).

13. ETSI TS 123 038: Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Alphabets and language-specific information (3GPP TS 23.038).

14. ETSI TR 102 180 V1.2.1 (2010-07): Emergency Communications (EMTEL); Basis of requirements for communication of individuals with authorities/organizations in case of distress (Emergency call handling).

15. Piotr Boni and Michael Armstrong, Verizon Network Technology "Using IM and SMS for Emergency Text Communications".

16. Зарубин А.А.Теория Телетрафика: методические указания к выполнению курсовой работы// ГОУВПО СпбГУТ. - СПб, 2009

Размещено на Allbest.ru

...