HỆ THỐNG LIÊN LẠC VÔ TUYẾN DI ĐỘNG SỐ CHUYÊN DÙNG

Cùng với P25 (Project 25), TETRA (TErrestrial Trunked RAdio) là hệ thống truyền thông trung kế vô tuyến di động số DMRTS (Digital Mobile Radio Communications Trunking System) được ứng dụng rộng rãi [1,2]. Khác với hệ thống truy cập vô tuyến di động công cộng PAMR (Public Access Mobile Radio Access System), người dùng sử dụng dịch vụ do các hãng viễn thông cung cấp, TETRA định hướng người dùng (tổ chức) tự xây dựng, tự chủ mạng trong liên lạc nội bộ của mình, tổ chức thông tin chuyên dùng (Functional) trong lĩnh vực phục vụ [2][4], đồng thời cho phép kết nối với các mạng khác (cả TETRA) để mở rộng vùng phủ sóng. Theo một nghĩa khác, các mạng công cộng được xây dựng với mục đích kinh doanh, trong khi TETRA lấy đảm bảo hoạt động thông suốt của thực hiện nhiệm vụ làm đầu, không lợi nhuận. Do vậy, từ khi ra đời, TETRA được chấp nhận và sử dụng rộng rãi trong xây dựng hệ thống thông tin vô tuyến di động chuyên dùng (Functional Mobile Radio Communication Systems). TETRA đã chứng tỏ được hiệu quả “chuyên dùng” của hệ thống trong những lĩnh vực đòi hỏi yêu cầu khắt khe và hiệu suất cao như: hệ thống thông tin cảnh sát, gọi khẩn cấp, dịch vụ an ninh, quân sự và càng ngày càng có nhiều mạng TETRA được ứng dụng trên thế giới [3].

Mặc dù gần 30 năm trôi qua, với sự phát triển của công nghệ viễn thông, đặc biệt trong mạng liên lạc tổ ong (GSM, 3G,4G,5G), TETRA vẫn được đánh giá là có triển vọng phát triển trong lĩnh vực chuyên dùng. Với những đặc điểm và yêu cầu của TETRA, trong lĩnh vực có nguy hiểm và rủi ro cao, các mạng liên lạc tổ ong vẫn không thể thay thế được hệ thống TETRA. Bài báo này giới thiệu về sự ra đời và phát triển của TETRA trong phần 2; những yêu cầu khắt khe của TETRA trong phần 3; Lợi thế của TETRA khi so sánh với các mạng công cộng trên cơ sở tổ ong GSM,3/4/5G, qua đó tiếp tục khẳng định vai trò của TETRA trong xây dựng hệ thống thông tin vô tuyến di động chuyên dùng.

SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA TETRA

Năm 1995, ETSI chấp nhận và phê duyệt đặc tính kỹ thuật ETS 300 391 (Part 1, 2 và 3), EN 300 392-Part 2, được gọi là TETRA 1, bao gồm một tập hợp các đặc tính kỹ thuật cần thiết để tích hợp truyền tiếng nói và dữ liệu (TETRA V+D) bao gồm gọi nhóm, gọi băng rộng, gọi khẩn cấp và truy cập nhanh (<300ms) ở chế độ TMO (Trunking Mode Operation) và DMO (Direct Mode Operation), bảo vệ truy cập hệ thống thông qua xác thực, mã hóa thông tin với những mức khác nhau của ứng dụng. Với mạng ngoài, được đảm bảo hoạt động thông suốt với những trung tâm điều khiển chuyển mạch dữ liệu và truyền gói dữ liệu độc lập bởi TETRA PDO [1,5]. Chuẩn TETRA 2 ra đời năm 2006 và tiếp tục được cải tiến, cập nhật cho đến nay với nhiều những tiến bộ có ý nghĩa trong các phiên bản cập nhật. TETRA 2 duy trì tính tương thích rộng rãi với ><300ms) ở chế độ TMO (Trunking Mode Operation) và DMO (Direct Mode Operation), bảo vệ truy cập hệ thống thông qua xác thực, mã hóa thông tin với những mức khác nhau của ứng dụng. Với mạng ngoài, được đảm bảo hoạt động thông suốt với những trung tâm điều khiển chuyển mạch dữ liệu và truyền gói dữ liệu độc lập bởi TETRA PDO [1,5].

Chuẩn TETRA 2 ra đời năm 2006 và tiếp tục được cải tiến, cập nhật cho đến nay với nhiều những tiến bộ có ý nghĩa trong các phiên bản cập nhật. TETRA 2 duy trì tính tương thích rộng rãi với những thiết bị TETRA 1 và tích hợp toàn bộ đặc điểm của thiết bị TETRA 1 vào thiết bị TETRA 2. Đồng thời mở rộng: High Speed Data –HSD, thêm sự lựa chọn cho vocoder trong tiếng nói số, phát triển của TETRA SIM, đạt được liên kết với GSM [3].

Là một chuẩn vô tuyến di động mở, theo nghĩa thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau có thể sử dụng trong mạng vô tuyến, tại cùng một thời điểm, cho phép nhà sản xuất đạt được giá phải chăng trong cùng phân khúc để duy trì tính cạnh tranh thương mại trên toàn cầu. Độ rộng phổ vô tuyến và mật độ tần số phải đủ rộng cho lược đồ tần số và đáp ứng yêu cầu của những thành phần mạng TETRA, vùng phủ sóng tốt, khả năng điều chỉnh dung lượng (số) kênh truyền thông vô tuyến và cấu hình phối hợp những băng con cơ sở thành băng rộng [3].

YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN TRUNG KẾ CHUYÊN DÙNG

Chức năng của hệ thống trung kế

Bởi đặc tính truyền sóng, để mở rộng mạng và khoảng cách liên lạc, trung kế (Trunk- “tổng đài”) là bắt buộc trong hệ thống vô tuyến. DMRTS tự động chuyển kênh vô tuyến sẵn có (rỗi) của trạm vô tuyến cơ sở (Base Radio Stations -BRS) tới trạm di động MS (Mobile Station) để thực hiện kết nối giữa trạm di động hoặc những thiết bị tham gia mạng, thông qua sử dụng kênh điều khiển (Control Channel). Qua kênh điều khiển này, cuộc gọi được đăng ký, bản tin trạng thái được truyền và thứ tự yêu cầu kết nối được chỉ định. Mỗi khi có yêu cầu thiết lập kết nối đến, một kênh truyền thông vô tuyến rỗi được chỉ định cho di động đã gửi yêu cầu và giữ riêng cho liên lạc đó đến khi người dùng ngắt kết nối. Khi tất cả các kênh bận, hàng đợi kết nối được thiết lập, sớm nhất khi có kênh rỗi, hệ thống sẽ chỉ định kênh này cho người gia nhập sớm nhất trong danh sách.

Yêu cầu của trung kế chuyên dùng

Hệ thống truyền thông vô tuyến di động trung kế số chuyên dùng cung cấp những chức năng [3,6]:

1. Yêu cầu cao về thực hiện kết nối và bảo vệ an toàn,

2. Cung cấp khả năng rộng rãi trong truyền dữ liệu,

3. Dải rộng của dịch vụ liên lạc,

4. Thực hiện thành công kết nối giữa người dùng từ mạng khác nhau.

Yêu cầu cao về thực hiện kết nối, thứ nhất thời gian tối thiểu để thiết lập một kênh kết nối (<300ms) cho các kiểu kết nối khác nhau (riêng, nhóm, mạng điện thoại khác,…). Với hệ thống vô tuyến di động thông thường, thời gian dài hơn đáng kể do yêu cầu đồng bộ giữa bộ phát và bộ nhận. TETRA yêu cầu thời gian kết nối <300ms nhằm đáp ứng các nhiệm vụ khẩn cấp như cấp cứu, cứu hỏa hay các thảm họa tự nhiên và trong quân đội, nơi mà mỗi giây đi qua góp phần trầm trọng đáng kể tình trạng khẩn cấp. Thứ hai, trong TETRA cho phép thực hiện những chế độ kết nối khác nhau:

1. Chế độ kết nối trực tiếp (DMO) giữa các MS với nhau không qua BRS,

2. Chế độ kênh mở: chỉ định và duy trì tài nguyên tần số cho nhóm đang liên lạc, định hướng hội thoại không cần thủ tục ra lệnh,

3. Chế độ gọi khẩn cấp,

4. Chế độ gọi ưu tiên.

Yêu cầu bảo vệ an toàn kết nối, đảm bảo sự bí mật của cuộc hội thoại, bảo vệ chống lại truy cập trái phép tới hệ thống. Như một quy tắc, kỹ thuật cơ bản của bảo vệ kết nối là áp dụng mã hóa thông tin truyền, nhận dạng và xác thực người dùng. TETRA cung cấp mức độ bảo vệ hội thoại cao, khi thuật toán mã hóa được áp dụng trên dữ liệu tiếng nói số đã được nén. TETRA cho phép sử dụng thuật toán ban đầu phát triển bởi nhà sản xuất thiết bị để mã hóa tiếng nói và dữ liệu, đồng thời cũng cung cấp khả năng tùy chọn thuật toán xác thực và mã hóa của người dùng [7].

Yêu cầu phải cung cấp khả năng truyền dữ liệu rộng khắp, hệ thống DMRTS phải sẵn sàng cho những chế độ truyền dữ liệu khác nhau, mạng số riêng có khả năng cao trong: giảm cơ sở dữ liệu tập trung, truyền những thông tin cần thiết bao gồm cả hình ảnh, tổ chức trung tâm điều vận tập trung, thực hiện trên cơ sở kết hợp vệ tinh. Trong hầu hết hệ thống trung kế số đều tích hợp truyền dữ liệu, dịch vụ truyền bản tin ngắn và bản tin trạng thái, cuộc gọi vô tuyến riêng tư, gọi nhóm, kết nối fax, truy cấp vào mạng cố định, mạng IP.

Dải rộng của dịch vụ liên lạc hệ thống TETRA thực hiện một mức dịch vụ hiện đại của thành phần tham gia trong mạng, tương ứng với: khả năng tự động đăng ký thuê bao, chuyển vùng (roaming), giao thức quản lý truyền dữ liệu, chế độ gọi ưu tiên khác nhau, gọi lại phù hợp với chuẩn dịch vụ mạng chuyên dùng. Trên cơ sở đặc trưng của an ninh công cộng và dịch vụ bảo vệ, một liên kết trung kế vô tuyến số thường đòi hỏi bao gồm những dịch vụ kết nối riêng đang tồn tại: chế độ gọi chỉ có thể thực hiện với sự cho phép của điều vận, chế độ thay đổi động những nhóm liên lạc, chế độ nghe vô tuyến từ xa.

Yêu cầu khả năng liên kết kết nối, bao hàm hệ thống có cấu trúc địa chỉ hóa người dùng mềm dẻo, cung cấp cơ hội tạo những mạng ảo khác nhau trong cùng hệ thống, và tổ chức kết nối những người dùng trong các mạng khác nhau khi cần thiết. Với an ninh công cộng và dịch vụ bảo vệ, yêu cầu khả năng kết nối của những đơn vị đặc biệt khác nhau của dịch vụ là đặc biệt thích hợp để sắp xếp những hành động phối hợp trong tình trạng khẩn cấp: thảm họa thiên tai, tai nạn, khủng bố, …

LỢI THẾ CỦA TETRA VỚI GSM

Với những yêu cầu cao của hệ thống TETRA dẫn đến những đặc điểm cần có trong những hệ thống thông tin chuyên dùng trong những lĩnh vực nguy hiểm, rủi ro cao, khẩn cấp như công an, cứu hộ, cứu hỏa, cấp cứu dịch vụ an ninh, các lĩnh vực trọng yếu như năng lượng, hay quân đội mà hệ thống công cộng không có [3]:

1. DMRTS là dự định cho sử dụng chuyên dùng bởi một nhóm người dùng đặc biệt (cảnh sát, quân đội) trong khi GSM là hệ thống công cộng cho truyền thông cá nhân. Khả năng gọi nhóm là cần thiết trong nhiều nhiệm vụ đặc biệt mà mạng công cộng không có.

2. Với DMRTS, hệ thống tự chủ có giám sát và điều khiển hoạt động của hệ thống tại mọi lúc và mọi thành phần của nó. Đầu cuối TETRA có thể nghe, nhận biết môi trường xung quanh giúp trung tâm có những phán đoán về tình trạng đang xảy ra tại hiện trường.

3. DMRTS cung cấp khả năng liên lạc tin cậy trong mọi điều, kết nối nhanh và số dịch vụ nhiều. Ngay cả khi có một số thành phần trong mạng TETRA bị lỗi, các thiết bị khác có thể được kích hoạt để tạm thời thay thế thành phần đó.

4. DMRTS có thể làm việc với số lượng kênh vô tuyến lớn và trong nhiều băng tần.

5. DMRTS có thể bao phủ những vùng mà GSM không thể bao phủ.

6. DMRTS có hệ thống điều vận mạnh mẽ và các hệ thống con chỉ định tự động truyền thông kết nối với đầu ra PSTN và ISDN.

7. DMRTS có đầu cuối có thể kháng lại môi trường làm việc trong các điều kiện thời tiết và thậm chí thảm họa tự nhiên.

8. DMRTS cung cấp nhiều cơ hội truyền tin và tổ chức với SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).

9. DMRTS được thiết kế với số người dùng được định nghĩa chặt chẽ, bảo lưu nhiều năng lực chuyển mạch, truyền và quản lý. Điều này bảo hiểm rằng hệ thống là tin cậy và không có quá tải. Đặc biệt DMRTS giảm thiểu tối đa cuộc gọi, tin nhắn rác không xác định được đầu cuối đưa tin.

KẾT LUẬN

Chuẩn TETRA định hướng tới xây dựng hệ thống truyền thông vô tuyến di động chuyên dùng chia sẻ vô tuyến của nhiều nhóm người dùng khác nhau, đảm bảo chất lượng và bảo vệ thông tin truyền, làm việc trong điều kiện của người dùng, trong khi GSM mục tiêu là phục vụ công cộng với người dùng phổ thông. Do vậy nhiều yêu cầu đặc biệt trong điều kiện làm việc có nguy cơ và rủi ro cao, GSM không thể đáp ứng được. Theo chiều hướng đó, mạng TETRA trong thời gian tới vẫn tiếp tục được ứng dụng và chưa bị thay thế bởi các mạng công cộng như GSM.