Breaking news
Bezwietrzny i pochmurny czerwiec spowodował spadek produkcji energii z OZE w całej Unii Europejskiej.

Jak PTPiREE widzi przyszłość technologii TETRA i stosowania jej przez polską energetykę do zadań łączności krytycznej, w kontekście napływających informacji z zagranicy oraz planowanego przeznaczenia przez PGE kilkaset milionów złotych na projekt budowy systemu łączności sieci w oparciu o technologię LTE w paśmie 450 MHz? Stanowisko Biura PTPiREE dla smart-grids.pl.

 

Stanowisko:
Biuro Polskiego Towarzystwa Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej

 

Przyszłość technologii TETRA stosowanej do zadań łączności krytycznej w energetyce

W ostatnich kilku latach pojawiło się aż szesnaście dokumentów standaryzacyjnych systemu TETRA. Część z nich stanowiło kolejną aktualizację istniejących już standardów, jednak spory odsetek stanowiły materiały zupełnie nowe. Szczególną uwagę należy zwrócić na pakiet aż ośmiu standardów dotyczących tzw. interfejsu międzysystemowego ISI (Inter-system Interface). Interfejs międzysystemowy ISI to zagadnienie, nad którym ciała standaryzacyjne TETRA pracowały od wielu lat. W skrócie chodziło o zapewnienie możliwości łączenia ze sobą różnych (autonomicznych, rozdzielnych) sieci TETRA, szczególnie w kontekście operacji transgranicznych. Zasadne wydaje się tu porównanie do roamingu. Dysponując ISI, użytkownicy danej sieci regionalnej mogą korzystać z własnego sprzętu i komunikować się wewnątrz własnej sieci. Mogą również łączyć się z użytkownikami innej sieci (korzystającej z zupełnie innych urządzeń radiowych), np. zlokalizowanej po drugiej stronie granicy państwa. Możliwe jest też tworzenie większych sieci TETRA na bazie różnych rozwiązań sprzętowych. Warto zwrócić uwagę, że aż siedem z ośmiu wymienionych powyżej standardów dotyczących kwestii ISI to dokumenty, których wersja oznaczona jest jako V1.1.1, co oznacza, iż nie są to aktualizacje, lecz zupełnie nowe – opublikowane po raz pierwszy – normy. Obejmują one różne zagadnienia, od ogólnych począwszy, po bardziej szczegółowe, związane z opisem warstwy transportowej czy sposobami przenoszenia sygnałów mowy. Potencjalni użytkownicy tych rozwiązań zwracają również uwagę iż ETSI (European Telecommunications Standards Institute), przygotowując wspomniany pakiet standardów, dopuścił wykorzystanie protokołu IP, co może znacząco przyśpieszyć i zwiększyć efektywność łączenia różnych sieci TETRA. Do tej pory niezbędne do tego celu było dedykowane łącze E1, co w pewnych przypadkach mogło stwarzać problemy, zwłaszcza, gdy dany dostawca nie zapewniał już obsługi trybu komutacji kanałów. Warto zauważyć, iż rozwiązanie to mogłoby być korzystne również z punktu widzenia polskich operatorów sieci energetycznych, którzy np. łatwo mogliby nawiązywać łączność z siecią innego operatora lub też mogliby wydzielać na jego potrzeby określone zasoby z własnej sieci łączności.

Od dłuższego czasu pojawiają się informacje o potrzebie wprowadzenia kolejnej wersji standardu TETRA, określanej roboczo jako Release 3. Miałaby ona wprowadzać pełne wsparcie dla trybów transmisji o wysokiej przepływności i zapewniać interoperacyjność z innymi standardami (w tym LTE). Ten ostatni aspekt jest obecny w pracach 3GPP już w chwili obecnej. Niewątpliwie TETRA w Release 3 musiałaby w istotnym stopniu korzystać z rozwiązań szerokopasmowych. Warto również wspomnieć, iż od strony biznesowej prace dotyczące TETRY/komunikacji krytycznej koordynuje stowarzyszenie TCCA (TETRA and Critical Communication Association), które istnieje od 1994 (wcześniej jako TETRA MoU Association) i zrzesza ponad sto firm z całego świata (producentów sprzętu, dostawców usług, operatorów, itp.) działających w przedmiotowym sektorze. Stowarzyszenie TCCA zajmuje się wsparciem i promocją rozwoju TETRY oraz powiązanych rozwiązań szerokopasmowych na potrzeby komunikacji krytycznej. Z uwagi na biznesowy charakter tej organizacji duże znaczenie mają tu obecne i przyszłe usługi w systemie TETRA, przez pryzmat których definiowane będą ogólne kierunki rozwoju tego systemu.

W kontekście przytoczonych powyżej faktów coraz częściej pojawia się pytanie, czy LTE może być pełnowartościową alternatywą dla typowych systemów trankingowych dyspozytorskich (TETRA) i czy może je w niedalekiej przyszłości zupełnie zastąpić. Na chwilę obecną odpowiedź na powyższe pytanie – zwłaszcza w kontekście zastosowań krytycznych z punktu widzenia bezpieczeństwa państwa jak np. energetyka – jest negatywna. Komunikacja krytyczna wiąże się z szeregiem wymagań dotyczących m.in. niezawodności usług (zwłaszcza w sytuacjach kryzysowych, zniszczenia infrastruktury), połączeń grupowych, priorytetyzacji połączeń oraz czasu ich zestawiania, trybu łączności bezpośredniej, itp. System TETRA – od swojego zarania budowany jako system trankingowy – wymagania te spełnia niejako „domyślnie”, podczas gdy w przypadku szerokopasmowych sieci komórkowych jest to problematyczne. Przykładowo, wspomniany powyżej mechanizm Proximity Sevices oferuje mniejsze zasięgi robocze i z uwagi na znaczące różnice technologiczne nie może być traktowany jako pełnowartościowa alternatywa dla TETR-owego trybu DMO (Direct Mode Operation), a co najwyżej jako jego uzupełnienie. W trybie bezpośrednim DMO realizowana jest łączność terminal-terminal bez pośrednictwa sieci. Jest to szczególnie istotna funkcja w przypadku uszkodzenia infrastruktury sieci, bądź braku zasilania. Zasięg transmisji w trybie DMO wynosi typowo 400 metrów w obszarze miejskim, do 2 kilometrów w terenie otwartym. Innym przykładem jest kwestia niezawodności. O ile infrastruktura krytyczna bazująca na systemie TETRA jest tak projektowana, aby zapewnić funkcjonowanie w sytuacji awarii o charakterze masowym nawet przez 24 godziny (przy braku zasilania obiektów telekomunikacyjnych), o tyle w systemach komórkowych takie buforowanie zasilania, ze względu na wysokie koszty, jest rzadkością. Rzecz jasna, niezależnie od powyższych rozważań nie sposób przewidzieć, jak przebiegać będzie dalszy rozwój standardów ETSI i 3GPP, zatem rozwiązania szerokopasmowe opracowywane przez 3GPP mogą w dalszej perspektywie czasowej stopniowo uzupełniać funkcjonalności typowe dla TETRY.

TETRA jest systemem cały czas rozwijającym się, a silnie uwidocznione w ostatnich latach powiązanie z obszarem „critical communication” przełoży się również na rozwój usług tego systemu. Z uwagi zarówno na definicję samej TETRY, jak i komunikacji krytycznej, bardzo ważnym kierunkiem tego rozwoju będzie wykorzystanie systemu w jak najszerzej rozumianym przemyśle, w tym w zastosowaniach związanych z energetyką. Sieć LTE w paśmie 450 MHz może być znakomitym uzupełnieniem sieci TETRA. Technologia LTE nie posiada zaimplementowanych mechanizmów łączności krytycznej i funkcjonalności oczekiwanych w takich systemach, ale bardzo dobrze sprawdza się w zakresie przesyłania dużej ilości danych ze znacznie większymi szybkościami transmisji niż w przypadku systemu TETRA. W takim ujęciu sieć LTE jest siecią komplementarną dla TETRY i powinna być traktowana jako sieć uzupełniająca dla sektora elektronergetyki.

Optymalnym rozwiązaniem wydaje się być zastosowanie wariantu hybrydowego TETRA+LTE, w którym system trankingowy zapewniałby kluczowe funkcjonalności i usługi systemu komunikacji krytycznej, natomiast system komórkowy zapewniałby obsługę ruchu o niższym priorytecie i oferował usługi wymagające wysokich przepływności. Za takim rozwiązaniem przemawia choćby podejście organizacji standaryzacyjnych, które w swoich dokumentach dużo miejsca poświęcają kwestii interoperacyjności. Realizacja LTE 450 w sposób ewolucyjny i synergiczny z TETRĄ, stanie się bezpiecznym sposobem budowy kompleksowego środowiska telekomunikacyjnego warunkującego sprawne działanie nowoczesnej elektroenergetyki. LTE 450 zapewnia przede wszystkim usługi wydajnej transmisji danych, które mogą być z powodzeniem wykorzystane do realizacji usług wyższego poziomu, takich jak: obrót, regulacje jakościowe, zdalny odczyt liczników, bilansowanie, stosowanie taryf dynamicznych oraz stosowanie różnych aplikacji bazujących na transmisji danych. Dodatkowy system szerokopasmowy LTE 450 zapewni możliwość realizacji połączeń wideo wysokiej rozdzielczości. Przedsiębiorstwa z sektora elektroenergetycznego powinny zatem dążyć do budowy komplementarnych, uzupełniających się sieci TETRA oraz LTE, które mogą, a wręcz powinny funkcjonować równolegle. Dodatkowo, w celu obniżenia kosztów budowy i utrzymania infrastruktury transmisyjnej, węzłów centralnych i infrastruktury wieżowej, należy rozważyć możliwość udostępnienia w/w elementów infrastruktury sieci TETRA dla potrzeb systemu szerokopasmowego LTE. Nie należy jednak zapominać o kosztach eksploatacji systemu LTE, które chociażby z racji zajmowanego widma częstotliwości są znacznie wyższe od analogicznych kosztów dla systemu wąskopasmowego. Opłata za prawo do wykorzystania częstotliwości radiowych jest ponad dwa razy wyższa od opłaty za częstotliwości, które PTPiREE pozyskało dla systemu łączności dyspozytorskiej TETRA. W pierwszej fazie wdrożenia system LTE nie będzie masowo obsługiwał transmisji dużych pakietów danych, a prawie wyłącznie łączność głosową i telesterowanie odłącznikami w sieciach średnich napięć, z czego nasuwa się wniosek, że jednostkowy koszt utrzymania terminala abonenckiego w tej technologii będzie stosunkowo wysoki i znacznie przewyższy koszty eksploatacji terminali w sieciach TETRA. Warunkiem obniżenia przypadających na terminal kosztów eksploatacyjnych będzie pozyskanie dla technologii LTE znacznej ilości abonentów wymagających transmisji dużych ilości danych, a to może zająć kilka lat. Podsumowując: systemy wąskopasmowe z racji niezawodności połączeń, dojrzałości technologicznej i stosunkowo niewysokich kosztów eksploatacji cieszą się popularnością wszędzie tam, gdzie potrzebna jest niezawodna łączność do zastosowań krytycznych. Sieci szerokopasmowe, których gwałtowny rozwój dziś obserwujemy, docelowo posłużą do wdrażania nowoczesnych rozwiązań takich jak IoT. Docelowo, za kilka – kilkanaście lat sieci szerokopasmowe znajdą szerokie zastosowanie w gospodarce, jednak nieprędko wyprą wąskopasmowe systemy łączności TETRA, dla których żywotność technologiczną przewidziano aż do roku 2050.

 

fot.: freepik / starline