Проблематика научных исследований в области телефонизации удалённых объектов хозяйственной деятельности

Телефонизация удалённых объектов в нашей стране всё ещё остаётся актуальной проблемой. В настоящее время в России не телефонизированы десятки тысяч населённых пунктов, особенно в сельской местности [1]. Согласно [1, с.30], необходимо преодолеть информационную изоляцию сельского населения путем телефонизации всех сельских населенных пунктов и объектов социальной сферы. Кроме того, важно обеспечить развитие оперативной связи в таких сельских образованиях и поселениях. Прокладка проводных линий связи требует больших финансовых затрат, а в некоторых случаях провести телефонный кабель к объекту невозможно по экономическим или техническим причинам. Абонентские системы сотовой связи не всегда доступны.

Исследования в данной области также необходимы для повышения дальнейшей эффективности решений задач телефонизации, так как в соответствии с федеральным законом Российской Федерации «О связи», необходимо создать условия для оказания услуг связи на всей территории Российской Федерации [2].

Известно, что установка дорогостоящего оборудования сотовой и радиорелейной связи телефонизации в населенных пунктах с малым числом абонентов нецелесообразна по ряду экономических причин [3, с.76].

Наиболее простое, эффективное и доступное решение проблемы телефонизации объектов сельских поселений – использование малых систем абонентского радиодоступа и, в частности, радиоудлинителей телефонного канала [3, с.76] и систем беспроводной передачи данных. Область применения подобного оборудования весьма широка – от вынесения части ёмкости ведомственной АТС в здание на соседней улице до организации технологической связи с удалённым подразделением предприятия, находящимся на расстоянии десятков километров по пересечённой местности.

Серийно выпускаемые промышленностью устройства типа «радиоудлинитель телефонной линии» имеют, однако, ряд серьёзных недостатков, осложняющих их применение и использование, а также ограничивающих круг использующих их лиц. К таким недостаткам относятся, например, отсутствие технической универсальности с точки зрения применяемых частот [3, c.76], необходимость использования нестандартных согласующих устройств между так называемой радиорубкой устройства и подключаемым телефонным аппаратом [3, с.76], использование нестандартных сигналов телефонной линии, предварительная обработка сигнала, усложняющая передачу данных [4].

Известно, что большинство серийно-выпускаемых устройств типа «радиоудлинитель телефонной линии» работают в диапазонах частот 300 и 900 МГц [3, с. 76]. Данные частотные диапазоны, в большинстве случаев зарезервированы для радиосвязи на воде нужды операторов сотовой связи [5], также при использовании таких радиоудлинителей может возникнуть необходимость согласования использования частот с органами контроля и надзора за проведением радиочастотных переговоров [6]. В данном случае, если у организации, например, относящегося к министерству по чрезвычайным ситуациям Российской Федерации, почтовому ведомству или полиции уже имеется диапазон частот, по которому произведены необходимые согласования, организация могла бы использовать такой диапазон, но не может этого сделать по техническим причинам из-за ограничений, накладываемых серийно выпускаемыми устройствами.

Согласно статье [3, c. 76], в большинстве случаев радиоудлинитель комплектуется устройством согласования, но чаще приходится приобретать отдельный эмулятор телефонной линии [6]. В обоих случаях пользователь может столкнуться с проблемой использования в этих устройствах предварительной обработки сигнала или использования нестандартных сигналов телефонной линии [4]. Последнее может привести к замедлению или искажениям при передаче аудио сигнала, вызванных задержками предобработки. Нестандартные сигналы телефонной линии могут не соответствовать сигналам местной сельской телефонной станции или не согласовываться с ними.

Большинство недостатков описанной выше схемы радиотелефонного взаимодействия, устраняются при использовании радиоудлинителей телефонной линии на основе радиостанции и телефонного интерфейса [6]. К достоинствам таких систем относятся возможность использования имеющихся или доступных частотных ресурсов вплоть до диапазона 27 МГц, дальность связи, возможность организации ведомственной телефонной связи. Недостатки традиционных систем данного типа следующие: сложный алгоритм пользования телефонной связью, особенно при работе в типичных для радиосвязи режимах – «симплексном» и «полудуплексном», сложности в настройке оборудования [6].

Возможно также применение систем, основанных на технологии «передача голоса по IP-протоколу» [7, с. 71], например, программная система Skype. Достоинством такой системы является низкие по сравнению с традиционной связью тарифы на услуги [8]. К недостаткам таких систем относятся, прежде всего, необходимость доступа в сеть Интернет, высокие для сельских поселений требования к качеству канала связи. При работе с системой с помощью стандартных dial-up модемов 56k на сельских телефонных линиях качество связи будет неудовлетворительным. Кроме того, поскольку данные системы привязываются к местным каналам связи для обеспечения связи, при использовании цифровых сигналов собственной разработки наблюдаются значительные искажения при передаче аудио сигнала между пользователями системы при нестандартных технических условиях организации линии, которые возможны в сельской местности. Автор данной статьи столкнулся с этой проблемой при использовании одной из подобных систем – программы QIP [9]. Автором был совершен звонок из программы QIP, передача аудио данных которой совершается по указанной выше технологии «передача голоса по IP-протоколу», на мобильный телефон стандарта GSM, абонент которого находился в движущемся вагоне поезда, то есть абонент находился вне домашнего региона и постоянно менял точки привязки к передатчикам сотовой связи. Качество связи было неудовлетворительным, наблюдались искажения голоса, а также возникла необходимость в протоколе обмена информацией, подобном симплексному протоколу радиосвязи [6]: передача аудио информации от одного из абонентов требовала молчания другого абонента. При повторных сеансах связи ситуация не изменилась. Изменение связи в сторону улучшения произошло только при установлении связи традиционным способом – с помощью мобильных телефонов. Скорость соединения с сетью Интернет при этом составляла 3,6 мегабита в секунду и была достаточной, согласно требованиям программы [9]. Таким образом системы связи, построенные на основе технологии «передача голоса по IP-протоколу» [7, с. 71], не удовлетворяют требованиям оперативности и качества связи.

При работе по описанным выше схемам известны случаи, при которых доступ к каналам связи этих устройств может быть получен злоумышленником, что приводило не только к хищению аудио информации, но и к несанкционированному использованию канала [6]. Безопасность систем, основанных на технологии «передача голоса по IP-протоколу» [8, с. 71], значительно выше за счёт использования устойчивых схем шифрования [10] и систем восстановления легального доступа к каналам связи[11], но необходимость согласования таких схем с контролирующими организациями и избыточность таких схем являются недостатком системы[10].

Предлагаемое автором устройство позволяет в некоторой степени избежать проблем, описанных выше. Устройство представляет собой интеллектуальный радиоудлинитель телефонной линии, основанный на перенесении свойств удалённых телефонных линий на рабочее место пользователя посредством дуплексного, двухчастотного радиоканала. Устройство разработано в соответствии со специальными условиями для достижения оперативности связи удалённого объекта – организации, относящейся к министерству чрезвычайных ситуаций Российской Федерации, но может использоваться в любой организации, такой как полицейские службы, пожарные бригады, фермерские хозяйства, отделения почтовой связи, которые расположены вдали от цивилизованных городов и не могут перенять традиционные телефонные услуги по этой причине.

Задачи, для решения которых разработано устройство, приведены на рисунке 1. Имеется город с доступом к проводным телефонным линиям, например, центральный город района или сельской местности. Проводные телефонные соединения здесь уже проложены и готовы к использованию. Необходимо построить систему, формирующую радиоудлинённую телефонную линию, посредством стандартных выпускаемых промышленностью радиостанций, переносящую свойства телефонных соединений в центр телефонных переговоров поселения без услуг связи.

Рисунок 1 – К постановке задачи радиоудлинителя

Роль центра телефонных переговоров может играть любое учреждение связи, расположенное в местности без непосредственного доступа к услугам связи, такой как сельское почтовое отделение или даже ферма. Существует две возможные ситуации: входящие и исходящие соединения, которые описаны ниже в данной статье. К абонентской части устройства должны подключаться стандартные телефонные аппараты. Предлагаемое к решению данной задачи авторское устройство включает базовый и абонентский блоки, блок-схема устройства приведёна на рисунке 2.

Рисунок 2 - Блок-схема устройства

Базовыми элементами блоков устройства являются приёмо-передающие устройства, блоки аутентификации и контроллер. В качестве приёмо-передающих устройств применимы любые серийно выпускаемые промышленностью радиостанции. Разработанное устройство взаимодействует со стандартными телефонными аппаратами, а также со стандартными приёмо-передающими радиостанциями, имеющими логический вывод состояния низкой частоты на сервисном разъёме, позволяющем программно установить факт перехода радиостанции в активный режим работы. Для обеспечения защиты канала от несанкционированного использования в состав устройства введены блоки аутентификации. Перед началом обмена данными устройства обмениваются аутентифицирующими сигналами, представляющими собой двухтональные многочастотные сигналы набора номера (DTMF) пониженной частоты. Без такого обмена канал связи между устройствами не будет сформирован и свойства телефонных линий не будут перенесены, что позволяет снизить риск использования системы для связи злоумышленником, так как сложно подобрать частоту служебного сигнала. В то же время устройство работает в открытом служебном канале, что снижает сложность процедур согласования. Контроллер предназначен для коммутации блоков устройства между собой и передачи внутренних управляющих сигналов между элементами блоков устройства. К устройству сопряжения базового блока подключаются стандартные телефонные линии. Интегральный эмулятор телефонной линии позволяет подключать напрямую к абонентскому блоку стандартные, серийно-выпускаемые промышленностью телефонные аппараты, факсы, модемы с возможностью выхода в сеть Интернет через них. Помимо функций радиоудлинителя устройство выполняет также функции концентратора телефонной линии, то есть осуществляет перенесение свойств множества телефонных линий в телефонный аппарат, позволяя, также, при наличии одного радиоканала с одной парой частот перенести необходимое количество телефонных линии. Устройство работает в дуплексном радиоканале с разнесёнными частотами, что позволяет избежать описанной выше проблемы усложнения алгоритма пользования телефонной связью при работе в типичных для радиосвязи режимах – «симплексном» и «полудуплексном», упрощая взаимодействие пользователя с системой. Устройство не генерирует иных нестандартных сигналов телефонной линии, кроме сигнала выбора телефонной линии, ретранслируя стандартные сигналы от городских автоматических телефонных станции к абоненту и обратно.

Устройство может работать в режимах исходящего и входящего вызова. В режиме исходящего вызова абонент поднимает трубку телефонного аппарата, контроллеры базового и абонентского блока включают приёмники и передатчики приёмо-передающих устройств, формируя дуплексный канал связи. Абонент слышит сигнал предварительной готовности, сформированный блоком аутентификации и выбирает номер канала, нажимая цифры на клавиатуре телефонного аппарата. Эти номера каналов связи передаются в виде двухтональных многочастоных сигналов набора номера (DTMF) пониженной частоты через блок аутентификации, выполняя фукнцию сигналов защиты. После выбора канала связи блок аутентификации отключается контроллером от системы и становится доступен набор номера в обычном режиме посредством ретрансляции сигналов телефонной линии по выбранному каналу связи. В режиме входящего вызова базовый блок с помощью устройства сопряжения получает номер телефонной линии, с которой осуществляется входящий звонок, преобразует его в сигналы двухтонального многочастотного набора номера (DTMF) и ретранслирует их на абонентский блок. На абонентском блоке происходит обратное преобразование в блоке аутентификации, после чего сигналы передаются в контроллер. Абонентский и базовый блоки с помощью контроллера согласовывают действия и подключают соответствующий канал связи через интегральный эмулятор телефонной линии. Интегральный эмулятор телефонной линии абонентского блока формирует внутренний сигнал зуммера для абонента, абонент снимает трубку.

В режимах входящего и исходящего вызова, блоки устройства формируют дуплексный канал связи и контроль иных исходящих и входящих вызовов, как и приём последних блокированы.

Устройство создано в интересах поисково-спасательного отряда МЧС России, расположенного удалённо от городских автоматических телефонных станций; устройство обеспечивает канал ведомственной связи МЧС России и 2 канала городской телефонной связи, внедрено и функционирует на посту оперативного дежурного. Авторская разработка позволила обеспечить надёжную, недорогую оперативную связь, соединяя с абонентским блоком как ведомственные, так и общественные телефонные линии с возможностью непосредственного подключения к нему стандартных телефонных аппаратов, факсов и модемов с возможностью соединения с сетью Интернет через них.

Литература:

1. Концепция устойчивого развития сельских территорий Российской Федерации на период до 2020 года // Центр экономической безопасности [Электронный ресурс] - режим доступа: http://econsec.ru/files/28.pdf
2. Федеральный закон Российской Федерации «О Связи» // Консультант Плюс [Электронный ресурс] – режим доступа: http://www.consultant.ru/popular/communication/28_1.html#p33
3. Радиоудлинители – оптимальное решение / журнал «Радио», 5-2007, с.76
4. Патент на изобретение 22282 РФ, МПК⁷ H04Q7/20.Радиоудлинитель телефонной линии [Текст]/В.А.Елисеев, Т.Ш.Алиев; заявитель и патентообладатель ООО «ТК Электроника-Дизайн». - № 2001125238; заявл. 14.09.2001; опубл. 10.03.2002.
5. Радиосвязь на воде // Электронный журнал ООО «Радио Рай» [Электронный ресурс] – режим доступа: http://www.radiorai.ru/view.php?view=showArticle&id=52&PHPSESSID=abc801893714586907b3f94b62973b9e
6. Радиоудлинители телефонной линии // Радио.Системы – электронный журнал [Электронный ресурс] – режим доступа: http://www.radioscanner.ru/info/article101/
7. Голышко А., Скайпированная телефония / А. Голышко - журнал «Радио», 5-2007, с.71
8. Тарифы на услуги Skype-телефонии // Официальный сайт Skype [Электронный ресурс] - режим доступа: http://www.skype.com/intl/ru/prices/call-rates/cheap-calls-ro-russia
9. Официальный сайт QIP [Электронный ресурс] – режим доступа: http://www.qip.ru/
10. Адвокат и закон // Информационно-справочный правовой портал [Электронный ресурс] – режим доступа: http://lawyer-law.ru/fsb_skype.html
11. Советы Skype [Электронный ресурс] – режим доступа: http://www.skypetips.ru/hijacked_skype.html