Сравнительный анализ отечественных и зарубежных подходов к определению местоположения для экстренных служб

Сравнительный анализ отечественных И зарубежных подходов к определению местоположения для экстренных служб

В сегодняшнем стремительном мире мобильная связь является неотъемлемой частью нашей жизни. Среди современных услуг связи, предоставляемых мобильными сетями, наиболее быстро растущими являются сервисы, основанные на определении местоположения. На данный момент в мире функционируют экстренные службы, которые при поступлении звонка в автоматическом порядке определяют местоположения звонившего. Сейчас такими службами являются зарубежные—"Е911" и "Е112", а также активно развивается отечественная "Система-112", запушенная в пилотных зонах. Проведен сравнительный анализ отечественных и зарубежных экстренных служб в части их построения, архитектуры и требований, предъявляемых к ним. Но развитие мобильной связи не стоит на месте, а значит и появляются новые методы определения местоположения, увеличивается точность, что является важным моментом для экстренных служб. В настоящее время все более распространенными становятся сети стандарта 1ГЕ. Производится обзор и анализ основных методов определения местоположения в сетях 1ГЕ. На основе анализа существующих экстренных служб делаются выводы о необходимости развития и повсеместного внедрения данных сервисов, крайней важности точного определения местоположения.

Ключевые слова: определение местоположения, экстренные службы, E911, E112, система-112, LTE и методы определения местоположения.

Сапожников А.В.,

старший инженер ФГУП ЦНИИС

Ярлыкова С.М.,

к.т.н., директор по науке ФГУП ЦНИИС

Одними из быстроразвивающихся видов услуг, предоставляемых мобильными сетями, являются услуги, основанные на определении местоположения. Под термином определение местоположения следует понимать идентификацию положения абонентского терминала (АТ) на электронной карте с определенной погрешностью, зависящей от используемых методов. Наиболее перспективными областями применения информации о местонахождении сегодня являются направления обеспечения безопасности, создание систем управления автотранспортом, навигационные и информационные сервисы. На сегодняшний день никто не застрахован от угроз как криминального, так и техногенного характера. В связи с этим уже давно возникла необходимость создания экстренной службы, при звонке которой, происходило автоматическое определение местоположения абонента и обеспечивалась дальнейшая помощь. Сейчас такими службами являются зарубежные — "E911" и "E112", а также активно внедряется отечественная "Система-112", запущенная в пилотных зонах в Курске и Туле [11].

Экстренная служба E911

В США с 1968 г. действует служба вызова экстренных служб, вызов которых осуществляется по номеру 911 [1]. В конце 1980-х годов в США были введены в эксплуатацию первые усовершенствованные службы E911 (Enhanced 911), в которых стало использоваться оборудование маршрутизации вызовов и было организовано ведения компьютерной базы данных. В 1996 Федеральной комиссией по связи (FCC) была принята директива 911. Согласно ей оператор сетей подвижной связи (СПС) должен обеспечить переадресацию всех звонков по номеру вызова экстренной помощи 911 в диспетчерскую службу — Public Safety Answering Point (PSAP) и внедрить технологии, позволяющие определять местоположение абонента с высокой точностью и доставлять эту информацию в PSAP

В 1997 г. FCC были установлены правила для точности определения местоположения, FCC 97-402 устанавливают нахождение абонента в пределах 125 м в 67% случаев. Следующие правила, принятые в 2007 г., FCC 07-108 увеличивают точность до 100 м (определение с помощью сети) и 50 м (определение с помощью АТ — A-GPS) в 80% случаев.

Технологии, используемые для определения местоположения:

• Вспомогательная глобальная навигационная спутниковая система — Assisted Global Positioning System (A-GPS);

• Наблюдаемая разница по времени прибытия — Observed Time Difference of Arrival (OTDOA);

• Различные методы, базирующиеся на Cell-ID;

• Гибридные (A-GPS + TDOA).

В США системы E911 создаются и управляются или отдельно для каждого города, или по округам. На рис. 1 показана обобщенная структура системы E911 [3].

Система E911 способна принимать вызовы от СПС, телефонных сетей связи общего пользования (ТФОП), систем управления автотранспортом и VoIP Когда абонент любой из этих сетей производит набор 911, то происходит автоматическое определение номера звонившего—ANI и автоматическое определение местоположения — ALI (кроме VoIP), после чего данная информация вместе со звонком передается в PSAP системы E911, через коммутатор 911. При поступлении звонка на номер 911, коммутатор 911 направляет звонок на ближайший к "звонившему" PSAP Далее PSAP решает какую экстренную службу задействовать.

В базах данных СПС, ТФОП, VoIP и систем управления автотранспортом имеется информация о каждом телефонном номере абонента, прикрепленного к ним. Информация о местоположении абонентов СПС и систем управления автотранспортом находится в базах данных сетей и периодически обновляется. В ТФОП местоположение абонентов не меняется, для его определения используется единая база данных адресов — Master Street Address Guide (MSAG). При звонке с VoIP-приложений на номер 911 на коммутатор отправляется только псевдо-номер (идентификатор пользователя).

В настоящее время в связи с повсеместным переходом к сетям NGN система экстренного вызова США E911 модернизируется для возможности работы с текстом, данными, изображением и видео [4].

Рис. 1. Обобщенная структура системы E911

В связи с этим активно разрабатывается система Next Generation 911 (NG911), предполагается, что она сможет:

• легко взаимодействовать с широким спектром коммуникационных устройств;

• определять местоположение при вызовах с приложений VoIP;

• поддерживать различные технологии и протоколы.

Экстренная служба E112

Аналогичная система функционирует в странах Европейского союза (ЕС). Решением ЕС 91/296/EEC от 29 июля 1991 г. были определены основные требования к единому номеру помощи в чрезвычайных ситуациях — 112. Эти требования дополнены директивой 98/10/EC от 26 февраля 1998 г. [1]. В соответствии с указанным решением номер 112 стал единым для вызова экстренных служб. Директива ЕС, именуемая "Служба E112", вступила в силу 25 июня 2003 г. Enhanced 112 (E112) является улучшенной версией 112, для ее реализации потребовалось, чтобы операторы СПС обеспечивали службы спасения информацией о географическом местоположении АТ с которого делается вызов.

ЕС определил минимальные требования к параметрам определения местоположения, по сути, разрешил использовать для нужд службы Е112 те же методы, которые используются операторами в коммерческих целях. Согласно требованиям, предъявляемым к СПС точность определения местоположения в городской среде должна быть равной 150 м, а в пригородных и сельских районах примерно 500 м [16]. Для определения местоположения АТ в основном применяются различные методы, базирующиеся на Cell-ID [6]. Как видим, все методы рассчитаны на определении местоположения в СПС и базируются на идентификаторе соты, точность определение местоположения АТ может варьироваться от 150 м и грубее.

Система E112 способна принимать вызовы от СПС, ТФОП, VoIP и Интернет сервисов, пунктов

помощи на дорогах и тревожных кнопок. При наборе абонентом номера 112, вызов направляется в PSAP, там он регистрируется и направляет в соответствующую экстренную службу. При каждом таком вызове, сеть, к которой прикреплен звонивший абонент, генерирует информацию (номер абонента и местоположение) и передает ее в PSAP Данная информация должна информация отправляется одновременно с голосовым вызовом. На рис. 2 показана обобщенная структура системы E112.

В состав Е112 входит PSAP в которую поступаю голосовые вызовы, сведения о местоположении и номер/идентификатор звонившего. При вызове абонентом номера 112, если абонентский номер был идентифицирован, PSAP может обновить информацию о местоположении звонившего с помощью функции обратного вызова [5]. В некоторых странах, когда экстренный вызов сделан с мобильного телефона без SIM-карты в PSAP передается международный идентификатор мобильного оборудования (IMEI).

В настоящее время в большинстве европейских стран E112 может принимать экстренные вызовы только посредством коммутируемой телефонной или мобильной сети [7]. Однако в связи с развитием технологий передачи данных, передача голоса по IP на базе ус-

Рис. 2. Обобщенная структура системы E112

тройств и различных приложений стала обычным явлением. В то же время существующая инфраструктура не в состоянии обрабатывать более совершенные услуги и технологии. В связи с этим ведутся работы над разработкой системы Next Generation 112 (NG112), которая сможет работать с этими типами контента.

Экстренная служба система-112

В РФ только начался процесс формирования единой экстренной службы. В соответствии с законом "О связи" вызов экстренных служб должен быть обеспечен посредством набора номера, единого для всей страны. Основным документом, инициирующим процесс внедрения единого номера помощи 112, следует считать постановление Правительства РФ от 31 декабря 2004 г. №894 [1]. В нем говорится, что с1.01.2008 г. номер 112 назначается в качестве единого номера вызова экстренных служб. Дальше Правительством РФ утверждаются "Правила оказания услуг подвижной связи" от 1 января 2006 г., в соответствии с данными правилами операторы будут обязаны к 1 января 2008 г. обеспечить соединение абонента, набравшего 112, с соответствующей службой. Перед операторами связи СПС РФ поставлена более сложная задача — не только обеспечить соединение, но и автоматически передать в службу экстренной помощи номер и данные абонента, а также его координаты. Требования к точности определения местоположения определяются в "Радионавигационном плане Российской Федерации", приказ Минпромторга РФ от02.09.2008 N 118. Согласно нему точность определения местоположения для наземных потребителей должна составлять примерно 100 м (в случае специальных задач точность повышается до 5-15 м).

Система-112 на данный момент установлена лишь в нескольких городах, НТЦ "Протей" вместе с ФГУП НИИ "Восход" и IBS внедрил Систему-112 в Курске [11]. Местоположение звонившего абонента система-112 производства НТЦ "Протей" определяет с помощью метода Cell ID. Точность данного метода зависит от размеров соты и может варьироваться от 150 м и грубее. Для его реализации пре-

дусмотрена специальная подсистема определения местоположения абонентов, которая подключается к сетям операторов мобильной связи и обеспечивает отображение на электронной карте информации о номере соты, в которой находится вызывающий абонент [12]. На рис. 3 представлена обобщенная структура системы-112.

Система-112 является распределенной информационной системой и объединяет на основе единых дежурно-диспетчерских служб (ЕДДС) муниципальных образований дежурно-диспетчерские службы экстренных оперативных служб. В состав системы-112 входят [2]:

• подсистема приема и обработки вызовов;

•подсистемы хранения и актуализации баз данных; •подсистемы поддержки принятия решений;

•подсистемы консультативного обслуживания населения; •геоинформационной подсистемы;

•подсистемы мониторинга;

•подсистемы обеспечения информационной безопасности. Поступающие в систему-112 вызовы, относящиеся к компетенции экстренных оперативных служб, регистрируются, анализируются и передаются оператором системы-112 экстренным оперативным службам.

Технологии позиционирования в сети LTE

Сегодня активно внедряются сети стандарта LTE, по скорости передачи которые в скором времени смогут сравняться с проводным интернетом. В США с приходом LTE происходит объединение E911 и служб, основанных на определении местоположении — Location Based Services (LBS) [9].

Стандарт LTE поддерживает три независимых метода позиционирования [10]:

•Вспомогательная глобальная навигационная спутниковая система — Assisted Global Navigation Satellite Systems (A-GNSS);

•Наблюдаемая разница по времени прибытия — Observed Time Difference of Arrival (OTDOA);

Рис. 3. Обобщенная структура системы-112

Рис. 4. Метод A-GNSS

Рис. 5. Метод A-GNSS+ OTDOA

•Расширенный номер БС — Enhanced Cell ID (ECID).

Каждая базовая станция имеет свою зону действия — соту, имеющую свой числовой идентификатор — Cell ID (CID). Идентификация АТ происходит по соте, в которой он находится. Метод CID, улучшенный путем измерения определенных параметров сетью, называется Enhanced Cell ID (ECID). В ECID используется время прихода — Round Trip Time (RTT) сигналов между базовой станцией и АТ для оценки расстояние до АТ. Кроме того, в сети можно использовать угол прихода — Angle of Arrival (AoA) сигналов между базовой станцией и АТ. Метод ECID обеспечивает более высокую точность по сравнению с CID. Данные методы используются в качестве грубого определения местоположения, точность от 150 м и грубее.

В методе OTDOA (наблюдаемая разница по времени прибытия) измеряется время прохождения сигнала сразу от трех базовых станций. По разности времени поступления сигнала рассчитывается местоположение АТ. Обычно для того, чтобы АТ выдал специальный измеряемый сигнал, он должен предварительно получить сигнал с требованиями о передаче. Данный метод является резервным, когда GNSS не доступна, используется в помещениях и средах без четкой видимости неба и обеспечивает точность определения местоположения от 50 до 200 м.

GNSS (глобальная навигационная система) может опирается на несколько спутниковых систем, таких как GPS и ГЛОНАСС. В обыч-

ных автономных GNSS, приемник ответственный за прием спутниковых сигналов и вычисления своего местоположения. Процесс поиска спутников может быть затратным с точки зрения использования батареи и вычислительных мощностей.

Производительность автономных GNSS может быть значительно улучшена с помощью технологии Assisted GNSS. В типичной реализации A-GNSS автономный GNSS дополняется связью с сетью, называемой "Assistance Data", которая используется приемником GNSS для ускорения процесса поиска спутников. Окончательная позиция может быть рассчитана либо АТ или сетью. Метод A-GNSS повышает производительность, улучшает чувствительность приемника и помогает экономить заряд батареи. На рис. 4 показан метод A-GNSS.

В настоящее время, две глобальные системы функционируют в полном объеме — GPS и ГЛОНАСС. Совместное использование двух систем позволяет увеличить число спутников, это повышает производительность и точность определения местоположения. Вспомогательные данные могут быть предоставлены сетью LTE о спутниках GPS и ГЛОНАСС. Точность определения местоположения составляет 10-50 м.

В системах LTE, методы OTDOA и A-GNSS могут использоваться в "гибридном" режиме. Поскольку фундаментальный подход расчета позиционирования аналогичен, сочетание спутников и расположение базовых станций может быть использовано в функции расчета положения. На рис. 5 показан метод A-GNSS+ OTDOA.

РИс. 6. Архитектура сети 1ГЕ с элементами сервиса определения местоположения

Таблица 1

Сравнение подходов к определению местоположения

Название Е911 El 12 Система-112

Страна развертывания США Страны ЕС Россия

Начало использования 1996 С 2003 С 2008

Позиционирование выполняется На основе сетевой инфраструктуры и с помощью АТ На основе сетевой инфраструктуры На основе сетевой инфраструктуры

Используемые методы позиционирования • A-GPS; • OTDOA; • Методы, базирующиеся на Cell-ID; • Г ибридные (A-GPS + TDOA) • Методы, основанные на Cell-ID. • Методы, основанные на Се11-ГО.

Повторный запрос местоположения АТ Нет информации Возможен Нет информации

Требуемая точность 100 м(определение с помощью сети) и 50 м(определение с помощью АТ) в 80% случаев 150 м(в городских зонах)и 500 м(в пригородных и сельских районах) общая для наземных потребителей примерно 100 м

Дальнейшее развитие Next Generation 911 Next Generation 112 Нет информации

Определение местоположения в системах LTE выполняется на основе специализированных протоколов определения местоположения — нового LPP (LTE Positioning Protocol) и старого SUPL 2.0 (Secure User Plane Location) [8]. На рис. 6 показана архитектура сети LTE с элементами сервиса определения местоположения. Ключевым элементом, обрабатывающим информацию о местоположении является E-SMLC (Evolved Serving Mobile Location Center), он координирует и управляет ресурсами, необходимыми для определения местоположения АТ в сети E-UTRAN [15]. SPC (SUPL Positioning Center) выполняет функции: определения местоположения, предоставления "Assistance Data" и безопасности. SLP (SUPL Location Platform) отвечает за задачи проверки подлинности АТ и производит запросы о местоположении АТ. SLC (SUPL Location Center) координирует деятельность SUPL (Secure User Plane Location). LRF (Location Retrieval Function) отвечает за поиск и обработку информации о местоположении. GMLC (Gateway Mobile Location Center) определяет местоположение для прикрепленных сетей GSM и UMTS.

Выводы

Мировой опыт работы экстренных служб показывает, что для оказания эффективной помощи при возникновении чрезвычайного происшествия в некоторых случаях требуется привлечение более чем одной экстренной службы. Для рационального использования ресурсов экстренных служб и обеспечения их эффективной работы требуется наличие единого номера и соответствующей инфраструктуры, позволяющей получать дополнительную информацию об абоненте, включая его местоположение.

В табл. 1 производится сравнение подходов к определению местоположения для 3-х систем. Подходы к организации систем схожи, но E112 и система-112 являются относительно молодыми по сравнению с Е911. В отличии от E911 и E112, которые полностью покры-

вают территории США и стран ЕС, система-112 не покрывает всей территории России, а только развернута в нескольких пилотных зонах. Как мы видим из таблицы, Е911 использует более точные методы определения местоположения, чем , Е112 и Система-112. В связи с этим у Е911 самая высокая точность определения местоположения. Сравнив реализацию Е911 и Е112 мы видим, что FCC по сути обязала операторов СПС внедрять системы точного определения местоположения, ЕС же разрешил использовать методы, используемые в коммерческих целях. Анализ мирового опыта показывает, что регулирование, принятое в ЕС, не способно в конкретные сроки решить задачи оперативной помощи с определением точного местоположения [13]. Следовательно, при внедрении системы-112 в РФ должна следовать опыту Е911, чтобы в кратчайшие сроки покрыть системой всю территорию страны.

Как мы видим, по всему миру активно развертываются сети стандарта НЕ, по прогнозам Егюбоп к 2017 году 50% населения Земли будут иметь доступ к услугам НЕ [14]. В НЕ по сравнению с предыдущими стандартами используются усовершенствованные технологии, позволяющие определять местоположение абонента с более высокой точностью, а это в свою очередь играет большую роль для экстренных служб. При этом в первую очередь повышение точности определения местоположения достигается за счет конвергенции сетей связи, построения единого радиополя и поддержкой многорежимного абонентского устройства и обеспечения полного покрытия как сетями подвижной связи, спутниковыми радионавигационными системами и системами беспроводного доступа.

Литература

1. Распоряжение Правительства РФ от 25 августа 2008 г. №1240-р "Концепция создания системы обеспечения вызова экстренных оперативных служб через единый номер "112" на базе единых дежурно-диспетчерских служб муниципальных образований".

2. Положение Правительства РФ от 21 ноября 201 1 г. № 958 "О системе обеспечения вызова экстренных оперативных служб по единому номеру "112"".

3. Information portal E911. http://www.911dispatch.com/911/index.html.

4. U.S. Department of Transportation Research Technology Administration. Next Generation 9-1-1. http://www.its.dot.gov/ng911/index.htm.

5. ETSI TR 102180 Emergency Communications (EMTEL); Basis of requirements for communication of individuals with authorities/organizations in case of distress (Emergency call handling). — С. 11-25.

6. Caller Location in Support of Emergency Services — EENA Operations Document. 27.05.11. — С. 15-20.

7. Long Term Definition — EENA Next Generation 112. 11.04.12. — С 10-15.

8. ETSI TS 36.355 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); LTEPositioning Protocol (LPP); Release 9.

9. An overview of LTE Positioning//SPIRENT. February 2012. — С. 2-9.

10. Ярлыкова CM., Бочкова Н.И. Принципы построения абонентских терминалов БШД с возможностью позиционирования // Вестник связи, 2012. № 9. — С. 18-19.

11. У систем спасения сложное будущее/УК^От http://nag.ru/ articles/article/21574/u-sistem-spaseniya-slo|noe-buduschee.html.

12. Программно-аппаратный комплекс "Система 112" на платформе НТЦ "Протей"// RekartoGroup. http://www.rekarto.ru/devel/112.

13. Опыт внедрения сервис-функции Е112 //Экономика России: 21 век. № 22. http://www.ruseconomy.ru/nomer22_200611/ec36.html.

14. Подробная информация. LTE — основные факты// ERICSSON http://www.ericsson.com/ru/thecompany/press/mediakits/lte/information.

15. Shedman Tam. MSF Whitepaper on Location Services in LTE Networks//Alcatel-Lucent. April 2010. — С. 12-20.

16. Report on implementation issues related to access to location information by emergency services (E112 ) in the European Union. — С. 20-22.

Comparative analysis of domestic and foreign approaches for determining the location for emergency services

Sapozhnikov A.V.,Yarlykova S.M., FSUE "ZNIIS", Moscow

Abstract

Mobile telecommunications have become part and parcel of our fast developing technological world. Of modern communication services provided by mobile networks are the fastest growing services, location-based. To date, no one is safe from the threats of crime as well as man-made. In this regard, the most promising areas of the user's location are the areas related to its safe operation. This paper discusses the approach for determinist the location emergency services needs. This system has become synonymous with public safety. The paper gives a comparative analysis of domestic (system-112) and foreign (E911, E112) emergency services in the terms of their construction architecture and requirements. The development of mobile communications is not static. Modern view of this issue is improving positioning methods. The network standard LTE is actively being underway. The analysis results in determing the main criteria for the development and implementation of emergency services, the need to accurately determine the location strictly in accordance with the demand and for any other uses.

Keywords: positioning, emergency services, E911, E112, system-112, LTE and methods of positioning.