Подвижная "мобильность", или Перспективы профессиональной радиосвязи

Эксплуатация магистральных трубопроводов (далее МТ) требует наличия оперативной связи персонала на линейной части с диспетчерами и персоналом на нефтеперекачивающих станциях (НПС). В разные годы эта задача решалась с применением различных систем УКВ радиосвязи, кустовых и радиокабельных систем, а также систем TETRA и DMR. Одна из первых систем транкинговой связи стандарта TETRA в России появилась в начале двухтысячных годов в ООО "Транснефть-Балтика" и стала началом широкого внедрения этих систем на магистральных трубопроводах. А уже в 2014г, с появлением стандарта DMR Tier-III, при проектировании систем профессиональной подвижной радиосвязи активно используется новый стандарт транкинговой связи.

В последнее время всё чаще появляются решения, позволяющие потребителю получить функционал групповой радиосвязи на сетях LTE. Часто их предлагают в качестве альтернативы профессиональной подвижной радиосвязи, но за существенно меньшие деньги.

Технический прогресс не стоит на месте, и производители оборудования сетей мобильной связи активно осваивают смежные области. Понимание зрелости данных решений и их соответствия требованиям ПАО "Транснефть" к составу и качеству услуг связи позволяют своевременно корректировать стратегию развития сетей профессиональной радиосвязи нашей компании и защищают инвестиции.

Драйвером к развитию новых цифровых технологий служат постоянно растущие потребности в высокоскоростной передаче данных и видео с линейной части магистральных нефтепроводов/нефтепродуктопроводов.

Наиболее перспективной технологией для развертывания сети беспроводной передачи была выбрана технология LTE. Это обусловлено следующими причинами:

• возможность реализации на базе операторов мобильной связи;
• большой парк абонентского оборудования;
• перспективы реализации MCPTT, что возможно позволит отказаться в будущем от сетей TETRA/ DMR.

Так что же поменялось за несколько лет и появились ли универсальные решения, способные обеспечить линейный персонал современными и качественными услугами подвижной радиосвязи с функционалом высокоскоростной передачи данных? А так ли это дешево, как подается в рекламных материалах?

Игра стоит свеч?

Внедрение технологии DMR Tier-III и отказ от развития технологии TETRA в тех трубопроводных организациях системы "Транснефть" (далее ОСТ), где еще не начали строить эти сети, только по семи объектам по оценкам, сделанным в 2016 году, позволил сократить удельные затраты более чем на 1 млрд руб., а в горизонте до 2026 года данный маневр позволил перераспределить более 5 млрд руб. на увеличение темпов строительства сетей подвижной связи. И к 2021 году в ПАО "Транснефть" смогли добиться покрытия современными цифровыми сетями профессиональной подвижной радиосвязи (СПРС) порядка 68 % коридоров трубопроводов. И более 30 % было построено за последние пять лет!

Вот как выглядит функционал и покрытие современными сетями профессиональной подвижной радиосвязи стандартов TETRA и DMR Tier-III магистральных нефтепроводов и нетепродуктопроводов (МН и МНПП) сегодня:

Развитие интегрированных решений MCPTT (Mission Critical Push To Talk) на основе сетей мобильной связи может дать не просто дополнительную экономию, но и изменить структуру затрат на эксплуатацию сетей подвижной радиосвязи. А также дать возможность развивать цифровые услуги на всей линейной части МН, не ограничиваясь только площадными объектами.

В чистом поле

Поскольку технология MCPTT относительно новая, а полноценной реализации на сетях операторов сотовой связи практически нигде в мире еще не было, требовалось провести колоссальную работу с операторами мобильной связи по проверке технических решений и расчетам экономических моделей строительства и эксплуатации сетей LTE.

В период с 2017 по 2020 гг. операторы сотовой связи трижды обновляли программное обеспечение (ПО) на базовых станциях. Первые технические тесты в 2016—2017 гг. имели отрицательные заключения по функциональности и надежности и не позволяли даже приблизиться к расчетам экономики. А технические требования к покрытию линейной части МТ претерпели последние изменения в 2019 году, когда на сетях операторов базовые станции имели уже 15-й релиз ПО, а операторы готовы были отчитаться об устранении ранее выданных сотрудниками ПАО "Транснефть" и АО "Связьтранснефть" замечаний. К этому же периоду появились первые экономические модели, предлагаемые операторами рынку корпоративных пользователей. Но все они предполагали участие в бизнес-модели операторов мобильной связи. Стоит отметить, что ПАО "Транснефть" оказалась первой компанией в России, столь глубоко и масштабно прорабатывавшей тему MCPTT с четырьмя крупнейшими операторами мобильной связи России.

В 2019 году, после отработки замечаний к технической основе коммерческих предложений, первоначальный разрыв между предложениями операторов сотовой связи практически не изменился. Количество базовых станций (БС) на пилотном участке варьировалось от 34 до 88 и зависело от принятых у оператора типовых технических решений. При этом высоты антенных опор находились в обратной зависимости от числа БС и варьировались от 70 до 30 метров. А вот стоимость существенно выросла у всех операторов! За границу покрытия соты решили принять устойчивую работу канала передачи данных пропускной способностью 4 Мбит/с.

Особняком стояло техническое решение V-LTE компании Hytera в диапазоне 300-350 МГц, которое только появилось на международном рынке и пока не имеет частотных разрешений для применения в России. Однако, и это новое оборудование было решено проверить на заявленные характеристики, т. к. частотный диапазон его работы позволяет рассчитывать на существенно меньшую стоимость инфраструктуры даже в сравнении с сетью одного из операторов сотовой связи, работающей в малораспространенном для сетей LTE диапазоне 450 МГц.

Натурные испытания

В декабре 2019 года было проверено решение V-LTE. Результат испытаний показывал очень высокие характеристики. Радиус соты до 25 км при скорости передачи данных до 9,5 Мбит/с. При этом проверялась передача данных в движении на скорости 30 и 50 км/ч. Структурная схема тестирования приведена на рисунке ниже.

В тестах на сетях операторов мобильной связи также применялась подвижная лаборатория, но состав абонентского оборудования был другой. Операторы предоставляли смартфоны или радиостанции с поддержкой LTE. Последние работали существенно лучше и обеспечивали большую дальность голосовой связи и хорошую разборчивость голоса.

Стоит отметить, что практически все операторы подтвердили натурными испытаниями расчетные данные ТКП. Сокращение радиуса покрытия возникало при использовании бытовых смартфонов. Дальность стабильной работы канала передачи данных была практически идентична дальности при работе голосовой связи, что объясняется принципами передачи голоса в сетях LTE. Но замечания к качеству работы сети были по всем операторам. Использовать действующие сети LTE для передачи высококачественного видеопотока с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) не представлялось возможным в принципе. Полученные результаты легли в основу расчета затрат на строительство сплошного покрытия линейной части МН и МНПП, приведенных к 1000 км протяженности линейной части.

Сравнив затраты на строительство сетей LTE с затратами на TETRA и DMR напрашивался вывод, что развивать сети LTE на линейной части целесообразно при наличии потребности конечного пользователя в большом количестве услуг передачи данных, которые не могут обеспечить сети TETRA и DMR.

Спрос рождает предложение

Департамент информационных технологий ПАО "Транснефть" (далее ДИТ) инициировал работу по оценке потенциальной потребности в цифровых услугах связи на линейной части МН и МНПП. Всего поступили 65 различных вариантов функционала. Для дальнейшей оценки соответствия характеристик все потребности были сгруппированы по признакам требований к услугам связи в четыре блока.

По всем потребностям была проведена оценка возможности реализации услуг связи с применением различных технологий. А также дана предварительная оценка стоимости реализации этих потребностей на площадных объектах и на линейной части. В последнем случае затраты на инфраструктуру LTE будут самыми большими, а частота пользования услугами связи низкая. Задача осложняется еще и тем, что в моменты плановых или аварийных работ на МТ нагрузка на сеть в местах их проведения резко возрастает. Т.к. принцип выделения ресурсных блоков на базовых станциях LTE сильно отличается от работы систем TETRA и DMR.

Интересно, что 17 из заявленных потребностей могут быть реализованы на уже действующих сетях связи. 42 потребности из общего списка могут быть реализованы на существующей инфраструктуре сетей связи с относительно небольшими затратами на доработку. Из них 14 потребностей на площадных объектах могут быть реализованы с минимальными затратами, а на линейной части могут быть реализованы частично с применением различных технологий, не связанных с LTE. И лишь три потребности требуют полного покрытия линейной части трубопроводов технологией LTE и столько же не могут быть удовлетворены даже при наличие полного покрытия. К последним, например, относится передача видеопотока высокого разрешения или данных с диагностического оборудования с борта БПЛА.

Сэкономить на абонентском оборудовании в настоящее время не получится, т. к. цена радиостанции с поддержкой LTE сопоставима с ценой аналогичной радиостанции TETRA и на конец 2020 года на рынке отсутствовали такие радиостанции во взрывобезопасном исполнении. А применять относительно недорогие смартфоны можно не везде (отсутствуют модели во взрывобезопасном исполнении). И даже там, где есть такая возможность, их характеристики уступают профессиональному оборудованию по удобству работы в полевых условиях, качеству передачи голоса, дальности связи и времени автономной работы от батареи.

А что у них?

В России часто любят смотреть на примеры реализации новых решений за рубежом. Наиболее значимым для рассматриваемого в статье решения можно назвать британский проект "Home Office". Его основная идея та же — Mission Critical LTE как полноценная альтернатива классическим сетям профессиональной мобильной радиосвязи.

В рамках британского проекта планировалось:

1. полностью заменить существующую сеть TETRA Airwave;
2. обеспечить возможность пользователям получить преимущества от современных сервисов высокоскоростной передачи данных;
3. снизить затраты относительно стоимости сети TETRA Airwave.

Проект стартовал в 2015, но уже в 2017 году стало понятно, что цели не достигнуты, и проект был подвергнут ревизии и аудиту счетной палаты.

Результаты аудита:

1. увеличение бюджета проекта на 50 %;
2. точка безубыточности — 2029 год;
3. первые экономические эффекты от внедрения — в горизонте до 2037 года.

Вывод британских специалистов: полный переход на Mission Critical LTE невозможен, допустимо лишь постепенное внедрение технологии LTE в отдельных аспектах профессиональной мобильной радиосвязи. Технология LTE не смогла гарантировать ключевые функции сетей TETRA, такие как качество и доступность, надежность и безопасность в чрезвычайных ситуациях. В результате, начало внедрения MCPTT было перенесено ориентировочно на 2024 год.

Полученные в результате работы специалистов ПАО "Транснефть" и АО "Связьтранснефть" выводы близки к заключению британских специалистов. Однако, в случае с ПАО "Транснефть" необходимо учитывать, что линейная часть трубопроводов находится в стороне от зон покрытия сетями сотовой связи и практически вся инфраструктура, необходимая для работы сети LTE, строится в интересах только одного потребителя.

Цифровой коридор

Использование модели расширения покрытия СПРС за счет интеграции с сетями LTE на площадных объектах и вне объектов ОСТ (территории населенных пунктов, где уже существуют сети мобильных операторов) позволяет без существенных затрат расширить зону покрытия услугами СПРС и сэкономить на профессиональном оборудовании при пользовании административным персоналом мобильных устройств бытового уровня. Данное решение уже опробовано в АО "Транснефть – Сибирь" и планируется представить для опробования АО "Черномортранснефть" и АО "Транснефть-Север".

Часть задач может быть решена за счет создания сети передачи данных вокруг ПКУ на базе уже известных технологий широкополосной передачи данных или на базе фемтосот LTE без строительства дорогостоящей инфраструктуры. В случае выбора технологии LTE, в последующем появится возможность расширения покрытия мобильной сети за счет строительства промежуточных опор по мере появления потребителей на линейной части.

На сегодняшний день сервис MCPTT на сетях LTE может служить полноценной альтернативой профессиональной радиосвязи (TETRA или DMR) только в случае, если данной связи придается вспомогательное значение и не предъявляются высокие требования к надежности, а отказ в предоставлении данного сервиса не влияет на штатные производственные процессы. Но уже завтра ситуация может измениться.

ДИТ ПАО "Транснефть" совместно с АО "Связьтранснефть" прорабатывает и альтернативные варианты технических решений для цифрового коридора. В настоящее время в Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) рассматривается возможность выделения диапазонов частот в полосе 400-500 МГц для создания выделенных и технологических сетей подвижной связи Proprietary LTE (P-LTE). В случае принятия ГКРЧ положительного решения о развитии в России данной технологии, появится возможность строительства собственной LTE-сети для нужд ОСТ.

Продолжается работа с решениями в диапазоне 300 МГц, в рамках которой на площадках АО "Связьтранснефть" проведены натурные испытания.

Цифровой коридор — именно таким было рабочее название концепции сплошного покрытия площадок и линейной части МТ для целей высокоскоростной передачи данных. Случится ли он на основе технологии LTE или какой-то другой не так уж и важно. Гораздо важнее сохранить грамотный баланс между потребностями пользователей и затратами на развитие систем связи. И у ПАО "Транснефть" есть четкое представление возможностей любой известной технологии связи. Осталось дождаться четко сформированных потребностей…

PS

Необходимо учитывать, что в основу проведённой оценки легли высокие требования ПАО "Транснефть" к СПРС. Компании, которые не имеют столь жестких требований к работе групповой радиосвязи и основную деятельность ведут в зоне покрытия уже действующих сетей мобильной радиосвязи, могут обратить внимание на возможности операторов мобильной связи. Возможно, для бизнес-модели этих компаний предложения операторов окажутся интереснее и выгоднее строительства собственных сетей.

Глоссарий

БПЛА — беспилотный летательный аппарат

ГКРЧ — Государственная комиссия по радиочастотам

МТ – магистральный трубопровод

НПС – нефтеперекачивающая станция

СПРС — сеть профессиональной подвижной радиосвязи

Транкинговые системы (англ. trunking — объединение в пучок) — радиально-зоновые системы связи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи между абонентами

Фемтосота (англ. Femtocell) — маломощная и миниатюрная станция сотовой связи, предназначенная для обслуживания локальной территории (одного офиса или квартиры)

DMR — Digital Mobile Radio — открытый стандарт для цифровой радиосвязи

FMC — Fixed Mobile Convergence — технологическое решение на стыке разных типов сетей связи (фиксированной и мобильной), которое позволяет создать единую сеть офисных и мобильных телефонов с общим планом короткой нумерации

LTE — Long-Term Evolution — долговременное развитие (часто обозначается как 4G LTE) — стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными

MCPTT — Mission Critical Push to Talk — стандарт 3GPP TS 22.179, позволяющий организовать функционал профессиональной подвижной радиосвязи поверх сети LTE

TETRA — TErrestrial Trunked RAdio — открытый стандарт цифровой транкинговой радиосвязи

Главный технолог ОПС ДИТ ПАО "Транснефть" А.В. Волков
При поддержке:
Начальник ОПС ДИТ ПАО "Транснефть" Л.С. Замотаев
Начальник ОРВСУРС АО "Связьтранснефть" Бергер А.И.
коллег из филиалов АО "Связьтранснефть"