Public Safety - безопасность без проводов

РЕШЕНИЯ

В случае возникновения любого стихийного бедствия или беспорядков общественные беспроводные сети подвергаются перегрузке. Дозвониться по сотовому телефону или пробиться через хаотичный радиоэфир, чтобы отдать приказ или выслушать донесение, - задача непростая. Можно, конечно, использовать кабельные сети, но тогда подразделения по обеспечению законности и команды спасателей оказываются "стреноженными", а ведь события развиваются стремительно и необходимо грамотно маневрировать резервами. Еще одна напасть - это частые повреждения проводных сетей в результате аварий на электросетях или в случае ураганов, наводнений, цунами. До недавнего времени государственные органы власти во всем мире, отлично зная о подобных проблемах, пытались решить их "в лоб": вводили специальные приоритеты для спецпотребителей сотовой связи, создавали сети конфиденциальной связи поверх общественных сетей, стимулировали провайдеров связи резервировать мощности на случай чрезвычайных ситуаций (ЧС). Однако это не решало всех проблем - все подобные системы нельзя было оперативно развернуть на местности, подключить к ним видеопотоки от камер, датчики телеметрической информации, обеспечить прием данных с клиентских устройств и быстрый пропуск голосового трафика "по воздуху". Для подобного класса задач необходимы специальные сети, которые могли бы работать полностью автономно, без всяких проводов (кроме, разумеется, электропитания), передавали бы данные с гарантированным качеством и могли адаптироваться к выходу из строя отдельных фрагментов системы при ЧС.

Офицеру полиции теперь очень просто

получить доступ к специальным

 базам данных - несколько нажатий

 на клавиши, и загрузка

происходит немедленно

Примером подобной специальной сети для служб оперативного реагирования может служить проект Public Safety, который был продемонстрирован в ноябре этого года в городе Риверсайде (шт. Калифорния, США) консорциумом, включающим в свой состав инженерную компанию WiFi-CityWide (www.wifi-citywide.com) и производителей телекоммуникационного оборудования InfiNet Wireless (www.infinet.ru) и Lockheed Martin Information Technology (www.lockheedmartin.com), при поддержке Charter Business (www. charter.com), одного из трех крупнейших американских провайдеров, предоставляющих полный диапазон современных широкополосных услуг по доступу в Интернет.

Смонтированный на универсальной платформе SkyMan NG, проект представляет собой комплексное решение по построению сети общественной безопасности, использующее для своего функционирования как специально выделенный Федеральной комиссией по связи США (Federal Communications Commission, www.fcc.gov) диапазон 4,9 ГГц, так и традиционные диапазоны 5,8 ГГц и 2,4 ГГц.

Топология опытной зоны

Беспроводные системы передачи информации в масштабах города - не новость для современного телекоммуникационного рынка. Их строят с целью масштабного предоставления услуг широкополосного доступа в Интернет для частных лиц и организаций (используются как технологии Wi-Fi, так и WiMAX); специальные системы создают для муниципальных и федеральных органов власти.

На базе этих беспроводных систем монтируют резервные сети для объединения оперативных служб мегаполисов на случай стихийных бедствий. Однако большинство таких систем объединяет стационарных потребителей, перемещение внутри них невозможно, а в системах для оперативных служб редко используют давно известную схему децентрализации, когда при выходе из строя центрального узла коммутации вся сеть не "падает", а оперативно переключается на неповрежденные участки.

В этой связи выгодно отличаются так называемые mesh-сети (к ним относится и проект Public Safety), т. е. самоорганизующиеся ячеечные сети беспроводной передачи данных, полоса пропускания в которых может обеспечивать гарантированное качество канала. Такие сети помимо высокой скорости передачи данных обладают рядом преимуществ, позволяющих использовать их в случае ЧС.

Базовая станция SkyMan NG

 на крыше торгового центра - доминирующая

 точка на местности

Во-первых, это скорость передачи данных. В продемонстрированном решении от InfiNet связь с автомобилем или вертолетом поддерживалась на скорости около 10 Мбит/с, если транспортное средство передвигалось со скоростью до 160 км/ч (при превышении этого порога скорость передачи данных падает в 2-3 раза), а при переходе из зоны действия одной базовой станции (БС) в зону действия другой осуществлялся полноценный хэндовер (как в сотовой сети).

Скорость передачи данных может быть в 4-5 раз больше, но тогда ресурсы базовой станции будут полностью заняты, что заставит ее отказать в обслуживании другим абонентам - приходится соблюдать разумный компромисс интересов. Для сравнения надо отметить, что скорость в такой сети в среднем в 50 раз превышает скорость передачи данных по сотовым сетям - с их помощью можно транслировать потоковое видео, обмениваться речевыми сообщениями, определять местоположение объектов.

Во-вторых, такого рода сети крайне мобильны. Основой подобной сети в Риверсайде были трехмодовые базовые станции InfiNet (стоимость каждой без монтажа - от 2,5 тыс. дол.), которые между собой обмениваются информацией на частоте 4,9 ГГц, а для связи с клиентскими устройствами используют частоту 5,8 и 2,4 ГГц.

Двухмодовая базовая станция

беспроводной сети и панорамная

видеокамера на внешнем

подвесе в защитном кожухе,

 смонтированные на мачте

городского освещения

Благодаря унифицированным базовым станциям и довольно простой топологии развертывание таких сетей занимает очень мало времени и может быть осуществлено практически в любой точке, в том числе и на месте происшествия. В случае с решением от InfiNet базовые станции единообразны и работают в трех диапазонах, из которых два предназначены для сбора информации с клиентских устройств, а один - для обмена данными между самими базовыми станциями.

Фактически базовая станция является и клиентской, и маршрутной, и узловой одновременно. Для монтажа таких БС особенно удобно использовать столбы на дорожных развязках и парковках торговых центров - обычно это стальные конструкции до 20 м высотой, причем в США в отличие от подобных объектов в России туда круглосуточно подается электрическое напряжение, поэтому не возникает проблемы с питанием дополнительного оборудования.

К слову, разместить оборудование на внешнем подвесе особого труда не составляет - при нас с этим в течение пары часов справился один монтажник, не прошедший какого-либо предварительного обучения. При этом никакой кабельной инфраструктуры к каждой БС, кроме электропитания, не требуется: управление, загрузка ПО, мониторинг сети, обновление прошивок и передача данных - все осуществляется по радиоканалу.

В-третьих, у подобной сети высокая надежность. Концепция построения беспроводной сети Public Safety предполагает полную децентрализацию - у нее нет единого управляющего центра, разрушение которого (к примеру, при стихийном бедствии или террористическом акте) приведет к выходу из строя сразу всех сегментов.

Базовые станции в известном смысле автономны и общаются по принципу "все со всеми", т. е. каждая из них видит нескольких "соседей" и при передаче информации постоянно просчитывает оптимальный вариант передачи сигнала от отправителя к получателю (в обычных беспроводных сетях этим занимается специальное устройство - контроллер с комплектом мощного ПО. Это более экономичное с точки зрения ресурсов решение, но достаточно уязвимое в экстремальной ситуации).

При этом у mesh-сети существует интересная функция автоматической адаптации к потерям каких-либо из своих участков - в таком случае трафик оперативно перенаправляется по незагруженным каналам связи в обход поврежденных сегментов. Одновременно все базовые станции по периметру отключившегося участка "усиливают бдительность", стараясь услышать сигналы клиентских устройств, находящихся на пораженной территории, и транслировать передачу данных с них в базовую сеть.

Вдобавок, как отмечает Роберт Стабблбайн, президент InfiNet Wireless, масштабирование подобных систем позволяет создавать их на постоянной основе, что дает возможность распространить зону покрытия широкополосной мобильной системы на городской, районный или региональный уровень. Однако ключевым отличием смонтированной системы Public Safety, продемонстрированной в Риверсайде, по словам Майка Добла, президента компании Public Safety Broadband, которая разрабатывала решение для данного пилотного проекта, является то, что "демонстрационная сеть включала в себя как фиксированные узлы, так и подвижные объекты".

В-четвертых, есть возможность приоритизации трафика - в этом случае все потребители разбиваются на группы, каждой из которых присваивается индивидуальное место в рейтинге. Если ситуация стабильна, нет никаких катаклизмов или сильного напряжения в сети (при ее средненормативной загрузке остается минимум 30% емкости "про запас"), все потребители обслуживаются в равной степени.

Мачты для базовых станций

 сотовой связи в виде пальм - типичное

 решение для Калифорнии. Монтировать

 БС беспроводной связи Public Safety

можно и на таких закамуфлированных

 мачтах

Но если возникает необходимость в увеличении потребления (к примеру, оперативный розыск преступника, облава, погоня, организация сканирования номеров всех автомобилей в городе для поиска угнанной машины, захват заложников или ограбление, пожар, автомобильная авария и т. д.), то этому событию присваивается определенная категория из таблицы сценариев и осуществляется автоматическое переключение приоритетов.

Таким образом, при автомобильной аварии больше всего ресурсов отдается машинам скорой помощи для получения видеоинформации с места с помощью камер полицейских машин и вертолетов, прокладки наиболее оптимального пути доставки пострадавших, расчистки автомобильных пробок для проезда спецтехники, телеметрии оказания первой медицинской помощи и т. д.

В случае возгорания максимум емкости сети получают пожарные, которым требуется дистанционная загрузка плана здания, связь по VoIP на месте происшествия, передача картинки с ручных камер в мобильный командный центр, проверка по базам данных количества зарегистрированных по данному адресу жильцов, передача результатов исследования и фотокадров пожара в лабораторию для исследования и т. д.

А при чрезвычайных обстоятельствах, связанных с нарушением общественного порядка, приоритет отдается полиции, данным, передаваемым с камер, установленных в патрульных машинах, они передаются сразу в штаб, и управлять отдельными полицейскими или подразделениями SWAT (группы быстрого реагирования, вооруженные автоматическим оружием) можно без дополнительного запроса по рации об их местоположении. Одновременно с этим патрульная машина может подключаться к стационарным камерам, чтобы проверить, к примеру, участки своей зоны ответственности и не тратить время на объезд тех мест, где все и так спокойно.

Если емкости сети в конкретном месте не хватает для обслуживания интересов той или иной службы, веерно отключаются вторичные абоненты, но только на тот период, пока загрузка действительно необходима. Как только острота проблемы снимается, все восстанавливается в прежнем режиме автоматически, без участия оператора.

В-пятых, жесткость и закрытость системы гарантируют высокую вероятность сохранения ее работоспособности в любых условиях. Дело в том, что в отличие от решений, предусматривающих использование инфраструктуры и полосы пропускания сетей общего пользования в интересах оперативных служб, сети, подобные проекту Public Safety, могут инсталлироваться исключительно для решения задач, стоящих перед службами оперативного реагирования.

Сотрудники данных служб, являющиеся пользователями таких систем, избавлены от необходимости "бороться за ресурсы" с гражданскими лицами, которые своими вызовами создают чрезмерную нагрузку на систему беспроводной связи и тем самым негативно влияют на ее готовность и производительность - рабочие параметры сети Public Safety всегда предсказуемы, даже в условиях чрезвычайной ситуации.

Сети общественной безопасности, построенные на универсальной платформе SkyMan NG, в самое ближайшее время будут инсталлированы в департаменте шерифа Лос-Анджелеса, а также в департаментах полиции еще пяти городов Калифорнии. Стоимость монтажа сети общественной безопасности и необходимого оборудования определяется исключительно масштабами города и функционалом, который задается по желанию городских властей.

ПО Insight Video Net Live Viewer. C помощью этой системы на одном экране можно одновременно видеть

 до шести изображений с разных камер и управлять ими дистанционно

По словам Роберта Стабблбайна, сеть может покрывать весь город и обслуживать множество движущихся объектов или охватывать лишь отдельные участки территории, где будут работать только стационарные потребители. Реальность обычно где-то посередине, но в любом случае это индивидуальный проект. В среднем оснащение одной квадратной мили города подобной системой стоит порядка 25-30 тыс. долл., что небольшому городу (с населением 30-50 тыс. человек) обойдется в сумму от 200 до 500 тыс. долл.

Компоненты сети общественной безопасности

Система Public Safety в исполнении консорциума WiFi-CityWide, InfiNet Wireless, Lockheed Martin Information Technology и Charter Business состоит из нескольких основных элементов. Самый главный - это всеобъемлющая система видеонаблюдения в масштабах всего города.

Сюда включаются как камеры, установленные для наблюдения за трафиком (развязки, мосты, тоннели, большие парковки) и дорожным движением (перекрестки, светофоры), так и за общественным порядком - рядом с крупными магазинами, административными зданиями, на въезде в торговые моллы. Внешние, панорамные камеры с хорошим разрешением обойдутся в сумму порядка 2 тыс. долл., а те, что предназначены для использования внутри помещений, будут стоить около 250 долл.

Камеры могут не просто фиксировать обстановку, но и с помощью специального ПО отслеживать, к примеру, номера угнанных автомобилей, в негласном режиме вести наблюдение как за конкретным пешеходом, так и за машиной (по запросу полиции), фиксировать и записывать (в автоматическом режиме) все происходящее вокруг для последующего изучения. Дополнительно система позволяет дистанционно управлять такими камерами - поворачивать их, приближать интересующие объекты, увеличивать отдельные зоны наблюдения с целью более детального изучения.

Еще один интересный режим, который подходит для панорамных камер, располагающихся на улице, - возможность держать в поле зрения заранее "пристрелянные точки", переключаясь между ними с предварительно заданными интервалами времени. Таким образом, с помощью одной круговой камеры можно дистанционно наблюдать за несколькими входами и выходами из большого здания, осматривать торговые залы или холл супермаркета. Пока в подобных системах используются аналоговые камеры как более дешевые и доступные на рынке ("переброска" в цифровой вид осуществляется с помощью специального сервера), но будущее, конечно, за полностью цифровыми решениями.

С помощью беспроводных протоколов передачи данных изображение с камер можно не только получать в пункте управления, но и рассылать, к примеру, на ноутбуки всем патрульным машинам, находящимся в определенной части города. Это может быть картинка с патрульного вертолета, который преследует угонщика, или фотография подозреваемого (ее, кстати, можно передать сразу и на карманные компьютеры патрульных полицейских) и т. д.

При использовании камер в машине скорой помощи (в сочетании с телеметрическими данными о жизненных показателях больного) врачи клинической больницы, находясь в ситуационном центре своего лечебного учреждения, могут следить за состоянием пациента, отдавать персоналу на месте необходимые команды по подготовке оборудования и помещения для операции, а парамедикам в машине скорой помощи подсказать наиболее эффективные методы действия в критической ситуации для стабилизации состояния больного.

Вторая часть системы - всевозможные датчики, смонтированные в общую систему оповещения (стоимость каждого - от 200 долл.). Это могут быть датчики, передающие по беспроводной сети телеметрическую информацию о пожаре, повышенном давлении в газовых магистралях, реагирующие на "броски по питанию" (кратковременные импульсы в электрических сетях, выводящие из строя электрооборудование) и т. д.

Также можно инсталлировать в систему датчики, реагирующие на стрельбу из огнестрельного оружия (повод для внимания патрулей на определенных улицах города), на громкие звуки, превышающие разрешенный уровень (во многих городах США действуют законы, запрещающие громкое прослушивание музыки после 22-00) и т. п.

Сценарий полного покрытия города с помощью беспроводной связи - 4,9 ГГц и 2,4 ГГц

Датчики могут быть как стационарными, так и мобильными - к примеру, специальные браслеты для детей, сигнал с которых улавливается хотспотами внутри больших торговых центров (торговые моллы), благодаря таким датчикам найти заблудившегося ребенка очень просто.

Третья часть - серверы и специальное ПО, ответственные за управление беспроводной сетью и потоками видеоинформации. В случае с демонстрацией InfiNet использовались серверы Hewlett-Packard, а управляющей программой для видеопотоков была избрана Insight Video Net Live Viewer - благодаря ей одновременно на одном экране можно наблюдать до шести изображений с разных камер и управлять ими дистанционно. Поддерживается и видеоархив (в среднем, 1 мин видеозаписи с частотой 30 кадр./с весит 7 Мб), файлы в котором сохраняются в отдельных директориях для каждой камеры с указанием даты и времени записи.

Во время демонстрации, продолжавшейся несколько дней, в поле зрения системы Public Safety, работавшей в тестовом режиме, попал самый настоящий пожар, в его причинах потом разбирались полицейские, используя архивную информацию, собранную с помощью видеокамер; говорят, это значительно удобнее, чем опрашивать многочисленных свидетелей.

К слову, для каждой камеры в зависимости от загрузки сети можно устанавливать свой кодек вещания (в каком формате она будет передавать данные и записывать их на сервер), причем для архивной записи количество кадров в секунду может быть максимально возможным (порядка 30 в секунду), а для трансляции через беспроводную сеть в режиме реального времени можно выбрать экономичный формат (6 или 15 кадр./с), что разгрузит сеть, не причиняя вреда качеству передаваемой информации.

Оконечное оборудование

Абонентский комплект для работы с сетью общественной безопасности, который устанавливается в каретах скорой помощи, на пожарных и патрульных полицейских машинах, как правило, состоит из нескольких типовых элементов. Во-первых, это, конечно, ноутбук в защищенном исполнении, снабженный сенсорным дисплеем, что, безусловно, удобнее для ввода стандартных команд, чем клавиатура и обычный тачпад (манипулятор мышь в машине разместить сложно). Во-вторых, это радиомодем, обычно располагаемый в багажнике, - он обеспечивает передачу данных с базовых станций, а с ноутбуком и камерой может быть соединен либо кабелем, либо по Wi-Fi-каналу (защищенное соединение по VPN и фильтрация по MAC-адресу). Чаще всего радиомодем работает на частоте 2,4 ГГц со скоростью до 15-30 Мбит/с, в зависимости от скорости автомобиля. Если в автомобиле установлен GPS и есть специальное ПО, то система сообщит водителю, когда он приблизится к границе зоны покрытия беспроводной сети. В-третьих, это небольшая видеокамера. И наконец, опционально в такой комплект могут быть включены полицейский карманный компьютер (связь с компьютером в машине осуществляется через беспроводной адаптер Wi-Fi) и носимый VoIP-телефон для передачи голосовой информации.

По сути, для работы с системами Public Safety достаточно легкого апгрейда любой стандартной компьютерной системы, уже установленной в машине оперативной службы, редко когда надо будет закупать дополнительное оборудование, кроме разве что радиомодема. Это делает внедрение такой системы вполне доступной по деньгам даже для небольших муниципальных образований. Опять же информационные системы, к которым осуществляют доступ силы правопорядка (в первую очередь, конечно, всевозможные базы данных), уже адаптированы для доступа через Интернет (раньше, правда, транспортным протоколом служил GPRS); с увеличением скорости стало возможно сделать более удобный интерфейс - отправлять, к примеру, не только текстовую информацию о преступниках, но и их качественные фотографии, планы зданий и местности, устраивать оперативные видеоконференции вместо того, чтобы давать указания по рации. Таким образом, после монтажа сети подключить к ней стандартные абонентские устройства большого труда не составит.