Hlavní navigace

Tomáš Karabinoš (Nordic Telecom): BB-PPDR v 700 MHz prodraží náklady až pětinásobně

 Autor: Nordic Telecom
Jak se budují záchranářské sítě využívající mobilní broadband v Evropě a na jaké problémy se při tom naráží?
Karel Wolf 24. 6. 2020
Doba čtení: 13 minut

Sdílet

O pokrocích a úskalích přechodu z analogových záchranářských komunikačních systémů na tzv. Broadband Public Protection & Disaster Relief (zkráceně BB-PPDR) neboli systému ochrany veřejnosti a odstraňování následků živelních pohrom prostřednictvím širokopásmového připojení a o tom, jak by mohla vypadat situace v Evropě i u nás, jsme mluvili s Tomášem Karabinošem z Nordic Telecomu.

Nordic Telecom (a také operátor O2) má o stavbu PPDR sítě v Česku dlouhodobě zájem a už v minulosti nabízel státu přestavbu vysílačkové sítě Pegas/Tetrapol na datovou LTE síť v rámci 400 MHz pásma. Kvůli původnímu záměru ministerstva vnitra, které chtělo bez výběrového řízení prodloužit provoz stávající sítě, podal v roce 2019 stížnost k antimonopolnímu úřadu. Vzhledem k tomu, že vnitro soutěž nakonec zrušilo, ÚOHS projednávání stížnosti nakonec zastavil

V současné době je závazek poskytování PPDR a BB-PPDR služeb (včetně národního roamingu) součástí návrhu podmínek aukce kmitočtů v pásmu 700 MHz. Ministerstvo vnitra ale ještě nevydalo definitivní rozhodnutí, jakým způsobem (tedy na jakých kmitočtech a na jaké technologii) budou PPDR sítě nakonec fungovat.

Vývoj v telekomunikacích jde kupředu relativně rychle. Platí to i pro svět BB-PPDR, kde se vyžaduje extrémní spolehlivost a je třeba brát ohled na zvýšenou bezpečnost? Které státy jsou v zavádění nejdále, stále například hraje prim americký FirstNet a korejský Safe-Net?

Co se okolního světa týče, jedničkou je skutečně americký FirstNet, pak bych jmenoval Británii s jejím ESN (Emergency Services Network) a také již zmiňovanou Jižní Koreu a její Safe-Net nebo Austrálii s její LTE sítí od Telstry. V relativně pokročilé fázi je ale ještě několik dalších národních BB-PPDR sítí, např. Finsko, Belgie, Francie, Mexiko. Ve všech případech se jedná o projekty, které jsou rozjeté již dlouho.

A nyní k tomu, co se za dva roky změnilo. Když se podíváme na USA, tam před dvěma lety síť nabízela de facto jen klasické operátorské služby se zabezpečenou datovou konektivitou s prioritizací provozu. Na začátku letošního roku zavedli skupinovou multimediální komunikaci, to znamená ekvivalent digitální vysílačkové úzkopásmové komunikace známé např. ze sítí TETRA, ale s podporou videopřenosů, sdílením obsahu, výměnou zpráv, lokalizací uživatelů a dalších funkcionalit v aplikačním prostředí známém ze smartphonů. Platformy pro tuto komunikaci jsou ve fázi raného nasazování. To znamená, že klíčové funkce (a mnoho nových) jsou dostupné, ale ladí se zejména provozní stránka, tzn. operační postupy, ergonomie aplikace a zařízení, způsob využívání aplikace uživateli a další rozvoj celého ekosystému služeb a zařízení.

Na jaká úskalí se přitom hlavně naráží?

Největší úskalí představuje změna mentality, respektive obava z neznámého. U digitálních úzkopásmových vysílaček existují léta zaběhané operační postupy, například komunikační řády sítí včetně statusových informací (výjezd na zásah, na místě, konec zásahu). Jenže to u ekvivalentní LTE komunikace již najednou nemusí být nutně potřeba, protože to může být zčásti automatizováno (skrze navigaci, připojování nějakého záznamu, logováním zásahu) a doplněno situačními informacemi. Uživatelé, kteří extrémně nemají rádi změny, si proto musejí osvojit novou technologii a případně zvykat na nové operační postupy. Na spoustu detailů se navíc přichází až za provozu, například policista potřebuje nějaké tlačítko posunout o dva centimetry vedle, protože v rukavicích je ergonomie zařízení nevyhovující.

Jak takové zavádění vypadá v praxi?

Je to hodně o plánování a koordinaci. Když si opět vypomůžu FirstNetem, tak existuje komise, která je složená z operátora AT&T a zástupců FirstNetu (zastupují uživatele), a ta tvoří roadmapu obecných požadavků, na které se postupně pracuje. Ta obsahuje různé oblasti, kde se chtějí zlepšovat. Například komunikace v přímém režimu je jedna z věcí, která se za poslední dva roky nijak zásadně nepohnula, ale je jedním z nejvíc diskutovaných aspektů. To znamená, když nemám pokrytí signálem v nějaké specifické oblasti, například ve sklepě, tak si s tím úzkopásmové vysílačky, které umí komunikovat v přímém režimu, poradí, ale prostřednictvím LTE vysílaček je to zatím problém. Buď proto, že jednoduše není komerčně dostupná odpovídající funkcionalita v rámci technologie LTE/5G, nebo proto, že by byla hodnocena jako nedostatečná z pohledu dosahu.

Má to výhledově nějaké řešení?

Z mého pohledu, a teď mluvím z pohledu zákazníka, tak jsem se již dlouho nedostal do situace, kdy bych byl zcela bez signálu mobilní sítě. Je otázka, zda má u všech uživatelů smysl trvat na funkcionalitě, se kterou se přišlo před 30 lety, když jiné možnosti neexistovaly. Když se například podíváme na reálné situace, tak drtivá většina zásahů se dnes odehrává do vzdálenosti 50 metrů od záchranářského vozidla, v osídlených oblastech, na silnicích nebo v průmyslových areálech. V těchto oblastech je pokrytí signálem mimořádně dobré. Pak je zde oblast, kde k zásahům čas od času dochází, ale je to řádově méně často – hory, turistické oblasti, kde je pokrytí o něco horší, ale proporčně k vytíženosti sítí. Jde také o ekonomickou stránku věci, protože stejná kvalita spojení na celém území by řádově zvedla také náklady, a to kvůli relativně malému množství uživatelů.

Řešení nicméně existují, jeden model je, že má uživatel-záchranář, policista, hasič zařízení dvě, tedy LTE telefon/ vysílačku a digitální úzkopásmovou vysílačku s tím, že vysílačku může také z telefonu ovládat přes Bluetooth. Vznikají také zařízení, která jsou hybridní (LTE/5G a úzkopásmová část), které má zatím několik výrobců na světě. Vždycky hraje roli i cena, operátor a uživatelé (bezpečnostní složka) musí rozumně odhadnout, kolik zařízení pro síť doopravdy potřebuje a jestli se jí místo toho nevyplatí mít třeba několikanásobně větší počet LTE telefonů/vysílaček doplněné pro vybrané uživatele digitálními úzkopásmovými vysílačkami. Řešení na úrovni zařízení lze navíc doplňovat taktickými systémy na úrovni sítě pro mimořádné nebo plánované události poskytujícími garantované pokrytí, dostatečnou kapacitu nebo izolování vybraných komunikací.

PODÍVEJTE SE: Prototyp LTE vysílačky pro testování BB-PPDR sítě

Jako celek ale patří komunikace v přímém režimu k jedné z mála nedořešených otázek. Naštěstí zde existuje významná synergie s komunikací autonomních vozidel, které komunikují podobně (vůz–vůz, vůz–infrastruktura) a je zde vize, že by se výsledky vývoje v této oblasti, která cílí na miliardy zařízení, využily i pro krizovou komunikaci. Obecně ale podobných „velkých“ problémů již tolik není a řeší se spíše detaily.

Nyní ale vzniká ještě jeden nový problém spojený s nástupem 5G, vývoj LTE prakticky už jen dobíhá a všichni soustředí své síly na 5G. Problém je podobný jako při přechodu z 3G na LTE, kde se rychle přišlo na to, že v LTE chybí hlasové služby. U 5G je to podobné, řeší se prioritně věci jako ultra vysoké rychlosti a nízké latence, ale aplikační věci jsou trochu upozaděné. Každopádně z pohledu krizové komunikace nepřinese 5G oproti LTE v reálných podmínkách ČR žádné zásadní benefity, spíše naopak.

Když už jsme se dotkli 5G, jak vlastně bude vypadat situace na rádiové přístupové síti, půjde v případě LTE a 5G o dvě úplně oddělené sítě?

Obecně doporučovaný postup je v případě operátora, který začíná na zelené louce, což byl i případ Nordic Telecomu, rovnou začít budovat jádro sítě připravené na nasazení 5G. V případě operátorů, kteří již mají vybudovanou obrovskou legacy infrastrukturu, tak existuje doporučený migrační scénář, kdy dochází k přirozené obměně na konci životního cyklu core části sítě. V praxi stávající operátoři zatím začali 5G signalizačně propojovat přes LTE základnové stanice do stávajícího jádra sítě pro LTE.

V posledních letech došlo v Evropě ke standardizaci a harmonizaci dalších pásem pro BB-PPDR vedle původně doporučované 700 MHz. Jak konkrétně situace nyní vypadá a co to znamená pro koordinaci, případně jaké z toho plynou další důsledky?

Evropský regulátor CEPT ECC harmonizoval pro využití v rámci BB-PPDR celkem tři pásma, a to 410–430, 450–470 a 700 MHz.

To však neznamená, že není možné provozovat BB-PPDR třeba v pásmu 800 MHz, jde pouze o doporučení, aby bylo možné nějakým způsobem zajistit přeshraniční kmitočtovou koordinaci a interoperabilitu zařízení a vytvořit trh koncových zařízení o dostatečné velikosti. V těchto pásmech je několik 3GPP pásem (410–430 MHz – B87/88, 450–470 MHz – B31/72/72, 700 MHz – B28/68), v rámci nichž lze využívat subpásma různé velikosti, a tudíž nelze očekávat jednotný přístup jednotlivých států k jejich využití pro krizovou komunikaci, což vede k částečné fragmentaci trhu.

Ukázkou problému mohou být okrajová subpásma v pásmu 700 MHz (2 × 3 MHz v B28 + 2 × 5 MHz v B68), která často končí právě u bezpečnostních a záchranných složek, protože o ně komerční operátoři nestojí a regulátoři zase nevědí, co s nimi. Pro tato okrajová subpásma de facto neexistují na trhu koncová zařízení a rádiové přístupové sítě jsou zatížené dalšími omezeními, jako např. přilehlou komunikací (televize na kanálu 40), což dále zvyšuje náklady na jejich využití. Pokud se jednotlivé země, které tato okrajová subpásma využívají, nespojí, což by podnítilo vývoj zařízení, tak je to čistě danajský dar. Výrobci do toho sami od sebe investovat nebudou a ta pásma zůstanou prakticky nevyužitelná.

O alokaci harmonizovaných pásem navíc bezpečnostní a záchranné složky soupeří ještě s utilitami (energetika, doprava, plynárenský průmysl), protože jde o pásma zajímavá například pro IoT/M2M provoz (typicky právě 400 MHz). V rámci Evropy se velká pozornost upíná k Německu, kde tamní BDBOS (státní provozovatel sítě TETRA pro bezpečnostní a záchranné složky) vede na vládní úrovni s utilitami souboj o alokaci v pásmu 400 MHz. Rozhodnutí, které by mohlo nastat v řádu nejbližších týdnů, bude akcelerovat celý trh a může vytvořit nepsaný standard pro další evropské země v PPDR i utilitách, protože Německo je obří trh. Země s již existujícími alokacemi pro krizovou komunikaci v pásmech 400 MHz pro LTE jsou např. Irsko, Dánsko, Polsko, Maďarsko, Španělko).

Pro představu a srovnání s komerčními sítěmi lze uvést příklad – zakázka na cca 5 tisíc LTE telefonů/vysílaček je pro dodavatele už dostatečně zajímavá pro tvorbu nového produktu a tady by najednou vznikl trh, kde jich bude potřeba milion. BDBOS přitom argumentuje tím, že potřebuje 400MHz pásmo, kde bude možné s rozumnými náklady provozovat LTE síť pro krizovou komunikaci s podobným SLA (99,9+ % dostupnost) jako na stávající TETRA síti. Ty náklady u sítě pro kritickou infrastrukturu přitom opravdu nejsou zanedbatelné, všechny prvky a infrastruktura jsou zálohované s garancí SLA, navíc jsou vyžadovány speciální funkcionality a bezpečnostní opatření, které ve stávajících komerčních telekomunikačních sítích de facto neexistují.

V udržitelnosti nákladů zde hrají roli dvě věci, jednak lze předpokládat velké množství komerčních výrobců, což bude srážet cenu, jednak do hry vstupují fyzikální vlastnosti šíření signálu. Na stejné pokrytí LTE v pásmu 400 MHz je v rámci Česka potřeba třikrát až pětkrát méně základnových stanic než v pásmu 700–800 MHz. Pokud tedy máte nějaký fixní rozpočet, budete v pásmu 700 MHz nucen vždy volit kompromis mezi vysokou dostupností a kvalitou pokrytí, u pásma 400 MHz lze vyřešit obojí naráz, protože pořizovací náklady, náklady na energie, náklady na nájem lokalit a tak dále jsou významně nižší.

Vyšší pásma ale zase umožňují vyšší rychlosti a nižší latence, takže tam nejsou jen samé nevýhody, ne?

Rychlost je dána primárně šířkou pásma, je tam tedy více faktorů. Problém je, že pásma 700 nebo 800 MHz budete sdílet s komerčními službami, takže dostanete k dispozici agregované síťové zdroje, zatímco v případě pásma 400 MHz máte veškeré síťové zdroje jenom pro sebe. U 700 MHz samozřejmě můžete zavést prioritizaci provozu (tj. ovlivnit agregaci zdrojů) a pronajmout si část pásma od komerčních poskytovatelů, ale osobně mi to nepřijde jako šťastné řešení, protože komerční sítě jsou dimenzovány na vytížení 90+ % běžného provozu v několika denních špičkách, kdežto u záchranných složek máte běžně třeba vytížení 5 až 15 % a v případě nějaké mimořádné události najednou vytížení vyskočí na 150 % (započítání taktických systémů, využití několika komunikačních sítí a režimů) a na to běžní operátoři nejsou připraveni.

Na druhé straně to neznamená, že když si pořídíte síť na 400 MHz, že to bude jediná síť, kterou můžete používat. Ani Nordic to tímto způsobem nenabízí, důležité je, že máte nějaký pevný a bezpečný základ komunikačního řešení s vysokou dostupností. Pokud by v Německu nakonec zvítězil v souboji o pásmo 400 MHz BDBOS, tak má v plánu postavit základ svého řešení (tzv. basic broadband) právě v síti LTE s vysokou dostupností v tomto pásmu a chce mít nasmlouvanou kapacitu v komerčních „best effort“ LTE/5G sítích 700/800/1800/atd. MHz. Kdyby totiž například došlo k nějaké živelní katastrofě, kdy mají komerční sítě tendenci často kolabovat, tak budou mít jistotu, že tam pro ně síť LTE 400 MHz pořád bude a bude plnit přesně tu funkci, která se v takových okamžicích očekává. Takové řešení navíc umožňuje využít kapacity komerčních sítí pro kapacitně náročnější služby ve větším rozsahu (např. HD videopřenosy), které však nejsou zcela mandatorní pro zvládání mimořádných neplánovaných událostí.

V podstatě to samé nabízí i Nordic, náš základ je LTE 410–430 MHz, přičemž naše řešení nikdy nebude postavené čistě na jedné rádiové přístupové síti a frekvenci. Disponujeme alokací v pásmu 3,7 GHz a zvažujeme účast v aukci 700MHz pásma, a pokud bychom uspěli, tak můžeme tyto doplňkové kapacity nabídnout napřímo. Jestliže neuspějeme, jsme připraveni jednat s komerčními operátory na zajištění dostupnosti těchto sítí, případně si to můžou bezpečnostní a záchranné složky zajistit samostatně, viz např. závazky pro PPDR v aukci pásma 700 MHz.

Když se vrátím k FirstNetu, tak se veřejně komunikuje pokrytí sítí LTE v pásmu 700 MHz s alokací 2 × 10 MHz, ale nikde se již neříká, že jim AT&T poskytuje dalších X frekvenčních pásem. Technicky to funguje tak, že mají přístup ke všem pásmům operátora, ale prioritizace a specifické funkcionality jsou typicky zavedeny pouze v technologii využívající pásmo 700 MHz. Podobně to ostatně funguje i v Koreji, která se také dává často za příklad. To, že základní pásma mají, jim nicméně dává skvělou vyjednávací pozici. Když máte pásmo, které operátor nemá a chce jej, tak taháte během jednání za podstatně delší část provazu, než když máte jenom balík peněz na nákup PPDR služeb. Peníze si operátor vezme v každém případě, ale zatímco v prvním případě vám vyjde plně vstříc, v tom druhém vám dá to, co uzná za vhodné on.

BB-PPDR síť v USA je tedy postavena na více frekvenčních pásmech. V ideálním případě by mělo řešení zahrnovat alespoň jednu další komerční síť (například formou národního roamingu) pro případ výpadku, tak tomu ale v USA ani třeba v Anglii (ESN) bohužel není a vytváří to zbytečnou zranitelnost řešení a další omezení (dostupnost, kapacita, pokrytí, soutěžitelnost).

Dalším důvodem, proč je potřeba mít možnost využívat alespoň některá další frekvenční pásma (viz harmonizace CEPT ECC výše), která využívají bezpečnostní a záchranné složky v sousedních zemích, je možnost vzájemné interoperability komunikací a zásahů. Jinak to bude jako dnes, kdy nelze s úzkopásmovou vysílačkou z ČR komunikovat třeba v německé nebo slovenské síti.

Jak by podle vás měla v ideálním případě vypadat situace v ČR?

Náš pohled je trochu daný i tím, co má Nordic k dispozici, ale v zásadě platí výše uvedené. Tedy v ideálním případě síť budovaná pro kritickou komunikaci v pásmu 400 MHz doplněná o komerční sítě (národní roaming a/nebo sdílení sítí) a taktické systémy (např. 3,4–3,8 GHz). Základní premisou je, že je tady za všech okolností k dispozici vyhrazené jádro sítě, ke kterému si mohu dle vlastní volby připojit jakoukoliv standardní LTE síť.

CIF20-tip-firmy

Další věc je, a to se dobře ukazuje například v Anglii, kde chtěli provést velice rychlý přechod na LTE a síť TETRA vypnout, že přirozený přechod nějaký čas trvá, a to nejen z technologických důvodů. Zatím k tomuto přechodu nedošlo a podpora TETRA sítě byla prodloužena do konce roku 2022, což umožní bezpečnou migraci služeb, vybavení a vyškolení uživatelů a ověření provozem. Je proto potřeba zajistit, aby obě technologie mohly vedle sebe fungovat společně a komunikovat spolu. Například záchranka může být již vybavena zařízeními LTE multimediální skupinovou komunikací a hasičům ještě zůstanou úzkopásmové vysílačky, přičemž interoperabilitu komunikací a vzájemnou koordinaci činností lze realizovat na úrovni sítí. Technologie tuto roli nicméně zvládá velmi dobře již dnes, takže to není problém realizovat.

Ideální scénář je tedy z mého pohledu graduální nasazování technologií ruku v ruce s budováním kompetentních provozních týmů namísto nějakého rychlého divokého přepnutí, se kterým nakonec nebude spokojen nikdo. Umíme dodat BB-PPDR řešení založené na LTE síti s celorepublikovým pokrytím a zařízeními i aplikacemi v horizontu dvou let, ale koexistenci se stávající úzkopásmovou digitální sítí v rozsahu 2–5 let považuji za nevyhnutelnou.