ID209

Sistemi di radiocomunicazione per soccorritori: opzioni attuali e future
Priori Marzoli
Abstract
Qualcuno di noi ha vissuto il periodo in cui i soccorritori usufruivano di sistemi di telecomunicazioni professionali (es. radio VHF), che offrivano servizi non accessibili al comune cittadino. Poi è arrivato lo StarTac... Il sorpasso non poteva essere più veloce e pervasivo. L'utente consumer accede oggi ad una moltitudine di servizi per comunicare in mobilità, scambiare dati, conoscere e comunicare la propria e altrui localizzazione, salvare e condividere masse di dati, condividere e accedere a video in streaming, oltre che accedere in real­time a notizie e dati pubblici. Gli utenti professionali al contrario non godono di servizi dedicati comparabili per numero e performance con quelle del settore consumer. Le ragioni sono ben note: le dimensioni del mercato TLC professionale sono di ordini di grandezza inferiori a quelle del mercato consumer, e i fornitori di servizi investono risorse di conseguenza.
Consapevoli dei problemi anzidetti, gli Enti pubblici preposti (inclusa la Commissione Europea) hanno orientato le politiche di finanziamento pubblico per la ricerca e lo sviluppo industriale al fine di stimolare l'ideazione, la progettazione e il dispiegamento di standard e servizi di comunicazione in grado di soddisfare i requisiti specifici degli utenti professionali.
Lo standard TETRA sviluppato da ETSI (European Telecommunications Standards Institute) con la variante TETRAPOL sono il risultato più noto di tali politiche, in grado come sono di assicurare diverse modalità operative e servizi elencati che rispondono certamente ai requisiti operativi, soprattutto quando comparati con quelli delle radio VHF. Purtroppo, la ridotta dimensione del mercato professionale allunga i tempi necessari a rientrare degli investimenti e di conseguenza limita l'innovazione di tali sistemi nel tempo, rendendo presto evidente la loro obsolescenza, soprattutto quando confrontati al ritmo frenetico di incremento di performance nel settore consumer (ad esempio per la ormai inaccettabile velocità di trasmissione dati, incrementata a soli 538 Kbits/s nella versione TETRA 2).
Per altri versi, l'architettura stessa del TETRA riflette la visione dei tempi in cui è stato concepito, mirando a sostituire reti radio VHF (generalmente di proprietà di un solo Ente), con reti TETRA che continuano ad essere del tutto indipendenti e separate dalle reti commerciali, sebbene possano essere condivise tra più Enti di soccorso o polizia. Con un tale approccio, i costi infrastrutturali sono più che significativi (il TETRA richiede il dispiegamento di una onerosa rete di stazioni radiomobili, meno fitta delle reti civili, ma sostenuta dai soli Enti proprietari) e non possono essere compressi, se non sacrificando la copertura territoriale, tanto da dare luogo in certi casi al mantenimento in esercizio di reti VHF in parallelo ai sistemi TETRA, come nel caso di zone rurali i cui costi di copertura non appaiono accettabili. Se, infatti, i fornitori di servizi consumer possono limitarsi ad offrire i migliori livelli di servizio alla maggior parte della popolazione, notoriamente concentrata nelle aree urbane, il soccorritori sono invece tenuti ad assicurare lo stesso livello di servizio ovunque, su tutto il territorio di pertinenza.
Ad oggi, ETSI non sembra avere intenzione di sviluppare un nuovo standard specifico per gli operatori di polizia e del soccorso pubblico. Si stima che reti TETRA rimarranno disponibili per almeno altri 15 anni, in modo da assicurare un sufficiente ritorno sugli investimenti sia per gli utenti che per fornitori di servizi e terminali.
Più recentemente, lo standard LTE Advanced (4G) è stato indicato da molte associazioni di operatori di polizia e del soccorso pubblico (ad esempio da ACPO ­ Association of Public Safety Communications Officials) come la tecnologia su cui puntare per i futuri servizi di comunicazioni voce e dati, poiché offre molti vantaggi in termini di scelta di terminali, costi ridotti, roaming con reti commerciali e sostenibilità nel lungo termine.
La situazione anzidetta spiega in quale modo, questa volta, il ritardo del sistema pubblico italiano nell'adozione di sistemi innovativi possa generare benefici inaspettati. Infatti, gran parte delle forze dell'ordine e della sicurezza pubblica italiane non hanno adottato TETRA o TETRAPOL e possono più liberamente ora consolidare, nel breve termine, innovazioni di costi contenuti, e, nel medio­lungo termine, 'saltare' l'adozione del TETRA e adottare approcci tecnologici più innovativi, disponibili a breve.
La tendenza futura sembra quindi quella di impiegare la nuova tecnologia LTE in attività operative, in particolare in scenari emergenziali complessi. L'esperienza ha dimostrato che in situazione di crisi, le comunicazioni sono fondamentali e generalmente quelle pubbliche sono le prime a non essere disponibili. La necessità in scenari ricorrenti quali alluvioni, crolli diffusi, terremoti è quella di poter creare aree di copertura specifiche necessarie per il coordinamento e le operazioni di soccorso. Tali aree non sono, in genere, eccessivamente estese, e quindi non necessitano di una infrastruttura particolarmente complessa.
La prossima sfida è quella di integrare sistemi attualmente disponibili, al fine di garantire ai soccorritori le comunicazioni in ogni scenario.
Il CNVVF ha da tempo intrapreso una serie di sperimentazioni volte a verificare la fattibilità dell'integrazione di una serie di tecnologie per le comunicazioni che garantiscano la pronta disponibilità in ogni scenario emergenziale.
In particolare sono state condotte attività di integrazione tra sistemi di comunicazione mobile, satellitare e PSTN, al fine di dare al soccorritore la possibilità di effettuare comunicazioni in maniera totalmente indipendente dalla disponibilità sullo scenario di sistemi di connettività. Tale approccio garantisce ai soccorritori, in caso di emergenze, di creare sullo scenario una propria rete per le comunicazioni privata, dispiegabile rapidamente, che consenta alle strutture di coordinamento sul posto una totale indipendenza dai normali sistemi disponibili, garantendo ai soccorritori piena operatività in ogni scenario sia nazionale che internazionale. Tale sperimentazioni hanno dimostrato la fattibilità tecnica e la sostenibilità economica, ma hanno mostrato che per la piena attuazione è necessario un salto normativo che renda sempre disponibili alle strutture deputate alle attività di soccorso frequenze dedicate in tecnologia LTE.
Gli autori illustreranno lo stato dell'arte del settore PMR (Professional Mobile Radio) e l'approccio adottato nel breve­medio termine per assicurare sufficienti livelli di servizio al Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco illustrando nel contempo le opportunità offerte dalla prossima generazione di reti di comunicazione LTE Advanced (4G) al settore professionale.
Keywords
telecomunicazioni PMR TETRA TETRAPOL LTE Advanced 4G
Prospettive dello standard TETRA
Lo standard TETRA sviluppato da ETSI (European Telecommunications Standards Institute) con la variante TETRAPOL sono il risultato di estese politiche di finanziamento pubblico per la ricerca e lo sviluppo industriale finalizzate alla ideazione, progettazione e dispiegamento di standard e servizi di comunicazione in grado di soddisfare i requisiti specifici degli utenti professionali. Difatti permetttono di assicurare diverse modalità operative:
● la modalità TMO, nella quale i terminali comunicano mediante accesso a una rete di stazioni radio­base (come per la telefonia mobile consumer);
● modalità DMO, nella quale i terminali comunicano direttamente fra loro (come per i walkie­talkie);
● modalità Repeater, nella quale un terminale può estendere la copertura assumendo il ruolo di ripetitore di segnale fra altri terminali che comunicano in modalità DMO;
● modalità Gateway, nella quale un terminale assicura l'accesso di un gruppo di terminali che comunicano in modalità DMO ad una rete TMO.
Tali sistemi, offrono servizi tipici delle reti cellulari:
● chiamate individuali full­duplex,
● identificazione del chiamante,
● brevi messaggi di testo (SDS);
ma anche ulteriori servizi di grande importanza per i soccorritori:
● chiamate voce di gruppo half­duplex (come per le radio VHF),
● assegnazione dinamica di terminali a gruppi diversi,
● gestione delle priorità (per assicurare che terminali assegnati a funzioni critiche non trovino i canali occupati da chiamate di minore importanza),
● ascolto ambientale,
● riservatezza delle comunicazioni mediante cifratura e
● comunicazioni dati, seppure a velocità di trasmissione inferiori ai 30 Kbit/s.
Le modalità operative e i servizi elencati rispondono certamente ai requisiti operativi, soprattutto quando comparati con quelli delle radio VHF. Purtroppo, la ridotta dimensione del mercato professionale allunga i tempi necessari a rientrare degli investimenti e di conseguenza limita l'innovazione di tali sistemi nel tempo, rendendo presto evidente la loro obsolescenza, soprattutto quando confrontati al ritmo frenetico di incremento di performance nel settore consumer (ad esempio per quanto concerne la ormai inaccettabile velocità di trasmissione dati, incrementata a soli 538 Kbits/s nella versione TETRA 2).
Peraltro, l'architettura del TETRA si basa su reti di stazioni radio­base del tutto indipendenti e separate dalle reti commerciali. Sebbene possano essere condivise tra più Enti di soccorso o polizia, è molto complesso renderle interoperabili con reti basate su standard diversi (ad esempio di reti commerciali). Di conseguenza, i costi infrastrutturali sono notevoli. Sebbene il TETRA operi in frequenze che assicurano maggiore penetrazione e richiedano quindi il dispiegamento di una rete di stazioni radiomobili meno fitta delle reti civili, non è possibile estenderne la copertura utilizzando altre reti già disponibili, ma deve essere sostenuta dai soli Enti proprietari. Le invitabili esigenze di contenimento dei costi pubblici possono quindi essere soddisfatte unicamente mediante il sacrificio della copertura territoriale. Tale evenienza porta al paradosso di rendere necessario il mantenimento in esercizio di reti VHF in parallelo ai sistemi TETRA per coprire le zone rurali. Difatti, in tal modo viene meno il preventivato risparmio legato alla loro dismissione.
Le reti TETRA dovrebbero rimanere disponibili per altri 15­20 anni. In questo frangente di tempo è probabile che lo standard TETRA superi le versioni 1 e 2 per integrare ulteriori migliorie. Situazione simile per TETRAPOL, i soli vincoli contrattuali in essere assicurano la sua disponibilità per ulteriori 15­20 anni.
Prospettive dello standard LTE Advanced (4G)
Lo standard LTE Advanced (4G) sembra essere la tecnologia su cui puntare per i futuri servizi di comunicazioni voce e dati per il soccorso, stando alle dichiarazioni di associazioni di operatori si polizia e del soccorso pubblico (es. ACPO) e alla luce delle scelte operate dallo statunitense Department of Homeland Security ­ DHS, che basa su questa tecnologia il proprio piano strategico di settore ‘National Broadplan Plan ­ Connecting America’ (http://www.broadband.gov/issues/public­safety.html).
Se ci si chiede perché vi fosse la necessità di un nuovo standard, è sufficiente prendere in esame la limitazione degli standard GSM concernente la clausola di pre­emption e priorità, che per essere applicata richiedeva spesso il riavvio delle stazioni radio­base con la successiva esclusione assoluta dell'accesso alla rete di tutti i terminali mobili non settati come prioritari. I pochi casi di applicazione operativa (in altri Paesi) hanno generato panico diffuso nella popolazione per la mancanza di un servizio ormai ritenuto essenziale: la massa di cittadini che a quel punto si è rivolta ai numeri di emergenza in cerca di informazioni, ha nei fatti bloccato questi servizi, facendo sì che i soccorritori potessero comunicare tra loro, ma non con i cittadini.
In nuce, questa tecnologia offre innegabili vantaggi in termini di scelta di terminali, costi ridotti, roaming con reti commerciali e sostenibilità nel lungo termine. Sebbene questo standard non fornisca ancora tutte le funzionalità necessarie per comunicazioni operative ­ probabilmente disponibili nel 2018 ­ alcuni fornitori offrono già oggi soluzioni proprietarie che implementano alcune delle funzionalità necessarie (es. PTT e prioritizzazione), anche se non può essere assicurata la rispondenza allo standard 3GPP in sviluppo.
La ragione più immediata del consenso raccolto da LTE diventa palese se si confrontano le dimensioni dei mercati TETRA e LTE: TETRAPOL è attualmente utilizzato da circa 1,85 milioni di utenti su 85 reti in 35 Paesi, mentre già oggi si contano 755 milioni di utenze LTE su 442 reti commerciali LTE o LTE­Advanced in 147 Paesi (senza considerare che si prevedeva il lancio di ulteriori 460 reti LTE per la fine del 2015 e sono stati annunciati 3.253 diversi tipi di apparati LTE).
In estrema sintesi, i sistemi LTE­Advanced promettono il soddisfacimento dei requisiti operativi senza dover ricorrere alla (onerosa) necessità di dispiegare estese reti di stazioni radiobase dedicate ed esclusive, ma al contrario implementando servizi di interoperabilità nativa tali da permettere l’accesso a servizi dedicati su infrastrutture di reti commerciali. Pur rimanendo la possibilità di dispiegare reti proprie, non sarà più necessario impiegare risorse eccessive per coprire zone remote, ma in quel caso si potrà rimanere connessi accedendo a reti commerciali già presenti in loco. Lo stesso tipo di accesso a servizi di reti commerciali permetterà il dimensionamento della rete sulle necessità ordinarie, evitando quindi previsioni di capacità di banda in eccesso per coprire i picchi che necessariamente di verificano in occasioni di eventi eccezionali (ad esempio, nel caso di disastri, come il terremoto delL’Aquila, dove i vigili del fuoco in servizio sono passati da circa 50 a oltre 3.000 nell’arco di tre giorni). Sperimentazioni del CNVVF nelle comunicazioni in emergenza
La necessità in scenari ricorrenti quali alluvioni, crolli diffusi, terremoti è quella di poter creare aree di copertura specifiche necessarie per il coordinamento e le operazioni di soccorso. Tali aree non sono, in genere, eccessivamente estese, e quindi non necessitano di una infrastruttura particolarmente complessa.
La prossima sfida è quella di integrare sistemi attualmente disponibili, al fine di garantire ai soccorritori le comunicazioni in ogni scenario.
Il CNVVF ha da tempo intrapreso una serie di sperimentazioni volte a verificare la fattibilità dell'integrazione di una serie di tecnologie per le comunicazioni che garantiscano la pronta disponibilità in ogni scenario emergenziale.
In particolare sono state condotte attività di integrazione tra sistemi di comunicazione mobile, satellitare e PSTN, al fine di dare al soccorritore la possibilità di effettuare comunicazioni in maniera totalmente indipendente dalla disponibilità sullo scenario di sistemi di connettività. Tale approccio garantisce ai soccorritori, in caso di emergenze, di creare sullo scenario una propria rete per le comunicazioni privata, dispiegabile rapidamente, che consente alle strutture di coordinamento sul posto una totale indipendenza dai normali sistemi disponibili, garantendo ai soccorritori piena operatività in ogni scenario sia nazionale che internazionale. Tale sistema attualmente in uso, si fonda essenzialmente sulla integrazione del sistema satellitare e di un sistema di gestione telefonico basato su asterisk.
Come si evince dalla figura sottostante che schematizza l'architettura del sistema ogni terminale mobile satellitare accede, tramite la connettività satellitare, a linee urbane PSTN rese disponibili presso il Centro Operativo Nazionale. Tale architettura garantisce alle strutture territoriali in caso di necessità accesso ad una serie di servizi di fonia di base, che in caso di scenari emergenziali complessi dove la normale connettività telefonica è compromessa, garantisce il mantenimento di standard in termini di servizi resi alle strutture di coordinamento.
Questa soluzione chiaramente ha il vincolo che può essere resa disponibile a strutture residenziali, quali possono essere le Sale Operative e i Posti di Comando Avanzato. In scenari operativi è spesso necessario fornire servizi di telefonia e traffico dati a personale operativo che è dispiegato sul territorio. Tali servizi sono fondamentali sia per garantire il necessario livello di coordinamento tra le strutture di coordinamento e quelle operative, sia anche per fornire al personale operatore strumenti di comunicazione alternativi a quelli normalmente in uso, che sono tipicamente apparati radio in banda UHF o VHF.
In tal senso da tempo il CNVVF ha intrapreso una attività di studio e sperimentazione, anche in collaborazione con i più importanti gestori di rete, per rendere disponibile sistemi di connessione in mobilità quali il 4G in scenari emergenziali.
In particolare è stata effettuata una sperimentazione con l’obiettivo di studiare le integrazioni fra gli attuali sistemi in uso per le comunicazioni in emergenza (tipicamente sistemi satellitari) con sistemi GSM, al fine di creare reti locali di telefonia mobili ad uso esclusivo degli operatori del soccorso.
Questa sperimentazione che ha avuto esito positivo ha permesso di creare una rete GSM locale privata denominata “Vigili del Fuoco”. Ogni dispositivo mobile registrato alla rete poteva effettuare chiamate locali utilizzando una centrale asterisk a servizio della cella GSM. Inoltre è stata testata l’integrazione del sistema cella GSM con il sistema VoIP satellitare. In tale configurazione integrata da un dispositivo mobile è stato possibile effettuare una chiamata dalla rete privata GSM verso utenze PSTN o mobili. L’integrazione è stata possibile collegando la centrale asterisk a servizio della cella con il sistema asterisk che gestisce il VoIP satellitare. Di seguito uno schema architetturale dell’intero sistema. Tale sperimentazionei hanno dimostrato la fattibilità tecnica, la sostenibilità economica, ma hanno mostrato che per la piena attuazione è necessario un salto normativo che renda sempre disponibili alle strutture deputate alle attività di soccorso frequenze dedicate in tecnologia LTE.
Conclusioni
La tendenza futura sembra quindi quella di investire nell’impiego della tecnologia LTE in attività operative, in particolare in scenari emergenziali complessi. L'esperienza ha dimostrato che in situazione di crisi, le comunicazioni sono fondamentali e generalmente quelle pubbliche sono le prime a non essere disponibili.
I sistemi radio attualmente in uso rendono il processo di scambio informazioni lento e inefficiente, in particolare per quanto riguarda lo scambio dati. L’utilizzo della tecnologia Long Term Evolution (LTE) con terminali mobili, tablet e laptop, pur mantenendo le necessarie salvaguardie operative, permetterà di velocizzare il processo di scambio di informazioni e comunicazioni in voce e dati tra tutti gli operatori del soccorsi presenti sulla stessa scena, anche se di Enti diversi (possibilità oggi limitata a comunicazioni in voce e ­ pochi ­ dati tra i soli Enti attestati sulla stessa banda TETRA).
Quanto sopra descritto mette in luce l’opportunità, che nasce dal ritardo, che i soccorritori le forze dell'ordine e della sicurezza pubblica italiane che non hanno ancora adottato interamente i sistemi TETRA o TETRAPOL, possano più liberamente ora consolidare nel breve termine innovazioni di portata e costi contenuti ­ quali quelle descritte nel paragrafo Sperimentazioni del CNVVF nelle comunicazioni in emergenza ­ e nel medio­lungo termine 'saltare' una piena adozione del TETRA e puntare con decisione agli approcci tecnologici più innovativi, disponibili a breve.
Gli indubbi vantaggi nell’utilizzo della tecnologia LTE in termini di capacità di capacità di banda, permette accesso a numerosi servizi che risultano essere fondamentali in termini di rapidità di condivisione informazioni ed un elevata situation awareness, fondamentale in scenari emergenziali dove scelte non tempestive o non corrette sono cruciali nell’efficacia della risposta.