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1.  INTRODUÇÃO AO TRUNKING  

Os sistemas de rádio LTR utilizam um conceito de controle chamado trunking.  Devido ao fato deste conceito ser aplicado ao radio, o trunking é o compartilhamento automático de canais em um sistema de múltiplos repetidores. As principais vantagens do trunking são: menor tempo de acesso ao sistema e aumento da capacidade dos canais para uma dada qualidade de serviço. Desta forma, visto que a probabilidade de todos os canais estarem ocupados no mesmo instante é baixa (especialmente em sistemas maiores), a chance deles serem bloqueados é muito menor do que quando somente uma canal pode ser acessado. 

Os conceitos do trunking são baseados na presunção de que os usuários individuais utilizam o sistema apenas em uma pequena porcentagem do tempo e que, um grande número usuários não utilizam o sistema ao mesmo tempo.

A  Figura 1 representa o tráfego típico em um sistema troncalizado com 5 canais. Os canais apresentados estão aproximadamente 50% carregados, o que significa que eles são ocupados por uma portadora durante 50% do tempo.  As áreas escuras nas 5 linhas superiores indicam quando o repetidor está em uso, e as áreas escuras na linha inferior indicam quando todas os cinco canais estão ocupados. 

Figura 1

Pode se visto por esta apresentação que se os canais não forem troncalizados e apenas um canal está disponível ao usuário (como por exemplo um repetidor comunitário), há uma possibilidade muito menor de se obter uma canal naquele instante.  Entretanto, quando o usuário tem acesso automático aos múltiplos canais conforme indicado pela linha inferior, a probabilidade destes canais estarem ocupados ou não permitir acesso é extremamente baixa. 

Desta forma, uma vez que os padrões de tráfego típicos são conhecidos, as probabilidades de bloqueios podem ser preestabelecidas.

A Figura 2 mostra que para uma dada porcentagem de ocupação do tempo no ar (airtime), as probabilidades de bloqueio são reduzidas conforme o acréscimo do número de repetidores troncalizados.  Um sistema de dez repetidores tem um desempenho de bloqueio muito melhor e pode fornecer uma melhor qualidade de serviço do que dez canais independentes que são utilizados por meios de comutação manual (representado pela linha "1 CHNL ").

Figura 2

Note que "carregamento" conforme referenciado neste texto, representa a porcentagem do tempo de transmissão disponível e não um determinado número de móveis por canal. 

Um repetidor somente é ocupado durante o período de transmissão através do sistema de despacho.  Isto significa que numa conversação consistindo de diversas transmissões, estas transmissões podem ocorrer em diversos canais diferentes.  Isto é chamado de transmissão troncalizada e permite a máxima eficiência do sistema porque o intervalo ocioso das transmissões entre dois usuários pode ser usado por outras transmissões de outros usuários. Algumas chamadas especiais, tais como chamadas telefônicas, ocupam o repetidor durante toda a chamada.  Isto é chamado mensagem troncalizada (message trunking). 

Os sistemas troncalizados são também caracterizados freqüentemente em termos do atraso em função do acesso do canal. Probabilidades de atraso podem ser calculadas se as suposições forem feitas para a duração média da transmissão e a distribuição estatística das durações da transmissão. Segundo as estatísticas coletadas pelo Instituto de Pesquisa de Stanford sob o contrato RC 10056 do FCC, onde constatou-se que 5 segundos é o tempo razoável de duração de uma transmissão e a distribuição foi considerada exponencia. Dessa formal, os atrasos de acesso podem ser calculados e traçados como apresentado na Figura 3. Os sistemas LTR podem suportar até 20 canais (repetidores). 

Figura 3

2. COMPARAÇÃO DO MÉTODO TRONCALIZADO 

2.1  DISTRIBUÍDO VERSUS CONTROLE DO CANAL DE CONTROLE 

Atualmente, há dois métodos diferentes sendo usados para controlar sistemas troncalizados. Um método é o controle distribuído usado pelo LTR, e o outro método é o canal de controle dedicado usado pela Motorola e por alguns outros sistemas.

O método dedicado tem diversas desvantagens sobre o método distribuído. Uma desvantagem pode ser confinamente do throughput.

Quando uma canal de controle dedicado é usado, todo o acesso deve ser feito através do canal do controle. Entretanto, algum método deve ser usado para evitar colisões. Muitos sistemas utilizam uma versão modificada do controle de acesso entalhado (do aloha). As características deste sistema estão bem documentadas em outra literatura. O throughput máximo do controle de acesso entalhado é aproximadamente 37%. Isto resulta no confinamente do throughput mesmo que os pacotes do canal de controle sejam tipicamente de curta duração. Outras desvantagens são que um sistema de canal de controle deve processar todas as chamadas em ordem seqüencial, e assim aumentar carregamento e diminuir os canais que estão disponíveis, aumentar os acessos exponencialmente e os móveis devem competir entre si por um único canal. 

Uma outra vantagem do método distribuído usado em sistemas LTR é que o acesso pode ser feito em qualquer canal que estiver desocupado. Cada repetidor determina quais canais estão desocupados e transmite esta informação em uma seqüência de dados que coexiste com a informação de voz. Isto significa que cada repetidor mantém sua própria seqüência de dados e amarra todos os acessos em seu canal. As colisões são evitadas e seguradas pelos móveis. Isto permite um total processamento paralelo das chamadas. 

Uma outra vantagem do método distribuído é que ele utiliza todas os canais para comunicações de voz. Com um sistema de canal de controle, o canal de controle tipicamente não pode ser usada para comunicações de voz. Na Figura 4, as taxas de bloqueio dos sistemas de cinco canais são comparadas àquelas de um sistema de quatro canais (uma canal usado para controle). Pode ser visto que há significativamente menos bloqueio para o sistema de cinco canais. Por exemplo, num carregamento de 57%, o sistema de cinco canais está atrasado 20% do tempo (bloqueado) comparado aos 25% de um sistema de quatro canais. 

Uma vez que uma chamada é bloqueada, o tempo de espera é diretamente relacionado à taxa de bloqueio e ao carregamento de tráfego.

Entretanto, um sistema de cinco canais (distribuído) tem também um menor tempo de espera. Conforme mostrado na figura 5, o tempo de espera para o sistema de cinco canais com uma carga de tráfego de 57% é 0,45 segundos comparados aos 0,71 segundos para o sistema de quatro canais utilizando um canal do controle.

Figura 4
 

2.2  HANG TIME (TEMPO DO CAIR) 

Com sistemas de rádio LTR, o hang time não é usado para chamadas de despacho (móvel-a-móvel). Um canal é ocupado somente durante o período de duração da transmissão de modo que o tempo entre transmissões possa ser usado por outros usuários realizarem suas chamadas. O único momento em que o hang time é usado com LTR troncalizado é quando estão sendo feitas chamadas telefônicas.   

Alguns outros métodos troncalizados utilizam o hang time com chamadas de despacho durante períodos pesados de carregamento. Isto permite que a parte chamada responda quase sempre a uma chamada sem ser bloqueada. Entretanto, as desvantagens do hang time utilizado a nível sistêmico são significativas porque ele aumenta diretamente o tempo médio de transmissão que, conseqüentemente, aumenta os tempos de bloqueio e de espera para outros usuários.   

Conforme indicado na Figura 5, o tempo de espera com uma carga de tráfego de 57% para o LTR troncalizado (linha “5 CHNL") é 0,45 segundos comparados aos 2,1 segundos para o método do canal de controle usando 2 segundos do hang time (linha “4 CHNL, 2 Sec Hang”). Observe que o tempo de espera do sistema de 20 canais usando canal de controle dedicado e 2 segundos de hang time, aproxima-se infinitamente em 70% do carregamento eficaz. Entretanto, Figura 3 mostra que um sistema LTR (distribuído) tem aproximadamente somente 0,1 segundos de tempo de espera sob as mesmas circunstâncias.  

 Figura 5  

2.3 PRIORIDADE  DE ACESSO

  A prioridade de acesso determina quem consegue o acesso em um sistema ocupado. O método usado pela maioria dos sistemas com um canal de controle dedicado consiste em permitir que todos os móveis tentem acessar o sistema mas impedem o acesso aos móveis de menor prioridade não fornecendo um canal para uso.  Isto significa que os móveis de baixa prioridade ainda ocupam o sistema com suas tentativas de acesso mesmo que não lhes seja fornecido um canal de voz.

3.  DESCRIÇÃO DO MÓVEL E DO REPETIDOR  

3.1 INFORMAÇÃO GERAL SOBRE O MÓVEL  

Os transceptores móveis usados em um sistema LTR devem ser programados pela sinalização LTR e também devem estar configurados para operar na faixa de freqüência correta (800 ou 900 MHz).   

A operação de um transceptor LTR é mais simples do que uma operação em modo convencional. O motivo é que muitas das funções executadas normalmente pelo usuário são executadas pela lógica de controle, como por exemplo, a seleção e a monitoração de canal antes da transmissão. Tudo que o usuário tem que fazer para realizar uma chamada é selecionar o sistema desejado (e o grupo se aplicável) e pressionar o botão “push-to-talk”. Se um sinal ocupado ou uma condição fora-da-faixa não forem indicados por tons especiais ou por mensagens de advertência em algumas exposições, o trajeto está completo e a conversação pode começar. 

Os controles básicos do transceptor incluem o “power on-off”, o controle de volume e o sistema de seleção. A maioria dos transceptores têm também um botão de seleção de grupo. Não há nenhum controle de “squelch” porque o squelch é pré-ajustado internamente. 

3.2  INFORMAÇÃO GERAL DO REPETIDOR

  Os repetidores operam em uma única freqüência, quando este é requisitado para operar em um determinado canal.  Um cartão controlador em cada repetidor realiza todas as funções de controle e  sinalização neste canal. A informação é trocada entre repetidores através de um barramento de dados de alta velocidade. Um controlador de sistema separado não é requerido. Os acessórios opcionais tais como Cartão de Interconexão Telefônica e o “ID Validator” pode ser usado.   
 

3.3  REPETIDORES HOME  
 

Todos os móveis têm um dos repetidores locais atribuídos como seu repetidor "home".  Este é o repetidor do qual os móveis recebem a maior parte de suas informações de controle.  Quando um móvel não está realizando ou recebendo uma chamada, ele fica sempre monitorando seu repetidor home para determinar qual canal está livre e se ele está sendo chamado por um outro móvel.   

4. SINALIZAÇÃO DE DADOS ENTRE MÓVEL-REPETIDOR

  4.1  GERAL

  O controle do sistema é realizado pela troca de mensagens de dados entre o móvel e o repetidor. Esta sinalização de dados ocorre simultaneamente com a voz na freqüência sub-audível de 150 Hz. Isto elimina a necessidade de um canal de controle dedicado e todas os canais podem ser usados para comunicações de voz para a eficiência máxima do sistema.  Se um repetidor falhar, os demais repetidores permanecem operando.   

Mensagens constantemente atualizadas são transmitidas pelos repetidores que estão em uso de modo que, se um transceptor acabou de ser ligado, uma mensagem em andamento não deixa de ser transmitida. Estas mensagens também informam os móveis a respeito de qual repetidor está disponível.   

Os móveis podem transmitir e receber somente os códigos ID programados pelo operador do sistema. Conseqüentemente, outros usuários não podem escutar as conversações outros móveis. Embora o tráfego possa ser monitorado por um transceptor que não seja LTR, é muito difícil uma conversa entre outros móveis ser escutada, pois uma conversação completa pode ocorrer em diversas canais como descrito na seção 4.3. 

4.2  HANDSHAKE DOS DADOS

[Tradução Informática : Handshake or handshaking: sinais de estabelecimento de comunicação; sinais padronizados entre dois dispositivos para assegurar que o sistema está funcionando corretamente, se o equipamento é compatível e se a transferência de dados está correta (os sinais devem incluir "pronto-para-receber", "pronto-para-transmitir", "dados OK")] 

Quando um móvel realiza uma chamada, um dado "handshake" ocorre com o repetidor.  O móvel transmite uma solicitação de serviço ao repetidor e quando o repetidor detecta essa mensagem, transmite uma mensagem de volta ao móvel informando-lhe que ele acessou o sistema com sucesso. O tempo total que é requerido para completar o “handshake” é menor que 0,03 segundos. Outras vantagens deste “handshake” estão no fato de ele assegurar que o “handshake” não está ocorrendo em um canal errado por causa da intermodulação, e impede que um móvel com um sinal mais forte capture um canal já em uso.
 

4.3 TRANSMISSÃO TRONCALIZADA (TRUNKING)

  Com chamadas móvel-à-móvel padrão, um repetidor é retido somente durante o período de duração de uma transmissão. Este tipo de entroncamento (trunking) é chamado de transmissão troncalizada.  Com chamadas RIC (Interconnect), o repetidor é retido durante o período de duração da chamada de modo que uma chamada não seja interrompida. A transmissão troncalizada fornece eficiência máxima do sistema pois outros móveis (usuários) podem usar o tempo entre transmissões de outros móveis (usuários). Consulte a seção 2.2 para maiores informações a respeito deste tipo de entroncamento (trunking). 

4.4  FORMATO DA MENSAGEM DE DADOS  

As mensagens de dados são transmitidas continuamente ao repetidor pelo móvel chamador enquanto uma conversação está em andamento. O repetidor também está transmitindo continuamente mensagens ao móvel chamado e a todos os outros móveis que monitoram esse canal. A informação específica contida nas mensagens de dados depende se ela é transmitida do repetidor ou do móvel. A largura de cada bit de dados é 3,33 ms e a taxa de dados é 300 bits por o segundo. Uma mensagem de dados completa é transmitida em aproximadamente 130 ms.  

A informação contida nas várias mensagens de dados é mostrada na figura 6. As seguintes informações descrevem as várias partes destas mensagens.   

SYNC = os primeiros dois bits de uma mensagem de dados inicializa o circuito de dados de recepção. Os outros bits “sync” são usados para detectar a chegada da mensagem de dados e estabelecer a sincronização de bit.  

ÁREA = com mensagens transmitidas pelo móvel, esta é a área programada dentro do móvel;  com mensagens transmitidas pelo repetidor, esta é a área programada pela matriz de programação na gaveta lógica. Se a área da mensagem transmitida não estiver de acordo com a área programada, a mensagem é ignorada e a tentativa de chamada é mal sucedida.  Este bit é codificado geralmente como "0" a menos que hajam dois sistemas LTR próximos bastante para interferir um com o outro. Então, um sistema é codificado como "0" e o outro sistema é codificado como "1". 

Mobile-to-Repeater Data Message

Mobile-to-Repeater Data Message (Repeater Busy)

Mobile-to-Repeater Data Message (Repeater Idle)

DATA MESSAGE FORMAT
Figura 6

IN USE ou GO-TO-REPEATER- numa mensagem de dados do móvel para o repetidor, este slot contem o número do repetidor ao qual a mensagem está sendo transmitida. Se estes bits não forem os mesmos que o número atribuído ao repetidor, a mensagem fica aparecendo no canal errado por causa da intermodulação e é ignorada. 

Quando a chave do PTT é liberada, o transmissor permanece durante um curto período de tempo e o código turn-off (31) é emitido neste slot. O código é retransmitido pelo repetidor e quando é detectado pelos móveis de recepção, eles silenciam e reassumem o monitoramento do canal inicial (home). Isto evita um "squelch tail" (rajada de ruído) quando os  móveis transmissores são desligados.

Com mensagens do repetidor-móvel, a informação específica neste slot depende se o repetidor está ou não ocupado. Se estiver ocupado, as mensagens separadas são transmitidas ao móvel usando o repetidor e também a outros móveis que podem estar troncalizados fora de outros repetidores. Na mensagem ao móvel usando o canal, este slot contém o número do repetidor. Nas mensagens aos móveis troncalizados para fora de outros repetidores, ele contém o repetidor para comutar a fim receber a chamada. Se o repetidor não estiver ocupado, uma mensagem é transmitida a cada 10 segundos para manter os móveis atualizados e este slot contém o número do repetidor. 

HOME REPEATER = em uma mensagem de dados repetidor-móvel, este slot contém o número do repetidor “home” do móvel que está sendo chamado. Este é sempre o número do repetidor “home” programado no sistema selecionado do móvel que faz a chamada.  

Em uma mensagem de dados repetidor-móvel, este slot contém o mesmo número do repetidor recebido na mensagem de dados do móvel. Se o repetidor não estiver ocupado, ele transmite seu número neste slot.  

ID CODE = Numa das muitas mensagens de dados do repetidor para o móvel, este slot contém o código ID (1-250) do móvel ou do grupo de móveis que estão sendo chamados.  Numa mensagem de dados do repetidor para o móvel, este é o código ID do móvel ou do grupo de móveis que estão sendo chamados naquele canal.

Se outros móveis atribuídos a este repetidor possuírem entroncamentos para outros repetidores para receberem uma chamada, mensagens adicionais são transmitidas contendo os códigos ID destes móveis. O repetidor inicia esta informação a partir do seu barramento de dados. A informação de GO-TO descrita anteriormente diz a estes móveis em qual repetidor eles devem comutar.  

FREE CHANNEL = Em uma mensagem de dados do móvel para o repetidor, este slot contém o código (31), que é um código momentâneo. Em uma mensagem de dados do repetidor para o móvel, este slot contém o número de um repetidor que não esteja ocupado e disponível para o serviço. Isto informa aos móveis atribuídos a este repetidor qual repetidor usar para realizar a chamada. O repetidor livre é escolhido de uma forma aleatória como descrito na seção 5.3. Se um repetidor não estiver ocupado, este slot contém seu número. Se todos os repetidores estiverem ocupados, este slot contém " 0 ".  

ERROR CHECK BITS = estes bits são usados para verificar se há erros em uma mensagem de dados.  Se um erro for detectado, a mensagem é ignorada.  

5.  SINALIZAÇÃO DO BARRAMENTO DO REPETIDOR  

5.1  GERAL  

Uma única linha do barramento serial interconecta Cartões Controladores Principais (Main Controller Cards) de todos os repetidores LTR naquele local (site). Há 21 time-slots no barramento de dados sendo que os time slots 1 ao 20 são usados para o relatório do repetidor e o time-slot 21 é usado pelo Validator ID (veja seção 5.4). O time-slot usado por um repetidor é determinado pelo número atribuído a este repetidor via programação.

O repetidor 1 usa o time-slot 1; o repetidor 5 usa o time-slot 5 e assim por diante. A taxa de dados no barramento de dados de do repetidor é 18,750 bits por segundo.  

Em seu time-slot, cada repetidor coloca a informação no barramento indicando seu status.  Se um repetidor não estiver ocupado, somente os bits de inicialização aparecem em seu time-slot. Se um repetidor estiver ocupado, ele coloca em seu slot o repetidor home e o código ID do móvel que recebe a chamada naquele repetidor. Se um número do repetidor não estiver atribuído, nada aparece nesse time-slot.

5.2  ORDEM DA MENSAGEM DE DADOS DO MÓVEL.

  Cada repetidor monitora todos os time-slots no barramento de dados. Se ele detectar seu número em um outro tiime-slot, ele começa a transmitir uma mensagem de dados adicional a seus móveis. Esta mensagem diz aos móveis programados para detectar esse código de ID para ir aquele repetidor para receber uma chamada. Esta mensagem adicional continua até que o móvel esteja transmitindo em outro repetidor.  

5.3  DETERMINAÇÃO DO REPETIDOR LIVRE 

Cada repetidor home determina qual repetidor está livre através do monitoramento da informação nos vinte time-slots.  

Cada slot é monitorado em ordem e se um slot contiver somente bits de inicialização, esse repetidor é detectado como desocupado. Se a informação em um slot não indicar nenhum repetidor ou um repetidor ocupado, o repetidor livre não muda e é o último repetidor detectado como desocupado. O repetidor livre transmitido numa mensagem de dados, é então, o repetidor livre que está sendo detectado no instante em que a mensagem é composta. Por exemplo, suponha um sistema de cinco-repetidores com os repetidores 1, 5, 9, 13 e 17.  Se os repetidores 5 e 13 estiverem ocupados, o repetidor livre muda conforme os vinte time-slots são monitorados:   

1 1 1 1 1 1 1 1 9 9 9 9 9 9 9 9 17 17 17 17 

Pode-se observar com este esquema que, quando menos de vinte repetidores são usados, os números devem ser atribuídos de modo que a distribuição entre os números sejam tão iguais quanto possível. Por exemplo, se cinco repetidores fossem numerados de 1-5, o último repetidor detectado como desocupado seria o repetidor inativo para slots de tempo 6-20. 

5.4  OPERAÇÃO DO ID VALIDATOR 

6.  EXEMPLO DE AQUISIÇÃO DO SISTEMA

6.1  INTRODUÇÃO 

Quando um móvel é ativado mas não está em operação, ele fica sempre monitorando as mensagens de dados de seu repetidor home. Ele verifica estas mensagens para determinar se está sendo chamado por um outro móvel e também qual repetidor está livre, caso queira realizar uma chamada. Se o botão do PTT for pressionado, o transceptor comuta para o repetidor que aparece no slot FREE e transmite uma mensagem de dados. O repetidor FREE é sempre o repetidor home a menos que esteja ocupado. A seguinte informação descreve a informação contida nas mensagens de dados transmitidas quando uma chamada é feita. 

Figura 7

6.2 FAZENDO UMA CHAMADA QUANDO O REPETIDOR HOME ESTIVER LIVRE  

Suponha que o móvel "A" esteja chamando os móveis "B" que estão programados para decodificar o código ID 212 (veja figura 7).  O repetidor home de todos estes móveis é 2 e o bit de área é 0. Esta chamada prossegue como segue:    
O repetidor 2, que não está ocupado, fica transmitido a seguinte mensagem a cada 10 segundos:  

Go To Home ID Free  

Area Repeater Repeater Code Repeater    

O móvel "A" recebe e decodifica esta mensagem e verifica os bits do REPETIDOR LIVRE para determinar qual repetidor está disponível. Quando o botão do PTT do móvel "A" é pressionado, ele transmite a seguinte mensagem de dados:    

Repeater Home ID Pass    

Área in Use Repeater Code Character    

Após a mensagem ser transmitida, a lógica do móvel "A" desliga o transmissor e espera por uma resposta do repetidor. O repetidor 2 verifica os bits de ÁREA e REPEATER IN USE para certificar-se que o móvel é do sistema LTR correto e esteja transmitindo no canal correto. O repetidor coloca então a seguinte informação no slot 2 na barramento de dados do repetidor:    

                                               TIME SLOT                                TIME SLOT

Até este tempo, o slot 2 conteve somente os bits de começo, que indicaram que não eram ocupados.  A informação no slot 2 diz aos outros repetidores que o repetidor 2 é ocupado.  Ao mesmo tempo, o repetidor 2 transmite a seguinte mensagem de dados:   

Go To Home ID  

Area Repeater Repeater Code Repeater    

Quando o móvel "A" recebe esta mensagem, ele compara os bits de ÁREA, HOME REPEATER e ID CODE àqueles transmitidos e verifica se o número do repetidor GO TO é o mesmo do canal em que ele está. Se estes dados estiverem corretos, o transmissor é habilitado e o handshake está completo.   

Quando os móveis "B" decodificam esta mensagem, os bits AREA, HOME REPEATER HOME e ID CODE são verificados. Assim o código ID corresponde ao código ID decodificado programado; a lógica liga o receptor. Ele permanece no mesmo canal porque os bits GO TO indicam o repetidor 2. Isto completa a trajetória via RF entre o móvel "A" e os móveis "B".

 ATUALIZADO EM 10/08/2002

Restante da tradução: Em construção