Работа модулей EHS5 и EHS6 с автомобильными системами экстренных вызовов оперативных служб eCall и «ЭРА-ГЛОНАСС»

Модули EHS5 и EHS6 в проектах eCall и «ЭРА-ГЛОНАСС»

Европейская система экстренного реагирования eCall предназначена для автоматического оповещения служб экстренного реагирования при авариях автомобильного транспорта. Основные параметры системы eCall регламентированы международными стандартами ETSI, 3GPP и рекомендованы к применению во всех странах ЕЭС. В РФ разработана аналогичная система «ЭРА-ГЛОНАСС», основные функциональные свойства, параметры и характеристики которой согласуются с eCall и регламентируются стандартом. В статье используются оригинальные термины технической документации eCall и их синонимы из технической документации «ЭРА-ГЛОНАСС».

Компания Gemalto M2M была одной из первых, кто внедрил поддержку eCall в своих модулях, поэтому для данной системы имеется подробное описание в технической документации. Поддержка российской системы «ЭРА-ГЛОНАСС» была позднее добавлена, как опция, в ПО eCall. Схема, поясняющая принцип работы eCall, показана на рисунке 1:

Рисунок 1. Структурная схема работы eCall

В системе eCall предусмотрено три стандартных сценария работы:

• аварийный вызов emergency call в ручном или автоматическом режиме;
• тестовый вызов test call, предназначенный для проверки работоспособности системы;
• выбор параметров режима configuration call, предназначенный для конфигурирования параметров нормального режима работы и режима тонального модема inband modem mode.

Аварийный вызов соответствует тяжёлой аварии (перегрузки 1–3g), при которой срабатывает акселерометр или подушки безопасности, запускающие установленную на автомобиле аварийную систему (АС) вызова оперативных служб (In-Vehicle System, IVS). Система АС–IVS по каналам сотовой связи отправляет в центр обслуживания аварийных звонков (ЦОЗ) тревожное сообщение (Initiation message, IM).

АС может работать в одном из двух вариантов:

• Voice Mode — аварийный звонок в голосовом режиме, когда пассажиры транспортного средства (ТС) и оператор ЦОЗ могут общаться голосом, как при обычном телефонном разговоре (ручное или автоматическое управление).
• Data Mode — процесс передачи минимального набора данных об аварийном автомобиле, при котором оператор ЦОЗ и пассажиры ТС не могут слышать друг друга. После того как сообщение IM будет принято и обработано, ЦОЗ (Public Safety Answering Point, PSAP) устанавливает в автоматическом режиме связь с аварийным ТС. При этом микрофон и динамик в автомобиле отключаются, и АС переходит в режим передачи данных.

Управление модулями EHS5/6 осуществляется с помощью специальных АТ-команд, используемых в программном обеспечении Rel 03 Cinterion. Ниже показаны в качестве примеров основные АТ-команды, предназначенные для работы модулей EHS5 и EHS6 в режимах eCall и «ЭРА-ГЛОНАСС»:

Необходимо подчеркнуть, что АТ-команды для eCall и «ЭРА-ГЛОНАСС» у разных производителей во многом не совпадают, как по формату, так и по синтаксису. В основном, это связано с правами собственности на ПО. Поэтому АТ-команды Cinterion нельзя напрямую использовать для работы с другими модулями.

Инициализация работы eCall в сети реализуется командой +CECALL.

Формат команды:

AT+CECALL= <type_of_ecall>, <ecall_nr>

Параметр <type_of_ecall> определяет режим работы и может принимать следующие значения:

• «0» — Test eCall, тестовый вызов в голосовом режиме;
• «1» — Reconfiguration eCall, переключение в режим тонального модема (inband modem mode);
• «2» — Manually initiated eCall, звонок в ручном режиме;
• «3» — Automatically initiated eCall, звонок в автоматическом режиме. Параметр <ecall_nr> определяет номер телефона, на который производится тестовый вызов.

Тестовый вызов (test call) — это обязательная опция, которую должно поддерживать каждое устройство АС–IVS. В процессе тестового вызова проверяются параметры работы тонального модема, аудиосистемы, качество связи с диспетчерским центром, а также заносится в телефонную книгу модема номер ЦОЗ. Для проверки качества связи можно использовать любой дополнительный телефонный номер. Таймер контроля обнаружения ЦОЗ устанавливается командой StartTimeout. Формат команды:

AT^SCFG="Call/Ecall/StartTimeout", <starttimeout>.

Параметр <starttimeout> определяет время ожидания старта в миллисекундах. Этот таймер запускается в соответствии с предварительными настройками — после того, как отработает программа Setup. Таймер останавливается после получения последовательности из трех соответствующих SF-сообщений, подтверждающих обнаружение ЦОЗ. Пример установки:

^SCFG: "Call/Ecall/StartTimeout","10000".

«Минимальный набор данных» (МНД) — цифровое сообщение объемом 140 байт, используемое для передачи информации об аварии в системе eCall. Оригинальный английский термин: Minimum Set of Data, MSD». Это сообщение содержит информацию о координатах аварийного ТС, времени аварии, VIN-коде ТС и другие данные, необходимые для экстренного реагирования.

В технической документации eCall вводится также понятие MSD data frame, под которым подразумевается длительность передачи одного МНД-сообщения, равная 1 080 мс при быстрой модуляции или 2080 мс при помехоустойчивой модуляции.

Минимальный набор данных контролируется с помощью команды Call/Ecall/Msd.

Формат команды:

AT^SCFG="Call/Ecall/Msd", <msd>.

Параметр <msd> определяет в шестнадцатеричном коде количество символов в МНД, например "1A13F3". Максимальный объем МНД составляет 240 знаков (140 или 1120 байт). Каждое МНД-сообщение содержит дополнительные 28 бит кода CRC.

В заводских настройках параметр <msd> устанавливается равным 0, что подразумевает ограничение на объем переданных данных, равное 140 байт. Поэтому тестовое сообщение с заводскими установками, полученное на ЦОС, будет выглядеть следующим образом:

AT^SCFG=Call/Ecall/Msd ^SCFG: "Call/Ecall/Msd","000000000000000000000000000 000000000000000000000 0000000000000000000000000000000000000000000000000 000000000000000000000

Реальное МНД-сообщение, содержащее координаты ТС, VIN, дату и время, выглядит, например, так:

AT^SCFG=Call/Ecall/Msd,"A0CBB22C0CC3304DD3348EE 338CFF300BA57A04C80E3450BA029 D902000000000000000000000000000000000000000000000 000000000000000000000000000000

Структурная схема системы eCall на этапе срабатывания датчиков удара и пересылки МНД показана на рисунке 2:

Рисунок 2. Структурная схема работы системы eCall на этапе фиксации аварии и пересылки МНД

Тональный модем (In-band Modem, IM) используется для передачи МНД в системе eCall в соответствии со спецификацией 3GPP [38]. Он обеспечивает передачу МНД в рамках установленного голосового соединения между АС и ЦОЗ. Поскольку невозможно передавать голосовое сообщение и данные одновременно, тональный модем обеспечивает попеременную передачу голоса и данных.

В режиме PULL mode АС передает МНД по запросу ЦОЗ, которому принадлежит инициатива данного режима. В режиме PUSH mode инициатива принадлежит АС, которая устанавливает запрос на то, чтобы ЦОЗ полностью контролировал со своей стороны работу с тональным модемом.

В случаях аварийного или тестового звонков тональный модем всегда стартует в режиме PUSH mode. В этом режиме модем посылает на ЦОЗ запрос на установление связи IM. Сообщение IM, о котором было сказано выше, дает возможность ЦОЗ установить тот факт, что данное ТС оснащено АС, содержащей тональный модем, и запросить данный автомобиль прислать МНД. В соответствии с этим запросом голосовой канал АС блокируется на 10–20 с, в течение которых IM отправляет МНД. После этого автоматически восстанавливается режим голосовой связи, в котором оператор ЦОЗ может уточнить детали происшествия и состояние пассажиров. Сеанс связи заканчивается сразу после прекращения голосового соединения с ЦОЗ. При этом модем переходит в режим пассивного отслеживания входящих сообщений от удаленного терминала ЦОЗ. С другой стороны, ЦОЗ находится в режиме ожидания повторных аварийных звонков от этого абонента.

В любом из режимов работы eCall автоматически запускается таймер ожидания ответа. Модуль автоматически принимает входящие голосовые вызовы и переключает IM в режим PULL mode. При необходимости ЦОЗ может затребовать повторную пересылку МНД. В случае подтверждения информации об аварии в сеансе голосовой связи или при ее отсутствии, оператор ЦОЗ направляет на место аварии медицинскую скорую помощь, полицию и другие службы экстренного реагирования. Если ситуация позволяет, водитель или пассажиры могут вручную включить аварийную кнопку и дополнительно связаться с ЦОЗ. Аварийное сообщение имеет приоритетный статус и будет передано через любого сотового оператора, сигнал которого является наиболее мощным в данной точке.

Следует подчеркнуть, что по инициативе ЦОЗ голосовая связь может быть прервана, и в любой момент может быть установлено соединение через IM для повторного получения МНД. Эта функция является приоритетной и не может контролироваться пассажирами аварийного ТС.

Включение тонального модема производится триггерной командой Call/Ecall/Callback, прерывающей голосовой звонок.

Формат команды:

AT^SCFG="Call/Ecall/Callback", <callback>.

Параметр <callback> подключает или отключает IM: “0“ —выключен; “1“ —включен.

Входящие вызовы принимаются стандартной командой ATA. В этом случае IM всегда начинает работу в режиме PULL и остается в нем в состоянии ожидания до тех пор, пока ЦОЗ не пришлет стартовое сообщение, в ответ на которое начинается передача МНД. Время ожидания обратного звонка (callback) задается командой CallbackTimeout.

Формат команды:

AT^SCFG = "Call/Ecall/CallbackTimeout", <callbacktimeout>.

Параметр <callbacktimeout> задает время ожидания регистрации в сети в миллисекундах в режиме Callback и вступает в силу только после перезапуска модуля. При этом заданные значения времени могут быть округлены до ближайшей секунды (например входное значение «2999999 мс» будет воспринято в ответе, как «2999000».

Состояние таймера eCall Callback контролируется сообщением URC, вызываемым командой АТ +CIEV = "ecaller,5".

Время сессии eCall определяется командой AT^SCFG: "Call/Ecall/SessionTimeout", <sessiontimeout>. Параметр <sessiontimeout> задает время передачи МНД. В том случае, когда превышено заданное время, процесс передачи МНД прерывается. Пример установки:

^SCFG: "Call/Ecall/SessionTimeout","60000".

Таймер подтверждения передачи МНД задается командой AckTimeout. Формат команды:

AT^SCFG = "Call/Ecall/AckTimeout", <acktimeout>.

Параметр <acktimeout> определяет контрольное время передачи МНД в миллисекундах. Этот таймер включается с началом передачи МНД и выключается после получения сообщения об удачной доставке. Пример установки:

^SCFG: "Call/Ecall/AckTimeout","5000".

Для получения детальной информации о текущем состоянии модуля при работе в режиме eCall нужно использовать команду AT^SIND = <inDescr>, <mode>. Параметр <inDescr> может принимать значения "ecallda", "ecallco", "ecaller". Параметр <ecallda> соответствует текущему состоянию eCall: «0» — eCall стартовал, но не соединился с ЦОЗ; «1» — соединение установлено и началась передача МНД; «2» — получено подтверждение ACK; «3» — получено подтверждение <HL-ACK> (значения HLACK могут лежать в диапазоне 0–15). Параметр <ecallco> указывает на состояние соединения, установленного между тональным модемом и линиями Rx, Tx вокодера: «0» — IM не подключен, возможно нормальное голосовое соединение; «1» — IM подключен к линии Rx вокодера, возможен прием голосового сообщение от ЦОЗ; «2» — IM подключен к линиям Rx, Tx вокодера, голосовая связь невозможна. Параметр <ecaller> отвечает за индикацию ошибок текущего соединения eCall: «0» — eCall стартовал, ошибок нет; «1» — время ожидания подтверждения ACK может быть скорректировано с помощью параметра <acktimeout>; «2» — время ожидания стартового таймера может быть скорректировано с помощью параметра <starttimeout>;. «3» — время ожидания таймера сессии eCall может быть скорректировано с помощью параметра <sessiontimeout>; «4» — это значение не используется в Rel 3; «5» — время ожидания таймера подтверждения передачи может быть скорректировано с помощью параметра <callbacktimeout>; «102» — плохое соединение, показывающее, что информации недостаточно, поэтому передача МНД не может быть признана достоверной. Режим eCall only используется для того, чтобы сократить время, необходимое для установления соединения. Параметры этого режима задаются с помощью configuration call и сохраняются в USIM. В этой конфигурации модуль EHS5 регистрируется в сети только в случае аварийного вызова. В режиме configuration call можно переключать режим работы eCall only mode на нормальный режим работы(normal operating mode), а также удаленно конфигурировать USIM-карту.

Модуль стартует в режиме eCall only только в том случае, когда эта конфигурация задана на USIM, и когда активирован фиксированный телефонный номер (Fixed Number, FDN). В режиме eCall only модуль не отправляет в сеть никакие сигналы. Поэтому он не регистрируется в сети, и его состояние остается неопределенным. При этом модуль находится в режиме ожидания вызова от ближайшей базовой станции, через которую возможна связь с ЦОЗ. В таком варианте модуль находится в полной готовности зарегистрироваться в сети в случае аварийного звонка, не тратя времени на поиски ближайшего оператора ЦОЗ.

Пассивный режим работы определяется командой MEopMode/Dormancy.

Формат команды:

AT^SCFG="MEopMode/Dormancy", <dormancy>, <eCallUSIM>.

Параметр <dormancy> является универсальным для всех интерфейсов и отвечает за пассивный режим управления. Этот параметр может принимать два значения: «0» — выключить dormancy mode, «1» — включить. В том случае, когда режим dormancy mode отключен, модем ведет себя в соответствии с инструкциями, зафиксированными на USIM.

При включенном режиме dormancy mode поведение модема определяется дополнительными параметрами. Например, параметр <eCallUSIM> отвечает за работу в режиме CallOnly-USIM. «0» — Call-Only-USIM выключен, «1» — включен. В случае активации данного режима, модем функционирует в соответствии с требованиями eCall-Inactive-State, 3GPP TS 24.008 и регистрируется в сети только в случае аварийного вызова. В данном режиме активируется таймер eCall Callback Timer, срабатывание которого активирует выход из сети и возврат в пассивный режим.

Дополнительный режим работы — Hands-Free Audio — предназначен для таких сценариев, в которых серьезные травмы могут препятствовать пассажирам ТС вручную устанавливать связь с ЦОЗ и самостоятельно отвечать на голосовые вызовы. Hands-Free Audio устанавливает громкую связь в автоматическом режиме при получении на ЦОЗ аварийного сигнала.

Контроль аудио сообщений осуществляется с помощью следующих команд:

AT^SIND=audio,1 OK AT^SIND=voiceprompt,1

С помощью команды AT^SAFH можно записывать и проигрывать голосовые сообщения в формате AMR (Adaptive multi rate — адаптивное кодирование с переменной скоростью).

Формат команды:

AT^SAFH = <audioFileCmd>, <audioFilePath>, <bitRate>, <locationPlay>.

Эта команда подробно рассмотрена в первой части статьи [18].

Пример управления работой модуля EHS5 в режиме eCall для тестового звонка:

AT+CPIN?
+CPIN: READY
AT^SIND=ecallda,1
^SIND: ecallda,1
AT^SIND=ecallco,1
^SIND: ecallco,1,0
AT^SIND=ecaller,1
^SIND: ecaller,1,0
AT^SCFG=Call/Ecall/Msd,A0CBB22C0CC3304DD3348 EE338CFF300BA57A04C80E3450BA029D90200000000000
AT+CECALL=0,"1234567"
+CIEV: ecallco,1
+CIEV: signal,0
+CIEV: sounder,0
+CIEV: call,1
+CIEV: ecallco,2
+CIEV: ecallda,1
+CIEV: ecallda,2
+CIEV: ecallda,3,2
+CIEV: ecallco,1
+CIEV: signal,99

+CIEV: call,0
NO CARRIER
+CIEV: ecallco,0

В отношении различий между eCall и «ЭРАГЛОНАСС», нужно отметить ряд важных моментов. В основном, это касается характеристик систем спутниковой навигации, а также параметров сетей мобильной связи. В целом, в оборудовании «ЭРА-ГЛОНАСС», которое размещается в салоне автомобиля, используются одни и те же основные принципы, что и в системе eCall. Однако, в соответствии со стандартом РФ [33], абонентские терминалы, используемые в «ЭРА-ГЛОНАСС», должны обеспечивать определение местоположения ТС с использованием спутниковой системы навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС+GPS с точностью 15 м, при вероятности 95%. Входящий в состав АС приемник ГНСС должен предоставлять возможность определения навигационных параметров с использованием сигналов только навигационной системы ГЛОНАСС.

Из других требований системы ГЛОНАСС можно отметить, что микросхема SIM/ USIM должна быть впаяна в АС таким образом, чтобы была исключена возможность ее извлечения из платы АС с целью последующего использования. Передача профиля ускорения при ДТП и наличие датчика автоматической идентификации факта ДТП, обеспечивающий измерение ускорений до 24G, не являются обязательными условиями для штатных АС.

Для конфигурирования процесса фиксации аварии, формирования и отсылки МНД и обмена голосовыми сообщениями в системах eCall и ГЛОНАСС используются одинаковые алгоритмы и АТ-команды. Однако для работы с системой «ЭРА-ГЛОНАСС» используются такие дополнительные команды, как, например, AT^SCFG="Call/Ecall/Pullmode" (переключение модема в режим «ЭРА-ГЛОНАСС» Pullmode) и AT^SCFG="MEopMode/Dormancy" (конфигурирование режима ожидания «ЭРА-ГЛОНАСС»). Эти команды не используются в eCall. С другой стороны, в системе «ЭРА-ГЛОНАСС» не используются команды black and white list, которые применяются в старых версиях оборудования eCall. Поэтому в списке команд Rel 3 нет таких команд для «ЭРА-ГЛОНАСС», как AT^SGLPLW; AT^SGHPLW, AT^SGLPLR, AT^SGLPLR, AT^SGHPLR, ERA-GLONASS. Кроме того, в команде AT^SIND= <inDescr>, <mode> не поддерживается параметр <inDescr> = "gplmn" — Indicates whether Public Land Mobile Network (PLMN).

В остальном, работа под руководством АТ-команд для модулей EHS5/6 в режимах «ЭРА-ГЛОНАСС» и eCall совпадает.

В заключение следует отметить, что передача надёжных данных при голосовом соединении во многом обусловлена качеством аудиокодеков, используемых в системах сотовой связи и оптимизированных специально для сжатия аудиосигнала. Данные, переданные по голосовому каналу, могут быть искажены за счет наводок и ошибок декодирования. Кроме того, при таком способе передачи часто происходит потеря кадров, затрудняющая процесс восстановления информации с помощью IM. В модулях EHS5/6 используется современный 16-разрядный цифровой аудиоинтерфейс, позволяющий подключать аудиоустройства с поддержкой импульсно-кодовой модуляции (PCM). Благодаря модуляции PCM, модули EHS5/6 можно использовать с внешними высококачественными кодеками, такими, например, как 13-разрядный линейный голосовой кодек Nuvoton W681360. Цифровой аудио интерфейс модулей EHS5/6 может работать в режимах Master и Slave с частотой синхронизации 256 кГц и поддерживать скорость семплирования 8 кГц при длительности фрейма 125 мкс.

© ЕвроМобайл, журнал «Беспроводные технологии», №3, 2015
©Денис Можайков
Виктор Алексеев, к. ф.-м. н.