Особенностью системы eCall является наличие встроенного тонального модема (in-band модема) в абонентском терминале. Основная функция тонального модема заключается в передаче МНД в режиме голосового вызова.

Модем должен соответствовать требованиям, установленным в ГОСТ 33470—2015 [1]. В составе абонентского оборудования тональному модему уделяется место как некоему блоку. На рисунке 1 он указан как аппаратура транспортного средства. В момент дорожно-транспортного происшествия автомобильная система должна передать в Центр обратобки вызовов (ЦОВ) минимальный набор данных (МНД) посредством телефонной сети общего пользования (ТФОП). МНД передается по голосовому каналу, при этом аудиоустройства внутри кабины автотранспорта (микрофон и громкоговоритель) должны быть выключены; голосовой кодек переключается на тональный модем.

Рисунок 1. Принцип передачи МНД от аппаратуры ТС до ЦОВ

В соответствии со стандартом голосовой вызов может быть установлен как вручную, так и автоматически (по срабатыванию датчика аварии). Причем информация об этом должна быть включена в МНД. Таким образом оператор системы сможет определить обстоятельства, при которых совершен вызов. Скажем, ручной вызов должен быть подтвержден сотрудником оператора системы при голосовом контакте, поскольку такой вызов может быть совершен по ошибке или неосознанно.

Существуют два режима при передаче МНД: pull mode и push mode. После того как голосовой вызов установлен (автоматически или вручную), тональный модем проверяет аудиосигнал, входящий от голосового кодека на предмет наличия синхронизационного запроса от ЦОВ. Когда запрос принимается, вход голосового кодека отключается от микрофона и громкоговорителя и замыкается на тональный модем. Это позволяет избавиться от посторонних шумов во время передачи самого МНД и увеличить вероятность его успешного приема и декодирования на стороне ЦОВ. Далее тональный модем передает синхронизационный пакет центру обработки вызовов и, получив подтверждение от него, начинает передачу самого МНД. По окончании приема МНД ЦОВ шлет в сторону тонального модема соответствующее подтверждение. Такой порядок передачи МНД называется pull mode.

Кроме того, тональный модем может передать МНД по другому сценарию, в так называемом режиме push mode, когда при установлении голосового вызова тональный модем сначала шлет в сторону ЦОВ приглашение, а далее все происходит по сценарию pull mode.

Иногда процесс передачи МНД может быть сорван, тогда в рамках текущего голосового вызова этот процесс возобновляется по истечении 20 секунд с момента начала предыдущего сеанса передачи [2].

Работа тонального модема управляется специальным набором АТ-команд, который позволяет установить режим вызова (ручной/автоматический), тип вызова (экстренный/тестовый), достоверность передаваемых координат, координаты, тип транспортного средства, тип топлива и т. д. [3].

К коммуникационному модулю транспортного средства установлен ряд требований, указаный в ГОСТ Р 57484-2017 [4]. GSM/UMTS модем должен работать в сетях подвижной связи (ССПС) в диапазонах GSM 900 и GSM 1800, а также UMTS 900 и UMTS 2000 с поддержкой пакетной передачи данных и приема/передачи коротких текстовых сообщений (SMS) и обеспечивать процедуру передачи управления при переходе из одного диапазона в другой. Для этого модем должен соответствовать требованиям, установленным в соответствии с законодательством в области связи [4], [5]. Входящая в состав коммуникационного модуля SIM/USIM-карта должна обеспечивать регистрацию и работу в ССПС стандартов GSM 900/1800 и UMTS 900/2000 и содержать профиль сети подвижной радиотелефонной связи, обеспечивающей функционирование ГАИС «ЭРА-ГЛОНАСС». Также на SIM/USIM-карте должен быть деактивирован запрос ввода PIN-кода при включении.

Для передачи данных о ДТП система использует систему спутникового позиционирования и сети сотовой связи 2G или 3G. Схема работы системы eCall показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема работы системы eCall

Система экстренного реагирования при авариях состоит из четырех элементов:

• блока интерфейса пользователя (БИП),
• глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС),
• сети сотовой связи
• центра обработки вызовов и координации экстренных служб (ЦОВ).

Для передачи МНД от автомобиля до ЦОВ используется голосовой тракт. Это обусловлено тем, что установление связи по голосовому каналу имеет наивысший приоритет и гарантированные минимальные задержки. В системе eCall для передачи МНД используется так называемый тональный модем. Его основная функция — передача МНД в голосовом канале [6]. Координаты места ДТП в МНД указываются с помощью ГНСС.

Российская государственная система экстренного реагирования при авариях ЭРА-ГЛОНАСС согласуется с Европейской системой eCall. Она использует те же принципы и протоколы, но обеспечивает дополнительные возможности, например она имеет режим обратного звонка и может использовать СМС в качестве резервного канала передачи МНД. Поскольку передача СМС требует минимальных возможностей сети, это значительно повышает вероятность приема МНД. Передачу СМС может запросить ЦОВ, если голосовое соединение было установлено успешно, но первое сообщение с МНД не было принято. Также БИП может передать СМС, если ему не удалось установить голосовое соединение.

БИП устанавливается в салоне транспортного средства. В состав типового блока интерфейса пользователя входят встроенный управляющий микроконтроллер, тональный модем и приемник ГНСС.

Встроенный управляющий микроконтроллер является центральным элементом блока интерфейса пользователя. Он постоянно собирает информацию от бортовых датчиков – положение автомобиля, отметку времени и количество пассажиров – и в то же время контролирует приемник ГНСС и тональный модем через интерфейс ГНСС и интерфейс модема соответственно. Также БИП составляет минимальный набор данных (МНД), в состав которого входит VIN-код ТС, тип топлива и также текущую информацию от бортовых датчиков. Приемник ГНСС поддерживает постоянное отслеживание местоположения автомобиля. Во время ДТП срабатывает датчик, и тональный модем устанавливает голосовое соединение с ближайшим ЦОВ по каналам GSM/UMTS с целью передачи МНД. Также в состав блока интерфейса пользователя входит микрофон и громкоговоритель, что дает возможность водителю и пассажирам ТС поддерживать разговор с оператором центра обработки вызовов.

Центр обработки вызовов и координации экстренных служб (ЦОВ) является одним из главных элементов систем экстренного реагирования. К его задачам относится автоматическое получение данных об аварии, таких как местоположение, время и степень тяжести ДТП. ЦОВ отвечает на вызов (и принимает МНД) и принимает необходимые меры, например отправляет службы спасение на место аварии. Голосовое соединение используется в дальнейшем для получения дополнительной информации. Стоит отметить, что центру обработки вызовов необходимо обрабатывать информацию о транспортных средствах, зарегистрированных как в своей стране, так и за рубежом.

Минимальный набор данных (МНД) – это сообщение, формируемое блоком интерфейса пользователя для отправки в ЦОВ.

МНД состоит из 140 байт и 28 проверочных бит для CRC, что в сумме дает длину в 1148 бит [7]. После кодирования для прямой защиты от ошибок длина МНД составляет 1380 бит.

Следует отметить, что компановка европейского МНД отличается от российского. Российский МНД имеет уплотненный формат, сформированный побитово. Также в его составе есть дополнительный блок данных, которого нет в составе европейского МНД — оценка тяжести ДТП. Из таблицы 1.3 видно, что российский МНД содержит исчерпывающую информацию о произошедшей аварии: координаты аварийного ТС, направление движения, время аварии, VIN-код ТС, категория ТС, режим вызова (автоматический или ручной), вид звонка (тестовый или ручной), вид топлива (бензин, дизель, газ). Дополнительный, 12-й блок данных содержит сведения, по которым можно оценить степень тяжести ДТП. В этом блоке передается информация о возникших ошибках, месте удара, существует ли угроза жизни и здоровью водителя и пассажиров, а также некоторая информация о сети, где зарегистрирован абонентский терминал.

В системе eCall предусмотрены три основных варианта работы:

• Emergency call — аварийный вызов;
• Test call — проверка работоспособности всей системы;
• Configuration call — настройка параметров

Вариант Emergency call реализуется автоматически при срабатывании датчиков движения или при нажатии аварийной кнопки пассажирами ТС [3].

При нажатии кнопки «Экстренный вызов» (независимо от варианта конструктивного исполнения БИП ТСК) для формирования обязательного признака приоритетности экстренного вызова в сетях подвижной радиотелефонной связи стандартов GSM 900/1800 и UMTS 900/2000 (eCall-флаг), соответствующего ручному срабатыванию, ТСК должно обеспечить установку значения бит 6 в элементе «Категории сервиса» (инициализирующее сообщение экстренного вызова — ручное срабатывание).

Применение сетей GSM и UMTS для работы систем eCall и ЭРА-ГЛОНАСС обусловлено тем, что они обладают большей зоной покрытия, особенно это заметно в сельской местности [8].

Управление модемом связи осуществляется посредством AT-команд. Необходимо учитывать, что АТ-команды для eCall и «ЭРА-ГЛОНАСС» у разных производителей беспроводных модулей во многом не совпадают — как по формату, так и по синтаксису.

На основе данных крупнейших производителей модемов сотовой связи, например SIMCom, Quectel, Gemalto, была составлена сравнительная харарктеристика модемов, поддерживающих работу в системах eCall/ЭРА-ГЛОНАСС, что представлено на рисунке.

Рисунок 3. Сравнительная характериcтика модемов сотовой связи с поддержкой eCall

Исходя из представленных в таблице данных, по техническим характеристикам все модемы удовлетворяют требованиям системы eCall. По цене предпочтителен модем Quectel M66, также его преимуществом является наличие функции Jamming Detection. Она призвана отслеживать глушение используемых частотных диапазонов сотовой связи. При проявлении признаков глушения модуль оповещает управляющий контроллер об этом событии. Таким образом, до того момента, пока модуль полностью не заглушен, есть возможность отправить экстренное оповещение, например с помощью SMS или голосового вызова. Однако у данного модуля есть существенный недостаток – он поддерживает работу только в сетях второго поколения. По конструктивным особенностям, таким как тип корпуса, выделяется модем SIM5360E. Несмотря на то, что многие изготовители модемов имеют высокотехнологичное оборудование и не испытывают сложностей с пайкой изделий в форм-факторе LGA, часто предпочтение все же отдается изделиям с краевыми контактами LCC, поскольку это облегчает разводку печатной платы, упрощает производство, повышает ремонтопригодность изделий. Да и качество пайки легче контролировать на выходе с линии SMD-монтажа. Такие особенности в совокупности с приемлемой ценой выгодно отличают SIM5360E от остальных модемов. С точки зрения соблюдения требований по импортозамещению [9] выделяется модем российского производства Прогресс Навиа ПН6280.

Работа выполнена в рамках прикладных научных исследований СПбГУТ, регистрационный номер 122020100465-3 от 01.02.2022 в ЕГИСУ НИОКТР.