АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

APCO P25

APCO P25 (англ. Project 25, также P25 или APCO-25) — комплект стандартов для интероперабельных систем наземной мобильной радиосвязи (LMR), разработанных в первую очередь для пользователей сферы общественной безопасности. Стандарты позволяют использовать аналоговые обычные, цифровые обычные, цифровые транкинговые или смешанные системы. Первоначально стандарт был разработан в США для нужд общественной безопасности, но впоследствии получил широкое распространение во всем мире как для общественной безопасности, так и для коммерческих и сервисных применений[1]. Радиостанции стандарта P25 пришли на смену аналоговым радиостанциям УВЧ (обычно ЧМ), добавив возможность передачи данных, помимо голоса, что облегчило реализацию функций шифрования и текстовых сообщений. Радиосистемы P25 чаще всего применяются диспетчерскими ведомств, таких как полиция, пожарные, скорая помощь и аварийно-спасательные службы, с использованием стационарных, автомобильных и ручных радиостанций в сочетании с ретрансляторами.

С 2012 года появились изделия с применением нового протокола модуляции «Фаза II». Более старый протокол был переименован в P25 Фаза I. Устройства стандарта P25 Фаза II используют усовершенствованный голосовой кодек AMBE2+, который обеспечивает прохождение аудиосигнала по более сжатому потоку данных (битовый поток) и предоставляет два голосовых канала по схеме TDMA в том же радиочастотном спектре (12,5 кГц), тогда как Фаза I обеспечивает только один канал. Инфраструктура P25 Фаза II поддерживает функцию «динамического транскодера» для преобразования сигналов между Фазой I и II. Кроме того, радиостанции Фазы II обратно совместимы с модуляцией Фазы I и аналоговой ЧМ, согласно стандарту (но аппаратура Фазы I не работает в транкинговых системах Фазы II). Европейский союз (ЕС) разработал сходные протоколы и стандарты, такие как TETRA и DMR, выполняющие аналогичные задачи.

Обзор комплекта стандартов

История

С 1990-х годов радиостанции общественной безопасности переходят от аналоговой ЧМ к цифровой связи — в связи с ростом передачи данных, таких как местоположение по GPS, функции транкинга, текстовые сообщения, мониторинг и шифрование на различных уровнях.

Различия в протоколах и занятом частотном спектре затрудняли взаимную совместимость радиосистем служб общественной безопасности. Однако опыт катастроф и стихийных бедствий в США заставил ведомства пересмотреть коммуникационные требования на случай отказа базовой инфраструктуры. Для решения новых задач цифровой связи в сфере общественной безопасности, по поручению Конгресса США, ФКС США в 1988 году инициировала сбор рекомендаций от пользователей и производителей по усовершенствованию существующих систем связи[2][3]. На основе полученных советов, для поиска наилучших решений для управления связью, в октябре 1989 года появился координационный проект APCO P25 в альянсе:

Была сформирована руководящая комиссия с участниками от указанных организаций, а также FPIC (Департамент внутренней безопасности США — Федеральное партнёрство по интероперабельной связи), Береговая охрана, Министерство торговли США (научно-исследовательская лаборатория NIST) и Управление стандартов правоохранительных органов, чтобы определить приоритеты и объём технической разработки P25[5].

Введение

Интероперабельная экстренная коммуникация играет ключевую роль в начальном реагировании, охране здоровья, общественной и национальной безопасности, а также экономической стабильности. Одной из наиболее серьёзных проблем при чрезвычайных ситуациях является неэффективная передача информации между организациями, что обусловлено несовместимостью радиосистем даже внутри одного ведомства[6]. Причины такой неработоспособности — устаревшее оборудование, дефицит радиочастот, разрозненное планирование, несогласованность и конкуренция между ведомствами, нехватка ресурсов, финансирования и контроля[7]. В ответ на отмеченные проблемы, Project 25 (P25) стал совместным проектом ведомств и производителей с основной задачей — обеспечение совместимости и интероперабельности двусторонних радиостанций. Конечной целью стандарта является возможность экстренных служб быстро согласовывать действия и эффективно использовать оборудование при взаимодействии[8].

P25 был учреждён для создания единого цифрового стандарта радиосвязи экстренных служб и сил правопорядка. Ассоциация телекоммуникационной отрасли (TIA) курирует разработку стандартов TR-8 как признанная ANSI организация и публикует документы серии TIA-102 — на момент публикации их насчитывается 49, охватывающих наземную мобильную радиосвязь и TDMA-реализации стандарта для безопасности[9].

APCO P25 — это набор стандартов, разработанный совместными усилиями Ассоциации специалистов по связи общественной безопасности (APCO), NASTD, ряда федеральных ведомств и Национальной коммуникационной системы (NCS), и утверждённых Ассоциацией телекоммуникационной отрасли (TIA)... Стандарт охватывает цифровую наземную мобильную радиосвязь (LMR) для местных, региональных и национальных служб общественной безопасности...

P25 применяется к оборудованию LMR, имеющему разрешения или лицензии FCC/NTIA в США.

Несмотря на развитие в первую очередь для служб общественной безопасности Северной Америки, технология P25 и изделия на её основе применяются по всему миру, в том числе и в коммерческих системах[10].

Системы, совместимые с P25, активно внедряются как в США, так и в других странах. Радиостанции могут работать в аналоговом режиме с устаревшим оборудованием и в цифровом с другими P25-совместимыми устройствами. Это обеспечивает высокий уровень совместимости и унификация оборудования.

В стандартах P25 используются фирменные голосовые кодеки IMBE и AMBE+2, разработанные компанией Digital Voice Systems, Inc. для кодирования/декодирования аналогового аудиосигнала. Считается, что лицензионные отчисления за эти кодеки являются основной причиной высокой стоимости оборудования P25[11].

P25 может использоваться в режимах «прямого канала» между двумя радиостанциями, в обычном режиме (через ретранслятор), либо в транкинговом режиме (автоматическое распределение каналов между абонентами через базовую станцию или ретранслятор).

Стандарт предусматривает различные методы шифрования, включая DES (56 бит), двух- и трёхключевой Triple-DES, AES (до 256 бит), RC4 (40 бит; в продукции Motorola называется Advanced Digital Privacy), а также отсутствие шифрования. RC4/ADP обеспечивает лишь базовую защиту от простых атак, но не предоставляет серьёзной безопасности — существует программное обеспечение для взлома подобного ключа[12].

Протокол также поддерживает шифры ACCORDION 1.3, BATON, Firefly, MAYFLY и SAVILLE класса Type 1.

Процесс разработки стандартов

Рабочая группа по пользовательским требованиям P25 (UNWG) формирует перечень пользовательских задач, которые поступают на рассмотрение Руководящего комитета P25. Те вносят их в официальный документ SPUN (Statement of P25 User Needs). TIA (инженерный комитет TR-8 и подкомитеты), представляющая производителей оборудования, разрабатывает стандарты на основе требований пользователей (TIA-102)[13].

После разработки, стандарты TIA-102 могут быть утверждены Руководящим комитетом P25 и приняты национальной организацией ANSI как американский национальный стандарт. Однако не все разработанные TIA-102 становятся официальным стандартом P25. Международная стандартизация ISO не осуществлялась, хотя P25-системы внедрены в 83 странах и фактически являются одним из международных (де-факто) стандартов наряду с TETRA и DMR[14].

Открытые интерфейсы P25

Комплект стандартов P25 определяет восемь открытых интерфейсов между компонентами системы:

  • Common Air Interface (CAI) — описывает тип и структуру сигналов между совместимыми радиостанциями, независимо от производителя
  • Интерфейс внешних периферийных устройств абонента (Subscriber Data Peripheral Interface) — для подключения к компьютерам и сетям
  • Интерфейс фиксированной станции (Fixed Station Interface) — поддерживает цифровую передачу голоса, данных, шифрование и подключение к телефонным линиям между фиксированной станцией и радиоподсистемой
  • Интерфейс консольной подсистемы (Console Subsystem Interface) — базовые сообщения для интеграции консоли с радиочастотной подсистемой P25
  • Интерфейс управления сетью (Network Management Interface) — единая схема администрирования всего радиочастотного оборудования сети
  • Интерфейс передачи данных (Data Network Interface) — подключение радиочастотных подсистем к компьютерам и внешним источникам данных
  • Интерфейс телефонного соединения (Telephone Interconnect Interface) — подключение к телефонным сетям (аналоговым и ISDN)
  • Интерфейс между подсистемами RF (ISSI) — объединение подсистем для работы в крупных сетях
  • Key Fill Interface (KFI) — протокол обмена ключами шифрования между устройствами и генераторами ключей
  • Inter-KMF-Interface (IKI) — взаимодействие устройств с разными центрами управления ключами (KMF)
  • KFD-KMF Interface — взаимодействие между устройствами заполнения ключей (KFD) и управляющими центрами (KMF) (находится в разработке)[15]

Фазы стандарта P25

undefined

Развёртывание технологий стандарта P25 осуществляется в две основные фазы; планируются дальнейшие усовершенствования.

Фаза I

Системы Фазы I работают в цифровом режиме с шириной полосы 12,5 кГц, при этом в одном канале работает только один абонент. Используется квадратурная четырёхуровневая частотная манипуляция (C4FM), разновидность 4-FSK-модуляции[16], обеспечивающая скорость передачи данных 4800 бод (2 бита на символ; 9600 бит/с суммарно). Из них 4400 б/с занимает голос, 2800 — коррекция ошибок, 2400 — сигнальные и управляющие нужды. Приёмники для C4FM также умеют демодулировать «Compatible quadrature phase shift keying» (CQPSK), поскольку параметры выбраны так, чтобы соответствовать C4FM. Используется кодек IMBE.

Такие системы предусматривают стандартизированные сервисы, обратную совместимость и межсистемную интероперабельность независимо от вендора и архитектуры. Открытый интерфейс к радиочастотной подсистеме облегчает объединение оборудования различных производителей.

Фаза II

Для более эффективного использования спектра разработана Фаза II для транкинговых систем, использующая 2-слотовую TDMA-схему; обязательна для транкинговых систем в диапазоне 700 МГц[17]. Используется кодек AMBE+2, позволяющий получать 6000 бит/с на канал (в том числе с коррекцией ошибок). Фаза II технически не совместима с Фазой I на уровне TDMA, но современные приёмопередатчики могут переключаться в режим Фазы I. В режиме «радио-радио» без синхронизации TDMA используется обычная цифровая FDMA-работа. Многодиапазонные радиостанции также способны работать в аналоговом узкополосном режиме FM.

Изначально предполагалось реализовать 6,25 кГц по принципу FDMA, но была выбрана схема TDMA в существующем диапазоне 12,5 кГц. Такое решение позволило сократить энергопотребление (трансивер работает и передаёт только в свой временной слот). Полученная полосадля каждого абонента эквивалентна 6,25 кГц. Передача голоса и контроль происходит со скоростью 12 кбит/с, позволяя двум голосовым соединениям одновременно (на одном канале по 12,5 кГц); транcиверы работают в чередующемся режиме, что даёт тот же экономический эффект[18].

После Фазы II

С 2000 по 2009 годы ETSI и TIA вели совместный проект Project MESA (Mobility for Emergency and Safety Applications)[19], цель которого — сформировать универсальные требования к будущим широкополосным стандартам радиосвязи для экстренных служб и обмена голосом, видео и данными в масштабных сетях[20][21]. Итоговые требования были опубликованы ETSI[22], но промышленность не проявила интереса — из-за недоступности соответствующих коммерческих решений, проект был закрыт в 2010 году.

В ходе аукциона 2008 года 20 МГц диапазона 700 МГц были выделены для нужд общественной безопасности. FCC ожидает внедрения решений на базе LTE для скоростной передачи данных и видео[23].

Обычная (неколлективная) реализация

Системы P25 не требуют применения внутриканальных сигналов управления (например CTCSS или DCS) для контроля доступа; используется 12-битовый Network Access Code (NAC), который предваряет каждый пакет данных. NAC — это трёхзначный шестнадцатеричный код, передаваемый вместе с цифровым сигналом и позволяющий реализовать аналог функций CTCSS/DCS в аналоговых радиостанциях.

Всего возможны 4096 различных NAC, что намного больше, чем в аналоговых системах. Некоторые из них:

  • 0x293 ($293) — значение по умолчанию
  • 0xf7e ($F7E) — приёмник с этим NAC пропускает любой декодированный сигнал
  • 0xf7f ($F7F) — приёмник ретранслятора с этим NAC ретранслирует любой декодированный сигнал, сохраняя исходный NAC.

Внедрение

Внедрение стандартов затруднялось бюджетными ограничениями в США; однако финансирование от Министерства внутренней безопасности США обычно требует перехода на APCO P25. Стандарты также применяются в Австралии, Новой Зеландии, Бразилии[24], Канаде, Индии и России[25]. К середине 2004 года было внедрено 660 сетей P25 в 54 странах[25]. В то же время TETRA была развёрнута в 60 странах и предпочтительна для Европы, Китая, и ряда иных регионов[25] — во многом за счёт в несколько раз меньшей стоимости оборудования (на тот момент $900 против $6000 за одну радиостанцию)[25]. Однако цены на P25-оборудование снижаются и уже близки к TETRA из-за конкуренции среди производителей. Преимущество P25 в Северной Америке в том, что новая система занимает тот же диапазон и покрытие, что и устаревшие аналоговые каналы, и возможно поэтапное обновление. Некоторые сети допускают использование и аналоговых, и цифровых радиостанций одновременно.

Хоть интероперабельность и заявлена ключевой целью P25, в реальных условиях она требует не только технической совместимости, но и продуманного управления, стандартизации процедур, обучения, совместных учений и межведомственного взаимодействия. Применение сложных функций — цифрового голоса, шифрования, транкинга — часто сопровождается избыточной сложностью, что вынуждает организации использовать только минимально необходимый набор функций, чтобы формально соответствовать требованиям миграции на P25. Кроме того, процесс межведомственного согласования стандартов и решений зачастую становится источником бюрократической волокиты.

Названия P25 в разных регионах

Программа оценки совместимости Project 25 (P25 CAP)

Программа оценки совместимости Project 25 (англ. Project 25 Compliance Assessment Program, P25 CAP)[31] Министерства внутренней безопасности США направлена на проверку межвендорной совместимости по стандарту P25. Программа работает на добровольной основе, что позволяет поставщикам официально подтверждать соответствие своей продукции[31].

Независимые аккредитованные лаборатории тестируют радиостанции на соответствие стандартам P25, разработанным на базе TIA-102 и по процедурам TIA-TR8. Только одобренные изделия[32] могут закупаться за счёт федерального бюджета США[33]. Оборудие, не прошедшее сертификацию, не должно считаться совместимым с P25 по производительности и функционалу.

Маркировка изделий P25 различается: заявления о «совместимости с P25» не всегда значимы, тогда как статус «P25 CAP compliant» или «P25 compliant with the Statement of Requirements (P25 SOR)» допустим официально при соблюдении высоких критериев[34].

Проблемы безопасности

Проект OP25 — уязвимости шифрования DES-OFB и ADP

На конференции Securecomm 2011 в Лондоне исследователь Стив Гласс представил совместную работу с Мэттом Эймсом о возможности взлома шифров DES-OFB и фирменных ADP (на основе RC4) с помощью перебора ключей[35]. Эта работа основана на проекте OP25[36] — открытой реализации на базе GNU Radio[37] и платформы Ettus USRP[38], реализующей sniffer/анализатор трафика стандарта P25. Проект OP25 основан Стивом Глассом в 2008 году в рамках своей диссертационной работы.

Статья доступна для скачивания с сайта NICTA[39].

Исследования Пенсильванского университета

В 2011 году газета Wall Street Journal опубликовала статью о выявленных недостатках, включая сложность различения режимов шифрования для пользователя радиостанции[40]. В статье говорится, что «исследователи Пенсильванского университета слышали описания действий под прикрытием, планы будущих арестов и сведения о средствах технического наблюдения». Было обнаружено, что сообщения разбиваются на сегменты — и сбой лишь в одном фрагменте приводит к потере всей передачи. Также показано, что сообщение можно успешно заглушить недорогим игрушечным устройством. Исследование было представлено на симпозиуме USENIX Security в Сан-Франциско в августе 2011 года[41]. Корректность шифрования не была поставлена под сомнение, но отмечено, что из-за непонятного пользовательского интерфейса значительная часть конфиденциальной информации по неосторожности часто передаётся открытым текстом.

Уязвимость к подавлению (джаммингу)

Одним из недостатков P25 является использование заниженной коррекции ошибок для «менее значимых» фрагментов данных — это позволяет злоумышленнику блокировать сообщения, подавляя электромагнитно лишь части кадра, а не всё сообщение. Стандарт предусматривает менее устойчивую к ошибкам структуру сигнала, что облегчает подавление сообщений малыми мощностями и целенаправленное вмешательство (например, блокирование только зашифрованных передач). P25 изначально не поддерживает широкополосную модуляцию, что могло бы повысить стойкость к помехам, и с этим целенаправленная передача помех малой мощности оказывается эффективной для атаки[41].

Анализ трафика и отслеживание

Нечасть служебных полей протокола не зашифрована, что позволяет проводить примитивный анализ трафика и выявлять пользователя. Более того, повторитель может вынудить устройство передать ответ, даже если оно находится в «режиме молчания», что позволяет отслеживать радиостанции. В стандарте такая функция носит название «presence» (контроль присутствия). Отмечается, что P25 сложен для пользователя, несмотря на предназначенность для задач повышенной секретности. Как меры снижения угроз предлагается отключение кнопки переключения шифрования/открытого канала, использование уникальных NAC для разделения открытых и зашифрованных каналов, а также продления срока действия ключа для повышения надёжности[42].

Сравнение APCO P25 и TETRA

P25 и TETRA применяются более чем в 53 странах мира и в общественной, и в частной радиосвязи. Основные отличия заключаются в следующем[43][44]:

  • TETRA оптимизирована для высокой плотности пользователей, обеспечивает 4 канала на 25 кГц и поддерживает полнодуплексный голос, данные и сообщения; не поддерживает симулькаст.
  • P25 больше подходит для больших территорий с малой концентрацией пользователей и поддерживает симулькаст, но ограничена по работе с данными. В P25 Phase I канал — аналоговый, цифровой или смешанный на полосе 12,5 кГц, Phase II — двухслотовая TDMA на том же диапазоне.

Примечания

  1. ↑ What is P25 Technology? (брит. англ.). Project 25 Technology Interest Group. Дата обращения: 17 ноября 2020. Архивировано 29 апреля 2020 года.
  2. ↑ Project 25 Technology Interest Group - Content - General - What is Project 25? project25.org. Project 25 Technology Interest Group. Дата обращения: 6 июня 2014. Архивировано 10 февраля 2009 года.
  3. ↑ What is P25? Project25.org. Project 25 Technology Interest Group. Дата обращения: 6 июня 2014. Архивировано 7 июня 2014 года.
  4. ↑ Главная страница — National Association of State Technology Directors. www.nastd.org.
  5. ↑ Управление радиочастотным спектром. Apcointl.org (30 сентября 2013). Дата обращения: 6 июня 2014. Архивировано 12 февраля 2012 года.
  6. ↑ SOR.book. Дата обращения: 26 сентября 2010.
  7. ↑ Why Can't We Talk?
  8. ↑ A Google Company. Motorola. Дата обращения: 6 июня 2014.
  9. ↑ Search Results | IHS Standards Store
  10. ↑ Codan LTD., P25 Radio Systems Training Guide
  11. ↑ p25expence (31 мая 2009). Дата обращения: 5 октября 2016.
  12. ↑ P25 ARC4 ADP key finder.
  13. ↑ Project 25 (P25) Steering Committee Representative Handbook (PDF). Cybersecurity and Infrastructure Security Agency (декабрь 2021). Дата обращения: 10 мая 2025. Архивировано 22 апреля 2025 года.
  14. ↑ Giggetts, Cheryl P25 for the Future: New Standards, Interoperability and Security for 2023 and Beyond (PDF). Comms Connect. Principal CTA Consultants (октябрь 2023). Дата обращения: 10 мая 2025. Архивировано 10 мая 2025 года.
  15. ↑ Statement of Project 25 (P25) User Needs (PDF). Cybersecurity and Infrastructure Security Agency (март 2025). Дата обращения: 10 мая 2025. Архивировано 5 мая 2025 года.
  16. ↑ Aeroflex: Application Note - Understanding P25 Modulation Fidelity. Дата обращения: 26 марта 2012. Архивировано 20 марта 2012 года.
  17. ↑ P25 Phase 2. Дата обращения: 9 декабря 2016.
  18. ↑ P25 in Brazil. Дата обращения: 4 марта 2020.
  19. ↑ Mobile Broadband for Public Safety - Home Page. Project MESA. Дата обращения: 6 июня 2014. Архивировано 20 октября 2008 года.
  20. ↑ Advanced Mobile Broadband For Public Protection & Disaster Relief Professionals. David Thompson. Telecommunications Industry Association
  21. ↑ Project MESA: Broadband Telecommunications for PPDR. David Thompson. Telecommunications Industry Association
  22. ↑ www.projectmesa.org - /ftp/Specifications/. Архивировано 13 июня 2010 года.
  23. ↑ 700 MHz Public Safety Spectrum. Federal Communications Commission (17 марта 2011).
  24. ↑ P25 in Brazil - Tutorial by Dr. Cristiano Torres do Amaral from Brazilian Police Academy. Дата обращения: 4 марта 2020.
  25. ↑ 1 2 3 4 Is this finally P25’s year?, интервью с Дон Пфолом (Project 25) и Биллом Белтом (TIA), 1 мая 2005
  26. ↑ Home - Motorola Solutions Australia & New Zealand. www.motorolasolutions.com.
  27. ↑ Queensland Government Wireless Network. Архивировано 18 февраля 2017 года.
  28. ↑ Metropolitan Mobile Radio. www.esta.vic.gov.au (24 января 2017).
  29. ↑ Victoria Scanner Frequencies and Radio Frequency Reference. www.radioreference.com.
  30. ↑ Public Safety Network. www.nsw.gov.au (7 февраля 2022).
  31. ↑ 1 2 P25 CAP (англ.). Department of Homeland Security (22 мая 2016). Дата обращения: 27 сентября 2020.
  32. ↑ Approved Grant Eligible Equipment. Department of Homeland Security (6 февраля 2017).
  33. ↑ Approved Grant Eligible Equipment (англ.). Department of Homeland Security (6 февраля 2017). Дата обращения: 27 сентября 2020.
  34. ↑ P25 CAP Compliance: What Should It Mean to You? DHS Science and Technology Directorate (2018).
  35. ↑ SecureComm 2011 7th International ICST Conference on Security and Privacy in Communications Network. Дата обращения: 15 мая 2012. Архивировано 3 февраля 2012 года.
  36. ↑ WikiStart - OP25 - Open Source Mobile Communications. osmocom.org.
  37. ↑ GNU Radio - The Free & Open Source Radio Ecosystem · GNU Radio. GNU Radio.
  38. ↑ Brand, Ettus Research, a National Instruments Ettus Research - The leader in Software Defined Radio (SDR). Ettus Research.
  39. ↑ Insecurity in Public-Safety Communications: APCO Project 25.
  40. ↑ Valentino-DeVries, Jennifer Security Flaws in Feds' Radios Make for Easy Eavesdropping. Wall Street Journal (10 августа 2011). Дата обращения: 10 августа 2011.
  41. ↑ 1 2 "Why (Special Agent) Johnny (Still) Can’t Encrypt: A Security Analysis of the APCO Project 25 Two-Way Radio system, " S. Clark и др., Proc. USENIX Sec, 2011
  42. ↑ P25 security mitigation guide, M. Blaze и др.
  43. ↑ Pros and Cons of TETRA vs. P25 and the Benefits of a Multi-technology Platform for TETRA, P25 Phase I / Phase II, and Mobile WiMax. Архивировано 4 сентября 2012 года.
  44. ↑ P25 and TETRA Technology Roundtable (3 мая 2012).

Ссылки

Категории