Alarmieren im Zeichen von Effizienz und Wirtschaftlichkeit

Anhand von praktischen Beispielen und konkreten Anwendungsfällen wird herausgearbeitet, dass die Nutzung eines dedizierten POCSAG-Netzes für die Alarmierung aus technischer und wirtschaftlicher Sicht die effizienteste und effektivste Lösung ist, wenn eine grosse Anzahl von Einsatzkräften gleichzeitig, schnell und sicher alarmiert werden muss.

Bei einem Notfall gilt es, so schnell wie möglich die richtigen Ersthelfer zu mobilisieren. Aber während sich deren Einsätze immer mehr zu einem professionellen Service entwickeln, verlassen sich die Feuerwehren und Rettungsorganisationen in vielen Ländern auf freiwillige Einsatzkräfte, um ihre Einsatzbereitschaft aufrechtzuerhalten oder zu ergänzen. Meldeempfänger sind das ideale Mittel für die Alarmierung dieser Ersthelfer – auch weil sie den spezifischen Anforderungen freiwilliger Einsatzkräfte gerecht werden: Mehr als 99 % der Bewohner einer Region zu versorgen und auch im Gebäudeinnern Alarme zu erhalten. Bewährter internationaler Standard Seit der Etablierung des digitalen Pocsag-Protokolls als internationaler Standard im Jahre 1981 hat sich dieses in der Funkruftechnik durchgesetzt – allein in Deutschland sind mehr als 5.000 Pocsag-Basisstationen in Betrieb, in Europa mehr als 10.000. Mit der Migration auf Digitalfunknetze zur Sprach- und Datenübertragung können Alarmierungsaufgaben auch über andere Technologien wie Tetra oder GSM/LTE erfüllt werden. Nachfolgend wird gezeigt, dass mit diesen Techniken jedoch nicht dieselbe Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit erreicht werden wie mit Pocsag-Systemen. Eigenschaften heutiger Lösungen Die heute verbreiteten Alarmierungslö- sungen haben sich aufgrund folgender Eigenschaften durchgesetzt: Broadcast Pocsag-Alarmierungsnetze arbeiten im Broadcast-Verfahren. Dabei erfolgt die Übertragung von Informationen an eine beliebig große Anzahl Teilnehmer in einer einzigen Übertragung. Pocsag ist deshalb geeignet, beliebig große Personengruppen gleichzeitig zu alarmieren. So ist praktisch ausgeschlossen, dass ein Netz überlastet wird. Klassische Funkmelder sind ausschließlich empfangende Endgeräte. D.h., auf eine empfangene Nachricht kann keine Antwort zurückgesendet werden. Auch das stellt sicher, dass eine Basisstation weder überlastet noch blockiert werden kann. Dies gilt ebenso für Funkmelder mit Rückmeldefunktion, die ihre Antworten und Statusmeldungen über einen separaten GSM-Kanal übertragen. Anders als Pocsag verwenden die zellbasierte Tetra- und GSMTechnik einen Punkt-zu-Punkt-Ansatz: Im Downlink adressiert die Basisstation jedes Endgerät einzeln und wird dadurch engpassanfällig. In zellbasierten Netzen kann ein plötzlicher Anstieg der Nutzerzahlen und des Datenaufkommens zur Überlastung einzelner Basisstationen und damit zu langen Verzögerungen führen. Trägerfrequenzen In vielen Ländern werden für die Pocsag- Alarmierung überwiegend Trägerfrequenzen im VHF-Bereich bei 136 – 174 MHz genutzt. Dieses verhältnismäßig tiefe Frequenzband bietet eine größere Übertragungsreichweite als Systeme im UHF-Bereich. Zudem durchdringen VHF-Signale Hindernisse wie Hausmauern signifikant besser. Damit benötigen Funknetze unter vergleich baren Umständen bei einer niedrigen Betriebsfrequenz (dedizierte Alarmierungsnetze) weniger Basisstationen für eine gleich gute oder gar bessere Funkversorgung als Funknetze auf höheren Betriebsfrequenzen (Tetra- und Mobilfunksysteme). Praktische Anforderungen Neben der erwähnten guten Funk - netzabdeckung sowie der Innenfunkversorgung haben sich folgende Anforderungen an Alarmierungsnetze etabliert: Resilienz Es ist entscheidend, dass das Alarmierungsnetz nahezu 100 % verfügbar ist und jederzeit zuverlässig funktioniert. Durch eine physische Unabhängigkeit von öffentlichen Kommunikationsnetzen wie dem Internet kann ein Alarmierungsnetz leichter vor Ausfällen durch Cyberattacken oder Hacking geschützt werden. Redundanz Neben dem Alarmierungssystem werden während eines Einsatzes weitere unabhängig davon betriebene Kommunikationssysteme für die Sprachkommunikation (z.B. Tetra) und für den Austausch von Daten (z.B. LTE) verwendet. Falls das Sprechfunknetz ausfällt, kann der Disponent wenigs - tens über die Pager Einsatzorder und Informationen an alle oder einzelne Einsatzkräfte übermitteln. Neben dieser Systemredundanz wird Wert auf eine funktionale Redundanz innerhalb des Netzes gelegt. Dazu gehören die durchgängige Komponentenredundanz (Eingabesystem, Netzcontroller, Hauptbasisstation) sowie zahlreiche operative Rückfallmodi (automatische Rufwiederholung, Mehrfachaussendung, automatische Umschaltung der Basisstation auf Funkbetrieb bei Ausfall der TCP/IP-Strecke). Diese funktionale Redundanz erhöht wiederum die Resilienz des Systems. Endgeräte Bei Bränden, Unfällen oder anderen Einsätzen werden oft freiwillige Einsatzkräfte gerufen. Da diese ihre Alarmierungsgeräte rund um die Uhr bei sich haben, müssen sie möglichst angenehm zu tragen, handlich und robust sein. Zusätzlich sollten die Pager möglichst empfindlich sein, um ein Funksignal auch noch bei schwacher Netzabdeckung empfangen zu können – nicht zugestellte Alarme gefährden die Trageakzeptanz. In lärmiger Umgebung sollte die Alarmierung möglichst laut erfolgen und mit Vibration und Lichtrufen unterstützt werden. Eine lange Akkulaufzeit stellt sicher, dass der Pager bis zu mehreren Wochen einsatzfähig bleibt ohne Laden. Idealerweise wird ein Melder mit einer handelsüblichen Stromquelle betrieben, die einfach durch eine neue ersetzt werden kann. Wirtschaftlichkeit Eine flächendeckende dedizierte Alarmierungsinfrastruktur ermöglicht es, die Tetra-Sprechfunkabdeckung auf den Außenbereich bzw. die Kommunikation in Fahrzeugen zu beschränken. Eine teure, flä chen deckende Innenfunkversorgung für das Sprechfunk - netz ist daher aus der Sicht der Alarmierungsfunktion nicht überall notwendig. Eine andere Art der Kos - teneinsparung wäre die Alarmierung per App über kommerzielle MobilfunkBreitbandnetze. Allerdings ginge das auf Kosten der Resilienz sowie der Redundanz und damit der Alarmierungssicherheit. Technische Eckpunkte Drei Verfahren – GSM/LTE, Tetra und Pocsag – können heute für die Alarmierung eingesetzt werden. Ihre physikalischen und technischen Unterschiede beeinflussen das Linkbudget, mit dem die empfangene Leistung am Endgerät beschrieben wird und die von der emittierten Leistung des Senders sowie der Gewinne und Verluste des Übertragungskanals bestimmt wird (siehe Tabelle). Bei der Gebäudedurchdringung von Funkwellen spielen viele Faktoren eine Rolle. Obwohl schwierig zu verallgemeinern, ist die Gebäudedämpfung in modernen Gebäuden ca. 5 dB höher mit GSM (1.800 MHz) als mit Tetra (400 MHz) oder Pocsag (150 MHz). Pocsag-Pager verwenden im VHF-Bereich Magnetantennen, ausgeführt als Drahtwicklungen um einen Ferritkern oder als Metallrahmen. Diese sind besonders für am Körper bzw. am Gürtel getragene Geräte geeignet. Die Ma gnetfeldlinien werden in Körpernähe so umgelenkt, dass bei 150 MHz ein Gewinn von bis zu 6 dB möglich ist (BestPosition in Senderrichtung). Tetra-Pager verfügen typischerweise über integrierte Rahmenantennen oder kurze Spulenantennen, im UHF-Bereich beträgt deren Gewinn lediglich noch etwa 3 dB (Best-Position in Senderrichtung). Tetra-Handfunkgeräte verwenden typischerweise kurze Spulen- oder Pocsag-Pager Typ. 136-174 MHz ≤44 dBm (25W) 42 dBm (16W) 0,7 dB Dipol, 2 dBi 102,0 dB 20 dB 10 dB -11 dBi -99,7 dBm -125 dBm 25,3 dB Tetra-Pager Typ. 380-430 MHz ≤46 dBm (40W) 42 dBm (16W) 1,3 dB 5 dBi 110,5 dB 20 dB 10 dB -6 dBi -100,8 dBm -116 dBm 15,2 dB Tetra-Funkgerät Typ. 380-430 MHz ≤46 dBm (40W) 42 dBm (16W) 1,3 dB 5 dBi 110,5 dB 20 dB 10 dB 0 dBi -94,8 dBm -116 dBm 21,2 dB LTE 700...2700 MHz ≤46 dBm (40W) @ BW=10 MHz 0,7 dB Sektor, 16 dBi 116,5 dB 20 dB 10 dB -6 dBi -91,2 dBm -105 dBm 13,8 dB Trägerfrequenz Maximale Sendeleistung einer Basisstation Kabeldämpfung (dB) Antennengewinn Basisstation Freiraumdämpfung (dB@20km) Reserve für Polarisationsfehlanpassung und frequenzselektiver Schwund (dB) Gebäudedämpfung (dB) Antennengewinn Empfänger Empfangsleistung (dBm) Empfängersensitivität (typisch) Reserve im Linkbudget (dB) Bewertung der Leis tungsbilanz (Linkbudget), eine stark von physikalischen und technischen Faktoren beeinflusste Größe. Hierzu zählen u.a. Radiofrequenz, gesendete Leistung und Modulationsart Mit unübertroffener Leistungsbilanz 16 NET 9/17 Stabantennen. Diese haben aufgrund ihrer aufgesetzten Bauart eine bessere Empfangsleistung, dafür haben sie aber horizontal keinen Gewinn. Pocsag-Basisstationen ermöglichen dank Rundstrahlantennen eine homogene Versorgung. GSM-Basisstationen verwenden typischerweise stark gerichtete Sektorantennen und weisen deshalb eine inhomogene Funkversorgung auf, bei der die Abdeckung außerhalb der Hauptfunkkeulen erheblich schwächer wird. Pocsag hat auch einen Vorteil aufgrund seiner bipolaren FSK-Modulation. Bei LTE und Tetra sind verschiedene Modulationsarten vorgesehen. Aber die höherwertigen Modi (bis zu 64QAM für Tetra, bis zu 256QAM für LTE) erfordern einen größeren Rauschabstand, um vergleichbare Bitfehlerraten zu erreichen. Im Vergleich zu anderen Funkverfahren bieten Pocsag-Empfänger damit eine stabilere Empfangs leis - tung. Wird statt eines Tetra-Funkgeräts ein Tetra-Pager für die Alarmierung verwendet, reduziert sich aufgrund der schlechteren Effizienz der integrierten Antenne die Reserve des Linkbudgets um bis zu 6 dB. Um das auszugleichen und die gleiche Empfangsqualität zu erreichen, müsste man rein rechnerisch vier Mal so viele Basisstationen installieren. Im Vergleich dazu liefert Pocsag etwa 10 dB mehr Reserve im Linkbudget als Tetra bei Verwendung von Tetra-Pagern. Eine Pocsag-Basisstation erreicht also rein rechnerisch die gleiche Funkabdeckung wie etwa zehn Tetra-Basisstationen. Netzarchitekturen Der Pocsag-Standard hat es Herstellern ermöglicht, für sicherheitsrelevante Anwendungen eine hochverfügbare Netzarchitektur zu entwickeln, die unabhängig von Drittsystemen funktioniert und zahlreiche Rückfallebenen aufweist. Selbst wenn z.B. ein IT-Zubringer ausfällt, können die PocsagBasisstationen weiterhin direkt miteinander über die Luftschnittstelle kommunizieren. Dieser Kommunikationsweg bleibt sogar dann offen, wenn die Leitstelle ausfällt oder wenn einige Basisstationen aufgrund von Ausfällen nicht mehr in Betrieb sind. Bei Tetra- und LTE-Systemen benötigt der Großteil der Basisstationen seinen eigenen IT-Zubringer. So ist das Netz stark von der Integrität dieser Verbindungen abhängig. Die Netzverwaltung und Alarmverteilung geschieht bei Pocsag-Netzen hingegen über ein integriertes Funkprotokoll, wodurch keine IT-Zubringer erforderlich sind. Die fortschrittlichsten Pocsag-Netze gehen noch einen Schritt weiter: Heute können praktisch beliebig viele dezentrale Eingabestellen (z.B. Feuerwachen oder Gemeindehäuser) direkt ans Alarmierungsnetz gekoppelt werden. Damit machen sie eine Zweiwegekommunikation über die Luftschnittstelle zwischen Hauptleitstelle und dezentraler Leitstelle möglich. Moderne Alarmierungsnetze ermöglichen eine Netzstatusrückmeldung, wobei für jede einzelne Basisstation die Aussendebestätigung und der Funktionszustand über eine dedizierte Funkschicht übermittelt werden. Des Weiteren gehört Bild 1: Es kostet weit weniger, ein vollständiges Pocsag-Netz inkl. Pocsag-Pager für die Alarmierung hinzuzufügen als die bestehende Tetra-Abdeckung auszubauen und Tetra-Pager zu beschaffen 50 Mio.€ 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Netz bzw. Netzverdichtung Mit Tetra 100 x 200.000 € (Verdichtung eines TetraNetzes bestehend aus 500 Basisstationen) 65.000 x 450 € Investitionskosten Alarmierung Pager 29,25 Mio.€ Netz 20 Mio.€ 49,25 Mio.€ Mit Pocsag 500 x 20.000 € (dediziertes Pocsag-Netz) 65.000 x 200 € Pager 13 Mio.€ Netz 10 Mio.€ 23 Mio. € Pager 50 Mio.€ 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Netz bzw. Netzverdichtung Mit Tetra 65.000 x 450 € Investitionskosten Alarmierung Pager 29,25 Mio.€ Mit Pocsag 500 x 20.000 € (dediziertes Pocsag-Netz) 65.000 x 200 € Pager 13 Mio.€ Netz 10 Mio.€ 23 Mio.€ - (verdichtetes Tetra-Netz mit 500 Basisstationen; Innenfunkversorgung für Sprechfunk) + 300 Mio. € für Innenfunkversorgung für Tetra-Pager Pager Bild 2: Vergleich der Investitionskosten bei einem bereits verdichteten Tetra-Netz mit 500 Basisstationen mit einer ausreichenden Indoor-Versorgung für Tetra-Funkgeräte. Auch hier übersteigen die Kosten der Tetra-Endgeräte die Kosten der Pocsag-Gesamtlösung. Rein rechnerisch würden weitere 1.500 Tetra-Basisstationen benötigt, um eine gleichwertige Indoor-Versorgung mit Tetra-Pagern zu erreichen Mit unübertroffener Leistungsbilanz es heutzutage zum Standard, dass moderne Alarmierungsnetze über ein Notstromkonzept für mehrere Tage oder Wochen verfügen. Wirtschaftliche Betrachtungen Um zu verstehen, weshalb die PocsagAlarmierung die wirtschaftlichste Funkversorgung aller Technologien bietet, muss die Situation sowohl aus der Sicht des Netzes als auch der Endgeräte betrachtet werden: • Bei Pocsag-Netzen werden wegen der niedrigen Trägerfrequenz weniger Basisstationen für eine flächendeckende Funkversorgung benötigt als bei den anderen Verfahren im Vergleich. • Pocsag-Pager sind empfindlicher als Tetra- oder LTE-Endgeräte. • Pocsag-Netze erfordern aufgrund des drahtlosen, in einer dedizierten Funkschicht integrierten Zubringers keine drahtgebundenen Zubringer, was zu massiven Kosteneinsparungen führt. • Pocsag-Basisstationen sind die kos - tengünstigsten. Tetra- bzw. LTE-Basisstationen sind bis zu 30 Mal teurer. Ein Pocsag-Pager ist um den Faktor zwei bis drei günstiger als ein Tetra-Pager oder ein Smartphone. Die Zahlen in den Bildern 1 und 2 zeigen, dass jeweils separate Lösungen für die Alarmierung und die Sprachkommunikation günstiger sind als eine einzige kombinierte Lösung. Hybride Ansätze Um einen noch höheren Nutzen zu erreichen, lassen sich die Funkverfahren kombinieren. Ein Dualsystem, das Tetra mit einer unabhängigen Pocsag-Alarmierungslösung vereint, erhöht die Systemredundanz, wodurch das System entscheidend sicherer wird. Zudem bietet es wirtschaftliche Vorteile: Ein zusätzliches Pocsag-Alarmierungsnetz inkl. Pocsag-Pager ist kostengünstiger als die Beschaffung von Tetra-Pagern – die Kosten des bestehenden Tetra-Netzes nicht eingerechnet. Da ein bestehendes, auf Sprechfunk ausgelegtes Tetra-Netz für eine Alarmierung mit Tetra-Pagern jedoch verdichtet werden muss, wird der Kostenvorteil eines zusätzlichen Pocsag-Netzes noch größer. Eine andere Option ist der Einsatz von GSM-fähigen Pocsag-Pagern. Bei einem Listenpreis zwischen 300 und 400 € sind diese teurer als herkömmliche Pager. Die wiederkehrenden Kosten der GSM-Rückmeldefunktion liegen in der Größenordnung von 2 bis 3 € pro Monat pro Gerät. Diese Kosten können durch Einsparungen aus der Nutzung des Rückkanals ausgeglichen werden. Zum Beispiel hat die Feuerwehr Sankt Augustin mit 248 Freiwilligen Erwerbsausfallpauschalen in der Höhe von 53.500 € pro Jahr eingespart. Um diesen Betrag konnte die Entschädigung reduziert werden, welche die Stadtverwaltung an Arbeitgeber für deren Personalfreistellungen für Feuerwehreinsätze bezahlt – dank der Reduktion der Überalarmierung, welche die zeitnahe Rückmeldung der Freiwilligen mit dem Gerät ermöglicht. Der Nettonutzen durch die Rückkanalpager beträgt im beschriebenen Fall 36.000 € jährlich. (bac)

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Swissphone steht für die sichere Alarmierung

Die Swissphone-Gruppe ist eine führende, international tätige Anbieterin modernster und zuverlässiger Alarmierungs- und Kommunikationslösungen. Wir fokussieren die gesamte Kette der Alarmierung: Von der Produktion von robusten Pagern für Blaulichtorganisationen über die Konzeption von sicheren Alarmierungsnetzen bis hin zur Entwicklung von innovativen Softwarelösungen für das Ressourcenmanagement. Dabei konzentrieren wir uns seit jeher auf zwei Attribute – auf höchste Qualität und absolute Zuverlässigkeit. Dank des fundierten Know-hows, begründet auf unserer fast 50-jährigen Erfahrung, sind wir ausgewiesene Experten in der Konzeption und im Aufbau von drahtlosen Kommunikationssystemen.

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