СПОСОБ РАДИОПОДАВЛЕНИЯ КАНАЛОВ СВЯЗИ Российский патент 1998 года по МПК H04K3/00 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике создания искусственных помех и, в частности, может быть использовано для подавления радиосетей передачи данных, использующих пакетную технологию, а также в качестве способа имитации помехового сигнала при наладке и оценке пропускной способности радиосетей передачи данных.

Известны способы формирования радиопомех (см. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. - М.; Советское радио, 1968, с. 443; Палий А.И, Радиоэлектронная борьба. - М.: Военное издательство, 1989, с.350), включающие прием сигналов источников излучения, определение параметров этих излучений (несущую частоту, вид модуляции и ширину спектра), формирование структуры модулирующих напряжений, модуляцию сигналов возбудителей полученным модулирующим напряжением, усиление и излучение в эфир помехового радиосигнала.

Однако, известные способы обеспечивают излучение радиопомех без учета особенностей протоколов канального уровня (управление информационным каналом и доступом к среде передачи), применяемых в современных радиосетях пакетной передачи информации, что приводит к значительным затратам времени излучения радиопомех на достижение заданного эффекта дезорганизации работы пакетной радиосети.

Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному является способ формирования помех, описанный в книге: Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Военное издательство, 1989, с. 34, рис. 2.11. способ-прототип включает в себя: прием сигнала источника излучения, определение его параметров, (формирование структуры модулирующего напряжения (см. стр. 15-17 указанной книги), модуляцию сигнала возбудителя, усиление и излучение в эфир помеховых сигналов.

Однако способ - прототип имеет следующие недостатки: низкую эффективность подавления сетей, использующих пакетную технологию, обусловленную тем, что при реализации известного способа малые длительности (10-100 мс) сообщений и значительные аппаратные задержки (0,5...1,0 с) станции помех, делают невозможным создание ответных помех в коротком интервале времени излучения пакета, подлежащего подавлению; большие энергетические и временные затраты, обусловленные необходимостью создания непрерывных помех из-за случайных моментов начала передачи пакета; невозможность одновременного подавления нескольких источников излучения одной станцией помех.

Целью изобретения является разработка способа радиоподавления каналов связи, обеспечивающего повышение эффективности создания радиопомех при одновременном уменьшении временных и энергетических затрат на достижение заданного эффекта подавления, а также достижение возможности при неизменном ресурсе станции помех подавить несколько источников излучений, работающих в различных пакетных радиосетях.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе радиоподавления каналов связи, включающем прием сигналов источников излучения, определение их параметров, формирование структуры модулирующих напряжений, модуляцию сигналов возбудителей, усиление и излучение в эфир помеховых сигналов, после измерения параметров принимаемых сигналов источников излучения на частотах f₁, ...,f_i дополнительно в заданном промежутке времени T_ц последовательно, начиная с сигнала источника излучений на частоте f₁, измеряют суммарное время t_i (i=1,2,3,...), в течение которого отсутствует прием на частоте f_i. После этого формируют управляющие сигналы, задающие режим работы устройства управления передачей и структуру модулирующих напряжений. Далее модулируют сигналы возбудителей, усиливают их в передатчике помех и излучают в эфир в режиме, заданном сигналом устройства управления передачей, в течение интервала времени t_i. Затем вычисляют высвободившийся временной ресурс подавления по формуле . Перечисленные действия, начиная с измерения суммарного времени t_i, повторяют до тех пор, пока выполняется условие > t_i+1. Процесс формирования сигнала, задающего режим работы устройства управления передачей, включает: настройку возбудителя на одну из обнаруженных частот (f₁, f₂, f₃, ...); формирование сигналов, устанавливающих в каждом из возбудителей вид модуляции и ширину спектра формируемой помехи, сигнала управления коммутатором напряжений, поступающих от возбудителей, и сигнала управления передатчиком.

Указанная новая совокупность существенных признаков благодаря тому, что она учитывает информацию о текущей нагрузке канала позволяет избежать излучения непрерывных помех с интенсивностью, стремящейся к 1, и тем самым обеспечить минимизацию расходов помехового ресурса (времени излучения) на достижение заданного эффекта подавления канала пакетной радиосети, а также провести перераспределение высвободившейся его части на подавление других источников излучения.

На фиг. 1 показаны временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого способа при подавлении каналов пакетных радиосетей, работающих на разных частотах; на фиг. 2 - зависимость средних размеров очереди из готовых к передаче пакетов и количества повторений пакета от суммарной загрузки канала ρ_sum ; на фиг. 3 - зависимость нормированных среднего времени доведения пакета до получателя и его дисперсии D_дов от суммарной загрузки канала ρ_sum ; на фиг. 4 - зависимость средних размеров очереди из готовых к передаче пакетов и количества повторений пакета от интенсивности излучения преднамеренных помех ρ_j при разных интенсивностях передачи информационных пакетов ρ_и; на фиг. 5 - зависимость нормированных среднего времени доведения пакета до получателя и его дисперсии D_дов от интенсивности излучения преднамеренных помех ρ_j при разных интенсивностях передачи информационных пакетов ρ_и ; на фиг. 6 - структурная схема станции помех, реализующей данный способ радиоподавления каналов связи.

Возможность реализации предложенного способа радиоподавления канала пакетной радиосети объясняется следующим. Известно, что в каналах пакетных радиосетей информация передается с помощью последовательности коротких (10-100 мс) сообщений со случайными промежутками следования - пакетами, под которыми понимается непрерывная взаимосвязанная последовательность бит, передаваемая или принимаемая как единое целое. При этом для передачи пакетов используется коллективный радиоканал со случайным множественным протоколом доступа к нему (см. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. - М.: Мир, 1979, раздел 5.11, с. 405. - раздел 5.12, с. 441.). Протокол - это свод правил и форматов, определяющий порядок взаимодействия коммуникационных компонент и оконечного оборудования абонентов системы связи, (см. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. -М. : Мир, 1990, с.510). Для подавления такого канала известным способом необходимо создавать помеховое излучение в пределах длительности передаваемого пакета. На практике реализовать данный способ подавления не представляется возможным из-за случайных моментов начала передачи пакета, коротких и отличающихся друг от друга по длительности пакетов ( фиг. 1,а) и значительных аппаратных задержек станций помех, т.е. времени реакции станции помех на появление в канале сигнала от очередного пакета. Очевидно, при непрерывном излучении помех на частоте подавляемого канала можно нарушить процесс передачи сообщений, но это приведет к неоправданному расходу помехового ресурса, т.е. энергетики и времени излучения.

Поскольку сети с коммутацией пакетов построены и функционируют по принципам систем массового обслуживания, то их эксплуатационные характеристики (средние размеры очереди - из ожидающих своей передачи пакетов, средние задержки времени - пребывания пакета в системе передачи и среднее количество повторных передач - одного пакета) зависят от статистических параметров (распределения длительностей поступаемых на передачу пакетов и промежутков между соседними поступлениями) входного потока пакетов и задаваемого им суммарного коэффициента нагрузки канала - ρ_sum(фиг. 2 и фиг. 3). Кроме того, можно показать, что суммарная нагрузка канала ρ_sum в условиях воздействия преднамеренных помех зависит не только от интенсивности генерации новых пакетов ρ_и но и от интенсивности излучаемых в этом канале помех ρ_j , т.е. доказать, что ρ_sum = ρ_и + ρ_j (см. Чуровский С.Р., Шишков А.Я., Волков В.Е. Модель радиоинтерфейса пакетной радиосети с протоколом CSMA/CD в условиях воздействия сосредоточенной имитирующей помехи // В кн. тезисы докладов на III Международной конференции МКСиС-94. - С.-П.; ЛОНИИС, 1994, 24...28 Окт., с. 347-352.). Анализ характеристик пакетных радиосетей, проведенный в данной работе показал. Ключевой проблемой функционирования протокола случайного множественного доступа является борьба за доступ к каналу между пользователями готовыми к передаче своего информационного пакета и импульсами помех "захватывающих" часть временного ресурса канала. Вероятность того, что доступ любого пользователя к каналу будет разрешен в течение времени, не превышающем заданного, зависит от интенсивности возникающих в канале помех. По результатам анализа получено обоснованное заключение о том, что для эффективного радиоподавления канала пакетной радиосети с протоколом случайного множественного доступа необходимо, чтобы предлагаемый способ радиоподавления обеспечивал такое "использование" временного ресурса канала, которое бы обеспечило суммарный коэффициент нагрузки, равный его максимально возможному значению для данного протокола. При таком подходе, канал теоретически способен сохранять работоспособность, но будет находиться в состоянии насыщения, а очереди готовых к передаче пакетов и время доведения этих пакетов до получателей будут стремиться к бесконечности. Таким образом, используя информацию об интенсивности передач в канале, можно с помощью соответствующей интенсивности излучения помех довести суммарную нагрузку в подавляемом канале до значений, при которых для заданного множества пользователей сети не будут выполняться требования по качеству передачи сообщений, т.е. средние значения характеристик доведения пакета до потребителя примут заданные значения или превысят их и устремятся к бесконечности ( фиг. 4 и фиг. 5).

Реализовать предложенный способ можно следующей последовательностью действий. На начальном этапе производится прием сигнала пакетной радиосети, работающий на частоте f₁ ( фиг. 1,а). В процессе приема осуществляется автоматическое измерение значений несущей частоты. Одновременно в течении приема сигналов на частоте f₁ с выхода промежуточной частоты приемного устройства подается сигнал на анализатор спектра для определения вида модуляции и измерения ширины спектра, принимаемых сигналов. Кроме того, сигнал промежуточной частоты поступает в блок автоматического измерения интенсивности передач в контролируемом канале. Последняя операция может быть реализована методом подсчета в заданном промежутке времени T_ц интервала t₁, в течении которого канал был свободен от передач (фиг. 1,а). Полученный таким образом интервал времени t₁ будет равняться минимально необходимому временному интервалу излучения помех на данной частоте, доводящему суммарную нагрузку этого канала до ее системного предела. Под системным пределом пропускной способности канала понимается потенциальная пропускная способность последнего, зависящая от реализованных в нем протоколов передачи информации (в общем случае стремится к 1). Высвободившийся при этом ресурс времени подавления может быть выделен для подавления канала связи, работающего на другой частоте. Далее процесс приема сигналами измерение его характеристик повторяется уже на частоте f₂ (фиг. 1,б). При этом, если интервал времени t₂ меньше , то после вычисления остатка временного ресурса, процесс приема и измерения параметров передач повторяется уже на частоте f₃ и т.д.(фиг. 1,в). Формирование структуры сигнала, задающего режим работы устройства управления передачей (фиг. 1,г), происходит следующим образом. По полученной в процессе приема и анализа информации о параметрах обнаруженных сигналов, по командам блока управления производится настройка каждого из имеющихся на станции помех возбудителей на одну из частот принятого сигнала источника излучения (f₁, f₂, f₃,...) для возбуждения соответствующей несущей частоты. Далее, для каждого из возбудителей, по командам блока управления устройство модулирующих сигналов, формирует сигнал, задающий вид модуляции и ширину спектра, генерируемой возбудителем помехи. После чего устройство управления передачей формирует сигналы управления коммутатором напряжений, поступающих от возбудителей, чем задает длительность подключения, (t₁, t₂, t₃,...) каждого из возбудителей к передатчику (фиг. 1,г ), и общую длительность излучения передатчика, отпирая последний на время цикла излучения T_ц (фиг. 1,г).

Указанная последовательность действий предложенного способа может быть реализована, например, с помощью станции помех, один из вариантов структурной схемы которой показан на фиг. 6. Измерение параметров сигнала осуществляется по командам, поступающим от блока управления 1, с помощью аппаратуры приема и анализа 2. В процессе определения параметров сигнала, принимаемого на частоте f_i, блок определения интенсивности передач 3 автоматически фиксирует суммарное время t_i минимально необходимой длительности излучения на f_i в заданном интервале времени T_ц. Получаемая в результате наблюдения за данной частотой информация накапливается в запоминающем устройстве 1.1 (запоминающее устройство подавляемых частот - ЗУПЧ) блока управления 1. После окончания этапа сбора информации о работающих в данный момент времени пакетных радиосетях, последий подает команды в блок формирования помех 4, по которым возбудители 4.1 (в общем случае количество возбудителей может быть произвольным, но более одного) настраиваются на выбранные для подавления частоты; с выхода устройства модулирующих сигналов 4.2 подаются сигналы, определяющие каждому из возбудителей 4.1 вид модуляции и требуемую ширину спектра; устройство управления передачей 4.3 задает длительности излучения (t₁, t₂, t₃,...) на каждой частоте (f₁, f₂, f₃,...) соответственно и подает эти сигналы на коммутатор 4.4 одновременно с сигналом отпирания и запирания передатчика помех 5 на время T_ц. В качестве устройств, реализующих перечисленные действия могут быть использованы, например, серийно выпускаемые образцы: устройство поиско-пеленгаторное Р-330 УПП; анализатор спектра Р-399 Т; блок управления станцией Р-330 УУС; блок измерения интенсивности передач может быть построен по известным схемам измерителей временных интервалов (Справочник по радиоизмерительным приборам / в 3-х т. / т.2 Под ред. Насонова В.С. М.; Советское радио, 1977, с.272).

Использование: изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике создания искусственных помех и, в частности, может быть использовано для подавления радиосетей передачи данных, использующих пакетную технологию, а также в качестве способа имитации помехового сигнала при наладке и оценке пропускной способности радиосетей передачи данных. Целью изобретения является разработка способа подавления, обеспечивающего повышение эффективности создания радиопомех, достигаемое за счет формирования преднамеренных помех, учитывающих особенности протоколов канального уровня. Способ включает процесс формирования сигнала, задающего режим работы устройства управления передачей и структуру модулирующих напряжений, который реагирует на интенсивность передач в канале. Это приводит к снижению затрат времени излучения радиопомех на одной частоте и позволяет использовать высвободившийся ресурс для подавления других источников излучения. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ радиоподавления каналов связи, включающий прием сигналов источников излучения, определение их параметров, формирование сигналов управления режимом передачи и структуры модулирующих напряжений, модуляцию, усиление и излучение помеховых сигналов, отличающийся тем, что при приеме сигналов источников излучения каналов пакетной связи дополнительно распределяют ресурс подавления, для чего для каждого цикла подавления с заданным интервалом Т_ц на каждой рабочей частоте источника излучений f_i, где i 1,2,3,N текущий номер источника излучения, начиная с f₁, измеряют суммарное время t_i, в течение которого отсутствует прием сигнала на i-й частоте, и принимают его равным времени излучения помехового сигнала на этой частоте, после чего вычисляют временный ресурс t_p i, оставшийся в данном цикле подавления, по формуле сравнивают его с величиной t_i + 1 и при выполнении неравенства t_p i < t_i + 1 процесс распределения ресурса подавления прекращают, а число подавляемых каналов связи N принимают равным i, для которого выполняется это неравенство. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование сигналов управления режимом передачи включает выбор несущих частот помеховых сигналов, совпадающих с рабочими частотами принятых сигналов источников радиоизлучения каналов пакетной связи, выработку сигналов управления временем излучения помеховых сигналов на частотах f₁, f₂, f_N в пределах цикла подавления Т_ц и сигнала управления излучением в начале и конце цикла подавления.