СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИВУЧЕСТИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ АБОНЕНТСКОЙ СЕТИ СВЯЗИ Российский патент 2016 года по МПК H04W16/28 H04W12/02 

Изобретение относится к системам и сетям связи и может быть использовано при проектировании распределенных сетей связи.

Толкование терминов, используемых в заявке.

Под распределенной абонентской сетью связи понимают радиально-зоновую сеть связи, предназначенную для предоставления услуг связи мобильным абонентам. В состав сети входят абонентские станции, базовые станции, узлы связи, вспомогательные технические средства и программное обеспечение, с помощью которых формируется территориальная зона, на которой возможны подключения через радиоинтерфейс абонентских станций (В.А. Григорьев, О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. Сети и системы радиодоступа. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 384 с., с. 27).

Базовая станция (БС) представляет собой совокупность технических средств и антенно-фидерных устройств, обеспечивающих обмен информацией с абонентскими станциями и реализацию радиоинтерфейса в соответствии с протоколом обмена информацией (В.А. Григорьев, О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. Сети и системы радиодоступа. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 384 с., с. 27).

Под абонентской станцией (АС) будем понимать совокупность технических и программных средств, обеспечивающих подключение к сети и обмен информацией в соответствии с установленным протоколом обмена и с характеристиками, определенными радиоинтерфейсом (В.А. Григорьев, О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. Сети и системы радиодоступа. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 384 с., с. 28).

Под зоной покрытия понимают территорию, на которой с заданной вероятностью уровень сигнала от БС превышает уровень чувствительности АС (В.А. Григорьев, О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. Сети и системы радиодоступа. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 384 с., с. 29).

Единая сеть электросвязи (ЕСЭ) представляет собой совокупность технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, выделенных сетей, технологических сетей связи, присоединенных к ЕСЭ, сетей связи специального назначения и других сетей электросвязи для передачи информации при помощи электромагнитных систем (Ломовицкий В.В. Основы построения систем и сетей передачи информации / Ломовицкий В.В., Михайлов А.И., Шестак К.В., Щекотихин В.М. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 382 с., стр. 160).

Система связи - организационно-техническое объединение средств связи, развернутых в соответствии с решаемыми задачами и принятой системой управления для обмена всеми видами сообщений (информации) между пунктами (узлами связи), органами и объектами управления (Ермишян А.Г. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях и соединениях: Учебник. Часть 1. Методологические основы построения организационно-технических систем военной связи. СПб.: ВАС, 2005. - 740 с., стр. 74).

Сеть связи - технологическая система, включающая в себя средства и линии связи и предназначенная для электросвязи (Федеральный закон "О связи". 8.07.2003. Принят Государственной Думой 18 июня 2003 года).

Линия связи - элемент системы связи, предназначенный для образования каналов и групповых трактов, имеющих общую среду распространения (В.В. Ломовицкий, А.И. Михайлов, К.В. Шестак, В.М. Щекотихин. Основы построения систем и сетей передачи информации. Учебное пособие для вузов; под ред. В.М. Щекотихина - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 382 с., c. 11).

Антенно-фидерный тракт - совокупность передающей антенны и фидера, соединяющего передающую антенну с передатчиком, а также приемной антенны и фидера, соединяющего приемную антенну с приемником. Обратимость процессов, происходящих в передающих и приемных антеннах, привела к использованию в мобильных (передвижных) радиостанциях одной общей приемопередающей антенны (Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. Часть 2. Антенны. М.: Советское радио, 1969 - 328 с., с. 5-6).

Дуплексер - устройство для одновременной (дуплексной) работы приемника и передатчика на одну общую антенну, состоящее из устройства сложения сигналов и разделительных фильтров (Бодиловский В.Г., Устинский А.А. Радиорелейная связь на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1984. - 359 с., с. 8).

Диаграмма направленности антенны - графическое представление функции, выражающей свойство антенны по-разному излучать электромагнитную энергию в различных направлениях. В зависимости от вида диаграммы направленности различают направленные, слабонаправленные и ненаправленные антенны. У направленных антенн направление максимального излучения электромагнитной энергии принято называть главным лепестком диаграммы направленности, а остальные направления излучения - побочными (боковыми, задними) лепестками диаграммы направленности (Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. Часть 2. Антенны. М.: Советское радио, 1969 - 328 с., с. 13-14, с. 18-19).

Коэффициентом усиления антенны называется произведение коэффициента направленного действия антенны на коэффициент полезного действия антенны. Коэффициентом направленного действия антенны называется отношение плотности потока мощности антенны в данном направлении к плотности потока мощности, излучаемой абсолютно ненаправленной антенной, на одинаковом расстоянии от антенн (Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. Часть 2. Антенны. М.: Советское радио, 1969 - 328 с., с. 19-20).

Телеуправление (ТУ) - управление положением или состоянием дискретных объектов и объектов с непрерывным множеством состояний методами и средствами телемеханики (ГОСТ 26.005-82. Телекоммуникации. Аудио- и видеотехника. Термины и определения. Часть 1. // Москва. Стандартинфом. 2005. 10 с., с. 3).

Телесигнализация (ТС) - получение информации о состоянии контролируемых и управляемых объектов, имеющих ряд возможных дискретных состояний, методами и средствами телемеханики (ГОСТ 26.005-82. Телекоммуникации. Аудио- и видеотехника. Термины и определения. Часть 1. // Москва. Стандартинфом. 2005. 10 с., с. 4).

Кадр - форма представления информации в виде структурно отделенных друг от друга данных (Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. - СПб.: Питер, 2010. - 944 с., с. 85).

Токен - кадр специального формата, разрешающий доступ к разделяемой общей среде элементу сети, в распоряжении которого находится в данный момент токен. Используется в сетях связи с детерминированным методом доступа (Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. - СПб.: Питер, 2010. - 944 с., с. 353).

Арбитр - специальное устройство, управляющее доступом к общей разделяемой среде при детерминированном методе доступа (Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. - СПб.: Питер, 2010. - 944 с., с. 71).

Известен способ, заложенный в устройстве, описанном в изобретении («Сеть связи», патент РФ №RU 2366092, кл. H04J 3/00, опубл. 27.08.2009. Бюл. №24), заключающийся в том, что при развертывании сети связи строят осевые и рокадные линии связи, развертывают опорные узлы связи для обеспечения распределения и коммутации каналов и пакетов сообщений, а также узлы доступа и линии, соединяющие опорные узлы связи с узлами доступа.

Недостатком данного способа является низкий уровень живучести из-за высокой вероятности обнаружения радиоизлучающих средств, входящих в состав развертываемой сети связи.

Известен способ «Способ построения защищенной системы связи», патент РФ №RU 2459370, кл. H04L 12/00, опубл. 20.08.2012. Бюл. №23. Согласно способу развертывают систему связи, содержащую осевые, рокадные линии связи, опорные узлы связи, дополнительные линии связи, соединяющие опорные узлы связи и узлы доступа, измеряют значения демаскирующих признаков для сети связи, уже функционирующей на заданной территории.

Недостатком способа является низкий уровень живучести из-за высокой вероятности обнаружения радиоизлучающих средств, входящих в состав развертываемой сети связи.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям способом, взятым за прототип, является «Способ формирования защищенной системы связи, интегрированной с единой сетью электросвязи в условиях внешних деструктивных воздействий», патент РФ №RU 2544786, кл. Н04В 7/24, опубл. 10.12.2014 Бюл. №34. Согласно изобретению: задают необходимые исходные данные, формируют структуру и топологию системы связи, интегрированной с ЕСЭ, определяют необходимые способы привязки к ЕСЭ, измеряют и производят анализ используемого ресурса ЕСЭ, измеряют количество, периодичность и продолжительность внешних деструктивных воздействий, прогнозируют значения деструктивных воздействий на линии связи, прогнозируют ресурс ЕСЭ, определяют достаточность спрогнозированного ресурса ЕСЭ на определенный промежуток времени, распределяют на местности силы и средства, обеспечивающие своевременное развертывание и непрерывное функционирование системы связи, разрабатывают последовательность действий по обеспечению защиты системы связи от внешних деструктивных воздействий и формируют защитный ресурс, исполняют комплект документов, регламентирующий порядок и последовательность выполнения работ по планированию и рациональному перераспределению телекоммуникационного ресурса, распределяют ресурс сети между абонентами с учетом их категории приоритета.

Недостатком способа-прототипа является низкий уровень живучести из-за высокой вероятности обнаружения радиоизлучающих средств, входящих в состав развертываемой сети связи.

Задачей изобретения является создание способа обеспечения живучести распределенной абонентской сети связи, позволяющего расширить возможности способа-прототипа, а также повысить живучесть формируемой сети за счет снижения вероятности обнаружения абонентских радиоизлучающих средств связи злоумышленниками.

Способ обеспечения живучести распределенной абонентской сети связи заключается в том, что планируют развертывание и функционирование системы связи, формируют структуру и топологию системы связи, интегрированной с ЕСЭ, развертывают первый и второй узлы связи, узлы доступа ЕСЭ, линии связи, соединяющие первый и второй узлы связи с узлами доступа ЕСЭ, задают исходные данные, а именно район перемещения мобильных абонентов, количество мобильных абонентов, маршруты движения мобильных абонентов, потребности абонентов в скорости информационного обмена, количество и районы размещения ближайших к району перемещения мобильных абонентов узлов доступа ЕСЭ, технические характеристики применяемых базовых и абонентских станций, выделенный для работы абонентских и базовых станций частотный ресурс, район расположения, средства и возможности злоумышленников по мониторингу и воздействию на сети связи, требования к живучести распределенной абонентской сети связи, время, к которому планируется закончить обслуживание абонентов в заданном районе. Разделяют на передающую и приемную части антенно-фидерный тракт абонентских станций, оснащают абонентские станции системами наведения передающих и приемных антенн. Разделяют базовые станции по выполняемым функциям на передающие и приемные. Назначают частоты передачи передающих базовых станций, назначают общую частоту передачи абонентских станций. Рассчитывают уровни напряженности электромагнитного поля передающих базовых станций в пределах заданного района перемещения мобильных абонентов и соответствующие данным уровням значения достоверности приема информации от передающих базовых станций. Рассчитывают координаты точек маршрутов движения мобильных абонентов с пониженной достоверностью приема информации от базовых станций. Рассчитывают вероятность обнаружения абонентских станций планируемой распределенной абонентской сети средствами мониторинга злоумышленников. Рассчитывают координаты точек маршрутов движения абонентов, в которых вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников будет минимальной и максимальной. Рассчитывают азимуты ориентации главных лепестков передающих антенн абонентских станций на приемные базовые станции, при которых обеспечивается минимальная вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленника. Рассчитывают показатели живучести планируемой распределенной абонентской сети. Сравнивают значения рассчитанных показателей живучести планируемой сети с требованиями, при превышении требований живучести над рассчитанными значениями показателей живучести изменяют структуру и топологию планируемой распределенной абонентской сети. Развертывают передающие базовые станции, соединяют их с узлами доступа ЕСЭ, причем направляют передающие антенны передающих базовых станций главным лепестком диаграммы направленности в направлении, обеспечивающем минимальную вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников. Развертывают приемные базовые станции, соединяют их с узлами доступа ЕСЭ. Соединяют каналами связи ЕСЭ первый и второй узлы связи между собой. Соединяют каналами связи ЕСЭ первый и второй узлы связи с сетью связи общего пользования. Соединяют каналами связи ЕСЭ первый и второй узлы связи с базовыми станциями. Формируют на машинном носителе информации базу данных о координатах районов размещения базовых станций, записывают в базу данных частоты передачи, назначенные передающим базовым станциям, записывают в базу данных общую частоту передачи, назначенную абонентским станциям, записывают в базу данных координаты областей, в границах которых достоверность приема информации от передающих базовых станций будет ниже требуемой. Записывают в базу данных координаты точек маршрутов движения абонентов, в которых вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников будет минимальной и максимальной, а также соответствующие им азимуты ориентации передающих антенн абонентских станций на приемные базовые станции. Переносят сформированную базу данных в элементы памяти устройств управления абонентских станций. Перемещают абонентские станции по маршрутам движения абонентов, причем направляют передающие антенны абонентских станций главным лепестком диаграммы направленности в направлении приемных базовых станций и обеспечивающем минимальную вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга, а приемные антенны - в направлении передающих базовых станций. Осуществляют информационный обмен от абонентских станций в сторону базовых станций только в точках маршрута движения с минимальной вероятностью обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников, блокируют работу передатчиков абонентских станций в точках маршрута движения с максимальной вероятностью обнаружения средствами мониторинга злоумышленников.

Способ может характеризоваться тем, что при планировании развертывания и функционирования системы связи дополнительно планируют распределенную абонентскую сеть связи.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков позволяет повысить живучесть формируемой сети за счет снижения вероятности обнаружения абонентских радиоизлучающих средств связи злоумышленниками.

Проведенный анализ позволил установить, что аналоги, тождественные признакам заявленного способа, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данный способ с достижением указанного в изобретении назначения.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 - схема, поясняющая способ формирования распределенной абонентской сети связи;

фиг. 2 - структура сети связи;

фиг. 3 - схема, поясняющая достижимость технического результата;

фиг. 4 - зависимость коэффициента живучести сети связи от соотношения сигнал/шум на входе средства мониторинга злоумышленников при заданной вероятности ложной тревоги.

Схема, поясняющая способ формирования распределенной абонентской сети связи с пониженной вероятностью обнаружения абонентских радиоизлучающих средств связи злоумышленниками представлена на фигуре 1, где в блоке 1 задают (вводят) исходные данные, необходимые для формирования распределенной абонентской сети связи, а именно район SMR перемещения мобильных абонентов, количество К мобильных абонентов, потребности каждого из абонентов в скорости A_i (i=1…K) информационного обмена, количество ближайших к району SMR перемещения мобильных абонентов узлов доступа ЕСЭ [1…m]; районы NNR_i (i=1…m) размещения ближайших к району SMR перемещения мобильных абонентов узлов доступа ЕСЭ, технические данные используемых абонентских и базовых станций (мощность передатчиков P_BS и Р_АС, реальная чувствительность приемников q_BS и q_AC, ширина диаграммы направленности передающих и приемных антенн Θ^пер _BS, Θ^прм _BS, Θ^пер _AC, Θ^прм _AC, коэффициенты усиления передающих и приемных антенн G^пер _BS, G^прм _BS, G^пер _AC, G^прм _AC), множество частот FF, разрешенных для назначения в качестве передающих частот базовых станций и передающих частот абонентских станций, район ER размещения злоумышленников, имеющиеся у злоумышленников средства и возможности по мониторингу и воздействию на сети связи, требования к живучести распределенной абонентской сети связи К_{ж треб}, время tк окончания обслуживания абонентов в заданном районе SMR.

В блоке 2 производят разделение на передающую и приемную части антенно-фидерного тракта абонентских станций.

Для разделения антенно-фидерного тракта абонентской станции необходимо исключить из состава абонентской станции дуплексер, приемопередающую антенну, вновь ввести в состав абонентской станции передающую направленную антенну и фидер, соединяющий передающую антенну с передатчиком абонентской станции, а также направленную приемную антенну и фидер, соединяющий приемную антенну с приемником.

Оснащают абонентские станции системами наведения передающих и приемных антенн.

Под системой наведения будем понимать совокупность механизма опорно-поворотного устройства и механизма следящей системы, а также управляющего устройства. В состав опорно-поворотного устройства входят механизмы вращения и юстировки антенн, предназначенных для точного наведения антенны в заданном направлении по командам устройства управления. В состав механизма следящей системы входит набор датчиков, связанных с антенной и информирующих устройство управления о реальной пространственной ориентации антенны. Конструирование систем наведения антенн осуществляется с применением известных методик (Диняева Н.С. Конструирование механизмов антенн: учебное пособие. - М.: изд-во МАИ, 2002. - 340 с., с. 9, с. 120-129, с. 148-151).

В блоке 3 производят разделение базовых станций по выполняемым функциям на передающие и приемные, при этом сами станции могут оставаться в готовности выполнить в требуемый момент времени функции передающих или приемных.

Разделение базовых станций по выполняемым функциям на передающие и приемные может быть выполнено по типовому варианту развертывания и эксплуатационного обслуживания стационарных KB радиолиний с территориально-разнесенными приемными и передающими радиоцентрами (Исаков Е.Е. Технологические проблемы построения транспортных сетей систем военной связи. - СПб: 2004. - 328 с., с. 226-227).

В блоке 4 планируют распределенную абонентскую сеть связи, а именно формируют структуру и топологию сети связи, определяют способы привязки к ЕСЭ с учетом количества узлов доступа - m и районов их размещения - NNR_i (i=1…m).

В общем случае планирование сети связи включает в себя ряд материальных действий над материальными объектами, например разработку различных документов, схем, карт и т.п., в которых устанавливается последовательность, способы и время выполнения поставленных задач; проведение рекогносцировки (выезд на место предполагаемого развертывания элементов системы связи, проведение измерений размеров площадок для развертывания антенн и аппаратных связи, изучение физико-географических условий и т.п.); проведение расчетов и разработка вариантов построения системы связи (П.К. Алтухов, И.А. Афонский и др. Основы теории управления войсками. / Под ред. Алтухова П.К. - М.: Воениздат, 1984. - 221 с., стр. 17, 137-141. Военный энциклопедический словарь. - М.: Издательский дом "Оникс 21 век", 2002. - 1432 с., стр. 1104, 1128).

Узлы доступа для привязки распределенной абонентской сети связи располагаются, как правило, на объектах сети связи общего пользования ЕСЭ. Привязка к такому объекту и прием из ЕСЭ необходимого числа цифровых каналов и трактов передачи осуществляется с использованием оборудования плезиохронной и синхронной цифровой иерархии.

Структурно-топологическое построение распределенной абонентской сети связи осуществляется с учетом следующих элементов: базовых станций (передающих и приемных), узлов связи (первого и второго), линий связи и каналов связи.

Определяют количество Т передающих базовых станций координаты районов их размещения TR_BSi, i=1…T. Определяют количество R приемных базовых станций координаты районов их размещения RR_BSj, j=1…R. При определении количества базовых станций R, Т и координат районов их размещения исходят из:

- предполагаемого района ER размещения средств мониторинга злоумышленников;

- недопустимости ориентации главных лепестков диаграммы направленности передающих антенн абонентских и передающих базовых станций в направлении на средства мониторинга злоумышленников.

Для расчета количества базовых станций и определения координат их расположения с учетом обеспечения связи с абонентскими станциями в районе SMR перемещения мобильных абонентов применяют известные алгоритмы частотно-территориального планирования (Бабков В.Ю. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование: учеб. пособие для вузов / В.Ю. Бабков, М.А. Вознюк, П.А. Михайлов. - 2-е изд., испр. - 224 с. М.: Горячая линия - Телеком, 2007, с. 115).

Планируют линии связи, соединяющие базовые станции с узлами доступа ЕСЭ, а именно каждой линии определяется род связи, ее образующий (радиорелейный, кабельный), пропускная способность линии, а при необходимости - частоты и азимуты антенн. При этом сформированные линии не должны излучать главным лепестком диаграммы направленности антенны в сторону района ER размещения злоумышленников.

Планируют каналы связи ЕСЭ для соединения первого и второго узлов связи между собой. Планируют каналы связи ЕСЭ для соединения первого и второго узлов связи с сетью связи общего пользования. Планируют каналы связи ЕСЭ для соединения первого и второго узлов связи с базовыми станциями. При планировании каналов связи учитывают потребности каждого из абонентов в скорости информационного обмена А_i, а также необходимости передачи информации телеуправления и телесигнализации между первым и вторым узлами связи, а также между первым и вторым узлами связи и базовыми станциями.

Необходимое количество линий и каналов ЕСЭ и их пропускная способность, необходимая для планируемой распределенной абонентской сети связи, могут быть смоделированы с помощью имитаторов формальных математических моделей каналов связи, основанных на аппарате системных функций (Галкин А.П. и др. Моделирование каналов систем связи. - М.: Связь, 1979. - 96 с., стр. 40-52).

В блоке 5 из множества FF разрешенных к использованию частот назначают Т частот передачи F_BSi для каждой передающей базовой станции и одну общую частоту передачи F_AC абонентских станций. Частоты выбирают с учетом правил назначения рабочих частот конкретных моделей базовых и абонентских станций. Распределение частотного ресурса является составной частью известных алгоритмов частотно-территориального планирования (Бабков В.Ю. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование: учеб. пособие для вузов / В.Ю. Бабков, М.А. Вознюк, П.А. Михайлов. - 2-е изд., испр. - 224 с. М.: Горячая линия - Телеком, 2007, с. 119).

В блоке 6 производят расчет уровней напряженности электромагнитного поля передающих базовых станций в пределах заданного района SMR перемещения мобильных абонентов и соответствующих данным уровням значений достоверности приема информации от базовых станций, формируют координат областей LQR_i, в границах которых достоверность приема сигналов от базовых станций будет ниже требуемого (Бабков В.Ю. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование: учеб. пособие для вузов / В.Ю. Бабков, М.А. Вознюк, П.А. Михайлов. - 2-е изд., испр. - 224 с. М.: Горячая линия - Телеком, 2007, с. 82-107).

В блоке 7 производят расчет вероятности обнаружения P_обнi абонентских станций средствам мониторинга злоумышленников с учетом:

- района ER размещения, средств и возможностей злоумышленников по мониторингу и воздействию на сети связи;

- характера и маршрутов SR_i движения абонентов в пределах района SMR;

- технических характеристик применяемых базовых и абонентских станций.

Обнаружением объекта с помощью средств мониторинга называется процесс принятия решения об отсутствии или наличии объекта в данной области пространства в результате приема и обработки сигналов. Прием сигналов всегда происходит на фоне помех того или иного вида (собственные шумы приемника средства мониторинга, радиошумы космического пространства и др.) В результате чего возможны ошибки в принятии решения. Случай, когда объект действительно есть, и средство мониторинга приняло решение о его наличии, называется правильным обнаружением объекта. Случай, когда объекта в действительности нет, а средство мониторинга приняло решение о его наличии, называется ложной тревогой (Меньшаков Ю.К. Защита объектов и информации от технических средств разведки. - М.: Российск. гос. гуманит. ун-т.- 2002 г., 399 с., стр. 82-83).

Расчет вероятности обнаружения Р_обнi i-й абонентской станции с учетом направления (ориентации) передающей антенны абонентской станции главным лепестком диаграммы направленности на приемную базовую станцию и соответствующему данной ориентации положению побочных лепестков диаграммы направленности антенны (боковых, задних) относительно средств мониторинга злоумышленников производится по формуле (Меньшаков Ю.К. Защита объектов и информации от технических средств разведки. - М.: Российск. гос. гуманит. ун-т. - 2002 г., 399 с., стр. 82):

где Р_обнi - вероятность обнаружения (правильного обнаружения);

q - отношение сигнал/шум на входе средства мониторинга злоумышленников;

- интеграл вероятности;

Р_ЛТ - вероятность ложной тревоги.

Отношением сигнал/шум называется частное от деления мощности сигнала на входе приемника средства мониторинга Р_Свх на мощность шума Р_Швх в той же точке (Ломовицкий В.В. Основы построения систем и сетей передачи информации / Ломовицкий В.В., Михайлов А.И., Шестак К.В., Щекотихин В.М. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 382 с., стр. 109).

В блоке 8 рассчитывают координаты точек STP_i маршрутов движения абонентов, в которых вероятность обнаружения средствами мониторинга злоумышленников будет минимальной и максимальной, а также соответствующих им азимутов ориентаций главных лепестков диаграммы направленности передающих антенн абонентских станций на приемные базовые станции. Расчет координат и азимутов производят известными методами топографии (Бубнов И.А., Богатов С.Ф., Дубов С.Д., Калинин А.К., Савченко П.Т. Военная топография; под ред. А.С.Николаева - М.: Воениздат, 1977. - 280 с., с. 36-54)

В блоке 9 осуществляют расчет показателя живучести: коэффициента К_ж распределенной абонентской сети на основе рассчитанных значений вероятности обнаружения P_oбнi абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников.

Живучесть характеризует устойчивость сети связи против действия причин (стихийных и преднамеренных), лежащих вне системы и приводящих к разрушениям или значительным повреждениям некоторой части ее элементов - узлов, абонентских и базовых станций, линий и каналов связи (Ермишян А.Г. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях и соединениях: Учебник. Часть 1. Методологические основы построения организационно-технических систем военной связи. СПб.: ВАС, 2005. - 740 с., стр. 340).

При расчетах живучести сетей связи, ввиду сложности математических расчетов производят декомпозицию сети на составные части и далее ведут расчеты отдельно по каждой составной части сети связи, в том числе по всем радиоизлучающим средствам (Боговик В.А., Игнатов В.В. Эффективность систем военной связи и методы ее оценки. - СПб.: ВАС, 2006. - 183 с., с. 57-59, электронная версия книги также доступна по адресу: http://www.twirpx.com/file/1004437/).

Живучесть К_жi i-й абонентской станции определяется по формуле (Боговик В.А., Игнатов В.В. Эффективность систем военной связи и методы ее оценки. - СПб.: ВАС, 2006. - 183 с., с. 58-59, электронная версия книги также доступна по адресу: http://www.twirpx.com/file/1004437/):

где Р_обнi - вероятность обнаружения i-й абонентской станции;

Р_оцi ^_ вероятность оценки параметров абонентской станции, необходимых для ее уничтожения злоумышленниками;

P_поi ^_ вероятность применения злоумышленниками оружия по абонентской станции;

С развитием средств высокоточного вооружения и увеличением способностей средств мониторинга злоумышленников по обнаружению наземных объектов в любых погодных условиях (Исаков Е.Е. Технологические проблемы построения транспортных сетей систем военной связи. - СПб: 2004. - 328 с., с. 26-27) примем, что вероятности Р_оцi и P_поi стремятся к единице. Тогда выражение (3) преобразуется к виду:

Зависимость коэффициента живучести К_жi i-й абонентской станции от соотношения сигнал/шум на входе приемника средства мониторинга злоумышленников при заданной вероятности ложной тревоги Р_ЛТ, исходя из графика зависимости вероятности обнаружения от соотношения сигнал/шум на входе приемника средства обнаружения мониторинга (Меньшаков Ю.К. Защита объектов и информации от технических средств разведки. - М.: Российск. гос. гуманит. ун-т.- 2002 г., 399 с., стр. 83) и выражения (4) приведена на фиг. 4.

В блоке 10 сравнивают рассчитанные значения показателей живучести К_ж спланированной сети с требуемыми значениями показателей живучести К_{ж треб}.

В случае, если рассчитанной живучести К_ж недостаточно для функционирования спланированной сети связи, осуществляется возврат к блоку 4, где происходит реконфигурирование распределенной абонентской сети связи, исходя их предъявляемых к ней требований.

Реконфигурация сети связи заключается в изменении ее структуры, топологии, режимов работы (введении в работу резервных каналов (линий) и средств связи, восстановлении поврежденных и отказавших средств связи, изменении частот передачи, приема, мощности передачи, видов обработки сигналов, маршрутов прохождения каналов (трактов), азимутов антенн, помехозащищенных режимов и т.д.). (Основы построения систем и сетей передачи информации. Учебное пособие для вузов / В.В. Ломовицкий, А.И. Михайлов, К.В. Шестак, В.М. Щекотихин; под. ред. В.М. Щекотихина - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 382 с., с. 57-58).

В блоке 11 развертывают Т передающих базовых станций в спланированных районах TR_i, i=1…T, соединяют их с узлами доступа ЕСЭ, причем передающие антенны передающих базовых станций ориентируют главным лепестком диаграммы направленности в направлении, обеспечивающем минимальную вероятность обнаружения средствами мониторинга злоумышленников.

В блоке 12 развертывают R приемных базовых станций в спланированных районах RR_i, i=1…R, соединяют их с узлами доступа ЕСЭ.

Под развертыванием передающих и базовых станций понимают процесс приведения базовых станций к применению по назначению в спланированных районах, прокладки необходимых силовых и соединительных линий, установки антенно-мачтовых устройств, юстировки антенн в соответствии с запланированными азимутами, подачи электропитания и выполнения других мероприятий, предусмотренных инструкцией по эксплуатации станции (Андрющенко В.А., Пирожков П.А. Командно-штабные машины: Учебное пособие. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. - 112 с., с. 26-31, электронная версия книги также доступна по адресу: http://www.twirpx.com/file/101152/).

Под соединением с узлами доступа с ЕСЭ понимают выполнение спланированных мероприятий по прокладке соединительных линий от базовых станций к узлам доступа в соответствии с требованиями норм и технических условий (В.А. Григорьев, О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. Сети и системы радиодоступа. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 384 с., с. 330).

В блоке 13 соединяют каналами связи ЕСЭ первый и второй узлы связи между собой, с сетью связи общего пользования и с базовыми станциями.

Соединение каналами связи несмежных элементов сети связи подразумевает кроссирование (долговременную коммутацию) путей передачи сигналов электросвязи на промежуточных узлах ЕСЭ (Основы построения систем и сетей передачи информации. Учебное пособие для вузов / В.В. Ломовицкий, А.И. Михайлов, К.В. Шестак, В.М. Щекотихин; под. ред. В.М. Щекотихина - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 382 с., с. 33).

В блоке 14 на машинном носителе информации формируют базу данных, содержащую сведения о местоположении базовых станций для системы наведения приемных антенн абонентских станций на передающие базовые станции, а передающих антенн абонентских станций - на приемные базовые станции, о частотах передачи F_BSi, назначенных конкретной передающей базовой станции для перестройки частот приемников абонентских станций, об общей для всех абонентских станций частоте передачи F_AC, о координатах областей LQR_i, в границах которых вероятность ошибки приема сигналов от базовых станций будет ниже требуемого.

В блоке 15 переносят сформированную базу данных в элементы памяти устройств управления абонентских станций.

В блоке 16 перемещают абонентские станций по маршрутам SR_i движения абонентов, направляют (ориентируют) передающие антенны абонентских станций главным лепестком диаграммы направленности в направлении приемных базовых станций и обеспечивающем минимальную вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников, ориентируют приемные антенны абонентских станций в направлении передающих базовых станций.

В блоке 17 сравнивают координаты текущих точек P_j маршрута движения каждой абонентской станции с рассчитанными точками STP_i, в случае несовпадения текущей координаты точки маршрута движения переходят к блоку 19.

В блоке 18 блокируют работу передатчика абонентской станции, находящейся в точке STP_i маршрута движения с максимальной вероятностью обнаружения средствами мониторинга злоумышленников.

Блокирование работы передатчика является известной ограничительной мерой, направленной на скрытие радиоизлучающего средства от средств мониторинга злоумышленников и заключается в прекращении излучения передатчиком электромагнитной энергии в передающую антенну (Меньшаков Ю.К. Защита объектов и информации от технических средств разведки. - М.: Российск. гос. гуманит ун-т, 2002. - 399 с., с. 301).

В блоке 19 осуществляют информационный обмен от абонентских станций в сторону базовых станций только в точках маршрута движения с минимальной вероятностью обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников.

Под информационным обменом понимается прием и передача мобильными абонентами распределенной абонентской сети сообщений (информации) взаимодействующим абонентам в соответствии с радиоинтерфейсом и перечнем услуг связи, предоставляемых абонентам (В.А. Григорьев, О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. Сети и системы радиодоступа. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 384 с., с. 330).

Для передачи сообщений (информации) за i-й абонентской станцией распределенной абонентской сети выделяется промежуток времени (подкадр) в общем кадре передачи всех К абонентских станций, когда данная i-я станция может передать информацию на одной общей частоте F_AC передачи абонентских станций. Арбитром, выдающим токен на право передачи информации от абонентской станции, является первый узел связи. В случае выхода из строя первого узла связи его функции выполняет второй узел связи.

Все R приемных базовых станций, принимая радиосигналы от передатчиков базовых станций на одной общей частоте F_AC, направляют принятые от абонентских станций сообщения по каналам связи ЕСЭ в сторону первого узла связи. Первый узел связи, получив сообщение от абонентской станции, принимает решение об отправке сообщения по имеющемуся в сообщении адресу в соответствующий канал ЕСЭ. При получении первым узлом связи сообщения, адресованного абоненту распределенной абонентской сети, первый узел связи отправляет сообщение по каналам ЕСЭ одновременно Т передающим базовым станциям. Каждая i-я передающая базовая станция передает данное сообщение на закрепленной за данной базовой станцией частоте F_BSi. Приемники абонентских станций, получив сообщение на одной из частот приема F_BSi, сравнивают адресную информацию, содержащуюся в сообщении, с собственным адресом. В случае, если адрес назначения, содержащийся в сообщении, совпадает с собственным адресом абонентской станции, сообщение принимается, в случае несовпадения - отбрасывается. Второй узел связи в информационном обмене не участвует, но находится в готовности заменить первый узел связи в случае неисправности первого узла связи или на время выключения первого узла при реконфигурации сети.

В блоке 20 сравнивают текущее время t с временем t_к окончания обслуживания абонентов распределенной абонентской сети в заданном районе SMR, в случае если текущее время t меньше времени окончания обслуживания абонентов t_к, переходят к блоку 17.

Сеть связи, показанная на фигуре 2, содержит: первый узел связи - 1, второй узел связи - 2, узел доступа ЕСЭ - 3.1-3.10. На фиг. 2 показаны: линия, соединяющая первый узел связи с узлом доступа ЕСЭ - 4.1, линия, соединяющая второй узел связи с узлом доступа ЕСЭ - 4.2, передающая базовая станция - 5.1-5.4, передающая антенна передающей базовой станции - 6.1-6.4, соединительная линия от узлов доступа к базовым станциям - 7.1-7.8, приемная базовая станция - 8.1-8.4, средство мониторинга злоумышленников - 9.1-9.5, абонентская станция - 10.1-10.2, передающая антенна антенно-фидерного тракта абонентской станции - 11.1-11.2, приемная антенна антенно-фидерного тракта абонентской станции - 12.1-12.2, антенна средства мониторинга злоумышленников - 13.1-13.5, каналы связи ЕСЭ, соединяющие первый и второй узлы связи между собой и с базовыми станциями - 14.1-14.10, главный лепесток диаграммы направленности передающей антенны абонентской станции - 15.1-15.2, главный лепесток диаграммы направленности передающей антенны передающей базовой станции - 15.3-15.6.

На фигуре 3 показаны: средство мониторинга злоумышленников - 9.1-9.2, абонентская станция - 10.1-10.2, ненаправленная приемопередающая антенна антенно-фидерного тракта абонентской станции - 11.1, передающая антенна антенно-фидерного тракта абонентской станции - 11.2, антенна средства мониторинга злоумышленников - 13.1-13.2, диаграмма направленности ненаправленной приемопередающей антенны абонентской станции - 15.1, главный лепесток диаграммы направленности передающей антенны абонентской станции - 15.2, задний лепесток диаграммы направленности передающей антенны абонентской станции - 16.1, главный лепесток диаграммы направленности приемной антенны средства мониторинга злоумышленников - 17.1-17.2.

Покажем расчетным путем возможность достижения сформулированного технического результата (фиг. 3). В качестве абонентских станций 10.1-10.2 рассмотрим условное оборудование, с мощностью излучения, подводимой к антенне, равной 5 Вт, и использующее на фигуре 3А (реализация способа-прототипа) абсолютно ненаправленную приемопередающую антенну 11.1, а на фигуре 3 В (реализация предлагаемого способа) передающую антенну 11.2 типа АА-450/7 производства ЗАО «Современные беспроводные технологии» (Направленные антенны. Антенна АА-450/7. Общие технические данные. ЗАО «СБТ»: info@sbtcom.ru, информация имеется на Интернет-сайте по адресу: http://www.sbtcom.ru/wp-content/uploads/AA_433_7.pdf). Исходя из определения термина «коэффициент усиления антенны» коэффициент усиления Ga₁ абсолютно ненаправленной антенны 15.1 равен единице. Антенна АА-450/7 имеет коэффициенты усиления антенны: по главному лепестку 15.2 диаграммы направленности 7 дБ, а по заднему лепестку 16.1 на 13 дБ ниже главного, т.е. минус 6 дБ.

Примем допущения, что средство мониторинга 9.1-9.2 злоумышленников имеет приемную антенну 13.1-13.2 типа АА-450/7, направленную главным лепестком 17.1-17.2 диаграммы направленности на абонентскую станцию 10.1-10.2 (фиг. 3).

Предположим, что радиоволны от абонентской станции к средству мониторинга злоумышленников распространяются в свободном пространстве, не встречая препятствий на своем пути. Тогда мощность сигнала Рс_вх (без учета потерь) на входе Рс_вх приемника средства мониторинга злоумышленников в пределах его полосы пропускания можно определить по формуле, определяемой первым уравнением передачи (Палий, А.И. Радиоэлектронная борьба: (Средства и способы подавления и защиты радиоэлектронных систем). - М.: Воениздат, 1981. - 320 с.: ил., с. 63):

где λ - длина волны, на которой излучает передатчик абонентской станции, м;

Р_изл - мощность, подводимая к передающей (приемопередающей) антенне абонентской станции, Вт;

G_изл - коэффициент усиления передающей (приемопередающей) антенны абонентской станции в направлении на средство мониторинга злоумышленников;

G_пр - коэффициент усиления приемной антенны средства мониторинга злоумышленников в направлении на абонентскую станцию;

R - расстояние между средствами мониторинга злоумышленников и абонентской станцией, м;

В связи с тем, что коэффициенты усиления Ga антенн, как правило, приводятся в децибелах, определим порядок обратного пересчета в безразмерные единицы:

На частоте 460 МГц антенна АА-450/7 имеет коэффициент усиления (по главному лепестку диаграммы направленности), равный 7 дБ, что в соответствии с формулой (6) составляет:

Ga₂=10^0,7≈5,

Для заднего лепестка коэффициент усиления составляет:

Ga₃=10^-0,6≈0,25,

Частоте 460 МГЦ соответствует длина волны

Предположим, что расстояние R равно 29000 метров (фиг. 3). При реализации способа-прототипа (фиг. 3А), когда абонентская станция излучает в сторону средств мониторинга злоумышленников ненаправленной приемопередающей антенной, с соответствующим коэффициентом усиления G_изл1=Ga₁=1, а приемная антенна средства мониторинга злоумышленника имеет коэффициент усиления G_пр=Са₂=7, из выражения (5) получим:

При реализации предлагаемого способа (фиг. 3В), когда абонентская станция работает в сторону средств мониторинга злоумышленников направленной передающей антенной, с соответствующим заднему лепестку коэффициентом усиления G_изл2=Ga₃=0,25, из выражения (5) получим:

Предположим, что уровень шума на входе приемника средства мониторинга злоумышленника равен 63·10^-12 Вт. Тогда из выражения (2) определим отношение сигнал/шум на входе приемника средства мониторинга злоумышленников. При реализации способа-прототипа (фиг. 3А) отношение сигнал/шум q₁ составит:

При реализации предлагаемого способа (фиг. 3В) отношение сигнал/шум q₂ составит:

Воспользуемся зависимостью K_ж(q), приведенной на фигуре 4, для случая, когда вероятность ложной тревоги Р_ЛТ=10^-6, и определим примерные значения К_ж графическим способом (фиг. 4) при q₂=4 и q₁=16. Из графических построений, выполненых на фигуре 4, видно, что при реализации способа-прототипа К_Ж1 i-й абонентской станции равен 0,05, а при реализации предлагаемого способа К_ж2 i-й абонентской станции равен 0,5.

Рассчитаем выигрыш N в увеличении живучести К_ж i-й абонентской станции при применении для построения сети предлагаемого способа как кратность увеличения коэффициента живучести К_ж по формуле:

Таким образом, заявленный способ обеспечения живучести распределенной абонентской сети связи позволяет расширить возможности способа-прототипа, а также повышает живучесть формируемой распределенной абонентской сети связи за счет снижения вероятности обнаружения абонентских радиоизлучающих средств связи, что позволяет задачу заявленного способа считать решенной.

Хотя настоящее изобретение подробно описано здесь с использованием вышеприведенных вариантов осуществления, для специалиста в данной области должно быть очевидно, что настоящее изобретение не может быть ограничено вариантом осуществления, приведенным в данном описании. Настоящее изобретение может быть осуществлено в модифицированном или измененном виде без выхода за пределы сущности и объема настоящего изобретения, определяемых формулой изобретения.

Соответственно, все описание настоящего изобретения носит иллюстративный характер и не имеет целью какое-либо ограничение настоящего изобретения.

Изобретение относится к области сетей связи и может быть использовано при проектировании распределенных сетей связи. Техническим результатом является повышение живучести формируемой сети за счет снижения вероятности обнаружения абонентских радиоизлучающих средств связи злоумышленниками. Технический результат достигается за счет разделения антенно-фидерного тракта абонентских станций на передающую и приемную части, разделения базовых станций по выполняемым функциям на передающие и приемные, ориентацией передающих антенн абонентских станций и передающих антенн передающих базовых станций в направлении, обеспечивающем минимальную вероятность обнаружения средствами мониторинга злоумышленников. При перемещении абонентских станций происходит блокирование передатчиков абонентских станций в точках маршрутов движения с максимальной вероятностью обнаружения средствами мониторинга злоумышленников. 1. з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ обеспечения живучести распределенной абонентской сети связи, заключающийся в том, что планируют развертывание и функционирование системы связи, формируют структуру и топологию системы связи, интегрированной с ЕСЭ, развертывают первый и второй узлы связи, узлы доступа ЕСЭ, линии связи, соединяющие первый и второй узлы связи с узлами доступа ЕСЭ, отличающийся тем, что задают исходные данные: район перемещения мобильных абонентов, количество мобильных абонентов, маршруты движения мобильных абонентов, потребности абонентов в скорости информационного обмена, количество и районы размещения ближайших к району перемещения мобильных абонентов узлов доступа ЕСЭ, технические характеристики применяемых базовых и абонентских станций, выделенный для работы абонентских и базовых станций частотный ресурс, район расположения, средства и возможности злоумышленников по мониторингу и воздействию на сети связи, требования к живучести распределенной абонентской сети связи, время, к которому планируется закончить обслуживание абонентов в заданном районе, разделяют на передающую и приемную части антенно-фидерный тракт абонентских станций, оснащают абонентские станции системами наведения передающих и приемных антенн, разделяют базовые станции по выполняемым функциям на передающие и приемные, назначают частоты передачи передающих базовых станций, назначают общую частоту передачи абонентских станций, рассчитывают уровни напряженности электромагнитного поля передающих базовых станций в пределах заданного района перемещения мобильных абонентов и соответствующие данным уровням значения достоверности приема информации от передающих базовых станций, рассчитывают координаты точек маршрутов движения мобильных абонентов с пониженной достоверностью приема информации от базовых станций, рассчитывают вероятность обнаружения абонентских станций планируемой распределенной абонентской сети средствами мониторинга злоумышленников, рассчитывают координаты точек маршрутов движения абонентов, в которых вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников будет минимальной и максимальной, рассчитывают азимуты ориентации главных лепестков передающих антенн абонентских станций на приемные базовые станции, при которых обеспечивается минимальная вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленника, рассчитывают показатели живучести планируемой распределенной абонентской сети, сравнивают значения рассчитанных показателей живучести планируемой сети с требованиями, при превышении требований живучести над рассчитанными значениями показателей живучести изменяют структуру и топологию планируемой распределенной абонентской сети, развертывают передающие базовые станции, соединяют их с узлами доступа ЕСЭ, причем направляют передающие антенны передающих базовых станций главным лепестком диаграммы направленности в направлении, обеспечивающем минимальную вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников, развертывают приемные базовые станции, соединяют их с узлами доступа ЕСЭ, соединяют каналами связи ЕСЭ первый и второй узлы связи между собой, соединяют каналами связи ЕСЭ первый и второй узлы связи с сетью связи общего пользования, соединяют каналами связи ЕСЭ первый и второй узлы связи с базовыми станциями, формируют на машинном носителе информации базу данных о координатах районов размещения базовых станций, записывают в базу данных частоты передачи, назначенные передающим базовым станциям, записывают в базу данных общую частоту передачи, назначенную абонентским станциям, записывают в базу данных координаты областей, в границах которых достоверность приема информации от передающих базовых станций будет ниже требуемой, записывают в базу данных координаты точек маршрутов движения абонентов, в которых вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга злоумышленников будет минимальной и максимальной, а также соответствующие им азимуты ориентации передающих антенн абонентских станций на приемные базовые станции, переносят сформированную базу данных в элементы памяти устройств управления абонентских станций, перемещают абонентские станции по маршрутам движения абонентов, причем направляют передающие антенны абонентских станций главным лепестком диаграммы направленности в направлении приемных базовых станций и обеспечивающем минимальную вероятность обнаружения абонентских станций средствами мониторинга, направляют приемные антенны абонентских станций в направлении передающих базовых станций, осуществляют информационный обмен от абонентских станций в сторону базовых станций только в точках маршрута движения с минимальной вероятностью обнаружения абонентских станций средствами обнаружения злоумышленников, блокируют работу передатчиков абонентских станций в точках маршрута движения с максимальной вероятностью обнаружения средствами мониторинга злоумышленников.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при планировании развертывания и функционирования системы связи дополнительно планируют распределенную абонентскую сеть связи.