Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние и тенденции развития сетей радиосвязи декаметрового диапазона 17
1.1 Роль и место связи при решении Вооруженными силами задач по обеспечению военной безопасности РФ на современном этапе 17
1.2 Требования, предъявляемые к сетям радиосвязи декаметрового диапазона 20
1.3 Система показателей эффективности функционирования сети радиосвязи декаметрового диапазона 23
1.4 Оценка эффективности функционирования существующей сети радиосвязи декаметрового диапазона 25
1.5 Анализ условий функционирования радиосвязи декаметрового диапазона 29
1.5.1 Характеристика сигналов и случайных помех в линиях радиосвязи декаметрового диапазона 29
1.5.2 Возможность радиоподавления сети радиосвязи декаметрового диапазона 32
1.6 Пути повышения эффективности функционирования региональных сетей радиосвязи декаметрового диапазона 35
1.6.1 Использование вынесенных радиоцентров-ретрансляторов 35
1.6.2 Применение сети взаимосвязанных радиоцентров-ретрансляторов, вынесенных за зону связи на значительное расстояние 37
1.6.3 Использование сети взаимосвязанных ретрансляторов, вынесенных на расстояние более 2000 км за зону связи, в условиях сложной радиоэлектронной обстановки 41
Выводы 46
2. Концептуальная модель сети радиосвязи декаметрового диапазона с применением удаленных взаимосвязанных радиоцентров-ретрансляторов 47
2.1 Принципы построения сети радиосвязи декаметрового диапазона с использованием удаленных взаимосвязанных радиоцентров-ретрансляторов 47
2.2 Архитектура сети радиосвязи декаметрового диапазона 49
2.2.1 Физическая структура сети радиосвязи декаметрового диапазона 49
2.2.2 Логическая структура сети радиосвязи декаметрового диапазона 58
2.3 Декомпозиционная модель сети радиосвязи декаметрового диапазона 66
2.3.1 Структурно-декомпозиционная модель сети радиосвязи декаметрового диапазона 66
2.3.2 Функционально-декомпозиционная модель системы управления сети радиосвязи декаметрового диапазона 78
Выводы 81
3 Алгоритмы функционирования сети радиосвязи декаметрового диапазона с применением вынесенных взаимосвязанных радиоцентров-ретрансляторов 84
3.1 Алгоритм установления соединения в направлении связи, образуемом между абонентскими станциями сети радиосвязи декаметрового диапазона через сеть базовых станций радиодоступа 86
3.1.1 Алгоритм установления связи в составном канале, образованном через сеть базовых станций радиодоступа 95
3.1.2 Алгоритм определения вероятности своевременной доставки СК "ВЫЗОВ 1" 98
3.1.3 Алгоритм СК "ВЫЗОВ2" от сети БСРД к АС 99
3.2 Алгоритм обслуживания потоков сообщений, передаваемых по сети радиосвязи декаметрового диапазона 111
3.2.1 Алгоритм определения вероятности своевременной передачи сообщения в одноканальном направлении связи, образуемом через базовую станцию радиодоступа 112
3.2.2 Формализованная модель удаленного доступа к базовым станциям радиодоступа 118
3.2.3 Алгоритм распределение пространственного ресурса сети радиосвязи декаметрового диапазона по запросам пользователей 120
3.3 Алгоритм определения вероятности своевременной доставки сообщений пользователя к опорной сети базовых станций радиодоступа 129
Выводы 132
4 Методика применения теории игр при управлении выделенным пространственным ресурсом в условиях сложной радиоэлектронной обстановки 135
4.1 Формализация процессов управления сети радиосвязи декаметрового диапазона в условиях сложной радиоэлектронной обстановки 135
4.1.1 Агрегативная динамическая модель процесса управления сетью радиосвязи декаметрового диапазона в конфликтной ситуации с системой внешних воздействий 136
4.1.2 Формализация процесса формирования управляющих воздействий сети радиосвязи декаметрового диапазона в условиях сложной радиоэлектронной обстановки 140
4.1.3 Обобщенная схема разработки алгоритма управления сети радиосвязи декаметрового диапазона при ее функционировании в условиях сложной радиоэлектронной обстановки 143
4.2 Анализ игровых методов формирования оптимальных стратегий управления сетью радиосвязи декаметрового диапазона 148
4.3 Управление ресурсами сети радиосвязи декаметрового диапазона в условиях сложной радиоэлектронной обстановки на основе игрового подхода 152
4.3.1 Управление пространственным ресурсом в условиях сложной радиоэлектронной обстановки 152
4.3.2 Постановка задачи управления пространственным ресурсом радиосвязи декаметрового диапазона на основе игрового подхода 154
4.3.3 Определение аналитического выражения критериального функционала при управлении пространственным ресурсом сети радиосвязи декаметрового диапазона 158
4.3.4 Формирование множества стратегий управления сети радиосвязи дека-метрового диапазона и системы внешних воздействий при управлении пространственным ресурсом 159
4.3.5 Представление процесса противоборства сети радиосвязи декаметрового диапазона и системы внешних воздействий при управлении пространственным ресурсом антагонистической матричной игрой 161
4.4 Методика оценки эффективности функционирования сети радиосвязи декаметрового диапазона с применением вынесенных за зону связи радиоцентров-ретрансляторов 163
Выводы 178
Заключение 179
Список использованных источников ' 184
- Оценка эффективности функционирования существующей сети радиосвязи декаметрового диапазона
- Структурно-декомпозиционная модель сети радиосвязи декаметрового диапазона
- Алгоритм установления связи в составном канале, образованном через сеть базовых станций радиодоступа
- Обобщенная схема разработки алгоритма управления сети радиосвязи декаметрового диапазона при ее функционировании в условиях сложной радиоэлектронной обстановки
Введение к работе
«
В условиях быстрого развития систем радио, радиорелейной, спутниковой,
тропосферной и проводной связей неоднократно изменялось как отношение к
декаметровои радиосвязи, так и взгляды на ее роль и место в общей системе
связи. Тем не менее, благодаря преимуществам этого рода связи перед другими,
до настоящего времени не ослабевает ни внимание к ней, ни усилия
специалистов, направленные на ликвидацию или, по крайней мере, на
уменьшение присущих ей недостатков[1, 2, 3, 4].
4 Организацию связи и предоставление пользователям услуг по обмену
информацией характеризует прежде всего:
многообразие и сложность географических и климатических условий;
большое пространственное разнесение корреспондентов; -сохраняющийся низкий уровень оснащенности средствами электросвязи
большинства регионов;
- низкий уровень финансирования разработок и внедрения новых систем и
^ комплексов обмена информации, особенно в удаленных от центра регионов РФ.
В этих условиях развитие телекоммуникационных сетей удаленных районов и подключение их к сети центральных регионов возможно путем организации доступа удаленных пользователей при помощи средств радиосвязи декаметрового диапазона. Это позволит:
организовать прямые каналы связи на расстояния от 30 до 3000 км без применения ретрансляторов;
обеспечить высокую мобильность абонентских станций, коммутационных центров. При смене местоположения возможна быстрая организация связи на удаленные расстояния, снижение затрат на организацию каналов связи. Однако: - низкая помехоустойчивость образуемых каналов за счет доступности среды распространения сигналов и взаимного влияния средств декаметровои радиосвязи;
, - жесткое закрепление выделенных частот за одним радионаправлением;
- отсутствие возможности предоставлять современные услуги по обмену
* информацией, оперативному доступу к ресурсам и абонентам других систем
обмена информацией снижает эффективность функционирования радиосвязи
декаметрового (ДКМ) диапазона (Д) и затрудняет ее использование в
современных телекоммуникационных системах.
Преодоление указанных недостатков возможно за счет применения
цифровой обработки сигналов и пакетной передачи информации. При этом
обеспечение требуемого качества предоставляемых услуг ДКМ радиосвязи (PC)
может быть достигнуто путем совершенствования алгоритмов работы протоколов
4 уровней транспортной сети:
на физическом уровне: алгоритмов функционирования частотно-адаптируемых радиолиний, динамического распределения пространственного ресурса ДКМД при осуществлении доступа удаленного абонента к сети радиоцентров-ретрансляторов (РЦР);
на уровне звена данных: алгоритмов многостанционного доступа к ресурсу общего радиоканала, помехоустойчивого кодирования, алгоритмов
* повышения достоверности;
- на сетевом уровне: алгоритмов маршрутизации, эстафетной передачи
абонентов, передачи пакетов в дейтаграмном режиме или режиме виртуального
соединения.
Исследованию процессов функционирования сети PC (СРС) ДКМД
посвящено много работ [5,6,7,8,9], однако в них не отражен целый ряд вопросов,
таких как применение сети РЦР, вынесенных за зону связи на расстояние более ш
2000 км и взаимодействующих между собой через сеть обмена информацией,
которая построена на основе современных телекоммуникационных технологий;
повышения вероятности связи с качеством не ниже заданного между станцией
удаленного абонента и множеством точек приема за счет перераспределения
пространственно-частотного ресурса ДКМД при разнесении в пространстве точек
приема друг от друга на расстояние, обеспечивающее некоррелированность
л изменения значений отношения уровня сигнала к уровню помехи на одной
частоте приема.
В связи с этим основной целью работы является исследование и разработка способов повышения эффективности функционирования СРС ДКМД на основе динамического перераспределения пространственного ресурса ДКМД в условиях сложной радиоэлектронной обстановки (УСРЭО).
Основной практической целью работы является разработка эффективных алгоритмов повышения пропускной способности СРС ДКМД за счет динамического распределения пространственных ресурсов в УСРЭО.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи.
1. Провести анализ условий функционирования СРС ДКМД.
2.Рассмотреть систему показателей и провести оценку эффективности функционирования существующих СРС ДКМД.
3. Рассмотреть основные направления повышения эффективности функционирования существующих СРС ДКМД.
4.Разработать концептуальную модель СРС ДКМД с использованием вынесенных за зону связи сети пространственно некоррелированных РЦР.
Разработать алгоритм и определить вероятностные показатели своевременности установления соединения между абонентскими станциями, осуществляющими передачу сообщений через сеть удаленных РЦР.
Разработать алгоритм динамического распределения пространственных ресурсов СРС ДКМД для обеспечения бесперебойного обслуживания сообщений пользователей, передаваемых по сети.
7.Разработать алгоритм повышения эффективности функционирования СРС ДКМД в УСРЭО.
При решении поставленных задач в диссертационной работе использовались методы теории вероятностей, теории случайных процессов, теории массового обслуживания, линейного и динамического программирования, методы теории игр и математической статистики.
Научная новизна работы заключается в том, что:
Разработана и исследована новая концептуальная модель СРС ДКМД с применением сети вынесенных за зону связи РЦР.
Разработан и исследован новый алгоритм оценки временных затрат
установления соединений в составном радиоканале СРС ДКМД с применением
Ф вынесенных за зону связи РЦР.
Разработан и исследован новый алгоритм динамического распределения пространственных ресурсов ДКМД в соответствии с требованиями пользователей на качество обслуживания передаваемых по сети сообщений.
Разработана новая методика применения теории игр для повышения эффективности функционирования СРС ДКМД в УСРЭО.
Разработана новая методика оценки эффективности функционирования СРС ДКМД с применением вынесенных за зону связи РЦР.
Щ' Практическая значимость работы заключается в том, что в
диссертационной работе получены следующие практические результаты:
способы формирования данных о пространственном ресурсе радионаправления и его динамическом распределении с учетом требований на обслуживание всех пользователей сети;
программный комплекс определения оптимальных стратегий функции-онирования СРС ДКМД в УСРЭО;
* - методика оценки эффективности функционирования СРС ДКМД в
УСРЭО.
Реализация и внедрение. Полученные в процессе исследований результаты использованы при проведении испытаний КТС АПД Т-236 29 ИП МО РФ, НИР "Сеть", "Тренажер" УФВУС, Ульяновск 2001, 2002 г., НИР "ПОЛЕ 2005" ФГУП "НПО МАРС", Ульяновск, 2003 г.
На защиту выносятся следующие научные результаты исследований.
1. Концептуальная модель сети СРС ДКМД с применением РЦР,
вынесенных за зону связи на расстояние не менее 2000 км и разнесенных между
собой на расстояние, обеспечивающее отсутствие между ними пространственной
корреляции на одной частоте приема сигнала от одного абонента. Данная модель
представляет собой формальный инструментарий, применяемый при
моделировании и разработке алгоритмов функционирования СРС ДКМД.
_, 2.Алгоритм установления соединения в направлении связи, образуемом
между абонентскими станциями СРС ДКМД через сеть базовых станций
радиодоступа, использование которого позволяет получить требуемые вероятностные характеристики своевременности установления соединения в образуемом радионаправлении.
3.Алгоритм обслуживания потоков сообщений, передаваемых по СРС ДКМД. Применение данного алгоритма позволяет оптимально распределять доступные пространственные ресурсы между образуемыми направлениями связи в СРС ДКМД с учетом требований пользователей на качество обслуживания передаваемых сообщений и обеспечивать требуемые вероятностные значения своевременности доставки сообщений в СРС ДКМД.
Методика применения теории игр при управлении выделенным пространственным ресурсом в УСРЭО, позволяющая обеспечить повышение пропускной способности СРС ДКМД в УСРЭО.
Методика оценки эффективности функционирования СРС ДКМД, позволяющая оценить параметры радиосети произвольной структуры в УСРЭО.
Личный вклад. В диссертации изложены результаты работы, которые были выполнены соискателем лично под научным руководством доцента Пятакова А.И.. Автор разрабатывал методики исследований, проводил теоретические расчеты и эксперименты, осуществлял обработку, анализ и обобщение получаемых результатов.
Апробации работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на III Всероссийской научно-технической конференции "Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем" (Ульяновск 2001); VI научно-технической конференции, посвященной 40-летию образования 29 испытательного полигона МО РФ (Ульяновск, 2001г.); ежегодных научно-технических конференциях на 29 испытательном полигоне МО Российской Федерации (Ульяновск, 2002-2005); межвузовской научно-технической конференции "Развитие средств и комплексов связи. Подготовка специалистов связи" (Новочеркасск, 2002, 2004); ежегодных научно-технических, научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Ульяновского высшего военного инженерного училища связи (Ульяновск, 2002-
2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей в сборниках научных трудов и материалов конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 102 названий. Общий объем диссертации составляет 190 листов без приложений. Приложения оформлены отдельной книгой.
Первая глава посвящена анализу условий функционирования существующих СРС ДКМД. Рассматриваются требования к СРС ДКМД по обслуживанию передаваемой в сети информации. На примере региональной СРС ДКМД Северо-Западного региона проведена оценка эффективности функционирования существующих СРС ДКМД. По полученным результатам делается вывод, что существующие СРС ДКМД не обеспечивают требуемого качества обслуживания, а в условиях воздействия комплексов преднамеренных помех до 80 % радиолиний сети будут обнаружены и подавлены.
Проведенный анализ возможных способов повышения эффективности СРС ДКМД, таких как: использование одиночного РЦР, использование группы РЦР; использование сети взаимосвязанных РЦР, вынесенных за зону связи на значительное расстояние; показал, что одним из основных направлений повышения эффективности функционирования существующих сетей радиосвязи ДКМ диапазона является построение СРС ДКМД с применением вынесенных за зону связи на расстояние не менее 2000 км сети РЦР, разнесенных между собой на расстояние, обеспечивающее отсутствие пространственной корреляции между точками приема.
В условия воздействия комплексов радиопомех (КРП) предлагается рассматривать СРС ДКМД и систему внешних воздействий (СВВ) как противоборствующие стороны, которые для достижения целей будут реализовывать оптимальные стратегии своих действий, позволяющие повысить их выигрыш.
Вторая глава содержит основные положения концептуальной модели СРС ДКМД, которая включает описания, преимущественно на качественном уровне, принципов построения, архитектуры и процесса функционирования сети.
Основными принципами построения СРС ДКМД являются сочетание
прямых (непосредственных) связей между пользователями сети и связей с применением ретрансляции сообщений по оперативно составленным обходным маршрутам; иерархичность процессов функционирования; оперативное распределение ресурсов сети по запросам пользователей; широкое применение способов пространственно-частотной адаптации; построение СРС ДКМД на основе технологии глобальной сети, объединяющей подсети с различными телекоммуникационными технологиями.
Под архитектурой СРС ДКМД понимается совокупность физической, логической и информационных структур сети. Физическая структура СРС ДКМД включает такие основные элементы как: абонентские станции (АС); базовые станции радиодоступа (БСРД); центры коммутации (ЦК). Основой функционирования СРС ДКМД на физическом уровне является формирование канала радиодоступа от АС к сети БСРД. При этом используется пространственный резерв ДКМ радиосвязи, который определяется случайным характером значений отношений уровней сигналов к уровням помех Z(t) при приеме в N разнесенных зонах на одной частоте связи, и алгоритм программной перестройки рабочих частот радиоканалов. Логическая модель отображает взаимодействие прикладных процессов пользователей в СРС ДКМД. Транспортная система СРС ДКМД строится как глобальная сеть; она объединяет подсеть коммутационных узлов и подсеть доступа удаленных АС. Информационная структура СРС ДКМД представлена в виде структурно-декомпозиционной модели, отображающей процессы обработки, передачи сообщений пользователей и управления радиосвязью. СРС ДКМД по реализуемым функциям включает две основные подсистемы: подсистему обработки и передачи потоков оперативной информации и подсистему управления радиосвязью.
В третьей главе разработаны и исследованы алгоритмы функционирования СРС ДКМД: алгоритм установления соединения в направлении связи, образуемом между АС СРС ДКМД через сеть БСРД, и алгоритм обслуживания потоков сообщений, передаваемых по СРС ДКМД. Алгоритм установления соединения в направлении связи, образуемого между абонентскими станциями сети радиосвязи
декаметрового диапазона через сеть БСРД, включает: алгоритм определения вероятности своевременной доставки служебного кадра (СК) ВЫЗОВ 1 от АС к БСРД и алгоритм передачи СК ВЫЗОВ2 от сети БСРД к АСК. Алгоритм определения вероятности своевременной доставки служебного кадра (СК) ВЫЗОВ 1 от АС к БСРД заключается в том, что СК ВЫЗОВ 1 передается на программно установленной частоте с общим адресом опорной сети. Прием СК М БСРД из N можно представить как N независимых опытов с М успешными результатами. Однако, так как расстояния между АС и отдельными БСРД различны и различны условия установления связи, то для определения вероятности приема СК Рм>^ применяется общая теорема о повторении опытов. Алгоритм передачи СК ВЫЗОВ 2 от сети БСРД к АСК заключается в том, что по этому алгоритму БСРД поочередно передают на станцию получатель АСК СК ВЫЗОВ 2 на заданной частоте f.
Алгоритм обслуживания потоков сообщений, передаваемых по СРС ДКМД, позволяет оптимально распределять пространственные ресурсы, доступные в образуемых радионаправлениях, при этом обеспечивая достижение максимального значения вероятности своевременной доставки сообщений пользователей в СРС ДКМД. Основой алгоритма является выполнение последовательности шагов решения задачи динамического распределения ресурсов СРС ДКМД между образуемыми радионаправлениями.
В четвертой главе рассматривается возможность повышения эффективности функционирования СРС ДКМД в условиях противоборства с системой внешних воздействий за счет использования СРС ДКМД методов антагонистической матричной игры. Для оценки эффективности применения рассмотренных предложений в диссертации разработана соответствующая методика.
В заключении обобщаются основные научные результаты диссертационной работы.
Использованные в работе справочные, обобщающие материалы, а также листинги программ имитационного моделирования исследуемых алгоритмов приведены в приложениях.
Оценка эффективности функционирования существующей сети радиосвязи декаметрового диапазона
На основе рассмотренных требований к радиосвязи ДКМ диапазона, системы показателей функционирования и критериев эффективности СРС ДКМД оценку эффективности функционирования существующей сети радиосвязи осуществим на примере сети Северо - Западного региона.
Существующая СРС ДКМД строится на основе прямых связей и соответствует структуре системы управления. Сеть включает стационарные радиоцентры (РЦ) узлов связи. Общее число корреспондентов в сети составляет более 100. Старший РЦ сети располагается в населенном пункте Агалатово. Схема сети радиосвязи показана на рисунке 1.1. Удаление подчиненных РЦ от главного РЦ - в таблице 1.3. Протяженность действующих радиолиний составляет от 70 до 1500 км. Основным способом организации радиосвязи являются радиосети и радионаправления. В действующих радиосетях и радионаправлениях осуществляется передача телефонных, телеграфных сообщений и сообщений данных. Объем нагрузки, передаваемой в ЧНН (час наибольшей нагрузки) от главного РЦ показан в таблице 1.4 [4,5]. Согласно требованиям, изложенным в [4,5], сеть радиосвязи должна обеспечить передачу не менее 20-25% сообщений от всего объема оперативной информации, функционирующих в сети связи данного региона. Следовательно, радиоканалы, организуемые от главного РЦ, должны обеспечить обслуживание нагрузки в 8.. 10 Эрл: из них 1.2..1.5 Эрл - передача телеграфных сообщений (в том числе 1..1.3 Эрл с корреспондентами 1 группы важности), 0.37..0.46 Эрл - передача сообщений в виде данных (0.25..0.3 Эрл с корреспондентами 1 группы важности). Складываться нагрузка будет в основном из сообщений первого и второго приоритета. Особенностью рассматриваемой сети радиосвязи является то, что практических на всех линиях связи используются передатчики большой мощности, работающие в ДКМ диапазоне ионосферной волной. В качестве передающих устройств в радиолиниях используются передатчики большой мощности типа ПКМ-5, ПКМ-20, ВЯЗ-м2, Р-161-5с. В соответствии с программой "Север-Р" на РЦ развернуты радиосредства комплекса "Бастион". Для работы в адаптивном режиме используется аппаратура адаптации типа "Вишня" (р-016В), "Гипотенуза". Результаты расчета, проведенного по методикам, изложенным в [16,19, 20], вероятностей осуществления радиосвязи с заданной достоверностью от главной станции показаны в таблице 1.5. Низкие значения вероятностей осуществления радиосвязи определяется тем, что: - в качестве рабочих частот используются частоты нижней части ДКМ диапазона (0.3 - 7 МГЦ), так как образуемые радиолинии имеет малую и среднюю протяженность (1000 - 1500 км); - большое влияние оказывают взаимные помехи радиостанций сети; - так как радиолинии сети носят рокадный характер и расположены вблизи государственной границы, возможна постановка преднамеренных помех комплексами радиоподавления ВС иностранных государств. Сигнал w(/")Ha входе приемника радиоканала ДКМ диапазона с переменными параметрами можно представляется квазигармоническим колебанием [4, 13,21]: u(t) = Uc(t)cos(co0t + (pc(t)) . Uc - амплитуда огибающей, pc(t) - начальная фаза процесса u(t). Эти параметры являются случайными функциями времени. Тогда u(t) -случайный процесс, имеющий множество реализаций, для которого выполняются условия: процесс u(t) - узкополосный, число приходящих в точку приема лучей достаточно велико.
Следовательно, можно говорить, что мгновенное значение сигнала u(t), получаемое как сумма нескольких сигналов от разных лучей, описывается нормальной плотностью распределения вероятностей W(u). Выражение для W(u) имеет вид:
Структурно-декомпозиционная модель сети радиосвязи декаметрового диапазона
В качестве УВК в современных системах в основном используется персональный компьютер. Обмен данными между компьютером и контроллером осуществляется по стыку RS-232 и может быть осуществлен со скоростями от 50 до 19600 б/с. Обмен осуществляется побайтно, используется кодировки КОИ-7, КОИ-8 (ASCII), с проверкой на четность или нечетность. По линии CTS передается сигнал готовности контроллера к вводу данных в компьютер, по RTS - готовность компьютера выдать информацию в контроллер. По линии TXD данные передаются от компьютера в контроллер, по линии RXD - в обратном порядке [58].
В процессе обмена данными, прежде чем передать байт по линии TXD, компьютер проверяет линию CTS, если на ней выставлен уровень готовности контроллера к приему, то компьютер передает байт. При передаче от контроллера сначала проверяется сигнал готовности компьютера на линии RTS, при наличии которого осуществляется передача байта по линии RXD. Поступающий в контроллер пакет в виде последовательности байт может быть командой или частью сообщения, предназначенного для передачи получателю по радиоканалу. Команда декодируется и исполняется контроллером. Из сообщения формируется канальный кадр и передается в передающее устройство радиостанции.
Взаимодействие контроллера и приемопередатчика осуществляется по линиям МТС, EAR, РТТ. По линиям МТС и EAR осуществляется прием и передача кадров сообщения. По линии РТТ осуществляется переключение радиостанции с приема на передачу с учетом занятости радиоканала общего пользования другими корреспондентами сети [4,6,59,60].
УВК АС осуществляет выполнение приложений пользователей, прием поступающий от оконечного оборудования информации, ее обработку и передачу в контроллер. Оконечное оборудование обеспечивает ввод данных и речевой информации пользователей.
Базовая станция радиодоступа (БСРД) предназначена для обеспечения соединения двух удаленных абонентов СРС ДКМД по составному каналу, осуществления доступа удаленного абонента к ресурсам сети центров коммутации (рисунок 2.3). Каждая БСРД удалена от зоны непосредственного взаимодействия абонентов на расстояния более 2000 км. Совокупность БСРД составляют опорную сеть автоматизированных РЦР СРС ДКМД. Они соединены между собой через сеть ЦК высокоскоростными, надежными каналами, построенными на основе современных телекоммуникационных технологий. БСРД разнесены друг от друга на расстояние, обеспечивающее некоррелированность приема сигнала по помехе на одной частоте от одного источника (200-400 км)[21,39,40,41].
Структурная схема БСРД (рисунок 2.3) включает такие элементы как многоканальную приемно-передающую радиосистему ДКМ диапазона; блок управления; IP - маршрутизатор. Радиосистему БСРД представляют несколько мощных приемопередающих ДКМ радиостанций с высокоэффективными антенно-фидерными устройствами. Каждая радиостанция образует радиоканал доступа для АС, отдельное множество которых образуют подзону СРС ДКМД. Приемник станции является разделяемым ресурсом для множества АС подзоны. Для организации радиоканалов каждой станции радиосистемы БСРД выделяются некоррелированные по сигналам и помехам частоты. Переход на новые частоты осуществляется по заранее определенным программам, которые известны всем элементам СРС ДКМД. Программы перехода на новые рабочие частоты определяются для каждого радиоканала. Управление образованными радиосистемой каналами осуществляет блок управления БСРД. Блок управления БСРД включает пул канальных контроллеров, мощную вычислительную систему с адаптерами сети Х.25. Пул адаптеров используется для подключения каналов, образованных радиосистемой, и IP маршрутизаторов к электронно-вычислительному комплексу (ЭВК) БСРД. ЭВК - мощная вычислительная система, работающая под управлением локальной операционной системы, которая поддерживает сетевые средства профиля протоколов Х.25, адаптированные для СРС ДКМД. IP маршрутизатор обеспечивает подключение БСРД к подсети ЦК СРС ДКМД, построенной на основе высоконадежной и высокоскоростной телекоммуникационной технологии (ATM, ISDN). Маршрутизатор, используя возможности стека протоколов TCP/IP, адресуется как элемент сети Х.25, элемент другой сети, элемент IP сети. При организации соединения через сеть ЦК, маршрутизатор осуществляет преобразование формата пакета сети Х.25 в формат сети на основе другой технологии и наоборот [30, 46,48,61].
БСРД обеспечивает маршрутизацию пакетов данных в дейтаграммном режиме, коммутацию пакетов данных и речи по виртуальным каналам. Пакеты-вызовы на установление соединения при доступе удаленного абонента к сети, получаемые БСРД, передаются на выделенный ЦК, осуществляющий функции сервера контроля и управления (СКУ). При получении команды от данного сервера БСРД выдает АС ответную квитанцию, которая содержит позывной данной станции. Получив квитанцию, АС осуществляет передачу данных с позывным этой станции. Другие БСРД, которые могут слышать передачу это АС на данной частоте, прием данных не осуществляют, а только фиксируют качество приема. По запросу информация о качестве связи с данной АС передаются на СКУ.
Коммутационные узлы СРС ДКМД образуют сеть обмена информацией, которая построена на основе высоконадежной и высокопроизводительной телекоммуникационной технологии. Для контроля и управления осуществлением доступа АС к сети БСРД выделяется ЦК, который выполняет функции сервера управления радиодоступом (СУРД). СУРД решает следующие задачи: - прием и обработка запросов АС на доступ к сети; - определение ресурса радиосвязи для АС; - назначение ведущей станции радиосеанса с АС; - контроль качества связи опорной сети БСРД и АС. Взаимодействие АС СРС ДКМД осуществляется по прямым и составным радиоканалам. В условиях сложной радиоэлектронной обстановки, как показал анализ, проведенный в 1-ой главе, взаимодействие АС по прямым радиоканалам будет неэффективным. Поэтому в основном будут использоваться составные каналы через удаленные РЦР. При этом составные каналы будут представлять каналы радиодоступа к сети БСРД.
В основе формирования канала радиодоступа лежит использование пространственного резерва ДКМ радиосвязи, который определяется случайным характером значений отношений уровня сигнала к уровню помех при приеме в N разнесенных зонах на одной частоте связи, и реализация алгоритма программной перестройки рабочих частот радиоканалов. В этом случае пространственный резерв будет заключаться в том, что на одной и той же частоте на одном и том же интервале времени из N зон приема в М зонах возможен прием сигнала с Z(t) Za0ll. На рисунке 2.4 показан график осуществления радиосвязи при использовании пространственно-частотного ресурса (ПЧР) ДКМ диапазона.
Алгоритм установления связи в составном канале, образованном через сеть базовых станций радиодоступа
Во 2-ой главе разработана концептуальная модель СРС ДКМД, основными элементами которой являются физическая, логическая структуры сети, рассмотрены структурно - декомпозиционная модель передачи потоков оперативной информации в сети и функциональная - декомпозиционная модель системы управления СРС ДКМД.
Физическая структура СРС ДКМД определяет составляющие сеть элементы, каналы и линии связи между ними и включает такие основные элементы как: абонентские станции (АС), базовые станции радиодоступа (БСРД), центры коммутации (ЦК). В основе формирования канала радиодоступа лежит использование пространственного резерва ДКМ радиосвязи, который определяется случайным характером значений отношений уровня сигнала к уровню помех при приеме в N разнесенных зонах на одной частоте связи, и реализация алгоритма программной перестройки рабочих частот радиоканалов. В этом случае пространственный резерв будет заключаться в том, что на одной и той же частоте на одном и том же интервале времени из всей совокупности зон приема в М є N зонах возможен прием сигнала с Z(t) Zaon.
Для контроля и управления осуществления доступа АС к сети БСРД выделяется ЦК, который выполняет функции сервера управления радиодоступом (СУРД). СУРД решает следующие задачи: - прием и обработка запросов АС на доступ к сети; - определение ресурса радиосвязи для АС; - назначение ведущей станции радиосеанса с АС; - контроль качества связи опорной сети БСРД и АС. 3. Логическая структура сети учитывает, что СРС ДКМД является сложной технической системой, предоставляющей услуги по обмену информацией пользователям сети, реализуемые в виде прикладных процессов. Прикладные процессы являются приложениями пользователей, которые функционируют в УВК АС под управлением локальной операционной системы (ЛОС). Для обеспечения взаимодействия прикладных процессов пользователей в СРС ДКМД реализуется семиуровневая модель протоколов, основной единой идеологией которой является эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС), определенная стандартом МОС 7498 и Рекомендацией МККТ Х.200. СРС ДКМД объединяет подсеть коммутационных узлов и подсеть доступа удаленных АС. Для подсети ЦК характерна реализация таких технологий как: ISDN, ATM. Для подсети доступа на сетевом уровне реализуется протокол Х.25 с использованием функций эстафетной передачи управления обменом данными в НС СРС ДКМД между БСРД. На уровне звена данных используется протокол АХ.25 с расширенными функциями протоколов множественного доступа к среде распространения радиоволн декаметрового диапазона в условиях воздействия внешних и внутренних помех. На физическом уровне стека протоколов, реализуемых сетью, протоколом физического уровня осуществляется формирование сигнала для передачи неориентированного потока бит в среде распространения. Взаимодействие элементов глобальной сети СРС ДКМД осуществляется с использованием стеков протоколов различных технологий. 4. Структурно - декомпозиционная модель СРС ДКМД включает: систему обработки и передачи потоков оперативной информации; систему управления радиосвязью. СОПИ обеспечивает ввод оперативной информации в сеть, ее многоуровневое преобразование и передачу по образуемым каналам. Система управления радиосвязью (СУРС) представляет собой совокупность территориально распределенных технических и программных средств и обслуживающего персонала, обеспечивающих эффективное функционирование СРС ДКМД в условиях изменяющихся внешних воздействий. СУРС реализует процесс управления радиосвязью, включающий в себя планирование и оперативное управление, которые осуществляются на основе функций учета состояния элементов СРС ДКМД, анализа поступающей оперативной информации о состоянии радиосвязи, выработки управляющих воздействий на основе принятых решений и их доведение до объектов исполнения. 6. Функциональная модель СРС ДКМД учитывает топологическую структуру сети, динамические процессы передачи потоков оперативных сообщений между пользователями, воздействие внешней среды и системы управления на сеть. Рассмотренная функционально - декомпозиционная модель CPC ДКМД является системой управляемых стохастических разностных уравнений, декомпозированных на Q взаимосвязанных подсистем. Для данной модели характерно, что ни один из элементов g-ой подсети Нд(к) не является одновременно элементом вектора состояния другой сети Hp(k) (q,p=l ...Q; p q), то есть система векторов Hq(k) (q=l ...Q) оказывается неперекрывающейся. Полученные во 2-ой главе результаты являются исходными данными для решения задачи разработки алгоритма осуществления доступа удаленного абонента к опорной сети БСРД СРС ДКМД с распределением пространственно-частотных ресурсов. Данная задача формулируется следующим образом: на основе положений концептуальной модели построения и системы критериев эффективности функционирования СРС ДКМД разработать алгоритм доступа удаленного абонента к сети БСРД с распределением пространственно-частотных ресурсов, обеспечивающий минимизацию критериального функционала:
Обобщенная схема разработки алгоритма управления сети радиосвязи декаметрового диапазона при ее функционировании в условиях сложной радиоэлектронной обстановки
М - количество АС, обслуживаемых сетью в зоне; N - число БСРД, образующих опорную сеть; допустимое время передачи служебных кадров: В1, 01, КВ1, В2, 02, КВ2; L - длина служебного кадра. Она определяется форматом служебных кадров, используемых протоколом АХ.25. Структура кадра аналогична структуре служебного кадра протокола АХ.25. Для позывного передатчика выделяется 6 байт, 3 байта непосредственно для позывного, 3 байта служебной информации о передатчике: координатах расположения, вероятностно - оптимальная частота приема сигнала из программно выделенных частот; для позывного приемника определяется 6 байт; 3 байта непосредственно для позывного; 3 байта служебной информации, которые включают запрос на качество обслуживания; идентификатор потока приложения; Сэ - техническая скорость передачи информации в радиоканале; Туст.доп. - допустимое время установления связи в составном радиоканале; Хт - интенсивность поступления заявок на установление соединения; d - минимальное кодовое расстояние применяемого помехоустойчивого кода; т - интервал наблюдения; тк - интервал корреляции сигнала; вид модуляции передаваемого сигнала; А(х,у) - матрица координат АС; В(х,у) - матрица координат БСРД; КР(х,у) - матрица координат комплексов РР и РП противника. В блоке 2 и процедурой, выполняемой в блоке 4, осуществляется подсчет числа повторных передач СК В1. В блоке 3 формируется СК " ВЫЗОВ 1" (СК В1). Данный кадр содержит в себе (рисунок 3.3) общий позывной опорной сети БСРД, координаты передающей БСРД, приемные частоты, требования пользователя на качество обслуживания сформированного им трафика. После того как СК В1 сформирован, осуществляется его передача. В блоке 4 определяется среднее время доставке СК В1 к опорной сети БСРД с учетом предыдущих і-l - попыток. В блоке 5 осуществляется проверка получения СК В1 опорной сетью БСРД, если - да, то управление передается на блок 7, иначе - на блок 6. В блоке 6 осуществляется проверка: если среднее время доставки СК В1 больше суммы допустимого времени доставки СК В1 и СК 01, то управление передается на блок 19, иначе на- на блок 2. В блоках 7, 8 осуществляется определение номера БСРД сети, осуществляющей передачу СК 01. В 9 блоке БСРД; формируется и передается СК Ol. В блоке 10 определяется среднее время доставки СК 01 с учетом временных затрат на j-І предыдущие попытки. В 11 блоке проверяется получение АС1 СК 01, если кадр получен, то управление передается на блок 14, иначе - на блок 12. В блоке 12 осуществляется проверка, если среднее время доставки СК Ol не больше суммы допустимого времени доставки СК Ol и допустимого времени доставки СК КВ1, то управление передается на блок 13, иначе - на блок 19. В блоке 13 проверяется все ли БСРД осуществили попытки передать СК Ol, если - да, то начинается новый цикл (блок 7), иначе -управление передается БСРД j+i (блок 8). В блоке 14 АС1 передает на опорную сеть СК "КВИТАНЦИЯ 1". В блоке 15 передается СК "ВЫЗОВ 2". В блоках 17, 18 передаются СК "КВИТАНЦИЯ 2" и "ОТВЕТ АС2". При передаче управления блоку 19 определяется, что установление связи в данных условиях невозможно и необходимо либо закончить сеанс, либо осуществить перестройку радиосистемы абонентской станции на рабочие частоты других каналов СРС ДКМД.
На рисунке 3.4. показан алгоритм определения вероятности своевременной доставки СК "ВЫЗОВ 1".
В блоке 1 осуществляется ввод исходных данных: матрица координат АС, БСРД, КРП СВВ; исходные данные для расчета радиолиний, образуемых между i-ой АС иу -ой БСРД, к-м КРП иу -ой БСРД [28, 82]; характеристики используемого помехоустойчивого кода, длина служебного кадра, техническая скорость передачи в радиоканале, интенсивность поступления заявок на соединение в сети X, интенсивность повторных передач в канал г, интенсивность поступления заявок от отдельных АС; характеристики КРП СВВ [30,32,44,45]; вид применяемых преднамеренных помех.
В блоках 2-4 формируется и передается СК "ВЫЗОВ Г . В блоке 5 определяется мощность сигнала, передаваемого от /-ой АС, на входе приемника j-ой БСРД. В блоке 6 проверяется наличие воздействия КРП СВВ. Если осуществляется воздействие, то управление передается на блок 7, иначе - на блок 10. В блоке 7 определяется мощность преднамеренной помехи, передаваемой к-м КРП, на входе приемника j - ой БСРД. В блоке 8 определяется значение отношения пиковых уровней преднамеренной помехи и полезного сигнала. В блоке 9 если воздействует шумовая помеха, то управление передается на блок 10, иначе - на блок 11. В блоке 10 определяется отношение мощности сигнала на входе приемника к сумме плотностей преднамеренной и случайной помехи. В блоке 11 определяется вероятность возникновения конфликта кадров, поступающих на вход приемника у -ой БСРД от различных АС, кратности с. В блоке 12, если в сети возникают конфликты, т.е. Рс 0, то управление передается на блок 16. В блоках 12, 13 определяется вероятность ошибочного приема элемента кадра, вероятность приема в целом вновь поступившего кадра. В блоке 15 определяется вероятность передачи кадра в канале. В блоке 16, 17 определяется вероятность своевременной доставки СК В1 в радиолинии ACj -БСРДр вероятность своевременной доставки СК В1 в канале радиодоступа / - ой АС к опорной сети БСРД, при осуществлении приема сигнала от этой АС несколькими (М) БСРД опорной сети из общего количества N. Алгоритм определения вероятности своевременной доставки СК "ВЫЗОВ 2" показан на рисунке 3.5.
В блоке 1 вводятся исходные данные. Блоки 2-4 - формирование и передача СК В2. В блоке 5 определяется pi - вероятности своевременной доставки СК В2 в радиолинии БСРД - AQ. В блоках 6, 7 формируются массивы значений pt и qlt -1- pi. В блоке 8 проверяется - получен СК "ОТВЕТ 2", если да, то управление передается на блок 12, иначе - на блок 9. В блоке 9 проверяется, все БСРД осуществили попытку передачи на /-ю БСРД СК В1, если да, то управление передается на блок 10, иначе - на блок 2. В блоке 10 превышено ли время доставки СК В1 допустимое, если да- то управление передается на блок 11, иначе на блок 3. При передаче управления на блок 11 определяется, что передача при данных условиях СК В1 невозможна. В блоке 12 определяется вероятность своевременной доставки СК В1 при осуществлении m попыток передач.
