Инженерное дело. Техника

Рассмотрены проблемы, связанные с реализацией мобильных беспроводных сенсорных сетей, предложен новый алгоритм кластеризации сетей подобного класса в трехмерном пространстве, проведено его моделирование и сравнение с алгоритмом LEACH-M.

Исследуются характеристики плотности и связности для беспроводных сенсорных сетей (БСС) с целью определения такой стратегии размещения сенсорных узлов, при которой возможно обеспечить, по крайней мере, 90% покрытие для двумерных (2D) и трехмерных (3D) БСС. При этом оцениваются также длительность жизненного цикла сети, период стабильности и пропускная способность сети на основе отношения между радиусом покрытия RS и радиусом дальности связи RC. Результаты статьи могут быть использованы при планировании как БСС, размещенных на плоскости, в трехмерном пространстве, так и летающих сенсорных сетей.

Сегодня средства информационного воздействия различных злоумышленников и нарушителей на телекоммуникационные сети и системы управления (СУ) достигли такого уровня, что могут нарушить нормальную работу инфокоммуникационной сети специального назначения (ИКС СН), воздействуя не только на нее, но и на СУ. Поэтому к организации управления ИКС СН предъявляются особые требования, включающие не только традиционные способы обеспечения информационной безопасности СУ, но и способы выработки управляющих воздействий. При этом обеспечение нормальной работы современных ИКС СН в условиях интенсивных воздействий (в том числе компьютерных атак) предполагает, что в самой СУ необходимо использовать специальные методы управления, позволяющие рационально организовывать работу ИКС СН. В соответствии с особенностями построения и условиями функционирования ИКС СН предлагаются различные варианты организации управления, обеспечивающие их нормальную работу при интенсивных воздействиях на сеть.

Предлагается метод взаимодействия с наземной беспроводной сенсорной сетью с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Предложенный метод обеспечивает оптимизацию траектории движения с целью минимизации времени доставки информации пользователю. Приводятся сравнительные оценки различных алгоритмов выбора траектории движения для сбора информации с узлов наземной беспроводной сенсорной сети.

Предлагается модель взаимодействия узлов беспроводной сенсорной сети со средствами связи беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Предлагаемая модель описывает данное взаимодействие как систему массового обслуживания (СМО) для случаев известных и неизвестных координат узлов USN. Цель аналитического моделирования — выбор скорости движения БПЛА для обеспечения необходимой вероятности считывания данных с узлов сети.

Рассматриваются теоретические и практические направления исследований в области летающих сенсорных сетей (ЛСС). Охвачен широкий круг вопросов: от методов расчета ЛСС до новых видов тестирования и структуры модельной сети для таких сетей.

Приведены модели и алгоритмы, необходимые для создания транспортной сети VPN в виде наложенной сети связи. Они позволяют определить необходимую минимальную пропускную способность виртуальной транспортной сети (ВТС), которую требуется выделить из ресурса магистральной первичной сети связи общего пользования (ССОП). Основное отличие предложенной математической модели и алгоритма формирования ВТС: совместный учет топологической структуры первичной сети связи, на базе которой реализуется ВТС, и непосредственно топологической структуры ВТС; учет информации о количестве и распределении трафика конечных точек ВТС, возможных алгоритмов маршрутизации потоков и ограничений на сетевые ресурсы.

Качество обслуживания (QoS) является одной из основных характеристик любой сети связи, включая сеть, базирующуюся на архитектуре IMS. В процессе обработки различных сигнальных сообщений в узлах IMS-сети возникают задержки. При этом размер задержки варьируется в зависимости от типа запрашиваемой услуги. В статье предлагается комплексный подход к анализу величины задержки при рассмотрении различных случаев.

Показатели качества обслуживания (QoS) представляют собой набор метрик, определяющих удовлетворенность абонентов свойствами предоставляемых им услуг. Оценка этих показателей необходима на этапах планирования телекоммуникационных сетей, их построения и эксплуатации. В статье формулируются пять основных задач, решение которых позволит эффективно контролировать показатели, нормированные для обслуживания мультисервисного трафика. Постановка всех пяти задач основана на анализе рекомендаций Международного союза электросвязи (МСЭ) и опыте, накопленном российскими операторами связи.

Приведена методика расчета нормативов для группового ЗИП на ремонтно-эксплуатационное обслуживание оборудования связи. Обоснованные нормативы ЗИП, с одной стороны, обеспечивают требуемую надежность оборудования связи, с другой, — снижают затраты на длительное хранение избыточных запасов сменных частей (СЧ) в процессе эксплуатации. Подтверждена необходимость строгого теоретического обоснования нормативов ЗИП. Как показывает конкретный расчет: при относительно низкой наработке на отказ (немногим более половины года) ежегодное пополнение ЗИП составляет всего 20% от общего количества защищаемого оборудования.

Приведено формализованное описание технологии транспорта виртуальных частных сетей (VPN). Показано, что при построении VPN целесообразно использовать в качестве критерия оптимальности значение суммарной минимальной пропускной способности, которую требуется выделить из ресурса магистральной первичной сети связи общего пользования.

Рассмотрены способы организации, классификация и технологии создания виртуальной частной сети (VPN). Показано, что современные технологии VPN позволяют организовать наложенные сети с необходимым набором заданных свойств: с независимой системой адресации, с заданной пропускной способностью, надежностью и информационной безопасностью.

Предлагается ввести компенсацию влияния амплитуды сигнала на среднюю за период колебания емкость варикапов путем коррекции напряжения смещения. В результате устраняется асимметрия амплитудно-частотной характеристики, присущая нелинейному контуру.

Рассмотрен метод параметрического спектрального анализа дискретных случайных сигналов на конечном интервале времени, основанный на применении рекуррентных циркулянтных моделей 2-го порядка. Получены строгие аналитические выражения для спектральной плотности таких процессов в базисе дискретно-континуальных экспоненциальных функций. Приводятся результаты моделирования, подтверждающие хорошее качество аппроксимации.

Определены роль и место радиочастотного спектра (РЧС) в производственной деятельности предприятий и развитии экономики в целом. Систематизированы и классифицированы особенности РЧС как природного ресурса, ограниченного производственного ресурса и объекта государственного управления. Определены тенденции управления использованием РЧС и разработаны положения по формированию комплексного экономико-методологического механизма управления использованием РЧС.

Для обоснования инновационных решений и выбора эффективных инноваций в сфере спутниковой связи с использованием космических аппаратов на высокоэллиптической орбите (КА на ВЭО) использован экспертно-квалиметрический метод (ЭКМ), основанный на экспертном методе оценивания по балльному принципу параметров эффективности инноваций, квалиметрическом методе количественного ее измерения и последующем ранжировании инноваций по уровню эффективности. Прикладное применение ЭКМ в спутниковой связи предполагает адаптацию параметров модели комплексной оценки эффективности инноваций, обоснование значимости и интервалов изменения частных показателей эффективности инноваций спутниковой связи.

Выполнен анализ влияния различия коэффициентов усиления и фазовых задержек сигнала в трактах усилителя, построенного по методу дефазирования, на искажения, возникающие при усилении многоканального сообщения. Полученные расчетные формулы позволяют определять допустимые величины разбаланса трактов усиления, при которых обеспечиваются требования к уровням искажений в основной полосе частот и внеполосных искажений.

Рассматривается состояние линейных трактов современных волоконно-оптических систем передачи. Отмечается отсутствие нормирования линейных трактов по основным параметрам, присущих многоканальным системам передачи с частотным разделением каналов. Обсуждаются пути стандартизации линейных трактов волоконно-оптических систем передачи нового поколения.

Широкое распространение беспроводных сенсорных сетей, сетей автомобильного транспорта, предстоящее внедрение летающих сенсорных сетей превращают территорию зоны обслуживания системы длительной эволюции в гетерогенную. В статье предложен и исследован новый класс задач — использование мобильных узлов иных сетей в качестве временных головных узлов беспроводной сенсорной сети.

Анализируются проблемы, связанные с распространением сообщений безопасности через транспортную ad hoc сеть VANET (Vehicular Ad Hoc Network). Производится обзор и классификация существующих методик оптимизации широковещательных рассылок. Предложен алгоритм управления процессом распространения сообщений безопасности, позволяющий минимизировать объем генерируемого в сеть трафика.

Предлагается новый адаптивный алгоритм кластеризации для беспроводных сенсорных сетей с мобильными узлами под названием MACA (Mobility Adaptive Clustering Algorithm). В разработанном алгоритме кластеризации мобильный сенсорный узел выбирает себя головным узлом кластера на основе простого точечного предиктора SPP (Single Point Predictor) для комбинированного критерия прогнозирования (алгоритм DCA). Другие узлы представляют собой члены кластера, определяемые на основе некоторого значения, указывающего на их пригодность для подключения к конкретному головному узлу (алгоритм MBC). Сочетание двух известных алгоритмов обеспечивает существенное увеличение длительности жизненного цикла сети, ее стабильности, а также уменьшение потери пакетов в кластере. Разработанный алгоритм предназначен, в том числе, и для использования в наземном сегменте летающих сенсорных сетей.

Предложенные в статье топологии на основе кольцевой или цилиндрической геометрии позволяют ослабить выброс электрического заряда на подложку и увеличить такие параметры интегральных элементов как добротность индуктивности и коэффициент передачи трансформатора. Использование известных математических методов при расчете индуктивностей в микрометровом диапазоне геометрических размеров приводит к получению недостоверных и даже отрицательных значений расчетных параметров. Реализованный в статье алгоритм расчета позволяет определить индуктивность плоской токовой спирали с учетом индукции внутри токового кольца.

Предлагается новый вид дуплексной связи, основанный на разделении передаваемого и принимаемого на каждой радиостанции сети связи сигналов по направлению их распространения (на соседнюю станцию/от соседней станции). При реализации метода в антенно-фидерном тракте каждой станции примененяются циркуляторы и компенсаторы помех (КП). С помощью КП помеха, проникающая в тракт приема от своего передатчика из-за несовершенства циркуляторов, подавляется. Дана оценка необходимого числа КП, обеспечивающих необходимое для качественного приема сигналов подавление в тракте приема помех, создаваемых своим передатчиком. Предлагаемый метод позволяет в два раза повысить эффективность использования радиочастотного спектра по сравнению с традиционными системами с частотным и временным дуплексом.

Предложены геометрические модели для оценки электромагнитных наводок в электрических кабельных линиях, защищенных сетчатым экраном. Построенные модели отличаются от существующих тем, что сетчатый экран в них не рассматривается как сплошной экран или как дипольное приближение для щелевого затекания, а разбивается на пять областей с соответствующим масштабированием внешних и внутренних задач и проникновением полей через отдельную щель. Проникновение полей оценивается путем решения уравнения Лапласа в пяти областях с согласованием на границах. Предложенные модели позволяют оценить помехи в кабельных линиях, в области разъемов кабелей, защищенных сетчатым экраном, а также помехи, возникающие при самоэкранировании пучка линий

Представлено обобщение данных исследования межсимвольной интерференции (ISI) и интерференции между поднесущими (ICI) в сигналах с OFDM-модуляцией в условиях отсутствия точной синхронизации по несущей частоте. Проведено сравнение ансамблей сигналов двух стандартов LTE и NG-1 при работе в различных условиях использования и в разных частотных диапазонах

Описывается подробный расчет влияния межсимвольной интерференции и интерференции между поднесущими. Раскрыта техника вывода данных соотношений и модель, для которой они справедливы. Проведен анализ весовых функций, определяющий, в какой степени импульсная реакция проявляется в энергетике полезного сигнала, межсимвольных и межподнесущих помех

Рассматриваются системы доступа массового обслуживания с потоками заявок, характерными для современных мультисервисных сетей связи. Получено обобщение формулы Хинчина-Поллячека. Приведено сравнение реального трафика с пуассоновским. Показано определяющее влияние корреляционных свойств потоков на размеры очередей

Приводятся алгоритм усовершенствованного механизма MTPSec для повышения информационной безопасности (ИБ) ОКС № 7 и механизм TCAPSec, обеспечивающий ИБ подсистемы возможностей транзакции TCAP между двумя ССОП наземных мобильных объектов PLMN. Отмечается необходимость проведения на действующих ССОП РФ, использующих ОКС № 7, работ по повышению ИБ этих сетей с помощью новых, предложенных зарубежными специалистами, механизмов защиты. Особое внимание этим решениям следует уделить при создании системы обеспечения вызова экстренных оперативных служб по единому номеру 112.

Анализируются основные недостатки обеспечения информационной безопасности посредством протокола транспортного уровня SCTP при использовании защиты от угроз стандартизированными протоколами IPSec и TLS. Рассматривается предложенный зарубежными авторами новый, улучшенный протокол безопасности S-SCTP. Приводятся предложения зарубежных специалистов по другим улучшенным механизмам безопасности. Результаты анализа могут быть использованы при продолжении работ по оценке уровня угроз информационной безопасности при использовании протокола транспортного уровня SCTP.

Показано, что функционирование современных инфокоммуникационных сетей специального назначения с высокими качественными показателями может быть обеспечено только при решении комплекса задач управления их безопасностью. Приводятся различные модели, описывающие возможные варианты реализации атакующих действий противника с учетом его первоначального положения, уровня знаний и навыка, конфигурации самой инфокоммуникационной сети, а также реализуемой политики безопасности. На основе этих моделей анализируется уровень защищенности инфокоммуникационной сети, определяются «узкие» места сети, даются рекомендации по устранению обнаруженных «дыр» безопасности, предлагаются модели встроенных в архитектуру системы управления программных комплексов, позволяющих выявлять характер и интенсивность информационных воздействий на критически важные элементы сетей.

Определены допустимые уровни мощности шума ограничения, возникающего при аналого-цифровом преобразовании видеосигнала яркости изображения в системах цифрового ТВ-вещания. Рассмотрены различные условия наблюдения ТВ-изображения. Допустимое значение мощности рассчитывается с учетом психовизуальной способности глаза человека.

Определены пути трансформации моноблочных цепочечных сумматоров 4×1 телевизионных передатчиков ІV–V диапазонов в сумматоры 3×1 и 2×1 без потери мощности. Показана технология реализации такой трансформации и эффективность ее применения.

Исследуются пути преодоления противоречий в развитии информационных технологий. Выявлены основные тенденции развития устойчивых высокоинформативных технологий в космосе и на Земле. Показана целесообразность их системной интеграции в рамках проектируемой государственной многофункциональной наземно-космической навигационно-информационной обслуживаемой системы ГЛОНИС-КОСМОПЛАН, что позволит вывести информационную систему России на новый инновационный путь развития.

Исследования трафика всепроникающих сенсорных сетей показали, что свойства потока трафика при передаче изображений зависят от доли узлов сети, передающих эти данные. При увеличении доли узлов изменяется степень самоподобия трафика (коэффициент Хёрста). Получена зависимость коэффициента Хёрста от доли узлов, передающих изображения, причем было показано, что эта зависимость имеет выраженный максимум. Проведен анализ влияния числа объединяемых потоков трафика на величину коэффициента Хёрста. Дается теоретическое обоснование данного явления, а также исследуется зависимость свойств потока обслуженных заявок от интенсивности входящего трафика для всепроникающие сенсорных сетей

Рассматриваются вопросы интеграции живой материи в киберпространство. Представлена идея, определяющая общий принцип сопряжения живой материи с инфокоммуникационными системами. Предложена структурная схема системы «Биодрайвер», позволяющей измерять процессы, протекающие в живых организмах, и воздействовать на них. Анализируются некоторые аспекты взаимодействия элементов системы «Биодрайвер». Проведен обзор медицинских индикаторов состояния здоровья, которые могли бы использоваться для анализа процессов, протекающих в организме. Представлены приложения, которые могут быть реализованы с применением описанных в статье средств, а также научные задачи, требующие решения.

Представлена новая концепция развития сетей связи, предназначенная для обеспечения пользователей услугами по передаче тактильных ощущений, – Тактильный Интернет. Новые требования к сетям связи по задержкам передачи данных привели к появлению нового класса сетей – сетей связи со сверхмалыми задержками. Рассматриваются вопросы эволюции задержек скоростей передачи данных в сетях связи, оценивается влияние на этот процесс концепции Тактильного Интернета, и приводятся возможные приложения этой новой концепции

Обсуждаются проблемы, возникающие при оценке местоположения источников радиоизлучения (ИРИ) на основе разностно-дальномерных измерений, а также приводятся результаты натурных испытаний разностно-дальномерной системы, построенной на радиоприемной аппаратуре российского производства. Показано, что для обеспечения высокой точности оценки необходима прецизионная синхронизация работы всех радиоприемных устройств (РПУ), взаимная калибровка задержек сигналов в приемных трактах РПУ и тщательный выбор мест размещения приемных антенн. Применяемые в испытаниях измерительные приемники АРГАМАК-ИС могут быть без снижения точности оценки местоположения ИРИ заменены более бюджетными моделями (например, АРГАМАК-М) при условии оснащения их системой синхронизации

Показано, что процессы перехода от аналогового к цифровому наземному телевизионному (ТВ) вещанию и между различными профилями (этапами) цифрового вещания носят многовариантный характер. Представлены наиболее вероятные стратегии переходов на более сложные профили цифрового вещания. Приведен анализ факторов, присущих периоду смешанного аналогового и цифрового вещания. Систематизированы статистические данные по четкости изображения, стандартам сжатия и спектральной эффективности, имеющим место при вещании цифровых мультиплексов ряда европейских стран

Рассматриваются состояние и особенности отечественной нормативной правовой базы, регулирующей создание и использование backhaul network для подключения small cell к ядру сетей подвижной радиотелефонной связи стандартов UMTS и LTE с точки зрения оценки достаточности НПА и сложности их исполнения при ожидаемом массовом внедрении small cell

Приведены результаты функционального проектирования, моделирования и экспериментальных исследований приемного и передающего трактов телекоммуникационной системы с гигабитной пропускной способностью в диапазоне частот 130–134 ГГц в составе: частотные преобразователи с субгармонической накачкою; гетеродин, использующий высокостабильный задающий кварцевый генератор; полосно-пропускающий septum-фильтр в волноводном канале 1,6×0,8 мм; рупорная коническая антенна. Проведены исследования лабораторного образца цифровой симплексной радиорелейной системы терагерцового диапазона и цифрового модема с пропускной канальной способностью до 1200 Мбит/с на дальность связи в нормальных условиях в пределах 1 км при вероятных битовых ошибках BER не более 10-6.

Рассматривается межсистемная и электромагнитная совместимость (ЭМС) систем четвертого поколения (4G) LTE (FDD, TDD) и McWill. Установлено, что главный источник внеполосных излучений – комбинационные продукты. Предложено несколько вариантов по обеспечению ЭМС сетей 4G, в том числе полосовая фильтрация, позволяющая сократить защитный частотный интервал (ЗЧИ) между системами LTE до 1,4 МГц. С учетом особенностей McWill рассмотрены различные комбинации электромагнитного воздействия на элементы систем и устранение помехового воздействия путем пространственного разноса и настройками ориентации диаграммы направленности (ДН) антенны. Показаны возможность и условия совместной работы при ЗЧИ, равном 2,5 МГц. Рассчитано повышение помехоустойчивости систем, связанное с техникой пространственно-временной обработки сигналов в антенных системах базовых станций (БС), используемой в сети McWill и позволяющей подавлять направленные помехи от других сетей.

Приводятся результаты исследования сетевых структур с точки зрения влияния числа линий в сети связи на показатель структурной устойчивости. На основе разработанной сетевой модели показано, что увеличение числа линий в сети выше некоторого (порогового) значения не эквивалентно затрачиваемым ресурсам. Рассмотрены пути использования полученных результатов на практике

Представлен новый отказоустойчивый алгоритм кластеризации для беспроводных сенсорных сетей (БСС) – FT- TEEN (Fault-Tolerance Threshold-sensitive Energy Efficient Network algorithm), являющийся модифицированной версией хорошо известного алгоритма TEEN. Разработанный алгоритм отличается от TEEN наличием резервных головных узлов кластера, обнаружением и восстановлением отказов в БСС и позволяет увеличить число пакетов, успешно полученных как в головных узлах кластеров, так и на базовой станции (БС). Результаты моделирования показали, что алгоритм FT-TEEN существенно увеличивает число успешно переданных пакетов от членов кластера к головному узлу и от головного узла к БС (шлюзу) по сравнению с алгоритмом TEEN. Новый алгоритм предполагается использовать в наземных сегментах летающих сенсорных сетей.

Представлена система оперативного мониторинга электромагнитной обстановки, позволяющая адаптировать сети сотовой связи к окружающей среде по экологическим критериям и критериям электромагнитной совместимости. Рассматриваются структура и состав входных данных, обсуждаются вопросы использования универсальных средств планирования сетей сотовой связи, а также выбираются модели распространения радиоволн. В качестве инструмента обработки результатов и их визуализации применяются инструменты геоинформационных систем

Представлен анализ существенных отличий в технологиях формирования потоков MPEG-2TS и T2-MI, в методах настройки одночастотных сетей первого и второго поколений, обеспечивающих синхронную работу передатчиков в соответствии с международными стандартами цифрового телерадиовещания

Дается математическая формализация задачи синтеза оптимальных канальных прекодеров для цифровых систем связи с посимвольной передачей Найквиста. Получено решение данной задачи методом вариационного исчисления и формулируются условия, при которых это решение приводит к финитным ортогональным сигнальным базисам. Приводятся результаты вычислительного эксперимента, подтверждающие хорошие свойства получаемых базисов

Рассматривается оценка параметров сигнала с квадратурной амплитудной модуляцией на выходе квадратурного преобразователя для дальнейшей компенсации его искажений на фоне белого аддитивного шума и фазового шума. При работе алгоритма оцениваются следующие погрешности: амплитудно-фазовый разбаланс; дрейф постоянной составляющей; сдвиг частоты, оставшийся после снятия несущей; отклонение фазы сигнала, обусловленное задержками на передающей и приемной сторонах. Задача решается с применением упрощенного алгоритма нелинейной фильтрации, упрощенного вариационного алгоритма и метода статистического усреднения

На основе алгебраического представления функции взаимной корреляции кодов максимальной длины и других алгебраических кодов предложены модель и методика поиска наилучших ансамблей сигналов как при воздействии шумовых помех, так и в условиях активного радиоэлектронного противодействия. Результаты полезны прежде всего для построения изоморфных множеств квазиортогональных ансамблей сложных кодированных сигналов требуемого качества при проектировании асинхронно-адресных и командно-измерительных аэрокосмических систем

Принятие адекватных управленческих решений по формированию систем и облика спутниковой связи невозможно без методического инструментария, позволяющего обосновать выбор эффективного варианта с учетом целого ряда факторов и синергетического эффекта. При этом большинство сравниваемых показателей вариантов построения систем спутниковой связи (ССС) не имеют количественного выражения либо отсутствуют как статистические или выборочные данные. Для учета влияния факторов на различные варианты построения ССС и обеспечения синергетического эффекта от их функционирования сформирована система частных и обобщающих показателей, а также разработаны модель интегральной оценки эффективности и процедура экспертной оценки состава, значимости частных показателей интегральной модели и непосредственной оценки эффективности

В условиях Крайнего Севера коротковолновая радиосвязь остается одним из наиболее распространенных родов дальней связи. Сегодня среди множества направлений совершенствования систем КВ-радиосвязи наиболее перспективным является использование адаптивных методов, т.е. постоянное слежение за состоянием канала связи и использование в каждый момент времени оптимальной сигнально-кодовой конструкции, частоты, мощности и алгоритма обработки сигнала. «Российский институт мощного радиостроения» (РИМР) на основе современных научных достижений в области радиофизики, радиоэлектроники, компьютерной техники, цифровой обработки сигналов, программирования разрабатывает и производит современные цифровые автоматизированные комплексы и оборудование КВ-радиосвязи