Общая теория электросвязи. Передача и распространение электрических сигналов, помехи, искажения, качество сигналов

В адаптивных системах передачи данных вне зависимости от применяемой модели канала возникает необходимость расчета вероятности возникновения m ошибок в блоке длиной n элементов (далее P(m,n)). Различные методики вычисления P(m,n) для случая, когда канал описывается простой Марковской цепью или моделью Гилберта, рассмотрены в [3, 4, 7, 8]. В [5] приводится обзор существующих алгоритмов, а также результаты сравнения методик по параметрам погрешности и вычислительных затрат. Как и для любого метода расчета, соотношение сложность вычисления – точность играет основную роль и будет использовано в работе при сравнении полученных выражений с существующими.

Данная статья написана по результатам тестирования оборудования действующей сети одного из российских операторов сети связи общего пользования.

Сегодня направленная передача сигналов на базе технологии «интеллектуальных» или «адаптивных» антенн все шире применяется в распределенных радиосистемах передачи информации (РРСПИ) с динамической сетевой топологией, известных в англоязычной литературе как wireless mobile ad hoc networks [1]. Хотя применение направленной передачи сигналов потенциально позволяет повысить дальность, скрытность, помехозащищенность, пропускную способность и ЭМС системы, оно так же может вызывать и новые проблемы.

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) получаютвсебольшеераспространениевразличныхобластях народного хозяйства и в военной технике. БПЛА применяют для мониторинга и охраны транспортных сетей топливноэнергетического комплекса, патрулирования транспортных магистралей, лесных массивов и охраняемых территорий, наблюдения за погодными условиями, в разведывательных целях и для аэрофотосъемок. Широко используют БПЛА и в деятельности таких ведомств, как ФСБ, МВД, МЧС и таможенная служба.

Настоящая работа посвящена анализу уязвимостей сети передачи голоса по IP-сетям (Voice over IP, VoIP) [1], построенной на основе архитектуры сети связи следующего поколения (New Generation Network, NGN), широко применяемой операторами связи. Ряд особенностей NGN создают предпосылки для реализации угроз безопасности. Это, во-первых, использование нескольких типов протоколов, таких как протоколы управления соединением (Session Initiation Protocol (SIP), а также протоколы группы SIGTRAN), протоколы управления медиашлюзами (MGCP, MEGACO/H.248), передачи медиаданных и управления медиапотоками (RTP/RTCP). Другой особенностью NGN является распределенная архитектура сети, когда ее отдельные компоненты могут находиться в разных IP-сетях и разных административных доменах сети.

Задержка передачи информации по сети связи – один из ключевых показателей, по которому можно делать выводы о качестве функционирования сети и предоставляемых услуг. Для операторов конвергентных сетей, предоставляющих услуги телефонной связи, вопрос обеспечения приемлемых задержек наиболее критичен. В отличие от трафика Интернета, пользовательский и сигнальный трафики в сетях операторов должены соответствовать нормам на ряд показателей, несоблюдение которых приводит как к искажению передаваемой аудио и/или видеоинформации, так и к снижению уровня качества, воспринимаемого пользователями (Quality of experience – QoE) услуг [1].

В настоящее время концепция Интернета Вещей (ИВ) [1, 2] считается наиболее реальным вариантом развития сетей связи на долгосрочную перспективу. В качестве технологической базы ИВ предполагается использовать всепроникающие сенсорные сети (ВСС или USN от англ. Ubiquitous Sensor Networks) [3, 4], которые станут, по всей видимости, наиболее распространенным вариантом применения данной концепции. Уже само название этих сетей (всепроникающие) подчеркивает возможность организации на их базе сколь угодно большого числа приложений. ВСС образуются как самоорганизующиеся сети [5,6] и для них, как для всех сетей связи, также необходимо исследование характеристик трафика.

Как известно, внедрение цифровой связи, благодаря своим преимуществам по сравнению с другими видами связи, перспективно и актуально. При планировании организации сетей цифровой связи необходимо предварительно определить такие параметры канала как скорость передачи информации R, бит/c, RS — символ/c, минимальная и максимально допустимая ширина полосы частот, занимаемая сигналом (Wmin, Wmax) и их отношение R/W, что характеризует эффективность использования полосы в бит/с/Гц.

Интенсивное развитие средств телекоммуникаций порождает циркулирование огромных объемов информации по каналам связи разной структуры. Развитие технических средств и возникновение новых коммуникационных технологий стимулируют рост требований, предъявляемых к качеству услуг связи, что обуславливает актуальность разработок в области помехоустойчивости систем передачи данных. Перспективным направлением в сфере сохранения целостности информации при передаче по ненадежным каналам связи является формирование сигнально-кодовых конструкций (СКК) [1], обеспечивающих хорошие дистанционные характеристики ансамблей сигналов.

Хорошо известно, что потребность в широкополосном доступе (ШПД) увеличивается с каждым днем. Для решения этой задачи на городских телефонных сетях многими операторами внедряются волоконно-оптические системы передачи, например ПОН (пассивная оптическая сеть).

В мировой практике существует несколько подходов к изучению сетей мобильной связи, начиная c непосредственных измерений на реальной сети и заканчивая аналитическими, математическими выкладками. Если сеть уже существует, для определения ключевых показателей и их оптимизации применяются протокольные анализаторы, драйв-тесты, проводимые операторами посредством специализированного оборудования, и т.д. Эти методы весьма недешевы и зачастую довольно трудоемки.

Инженерное решение, разработанное группой компаний «Телесофт»– «Интелсет ТСС», позволяет создать прототип платформы, выполняющей функции шлюза-коммутатора в мультисервисной сети. Платформа ориентирована на унифицированные коммуникации на базе IP, поддержку бизнес- и технологических процессов предприятий.

Постановка задачи. При рассмотрении вариантов построения распределительных сетей ТВ программ в рамках реализации ФЦП «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009 - 2015 годы» особое значение предавалось экономному использованию спутникового ресурса, как наиболее дорогостоящего и дефицитного [1]. Проблема эффективного использования спутниковой емкости ещё более обострилась после известной неудачи с выводом на орбиту спутника «Экспресс» нового поколения.

В ноябре 2004 года рабочей группой IEEE 802.22 (802.22 WG) была предпринята попытка формирования первого в мире стандарта нового беспроводного воздушного интерфейса, основанного на концепции когнитивного радио (Cognitive Radio) [2]. Стандарт получил название WRAN – Wireless Regional Area Network. Стандарт 802.22 предназначен для работы на частотах, отведенных для ТВ-диапазона. В международном масштабе этот диапазон включает полосу частот от 47 до 910 МГц. Таким образом, устройства WRAN функционируют в свободных частотных каналах, являясь, соответственно, нелицензированными абонентами для данного спектра. Подробное описание стандарта можно найти в работах [3, 4].

Одна из актуальных проблем современных телекоммуникаций заключается в разнородности сетей, многообразии типов протоколов обмена и коммутационного оборудования. В известной мере, эта проблема обусловлена сложившимися тенденциями и условиями развития рынка телекоммуникаций.

В большинстве стран Европы на ГТС используются низкочастотные кабели с различными конструктивно-электрическими характеристиками: • магистральный и распределительный с бумажной, сплошной или пористо-сплошной полиэтиленовой (ПЭ) изоляцией жил; • распределительный со сплошной или пористо-сплошной ПЭ-изоляцией жил; • абонентский с поливинилхроридной изоляцией жил.

Проблема организации и хранения абонентских данных в телекоммуникационных сетях конвергентного типа. Дальнейшее развитие высоких технологий в области инфокоммуникаций и повышение требований пользователей к качеству услуг предопределяют необходимость улучшения информационного обеспечения современных операторских компаний. Примеры различных подходов к совершенствованию технологических решений в области совмещения различных форм представления профилей и особенностей абонентских баз данных (БД) уже есть. Вместе с тем остаются открытыми вопросы типизации и масштабирования упомянутых решений, особенно в условиях устойчивого тренда All-IP и конвергенции фиксированных и мобильных сетей. Существование нескольких доменов в рамках одной конвергентной сети, например доменов с коммутацией каналов CS, с коммутацией пакетов PS, подсистемы IMS, наряду с различными технологиями доступа, такими как GERAN, UTRAN и WLAN, предполагает наличие нескольких БД, в которых содержится информация об абонентах сети.

Функционирование современных цифровых телекоммуникаций в значительной степени зависит от качественных характеристик синхроинформации, передаваемой по сети. Синхронизация территориально распределенных объектов цифровых телекоммуникаций обеспечивается сетью тактовой синхронизации. Для формирования и распределения тактового синхросигнала по сети используются первичный эталонный генератор и ведомые устройства синхронизации (ВУС). Устройства прецизионного контроля (УПК) выполняют функции мониторинга синхроинформации.

Сервис тестирования представляет собой набор разнотипных приложений, работающих на образовательном ресурсе и реализующих процесс учебного тестирования. При разработке сервиса тестирования необходимо изучать различные параметры проектируемого сервиса. Важной частью анализа параметров является анализ поступающего на сервис потока заявок. Заявками для сервиса служат поступающие за тестовыми заданиями запросы. В данной работе с помощью методов математической статистики исследуется входящий поток заявок на сервис тестирования.

Возможные угрозы в корпоративных инфокоммуникационных (ИК) системах требуют комплексных мер защиты, обеспечить которые могут решения на базе технологии VoIP. Это тем более актуально в свете формирования базовых требований, которым должно соответствовать мультисервисное оборудование с пакетной коммутацией, претендующее на получение статуса «телекоммуникационное оборудование российского происхождения» [1].

Системы подвижной радиосвязи обладают рядом существенных особенностей, связанных с нестационарностью обслуживаемого трафика. Основными причинами, определяющими эту нестационарность, являются изменения: удельной нагрузки, вызванные различными субъективными факторами; числа абонентов на обслуживаемой территории, обусловленные их мобильностью [2].

Согласно данным Ассоциации по контролю за мошенничеством (Communication Fraud Control Association, CFCA) [1], направленным на использование услуг связи без их оплаты (fraud), ежегодные потери операторов традиционных сетей связи из-за фрода составляют 3–5% доходов, и они ежегодно растут. Потери операторов от угроз фрода в сетях передачи голосовых данных по сетям IP (Voice over IP, VoIP) еще выше. Не менее разорительны для операторов и другие угрозы информационной безопасности (ИБ) в сетях связи, такими, например, как DoS-атаки (отказ в обслуживании), следствием которых является прекращение выполнения некоторых функций сети. DoS-атакам подвержены и сети ТфОП/ISDN (далее эту сеть будем обозначать ТфОП). В работах [2–4] приводится анализ таких атак, создаваемых злоумышленником с помощью нелегитимных сообщений обновления маршрутизации в сети общеканальной сигнализации ОКС-7.

Постановка задачи. Изменение параметров пилот-сигнала при прохождении его через ступени петли обратной связи (ОС) влияет на точность установки мощности передатчика абонентской станции (АС) [1]. Анализ влияния неточности установления значения мощности на параметры системы проведен там же [1]. Синусоидальный пилот-сигнал проходит через турбулентную среду распространения электромагнитных волн и претерпевает различные искажения. Поэтому на входе схемы измерения отношения сигнал/помеха (ОСП) действует случайный процесс и определяются вероятностные характеристики этого процесса в зависимости от характеристик канала связи и ступени его прохождения.

Рассматривается комплекс факторов, влияющих на деятельность российских и зарубежных MVNO. Для их анализа предлагается использовать метод корреляционно-регрессионного анализа (КРА). Факторы классифицированы и разбиты на две группы: а) характеризующие уровень развития рынка сотовой подвижной связи (СПС) и, частично, всего инфокоммуникационного рынка; б) отражающие макроэкономические параметры. Отмечена возможность внедрения бизнес-моделей виртуальных операторов СПС практически в каждом регионе России.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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

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 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

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

Статья посвящена одному из способов решения основной проблемы сетей связи – лавинообразному увеличению трафика при возникновении чрезвычайных ситуаций (ЧС). Для снижения трафика предложено использовать разработанный авторами из ФГУП НИИР новый класс беспроводных сенсорных сетей – сенсорные управленческие сети (Рекомендация ITU – T Y.2222). Проведенные расчеты показывают, что применение сенсорных управленческих сетей позволяет повысить устойчивость инфокоммуникационной системы к уязвимостям различного рода, в том числе вызываемых перегрузками сетей связи общего пользования (ССОП) за счет своевременного информирования абонентов в зоне ЧС.

Рассмотрен метод передачи дискретных сообщений по частотно-ограниченному каналу связи на основе модема с многочастотной модуляцией. Разработана структурная схема модема. Для каждого канала модулятора оптимизация модема осуществляется благодаря синтезу двух ортогональных финитных сигналов, не вызывающих межсимвольных искажений и обеспечивающих максимальное отношение сигнал/шум на входах согласованных фильтров демодулятора. Поскольку реальная длительность оптимальных финитных сигналов меньше символьного интервала, реализуется возможность повышения спектральной эффективности модема, дается теоретический анализ его спектрально-энергетической эффективности. Показано, что предложенный модем сравним по эффективности с лучшими стандартными модемами

На основе метода максимального правдоподобия выполнены синтез и анализ оптимального алгоритма обнаружения гауссовского случайного импульса с огибающей произвольной формы и неизвестным временем прихода, наблюдаемого на фоне белого шума. Показано, что предложенный обнаружитель допускает существенно более простую техническую реализацию по сравнению с известными аналогами. С помощью статистического моделирования на ЭВМ определена эффективность и установлены границы применимости асимптотически точных формул для его характеристик.